陈建国 （jianguochen4@yahoo.com）　2007.06

⒉⒍ 宇宙介质模型—以太

在自然科学中作为宇宙介质的以太概念，在纪元前6—4世纪就已经存在。这样一种宇宙观所依据的是大自然不承认虚空的哲学原则。惠更斯（18世纪初）和菲涅尔（19世纪初）坚持光的波动说，严格地论证过以太是实际存在的。他们的以太模型是机械的。

法拉第和麦克斯韦创立了以太的电磁模型。研究了带电物体的相互作用后，法拉第得出结论，一个物体对另一个物体的作用力是通过介质—以太传递的。麦克斯韦从理论上证明，能量在从一个物体传递到另一个物体时不是瞬发的，而是需要有限的时间。显然存在一种能量在其中沿着一定路径从一个物体传递到另一物体的介质。麦克斯韦提出了以太构造的一些力学模型，并且成功地应用了它们⑧。以太电磁结构模型所依据的理论，是在综合了光学的、热学的和其它电磁现象的基础上建立起来的。

在法拉第和麦克斯韦之前，占优势的是超距作用原理，根据这原理，万有引力和电力的传播是瞬时超距的，其间没有介质的参与。法拉第第一个对超距原理提出怀疑。麦克斯韦在给法拉第的信中写道：“您是第一个提出，关于在一定距离上的物体，要借助于周围的介质才能发生相互影响的人。”法拉第和麦克斯韦都认为，存在着一种介质，通过这种介质才能很快地但并非瞬时地传递电磁力和万有引力的作用，连续不断地从这个点到达哪个点。在他们自己研究成果基础上，他们得出结论：大自然存在着靠近作用定律。

在牛顿和惠更斯之后的漫长岁月里，许多学者力图建立严格与实验协调一致的以太理论。但是，随着新的实验事实的积累，在他们的道路上一个接一个地遇到新的无法克服的困难。首先，以太仅有一种特性——在一定距离内传递力，确保运动物体相互作用，同时不妨碍物体运动。因此以太应该是极其稀薄没有质量的物质。从光的波动本性被确定的时候起，以太还被赋予一种性质——高度的弹性。此后正如菲涅尔和阿剌果证明的，光波是横波，这使情况更加复杂。现在，以太不仅应该是高弹性的，而且也很坚固，不可压缩。

法拉第证明，光现象和磁现象之间存在深刻的联系。磁场旋转了偏振光的极化平面。韦伯和科尔劳希发现，光速等于电流强度的电磁单位对静电单位的比。这样的吻合绝非偶然。这两个事实说明光和电磁现象有同一性质。

麦克斯韦研究自己的方程得出结论，应该存在在以太中以光速传播的电磁波。他也从交流电理论的探究中获得同一结论。他的研究结果使他宣布，光波不是别的东西，正是在介质中传播的电磁波，而不是导线中的电流。

赫兹实验证明了麦克斯韦的结论。他发明了电磁波振荡器，并且研究了从其中发射出来的波的性质。他成功地分离了这些波，让它们反射和干涉，改变其波长和它的传播速度，证明其等同于光速。因此他证明：麦克斯韦关于光学和电动力学统一的理论是可信的⑧。

法拉第、麦克斯韦和赫兹的实验和理论研究成果，使希望建立以太理论的学者们所保留下来的希望越来越小了，这些学者希望用统一的观点解释以太性质的全部复杂性。现在需要补充解释以太所表现出来的新性质，并对一系列问题做出回答。交流电是怎么一回事？为什么在通电导线的以太中电场诱发磁场，而磁场也诱发电场？以太和物质怎样相互作用？为什么斐索、迈克尔逊、桑雅克实验和星体色差产生相互矛盾的结果？所产生的许多困难迫使学者们拒绝了以太。正如通常所认为的，相对论给了以太学说最后的一击。

我们提出了以太的电子—质子模型。这个模型解释了以太的一些似乎是相互矛盾的性质。建立以太理论的大多数学者，认为以太密度非常小，这是因为他们力图说明，为什么以太对于匀速运动没有阻力。我们的研究却证明，以太有很高的密度，它的密度可以和水、固体相比，而比气体密度高数百倍。不管看起来有多么离奇，但以太有很高密度同时是很强烈放电的物质。进行一些并不复杂的计算就可确认这一点。

正如前面所指出的，以太密度接近于水的密度。水的分子半径等于1.38×10^-10M，固态或液态水分子占有的体积

一个水分子体积的更精确值可以用下面的方式确定。水的密度ρ=1×10³Kg/M³，一个水分子的质量m=26.79×10^-27Kg。以水的密度为基础，分折水的分子质量，我们就确定了水的体积。显然一个水分子占有的体积是V=26.79×10^-30M³。

水分子由36个带电粒子组成——18个质子和18个电子。只是这些电子和质子也包含在水分子所占据的以太体积中。一个带电粒子所占据的以太体积，等于V/36。一个粒子占据的立方体的一面边长

这也等于粒子之间距离的大小。

中子由质子和电子组成。中子半径等于1.23×10^-15M。如果假设质子半径与电子半径相等，而它们在中子中彼此距离比它们的尺度大100倍，那么这些粒子的半径将等于1.23×10^-17M。将在以太中粒子之间的距离，与粒子自己的尺度相比，我们得到了很大的比值0.7367×10⁷。

我们对于围绕在我们的太阳系周边的这部分宇宙进行了类似的计算。在图⒉10表明，所能研究的星系数目取决于进行研究的空间体积。根据资料绘成曲线，所观察到的星体数目和体积的线性关系证明，宇宙星体分布是均匀的。从太阳到最近的比邻星系的距离等于1.32秒差距(1parsec=4.07×10¹⁶M)。

太阳半径等于1.392×10⁹M。用这个长度去分割太阳到比邻星的距离，等于2.92×10⁷。这大约比以太中类似的比例值高4倍。

根据上面的计算可以得出以下的结论：按照我们的模型，以太的构造极相似于宇宙的构造。宇宙和以太正是按照同一个原则构成的。无论是宇宙（宏观）或者是以太（微观），物体之间的距离都比它自己的尺度大数十亿倍。在以太中电子与质子碰撞的几率也像天体碰撞的几率那样小。

柯西和洛治曾经提出的以太模型，很接近于我们的模型。柯西假定以太由很细小的颗粒组成，并且是弹性介质。颗粒可能就像数学上的点那样，与它们彼此距离相比显得很小。洛治的以太——是不间断地充满空间的物质，它由于光的传播而振荡。这种物质可以分解成正电子和负电子。洛治计算了以太密度，它的弹性和韧性。他提出电子是由以太构成的旋涡环。按照我们的以太模型，电子是超高密度的点状生成物。它的构造目前还不清楚。

麦克斯韦关于以太的概念与我们的以太模型不矛盾。在计算了电磁波的传播速度以后，他得出结论，“光由某种介质的横向振荡组成，光的本质就是电磁现象的原因。”在阐述交流电假说时他提出“光是一种在非导体介质中传播的电子扰动”。交流电是麦克斯韦电磁理论的中心思想。无论是在绝缘介质中，由电场变化引起电荷的转移，还是在以太中电场的变化引起电荷运动，即产生转移电流，都是类似的。这个以太模型与我们的相符合，但是麦克斯韦认为，以太由带电粒子组成，这些粒子没有具体名称。按我们的模型，以太由电子和质子组成。在一个单位体积的以太内，电子数量等于质子数量。按照这个原理，以太是中性介质——绝缘体。

尽管相对论否认以太，物理学家们还是相继提出了新的以太模型。在1928年得到电子相对论性方程的狄拉克，曾借助电子—质子以太解释由他得出的成果。稍迟些，在1932年，安德森发现了正电子，使狄拉克以太成为所谓的“正负电子偶”。这里出现了明显的矛盾：依靠否认以太的理论得出方程式，而在这方程式基础上得出的结论，必须由宇宙介质——“物理真空”来进行论证。狄拉克以太被认为可能是偏振的。处于偏振状态的狄拉克以太被解释为正负电子偶的潜在产生过程。我们认为，麦克斯韦的理论是正确的，根据这个理论，以太的极化是由于平衡状态的电荷转移⑧。我们的以太模型与狄拉克的以太模型仅仅有一种，但很重要的相同之处。根据这两种模型以太都是由不同的带电粒子组成的。

宇宙学研究证明，以太对于匀速直线运动的物体或沿圆周匀速运动的物体不产生阻碍作用。达兰贝尔从理论上证明，任意形状的运动物体如果以匀速运动，理想的不可压缩液体就不应该表现出对这种运动的阻碍。在地球条件下进行的实验资料与此结论相反。在这些实验中液体总是阻碍物体运动。因此，理论与事实的这种矛盾被称为“达兰贝尔悖论”。达兰贝尔的理论本身并没有什么荒谬的地方。达兰贝尔揭示了一个规律：天体沿着轨道的运动和电子在原子中的运动都是十分精确的。宇宙介质—以太对于匀速运动物体没有阻碍作用，她本质上是一种理想的、不可压缩的液体。

以太不阻碍物体的匀速运动这一特性是由于她的结构。根据我们的由质子和电子组成的以太模型，与它们自身尺度相比，它们相互间的距离巨大。运动物体可能或者是带电质点（电子或者质子），或者是由大量电子和质子组成的复杂物体。如果带电物体由带异名电荷的颗粒组成，介质才阻碍物体的运动。例如，质子在以太中运动，遇到带正电的粒子将受到排斥，而遇到带负电的粒子—以同等的力相互吸引。观察运动质子与伴生粒子之间的相互作用，也看到类似的图景。排斥力与吸引力将相互抵消。承认任何物体都是由质子和电子组成，我们也就得出同样的结论。以太对于匀速运动的任何物体都没有阻碍作用。

带电体的相互作用能有效地影响运动，在它们相互靠近时效率提高，相互远离时效率反而降低⑨。但是运动效应对于以太不阻碍物体匀速运动的性质不发生影响，带同号电荷的运动物体和以太之间相互作用的增强或减弱，被带异号电荷物体与以太之间相互作用的增强或减弱所抵消。

假如以太由中性粒子组成，那么它的特性就会与实验事实相矛盾。（比如，实验中的以太不具可观察性——不显示对于物体匀速运动的阻碍作用。）与以太相遇的粒子转变成比伴生粒子动量更大的物体，结果使物体相对以太的运动不断减速。经过一段时间，相对以太运动的物体应该停止下来。

上面描述的以太模型假设存在更为稀薄的介质，通过这种介质来传递电和引力的相互作用。我们把这种介质叫做“次以太”。在这种介质中不能传播光波和伦琴射线。象声波可以在固体、液体、气体中传播，而不能在以太中传播一样，电磁波能在电子—质子以太中传播，而不能在“次以太”中传播。次以太——这是一种介质，通过它可以光速从一些带电体向另一些带电体传递力的作用，且可以在这种介质中辐射波长小于10^-11M的波。

发生在20世纪物理学中的全部复杂性，都来源于对斐索实验、迈克尔逊实验和桑雅克实验结果，以及星体色差现象的不正确理解。在本章开头我们指出，以太被运动物体牵引着。按照以太的电子—质子模型，在物体慢速运动时，达兰贝尔法则没有表现，惯性力表现为作用在运动物体的全部质点上，它对以太的牵引类似于重力。在文献⑩可以读到，“关于在非惯性系中相对运动的问题，与在惯性系中相对运动读数的差别，仅仅在于前一种问题中存在着由质量产生的惯性力，即类似于重力的平衡作用。”惯性力——这是以太作用于运动物体全部质点上的加速力。在加速运动的运输工具中，我们可以判断这个力的大小。以太对我们的作用力这么大，证明以太有很高的密度。”

电子—质子以太可以认为是不能压缩的，因为以太质点之间的距离非常小的变化，就引起电子电荷的极大变化。与此同时，剪切变形却没有任何障碍，光波是横波的事实可以这样解释。由于以太不可压缩，在其中激发纵波是不可能的。

参考文献
①У•И•弗兰克福尔特：相对论的专业和一般理论，莫斯科，数学物理通报，1962年。
②凯季、莱比特：物理和化学常数表，莫斯科，数学物理通报，1962年。
③М•А•伊萨科维奇：普通声学，莫斯科，科学，1973年。
④С•И•贝什科夫、Д•П•隆雅诺夫、А•И•巴卡利亚尔：现代无线电，1975年。
⑤К•А•库利科夫：球体天文学教程，莫斯科，科学，1969年。
⑥天文历书，由П•И编辑之参考书，常数部分，莫斯科，科学，1973年。
⑦И•Ф•库什金：大气圈中的光线折射，莫斯科，矿产，1971年。
⑧M•玻恩：爱因斯坦相对论，莫斯科，世界，1972年。
⑨Г•И•苏霍鲁柯夫、В•И•苏霍鲁柯夫、ЕÕ苏霍鲁柯夫，没有悖论的物理世界，伊尔库茨克，ИГУ，1993年。
⑩Л•И•谢多夫：连续介质力学，莫斯科，科学，1973年。

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