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，卷:7(2)DOI: 10.37532/2320-6756.2019.7(2).176

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是等效质量定理还是比例定律?

*通信:

安德鲁Chubykalo萨卡特卡斯大学Física，萨卡特卡斯大学Autónoma, AP C-580，萨卡特卡斯，墨西哥，电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

分析了GTR问题的主要来源。首先，物理学家和几何学家在解释现象时没有考虑到两个空间(线性时空和曲线时空)的同时存在。其次，从哲学和物理学的角度证明了惯性质量和引力质量等价的初始假设是错误的。此外，由于测量设备的准确性不足，该假设的实验测试很困难。结果表明，重力可以看作是电动力学的二次效应。惯性质量和重力质量相等的假设必须用法律物体的惯性质量和重力电荷成比例。这种新方法完全符合汤姆逊关于物质体电磁性质的观点。

关键字

电磁质量;牛顿法律万有引力的;广义相对论

pac数字:03.50.-z;03.50.De

介绍

惯性物质的电磁性质是19世纪末由伟大的英国科学家汤姆逊提出的。电磁质量为

然而，这一思想的发展受到以下情况的阻碍。的法律的守恒能源Poynting的公式受电磁波的限制，完全不适用于惯性电荷的瞬时场。

非相对论近似下的电磁质量问题只有在证明了两个新的问题后才得以解决能源守恒定律:乌莫夫守恒法律和伦茨守恒法律［1］．根据这些定律，证明了电磁质量与标准惯性质量具有相同的性质。Umov的保护法律后来以相对论协变形式表述(例如，参见，[2])。得到的结果可以解决许多重要问题。描述电荷相互作用的相对论性拉格朗日函数得到了严格的证明。相互作用理论完全符合相对论和经典力学的框架。2］．然而,牛顿法律世界万有引力还没有一个电磁学的解释。

牛顿法律可以说，这超出了j·j·汤姆森的想法。从电磁学的角度解释牛顿引力的问题有一个逻辑上的困难。大的天体(恒星、行星、物质物体)是电中性的。我们如何把电荷和中性体相互吸引的现象联系起来?

为了解释a的现象，爱因斯坦创造了GTR，它不断受到批评。年发表了一些论文期刊分析了GTR的难点，并对GTR中现象的物理解释提出了批评[3.-6］．“黑洞”、“暗物质”、“大爆炸”以及GTR预测的其他怪异现象都需要逻辑解释。找到问题的根源使我们发现了一个有趣的事实。事实上，大约200年前，几何学家犯了一个错误。7］．

错误的本质很简单。我们只能用欧几里得空间和经典时间来构造一个曲线时空。几何学家和理论家的做法很简单:他们在线性时空中建立了一个曲线时空，在经典时空中设置了度规张量经过进一步的分析，物理学家和几何学家“安全地忘记”了原来的线性时空。他们的解释就好像经典时空不存在一样。在这方面，有一个困难的问题是纠正错误，并为GTR现象找到新的解释。我们认为，这是一项非常艰巨的任务。在这个问题解决之前，我们不能认为GTR是一种科学理论。

•此外，从唯物主义哲学的观点来看，爱因斯坦关于惯性质量和引力质量相等的观点似乎是错误的¹。这是第二个不允许用科学理论来认识GTR的问题。下面我们来看等价问题

比例还是等价?

在非相对论力学中，质量有两个概念:第一个与牛顿定律有关，第二个与牛顿定律有关法律牛顿的万有引力

第一个质量，惯性质量，是作用在物体上的重力与其加速度之比。

第二个质量，引力，决定了物体对其他物体的吸引力和它自身的吸引力。

这两个质量是在不同的实验中测量的，所以它们绝对没有必要联系在一起，更不用说成比例了。

在现代物理学中，这种观点得到加强，即这些质量的严格比例性是由实验确定的。此外，请注意在[8]，在经典力学和欧几里得几何的框架下，从理论上证明了两个相互作用的中性(不带任何电荷)物体的惯性质量和引力质量的比例原理成立。这使得我们可以谈论一个单一的质量，在非引力和引力相互作用中都是如此。选择合适的单位可以使这些质量相等。“强比例性”可以有几种解释。有两种模型使用了不同的原理:

•的法律群众的比例:第一模型指出惯性和重力是彼此不相关的各种现象，它们可能具有共同的性质。然而，由于一种物质的某些性质，质量之间的比例发生在很广泛的条件下。该规则有其适用范围，超过该范围即违反该规则

•质量的等价假设:爱因斯坦在创建GTR时，提出了惯性质量和引力质量的定量相等。从哲学的角度来看，这一假设是站不住脚的，因为数量相等不可避免地导致定性性质的识别。因此，在物理学中，有一种说法，即引力和惯性力不仅具有共同的性质，而且是相同的

这两种方法是根本不同的。我们需要讨论每种方法的特点。从实验验证的角度来看，两种方法是等效的。因此，质量等效假设的陈述自动地确认了质量比例原则。实验证实，在两个相互作用的物体中，惯性质量和引力质量之间存在比例原则[9，10］．在经典力学的框架内，从理论上证明了两个电中性体相互作用的比例性[8］．仅用两个物体对爱因斯坦的假设进行实验检验是不可能的。寻找新的想法。

我们可以提供一种直接的方法来检验质量等效假设。在经典物理学中，存在“对相互作用的独立性”原则。两个物体相互作用，不管它们个人与其他物体的相互作用。

三个天体的相互作用:为了说明验证方法，我们考虑太阳与地月系统的相互作用。我们将写出这个系统的拉格朗日函数。

M是太阳质量v_年代太阳的速度是m_E地球的质量是v_E地球的速度是m_米是月球的质量，v_米月球的速度是R_SE地球到太阳的距离R是多少_SM太阳到月球的距离和R是多少_我是地球到月球的距离。

太阳质量M与两个质量M相互作用_E和m_米。这是地球的引力质量和月球的引力质量。比如说，如果地球和月球相距很远，那么能源它们之间的相互作用很小。然而，即便如此低交互能源W对应于某个惯性质量

公式中的符号" - "是由于相互作用能源是负的。如果质量等效原理成立，那么太阳应该与这个质量有引力相互作用。然而，在经典力学的框架中，由于两两相互作用的独立性原则，这种相互作用不会发生。

因此，我们已经有了直接实验验证等效原理的可能性。有必要确定:质量是否有引力性质²？

在一系列的实验研究中，我们没有发现类似的问题提法。估计表明，要建立质量的引力性质，需要非常高的精度(高于10^-17年）.现在我们可以说，质量比例原理得到了很好的实验证实。然而，证明重力和惯性等效的质量等效原理尚未得到实验证实或实验驳斥。

电动力学的平方效应

正如我们前面所写的，伟大的科学家汤姆逊提请注意电动力学和力学的准静态现象之间的类比。他用惯性表达了物质的电磁特性。我们将继续发展汤普森的想法，并证明引力是电动力学的二次效应。

事实上，如果我们写下库洛布法律静电荷和牛顿力学法律宇宙吸引力，那么相似性法律是令人惊讶的。我们写出拉格朗日函数:

1.库仑定律

2.的法律具有普遍吸引力

进一步，可以将拉格朗日函数推广到电荷相对运动的情况，当L中的静电势_问取决于电荷的相对速度。我们把拉格朗日函数写出来。

库仑法律电位取决于电荷的相对速度v₁₂[2]:

利用相似原理，我们可以写出式(III.2)的广义拉格朗日函数:

我们注意到公式(III.4)的计算结果与狭义相对论的结果是一致的

为了避免模棱两可的解释，我们首先考虑对单个带电粒子质子的二次效应。下面我们写出两个质子(III.3)相互作用的拉格朗日函数，并加上二次项:

问在哪里₁,问₂是第一和第二质子的电荷R₁₂质子间的相对距离是v吗₁₂质子的相对速度是k吗²是比例因子。

所以，我们有一个表达式，可以让我们展示牛顿引力的电磁性质。使用表达式(III.5)，我们分别写出方括号中和的每个成员的公式:

表达式(III.7)与牛顿的拉格朗日函数非常相似法律具有全球吸引力(三。4)。

如果我们假设粒子的引力电荷与粒子电荷q的平方成正比，表达式(III.4)和式(III.5)就会重合²从历史上看，惯性质量和引力质量有相同的测量单位(千克(SI))的传统。我们将保持这一传统。为了区分质子的引力质量和惯性质量，我们替换了m的值_P具有数值相等的m_P^*是质子的引力电荷。

注:我们假设系数k是任何基本粒子电荷的普遍常数。复杂物体(离子、原子、大质量物体等)的惯性质量和引力电荷之间的关系可以根据下面将建立的基本粒子的模式来确定。

为了避免术语上的进一步混淆，我们将只讨论粒子的惯性质量和粒子的引力电荷。引力质量这个词，我们不会用。

两个质子的相互作用

大的惯性质量(例如，行星)没有多余的电荷。它们是电中性的。为了建立与中性体的联系，我们将继续从两个带电粒子质子的引力相互作用研究中进行分析。为简单起见，我们假定相互作用的物体的相对速度为零。

因此表达式(III.4)与表达式(III.7)之间存在一个恒等，对应的成员必须相等:

在G₀是质子的引力常数。

引力电荷m_P^*与电荷的平方成正比并且总是正的。比例系数k是质子的恒定值，等于:

我们知道质子电荷的大小，质子的质量和引力常数。因此，我们可以计算常数k的值。正如我们上面所写的，物理常数k对所有基本粒子都是通用的。

质子的引力电荷和它的惯性质量的测量单位，如我们所说，是千克(SI)。还需要回忆一下，静息电荷的惯性电磁质量等于:

根据既定的传统，我们选择了测量单位，使质子的引力电荷与质子的惯性质量之比始终为1众所周知，在自然界中存在着其他粒子(电子、离子、中子、中性原子和分子等)。我们将在下面的段落中讨论它们。宝腾将作为比较的基准。

在自然界中，有许多带电粒子和中性粒子。我们必须找到一种共同的方法来描述它们之间的引力相互作用。上面，我们描述了一个质子，得到了常数k的公式(iii.1.2)。常数k，比如G₀是所有基本惯性粒子的普遍物理常数。知道了电荷的大小，我们就可以计算出任何基本粒子的引力电荷的大小。

其中m_X^*粒子的期望引力电荷q_X²是粒子电荷x的平方。

我们提请读者注意带电基本粒子m的引力电荷之间的区别_X它的惯性电磁质量m_X引力电荷m_X^*(见式(III.1.4))与惯性电磁质量m无直接关系_X由表达式(III.1.3)定义。引力电荷m_X^*惯性电磁质量m_X反映基本粒子的不同性质。因此，我们没有权利谈论这些质量的“等价”(同一性)。现在我们可以继续确定其他基本粒子的引力电荷。

•电子:电子的惯性质量是质子惯性质量的1/1836。电子的电荷等于质子的电荷。如果我们用(III.1.4)计算电子的引力电荷，那么结果是它在数值上等于质子的引力电荷。对于电子，比值

•中子:从二次效应的角度来看，中子是一种特殊的粒子，因为它没有明显的电荷。我们研究宏观现象，所以不需要考虑夸克模型中子的。记住以下实验事实对我们来说是很重要的。质子和中子之间的惯性质量差按照核物理标准很小，约为1.3 MeV。因此，原子核中的中子可能位于比质子更深的势阱中，因此中子的衰变在能量上是不利的。这就导致了原子核中的中子是稳定的这一事实

此外，在缺乏中子的原子核中，质子向中子的跃迁发生在捕获轨道电子的过程中。因此，从宏观的角度来看，我们可以有条件地认为中子是质子和中子的“束”，电荷的静电相互作用相对较弱。按照这个逻辑，我们可以假设中子的引力电荷是质子的引力电荷和电子的引力电荷的总和。换句话说，“中性”中子的引力电荷是质子引力电荷的两倍

的比例法律(中性的对象)

考虑元素周期表(图1）.在每个被化学元素占据的细胞中，有两个数字。在图1中，上面的数字表示元素的序数。它报告中性原子中质子(或电子)的数量底部的数字表示元素的原子质量。原子质量是一个无量纲的量。它被定义为给定元素的原子质量与碳同位素的中性原子质量的1/12之比对于任何同位素，原子质量都是整数。它等于给定同位素中中子和质子的总和

之前我们建立了引力电荷和惯性质量的相同维度。因此，我们可以使用无量纲的原子质量单位。

元素周期表的每一个单元都有一个与该元素中性原子的质子(电子)数相等的元素序号。该表还显示了该元素的相对原子质量(重量)。同位素的原子质量在数值上等于中子数和质子数的总和现在我们可以参考元素周期表，从这个周期表中选择任何元素。以锆为例

锆原子的惯性质量在数值上等于质子、电子和中子质量的总和。在我们的例子中，质子的惯性质量是1，中子的惯性质量也近似等于1，电子的惯性质量比质子的质量小1836倍。锆的惯性质量以原子为单位等于:

电子对总惯性质量的贡献可以忽略不计。

•锆引力电荷:正如我们之前所建立的，质子和电子具有相同的相反的电荷。质子的重力电荷是1，电子的重力电荷等于质子的重力电荷，也等于1。中子的重力电荷等于2。计算中性锆原子(原子单位)的引力电荷是很容易的，

注意到这一点很有趣不仅仅是元素周期表中的中性元素。表达式反映了任何中性大质量物体(固体、液体)的惯性质量和引力电荷的比例。表达式不依赖于中性物体的化学成分、形状和大小。原因是总贡献能源绑定的能源由于固体或液体物质的离子相互作用而形成的原子的化学化合物是非常小的，是百分之一的一小部分。

•引力常数科学家们用牛顿的引力常数来测量引力常数法律和电中性质量。这法律包括惯性质量，而不是与之成比例的引力电荷。我们必须找到引力常数使用表达式如果在这里法律对于电中性体用引力电荷代替质子的惯性质量，我们得到:

在哪里为中性体实验测量的引力常数;G₀质子的引力常数是m吗₁= m₂是质子质量，是质子的引力电荷。因为对于中性体，这个比值是s=2，即重力常数G和质子常数G的实验值₀可以用公式计算吗

考虑到这个表达式牛顿的宇宙法律对于中性体相互作用中的引力有如下形式

它完全符合牛顿著名的定律。所以，我们得到了一个重要的法律对任何中性物体都是成比例的。在选定的测量单位制下，中性物体的引力电荷与其惯性质量之比是一个约等于2的常数。

中性物体的惯性质量是两个质量的和。第一个质量是正质量。它的值是物体电荷的电磁质量之和。电荷的电磁质量由式(III.1.3)确定。第二个质量是由引力相互作用产生的，它的值为负值。它的值与原子之间的引力相互作用有关。显然，负重力质量可以忽略不计。

在这里，我们有权继续类比静电电荷及其势和引力电荷及其势。然而，这些问题需要单独陈述。

的比例法律(充电对象)^3.

考虑到质子，我们发现对于质子的值对电子另一个排除的例子法律的比例是任何离子。举个例子，考虑-粒子。这是一个双电离氦原子He⁺⁺。对于一个-粒子，s的值等于

因此，电离分子不服从质量比(III.3.1)。每个离子都有它自己的系数，这取决于电离的程度。

一般来说，牛顿的万有引力法律采用以下形式

我们看到法律牛顿定律(III.3.4)必须对带电的相互作用物体进行“修正”。这个修正是由因子写成的在法律(III.4.2)。因此，引力方程的“maxwell化”使我们能够描述一个新的模型重力的物理性质。牛顿法律万有引力的理论被保留了下来，但是这些现象有不同的解释。

•太阳的“大气”:现在我们可以根据得到的结果来说明太阳“大气”的结构特征。假设不同的粒子以相同的速度飞出去，并在太阳引力的作用下停下来。颗粒的升力高度(常规单位)如下:

这些结果使我们能够定性地描述太阳大气的结构。首先，我们注意到动能能源比动能小得多能源由粒子，氢原子和氦组成。他们的能源太低克服重力的力量。由于这个原因，可以假设太阳表面存在一层相对“薄”的电子层，其浓度相当高。随着与太阳距离的增加，电子浓度会降低。电子的位置将用“散布”的正离子取代一层宽的中性粒子(氢原子、氦原子等)。部分中性粒子停止并返回太阳。由于离太阳较远，这一层会被氦、氢等正离子补充。

太阳表面附近中性粒子的浓度有很大的密度梯度。因此，经过太阳表面附近的光改变了方向，即光线弯曲。下一个延伸区域是带有大量正离子的区域。行星在带电粒子场中运动。由于离子在行星表面的沉积，行星总是获得少量的电荷。如果太阳附近的薄“电子壳”的总电荷是几百库仑，那么在带电行星和太阳的电子“壳”之间就必须考虑到库仑相互作用。

在评估太阳耀斑对行星运动的影响时，把这些现象考虑进去是特别重要的。随着α粒子通量的增加，行星轨道的半径会略有增加，行星上一天的持续时间也会发生变化，等等。库仑力可以对实验测量的结果作出切实的修正。

结论

因此，分析结果如下:

爱因斯坦的假设没有可靠的实验证实或反驳。然而，数学分析[6帮助发现了200多年前制造的GTR中几何学家的错误。有必要纠正检测到的错误。这意味着对GTR现象的现代解释是不科学的。它需要修改

2)我们发现，从哲学的观点来看，惯性质量和重力质量相等的假设是不成立的。惯性和重力可以有共同的性质。然而，它们是物质固有的各种独立属性的表现

3)我们发现重力现象可以用电动力学来解释。同时，法律中性质量的惰性质量和引力质量之间的比例是完全满足的。这种比例并不取决于物质的化学成分，也不取决于它的大小和形状

因此，伟大的英国科学家汤姆逊关于重物质的电磁性质的想法得到了进一步的发展。牛顿引力可以看作是电动力学的二次效应。

鸣谢

这项研究没有从公共、商业或非营利部门的资助机构获得任何具体的资助。

¹对爱因斯坦的假设的分析表明，他也犯了哲学上的错误。

²在这里，我们正在处理以下奇怪的事实。首先，根据质量等效原理，所有惯性质量和引力质量必须具有相同的符号。质量?违反了这个条件，因为它是负的。其次，根据经典的相互作用独立规则，质量?不应该与太阳的质量相互作用。不幸的是，这种“次要的”，但基本的物理问题回避讨论。

^3.这里我们不考虑电荷之间的库仑相互作用。任何一本物理教科书都描述了库仑相互作用。我们只关心粒子电离对引力效应的影响。

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