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慣性場震蕩產生慣性波

儘管牛頓和愛因斯坦對引力現象的解釋有本質的不同,但是,兩種主要的引力理論都描述了引力場的存在,萬有引力理論和廣義相對論符合哲學引力場論的「等效原理」。在牛頓經典引力理論的描述中,引力場產生於兩個、或多個物體之間的相互作用,引力在引力場的傳播不需要時間,或引力的傳播速度是無限的,用量子物理學的語言來講,「量子引力」發生了量子糾纏,無論兩個引力源的距離有多遠,引力的傳播都能瞬間到達。在愛因斯坦廣義相對論的描述中,引力產生於有質量的物體對周圍時空的彎曲,物體的質量越大,它對周圍時空的彎曲度、或時空的幾何曲率越大;反之,物質的質量越小,它對周圍時空的彎曲度、或時空的幾何曲率越小。地球之所以圍繞太陽轉動,這是因為太陽的質量比地球大得多,只可能發生地球在太陽彎曲的時空中旋轉,不可能發生太陽在地球彎曲的時空中旋轉。引力與物體質量的大小成正比,時空彎曲率同樣正比於物體的質量,因此,引力和時空彎曲率的大小符合哲學趨向論的「等效原理」。愛因斯坦以廣義相對論為依據預言了引力波的存在,「引力」的傳播需要時間,或「引力」的傳播速度是有限的,引力的傳播速度等於光速。太陽的「第一縷光」和「第一束引力波」會同時到達地球。

引力波是時空彎曲的變化產生的「漣漪」,引力場的變化產生引力波,引力的振動以引力波的形式向外輻射能量,我們同樣可以推測,慣性波是時空反彎曲的變化產生的波動現象,慣性場的變化產生慣性波,慣性場的振動以慣性波的形式向外輻射能量。引力、引力場、引力波、引力輻射和慣性力、慣性場、慣性波、慣性輻射符合哲學對應論的』」等效原理」。從科學哲學的等效關係出發,我們引入了「慣性場」和「慣性波」的概念,而慣性場的存在通過伽利略的慣性實驗得到了證明,1632年,伽利略為了解釋天體的「永恆運動」而提出了慣性定律,他在一個表面光滑的斜坡上將一個小球從斜坡上向下滾落,光滑的斜坡板接上一段很長的光滑平板,從斜坡上滾下的小球將在光滑的平板上均勻地持續滾動。現實的物理場景不存在理想的物理條件,人們找不到摩擦力為零的光滑板材,尋不到空氣阻力為零的真空條件,伽利略的慣性定律適用於「理想實驗」的條件,我們可用哲學的「廣義悖論原理」來刻畫慣性定律的理想和現實條件的對立性,從慣性定律的理想實驗出發,人們可能造一部「永動機」,而從慣性定律的現實條件考慮,人們不能造一部沒有能量注入的「永動機」。物體的質量越大,它的慣性越大;反之,物體的質量越小,它的慣性越小,因此,質量巨大的地球和太陽、中子星和黑洞能夠在幾十億、幾百億年保持幾乎不變的運動狀態,這些「高大上」的天體看起來就像一部永不停息的「永動機」。

慣性是物體質量的固有屬性,在牛頓的力學概念中,引力也是物體質量的自有屬性,慣性質量和引力質量符合哲學屬性論的「等效原理」。在愛因斯坦的相對論中,時空彎曲是物體質量的自有屬性,因此,慣性和和時空彎曲符合哲學質量屬性論的「等效原理」。引力場、或時空彎曲場來源於物體的質量,慣性場同樣來源於物體的質量,因此,慣性場和引力場符合哲學場論的「等效原理」。伽利略提出的慣性定律等效於牛頓提出的「第一運動定律」,慣性定律實際上定義了「慣性場」的存在,一個不受任何外力作用的物體將保持靜止或勻速運動的狀態,我們反過來理解什麼是慣性和慣性場,即:任何一個物體都具有保持靜止或勻速運動狀態的性質被稱之為慣性,慣性所在的時空場被稱為慣性場,就像引力、或時空彎曲所在的時空被稱為引力場、或時空彎曲場一樣。慣性場和引力場不是靜止不變的「力場」,就像變化的引力場產生引力波,我們可以推測:變化的慣性場將產生慣性波,慣性波和引力波的產生機制符合哲學邏輯論的「等效原理」,不僅如此,變化的電場產生磁力,變化的磁場產生電力,電力和磁力的產生機制符合哲學邏輯論的「等效原理」,我們驚奇地發現,電力和磁力,慣性力和引力;電力場和磁力場,慣性場和引力場似乎「成雙成對」地出現,它們的對應性符合哲學物理論的「廣義等效原理」。

也許自然界存在慣性力和引力、慣性場和引力場,引力的本質是物質對時空的彎曲,而慣性力的本質是時空反彎曲對加速物體產生的「反作用」,慣性力和引力的對應性就像電力和磁力、電場的正極和負極、磁場的南極和北極的對應性一樣,慣性力和引力、時空反彎曲和時空彎曲的對應性與電場的正極和負極、磁場的南極和北極的對應性符合哲學對稱論的「等效原理」。既然變化的引力場產生引力波,變化的慣性場產生慣性波,那麼是什麼因素引起了引力場和慣性場的變化?由於引力和慣性力與物質的質量和運動有關,我們可以從物體質量和運動狀態的改變來判斷引力場和慣性場的變化。質量變化在天體物理學中十分常見,比如:中子星、白矮星和黑洞從周圍的伴星獲得巨量的物質,大質量的恆星在生命演變的晚期以超新星暴的形式釋放大量的物質,雙中子星的碰撞與合併形成一顆更大的中子星,甚至形成一個物質密度更大的黑洞,我們的太陽在大約50億年後將變成一個紅巨星,其間會損失大量的太陽物質。超新星暴、黑洞的伽瑪射線暴、宇宙開天闢地的大爆炸必然引起引力場和慣性場的劇烈變動,而巨大變化的引力場伴隨引力波的釋放,同樣,劇烈變化的慣性場也許瞬間釋放巨大的慣性波。我們的身體質量每天都在發生難以察覺的變化,從身體質量微小的變化中產生的引力波和慣性波小到可以忽略不計。

物體質量的改變引起慣性場和引力場的變化,物質運動狀態的改變同樣引起慣性場和引力場的變化,由物體質量和物體運動狀態的改變引起的慣性場和引力場的變化符合哲學邏輯論的「等效原理」。比如:兩個相互繞轉的中子星和黑洞在發生碰撞與合併之前並沒有產生明顯的質量變化,由於雙中子星和雙黑洞圍繞它們的質量中心旋轉,在向心引力的作用下產生方向不斷變化的向心加速度,因此,雙中子星和雙黑洞在相互繞轉的過程中引起引力場和慣性場的改變,而引力場和慣性場的變化產生了引力波和慣性波。引力波的產生源自於時空彎曲的起伏、波動、震顫、擾動,同樣,慣性波的產生源自於時空反彎曲的波動和起伏、振動和擾動。慣性力和引力不一定同時出現,我們因此不能將慣性波和引力波理解為一種相互抵消的關係,由於慣性波和引力波的覆蓋範圍和波形的差異,慣性波和引力波不一定相互「湮滅」。不排除在地球圍繞太陽旋轉的過程中,地球受到的向心引力和慣性力產生了平衡,由地球的向心加速度產生的引力波和由地球的離心加速度產生的慣性波發生了相互抵消,我們因此難以發現「迷失的引力波」和「迷失的慣性波」。在太空無時無刻不在上演各種天文事件,天體質量和運動狀態的改變時刻都在發生,引力波應該是一種高頻率的發生事件,天文學家目前使用了極為精密的激光干涉儀,他們卻發現了極少量的引力波,這也許與慣性波與引力波的抵消作用有關。

1916年,愛因斯坦以廣義相對論為依據預測了引力波的存在,即使不能建立某種」廣義慣性輪」,以此來預測慣性波的存在,我們也能以引力場和慣性場的等效關係來預測慣性波存在的可能。可以把引力波和慣性波理解為「時空海浪」上的浪潮、或漣漪,我們也可以把引力波和慣性波看成是當將一塊石頭投進平靜的池塘時在水面上激起的一圈圈波紋。慣性波和引力波的等效性決定了兩種波的相似性,質量小、運動狀態變化小的物體產生的慣性波和引力波小;反之,質量大、運動狀態變化大的物體產生的慣性波和引力波大。引力場的變化產生了引力波,而慣性場的變化產生了慣性波,既然物理學家認為物體的加速運動擾動了周圍的時空,時空的震蕩形成引力波,那麼物體的加速運動產生了和運動方向相反的慣性力,時空的反彎曲產生了慣性力,而時空反彎曲的震蕩形成慣性波。就像引力波的傳播攜帶了引力輻射的能量一樣,慣性波的傳播同樣攜帶了慣性輻射的能量。2015年9月,LIGO團隊的科學家第一次發現了一個引力波信號,這個信號來自於兩個黑洞的撞擊和合併;2017年10月,LIGO團隊的科學家發現了另一個引力波信號,這個信號來自於雙中子星的撞擊和合併,引力波的存在得到初步的證實,然而,慣性場和慣性波的存在只是在」廣義等效原理「的哲學基礎上作出的猜測和預言。

(宇哲手稿:2019年1月14日)

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