对冲电磁场改变空间结构与时间间隔

钱凤仪

(吉林大学 研究生院， 吉林 长春 130012)



对冲电磁场改变空间结构与时间间隔

钱凤仪

(吉林大学 研究生院， 吉林 长春 130012)

根据同向电流导体形成引力以及万有引力场形成引力的机制，设计了改变空间结构进而改变时间间隔的实时测量系统。对大电流形成的对冲电磁场对空间间隔变慢程度给出了定量计算。试验结果，可以用于验证时间的本质，揭示暗物质的成因，解释惯性力和光速不变的成因以及时间的相对性得以形成的内在物理机制。

电磁场; 空间结构; 时间间隔

0 引 言

时间的本质或形成机制是什么，不仅是物理学领域中一个最基本的问题，也是哲学领域中最根本的问题。牛顿的绝对时空观认为，每个观察者不论怎么运动，用什么方法对时间间隔进行测量，结果都严格相同。爱因斯坦的时间观表明，时间是相对的，不是绝对的。康德在牛顿时空观的基础之上创立了以《纯粹理性批判》为基础的客观唯心主义哲学体系。大爆炸理论认为，宇宙从一个起点处开始，这也是时间的起点。当今的物理理论延续采用时间是连续的、不间断的、也没有量子特性的观点。但一些至今还没有被证实的，试图将相对论与量子力学结合起来的理论，如量子重力理论、弦理论、M理论等，预言时间是间断的、有量子特性的。一些理论猜测普朗克时间可能是时间的最小单位。文中设计了一套借助对冲电磁场改变时间间隔的装备，用于验证不仅大质量的星体可以明显地改变时间间隔，即使通过对冲的强电磁场也能明显地改变时间间隔,对冲电磁场改变的时间间隔的具体相对变化量给出了计算数值,并提供了实时测量方法。

1 相对论中的时间相对性原理

在狭义相对论中，两个以速度v运动的坐标系k和k′，如果在k中的时间间隔为Δt,在k′中的时间间隔为Δt′，则k和k′之间的时间间隔关系[1]为:

(1)

如果上式中，取Δt为任意一个惯性系中的时间间隔，也就是原时Δτ，则式(1)可以写作

(2)

式中：c----真空中的光速。

式(2)说明，我们在以匀速v运动的坐标系看，它的时间是减慢了。反过来，我们所处的坐标系中的时间，在运动的坐标系中的观测者看来，也是减慢的。其中的根本原因在于时间是空间能量子的混乱度(熵)的倒数。在有相对运动的不同坐标系中，因为在彼此看来，所对应的空间混乱度(熵)不同，所以时间间隔就变得不同。当

(3)

则

(4)

因为光子在空间中的运动是光量子与空间相互作用的结果，是一个统计速度。当光子以光速运动时，表明光子所处的坐标系的空间混乱度或熵为:

(5)

在广义相对论中，如果在没有引力场的平坦空间中的时间间隔为原时Δτ，在有引力场的空间中的时间间隔为Δt′，则有引力场中的时间间隔在没有引力场中的、平坦空间的观测者看来，其时间间隔变为

(6)

式中: G----引力常数;

M----引力源的质量;

r----引力场距离引力源的半径。

在式(6)中，引力场能使时间间隔减慢。如果引力场满足

(7)

则由式(6)可知，此时在引力场中的时间间隔Δt′在平坦空间中的观察者看来，为

(8)

式(8)表明，强引力场能使时间间隔变得无限长，也就是强引力场能使得空间的混乱度(熵)变为零。换而言之，在黑洞附近，时间间隔被无限拉长，空间的量子效应失效了，空间也被完全“冻结”了。这种空间被“冻结”的效应，就是我们所说的暗物质效应。空间的冻结导致空间具有质量的效应。但冻结的空间毕竟不是有电子、中子、质子等静止质量为零基本粒子，所以它是难以用观测由基本粒子所构成的物质来探测的。

以上分析表明，时间就是空间的混乱度或熵的倒数，时间来自空间的量子效应。

1932年，美国加州工学院的瑞士天文学家弗里兹·扎维奇最早提出证据并推断暗物质的存在。弗里兹·扎维奇观测螺旋星系旋转速度时，发现星系外侧的旋转速度较牛顿重力预期的快，故推测必有数量庞大的内侧质量或能量拉住星系外侧组成，以使其不致因过大的离心力而脱离星系。这个庞大的质能就是后来科学家命名出来的暗物质。宇宙不是专门为牛顿定律和爱因斯坦的广义相对论所设计的。如果现有的物理理论不足以描述宇宙的蓝图，我们的出路不是让宇宙符合原有的旧理论，而是让理论符合宇宙法则，换而言之，就是说不能保守地认为宇宙的变化形态必须符合牛顿和爱因斯坦的理论。事实恰如爱因斯坦所言，人类不能为自然立法。

2 对冲电磁场导致的时间减慢效应

引力场对光速改变情况如图1所示。

图1 引力场对光速改变情况示意图

由图1可知，引力场在改变时间间隔的同时，也对在引力场传播的光子的光速产生改变。

由广义相对论并参照式(6)可知

(9)

式中: c′----沿着引力场径向传播的光速;

c----平坦空间中的光速。

两个质量为m1和m2的物体产生引力场如图2所示。

图2 两个质量为m1和m2的物体产生引力场

两个质量为m1和m2的物体，其引力场对时间的改变量并考虑到时间是标量，若没有引力场的平坦空间的时间间隔是Δτ，有引力场条件之下的时间间隔为Δt12，则

(10)

若m1= m2=m,则式(10)变为:

(11)

由图2可以看出，两个质量为m1和m2的物体产生引力场会对时间的间隔产生改变，当m1和m2不存在时，Δt12为Δτ，或者当m1和m2存在时，Δτ变为Δt12。

通以同向电流为I的导线L1和L2，如图3所示。

图3 通以同向电流为I的导线L1和L2

当两个导线长度为L通过的电流为I的导线，在图中的区域内同样会对时间间隔产生改变。按文献[2]中提出的电磁场对时间间隔的改变与引力质量之间的关系，则有

(12)

或

(13)

式中：μ0----真空中的磁导率；

G----万有引力常数。

如果按图4设计一个圆柱形绕组，绕组匝数为N，考虑到电磁场是有旋度的场，单一的通电导体不能改变其附近的时间间隔，只有在有旋度的场在矢量相反方向叠加时，才能改变时间间隔，所以由式(11)和式(13)可得电磁场对时间间隔的改变量为：

(14)

由于电磁场对时间间隔的改变量是在空间上非均匀的，因此需要将绕组沿着柱体轴线进行旋转，这样可以获得在柱体内部径向上的时间均匀改变量。

由式(14)可知，时间在有磁场矢量反向抵消的空间内与平坦空间内的时间差值为：

(15)

若将两个时钟A和B放置在没有磁场矢量反向抵消的空间中，Δτ时间内两者的误差为Δtc，将其中一个时钟放入磁场矢量反向抵消的空间中，按照以上的理论能够获得的时钟A和B的时间差值为:

(16)

3 对设计的时间减慢系统的时间改变量的数值计算

电流输出系统及时间改变量测量方法如图4所示。

图4 电磁场改变时空结构实时测量原理图

绕组用铜线，在有冷却的条件下可通过的电流为20A/mm2。式(15)由泰勒展开，并忽略高阶小量，可得

(17)

其中

(18)

(19)

一年之内的时间间隔约为

(20)

设计时保证

(21)

将式(20)代入式(19)可得相互对冲的电磁场在一年时间之内对时间的改变量为

(22)

式(22)的数值在目前的技术上是可测量的。若导体采用超导体，减慢的时间量会变得更容易测量[3-4]。

4 时间减慢系统的结构设计与制造

由于绕组电阻较小，因此，采用高低压变压器可以保证绕组产生较大的电流。

磁场改变时空结构绕组构成原理图如图5所示(即图4的剖面结构图)。

图5 磁场改变时空结构绕组构成原理图

利用低压变压器产生可调节的大电流。绕组内部设计有制冷系统，防止导致绕组过热损坏。为了加强对冲磁场强度，绕组绕在矽钢片上。时间改变量的测量方式是，选用两个精度高于10-4ms的微型原子钟A和B。将A做为参照原子钟，B作为测量原子钟。A和B在平坦空间内的时间差值δtN，由式(16)及式(22)就可以获得时钟A和B的时间差值δ(Δτ)的具体测量值。

5 结 语

提供的理论和实验方法能验证时间是空间的熵效应，能为“暗物质是空间的冻结”这一理论上推断提供实验上的依据，也能从心理学和认识论角度解释时间为什么具有相对性(不同空间中的熵不同，对应的时间间隔自然不会相同)。通过否定“牛顿时间观也就是时间的均匀流动性”，可以为否定康德哲学中的“二律背反”的成立基础提供实验证据。文中指出，时间与空间的混乱度是等价的，这就说明空间是量子化的，物质的惯性因此是统计的结果，而量子世界里，只有统计上的惯性，没有绝对意义上的惯性。时间间隔的可变性表明，光速不是恒定的不变，只是在统计上是一个不变量，光速不变是由于运动的光子在观测者看来它的时间间隔变为无限大所导致的。

[1] 吴大猷.相对论[M].北京.科学出版社,1983.

[2] 钱凤仪.相互作用原理[M].长春.吉林科技出版社,1999.

[3] 蔡圣善，朱耘，徐建军.电动力学[M].北京:高等教育出版社,2004.

[4] 井孝功.量子力学[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1984.

Space structure and time interval changed with contrary direction electromagnetic field

QIAN Fengyi

(Graduate School, Jilin University, Changchun 130012, China)

According to the mechanism of same-direction-current conductor electromagnetic force and gravitational force, a special system is designed to change the space-time structure and the time interval. The results may be used to verify the time essence, explain the dark matter, reason of inertial force and unchanged of the light speed, and physical mechanism of time relativity.

electromagnetic field; space structure; time interval.

2017-03-15

钱凤仪(1960-)，男，汉族，吉林长春人，研究员，主要从事理论物理、西方哲学、中国哲学、自动化仪器设备方向研究,E-mail:qian_fengyi@163.com.

10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2017.3.17

O 412

A

1674-1374(2017)03-0308-05