扇环平面金属片变换成类黑洞形状及延伸思考

摘要 科学界目前对于黑洞形成的原因尚不明确。文章介绍了新发现的非对称弧折效应以及它的计算方法和延展方向。非对称弧折效应是指将扇环平面金属片变换成剖面为夹角的立体金属圆环、圆弧的过程中，夹角度与弧度、半径值的互换现象。实验利用这个原理通过对扇环平面金属片的弧折，得到的立体圆环与黑洞形状及黑洞模型的尺寸吻合。因此利用这个原理也可以计算科学家推测出的黑洞表面展开在平面的形状及尺寸。由此可能帮助揭开黑洞的形成之谜。关于时空曲率，科学界对它的理解还停留在唯像阶段。即只知道它的作用，而不知道它的表现形式和精确计算方法。笔者通过作用在水介质中产生的动量场结合非对称弧折效应原理，推导出时空曲率的模型和其对应的动量-能量大小及时空加速度快慢的计算方法。

关键词 非对称弧折效应；黑洞；时空曲率

中图分类号 04 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2016）14-0028-06

笔者从事古陶瓷收藏，有许多破损瓷器需要用古代镶口工艺修复。然而请教了很多人竟都不知道确切的下料方法，且多数认为古人的精湛工艺仅仅是工匠的“手艺不错”，没有意识到其中的科学作用。经过3年左右思考和100多次实验发现：剖面为夹角的立体金属圆环或圆弧（下简称立体圆环和立体圆弧）可以通过计算在平面金属片上画出图，然后剪下并采用非对称弧折得到。而要顺利完成这个过程的关键点在于：1）要知道弧折线两侧宽度的非对称最精确比例。否则立体圆弧在弧折时就会出现褶皱和变形；2）要知道立体圆弧在弧折过程中其夹角度与弧度，半径值的精确变换比值。也就是说在弧折时，随着夹角度的改变，立体圆弧的弧度和半径值相应的改变了多少。而这些数据都需要通过实验采集，再根据物理变化规律结合数学工具推导出通用的计算方法。当笔者把平整的立体圆环做出来后，又不明白其成型原理及形状与现实世界有什么对应。当看到黑洞的图片后，发现两者的形状很相似，觉得两者有存在关联的可能。而后又发现物质在时空中运动产生的动量能量场的波纹都具有夹角状，让我意识到这种现象与非对称弧折效应也有很深的关联。

1非对称弧折效应，扇环平面与立体圆环圆弧的变换关系和类黑洞形状的含义

1.1什么是非对称弧折效应

本实验中的非对称弧折效应是指将厚度、密度、结构相同，而弧分界线两侧材质弧宽度值比例为1：3的扇环平面金属片沿着刻划好的弧分界线作弧线对折，使之变成类黑洞形状的圆环。在弧折过程中，立体圆弧的弧度和半径值随着夹角度的改变而改变。实质就是立体圆弧的弧度、半径值与夹角度的交换过程。鉴于非对称弧折出现的独有现象，该现象定义为非对称弧折效应。而将弧折的物质视为弧折体，弧折线两侧物质的弧面对应圆心的宽度值视为弧宽值，其面积视为弧面积。弧折作者简介：王东辉，研究员，研究方向为宇宙学天体物理学。线两侧物质的关系视为弧折关系。

1.2扇环平面与立体圆环圆弧的变换关系

因为把扇环金属平面弧折成立体圆环或圆弧的过程中，只是弧度、半径值与夹角度进行了交换。除了因弧度的变化和弧折线部位因弧折时夹角度的变小引起弧折体外部的延展。理论上在弧折后的立体圆环或圆弧的内部空间面积仍与弧折前的扇环平面面积相等。从这个角度衡量，这是扇环平面与立体圆环圆弧的对应数量关系。

1.3如何得出与黑洞有关联

通过实验得到的立体圆环和黑洞模型图片进行比较后发现，两者直观上非常相似。关联度有多大，可通过测量黑洞夹角两侧对应黑洞圆心方向的宽度，并将两侧宽度进行对比，得出的比例再对比本实验中的立体圆环弧折线两侧的弧宽之间的弧宽值比例是否相同而得出结论。

2.1组图标示的含义

1）弧折线：弧折线是弧宽A、B的弧分界线，也是立体圆环夹角的顶部。它无限小，在弧折时受力是弧宽A、B之和。

2）弧宽A：弧宽A在立体圆环剖面较窄的一边。它的弧宽值是弧宽B的1/3。

3）弧宽B：弧宽B在立体圆环剖面较宽的一边。它的弧宽值是弧宽A的3倍。

4）图3和图4的区别在于弧宽的位置相反。但弧宽之间的弧宽值不对称比例相同。

3不可折临界夹角度及具体值

通过实验发现，这种立体圆环是两个反向梯形圆环的连体结构。而这种结构，必定会留有夹角形空隙。为了侧面印证这个结论，笔者将扇环平面进行卷曲。结果是不管朝哪个方向卷，卷的弧度有多大，其仍呈梯形圆筒状。实验中观察到，当立体圆弧被弧折到小于30°夹角时就会变形。因此30°夹角是立体圆弧的不可折临界夹角度。

4实验方法

选一块厚薄适中，结构匀称，有一定塑性和延展性的平面金属薄片。将其放平和固定后，根据所要加工的立体圆环或圆弧变换到平面的尺寸。标示出圆心、弧折线和弧宽A、B的半径边界线和三条弧线两端端点的位置，并在端点之间画出连接线。然后用带切割瓷砖滚轮的特制圆规根据标示的位置，将弧折线和弧宽A、B的边界线压出凹痕，弧折线的凹痕要稍深点。最后沿刻画的边界线剪下扇环平面。变换的方法是：一手用平钳夹住弧宽A，另一手握住弧宽B。沿着弧折线小幅度来回的折。待接近目标半径值和弧度后，把立体圆弧套在所求尺寸，剖面为夹角的立體金属圆环（黑洞模型）上拓平即可。

5立体圆环或圆弧变换在平面的尺寸

要计算立体圆弧拓扑在平面的尺寸，关键需要了解其夹角度与弧度、半径值的变动关系。即需要知道圆弧夹角度变化了多少值，相应的弧折线的弧度和半径又会变化多少值。

笔者通过对实验得出的数据验证后发现：弧折前的扇环平面和其弧折后的立体圆弧，它们的弧折线弧度和半径的乘积相同。显示圆弧在弧折时，弧折线的弧度和半径值的变化呈反比。因此得出这样一条弧线变换定律，可以这样表述：任弧线的弧度和半径如何变化或所有弧长相等的弧线，它们的弧度和半径的乘积一定相等。那么想要知道圆弧在夹角变动后的弧折线弧度或半径值，就可以通过圆弧在夹角变动前的弧折线弧度和半径的乘积除以夹角变动后的弧折线弧度或半径的其中一个值，得出另一个值。

但这个定律，只能说明立体圆弧在夹角度变动下，弧折线所变化出的不同弧度和半径值的乘积都相等。并不能得出立体圆弧在特定夹角度下，它变换在平面的弧折线弧度和半径值分别是多少。但它的发现，拓展了笔者的思路。使笔者尝试通过立体圆弧夹角度和平面弧折线半径值的乘积规律去找出立体圆弧变换在平面的弧折线半径值和弧度。

通过对实验得出的数据验证后发现：相同半径值，夹角在60°～30°区间的立体圆环。它们弧折前的扇环平面的弧折线半径值与弧折后的立体圆环夹角度的乘积（以下简称：平夹乘积）都相同。

而后又通过一系列实验、推导和简化得出：立体圆环在180°～60°夹角度区间的平夹乘积需要从180°夹角度与立体圆环半径值的乘积（以下简称：立夹乘积）基础上递减求得。

其递减规律是立体圆环夹角从180°起至150°止，每小1°夹角度即递减立夹乘积的0.004444..倍值作为它们的平夹乘积。

（设变换在平面的弧折线半径值为H.Ra。立体圆环的弧折线半径值为H.Rb。设理论上的平面夹角度为L°。立体圆环夹角度为Hb.L°。说明：方程中的度量单位只是出于表达需要，计算结果以半径的单位为准。立体圆环和圆弧的符号为同一个。把立体圆环弧折线半径值和夹角度代入方程，就能算出該立体圆环变换在平面的弧折线半径值）。

那么求立体圆环夹角在180°～150°区间变换在平面的弧折线半径值H.Ra={180L°XH.Rb-180L°XH.Rb×0.004444..×（180L°-Hb.L°））÷Hb.L°

而圆环夹角在150°～120°区间时，它们的平夹乘积是在立夹乘积86.66..%值的基础上。从150°起，至120°止。每小1°夹角度再减去立夹乘积的0.003333..倍值。

那么求立体圆环夹角在150°～120°区间变换在平面的弧折线半径值H.R={180L°×H.RbX0.8666..-180L°×H.Rb×0.003333..×（150L°-Hb.L°）}÷Hb.L°。

当立体圆环夹角在120°～90°区间时，它们的平夹乘积是在立夹乘积76.66..%值的基础上。从120°起，至90°止。每小1°夹角度减去立夹乘积的0.002222..倍值。

那么求立体圆环夹角在120°～90°区间变换在平面的弧折线半径值H.Ra={180L°×H.Rb×0.7666..-180L°×H.Rb×0.002222..×（120L°-Hb.L°）}÷Hb.L°。

当立体圆环夹角在90°～60°区间时，它们的平夹乘积是在立夹乘积70%值的基础上。从90°起，至60°止。每小1°夹角度减去立夹乘积的0.001111..倍值。

那么求立体圆环夹角在90°～60°区间变换在平面的弧折线半径值H.Ra={180L°XH.UbX0.7-180L°×H.Rb×0.001111..×（90L°-Hb.L°）}÷Hb.L°。

当立体圆环夹角在60°～30°区间时，它们所有的平夹乘积都为立夹乘积的2/3值。为了方便计算，这个值也可以理解成立夹乘积的66.66..%值。

那么求立体圆环夹角在60°～30°区间变换在平面的弧折线半径值H.Ra=（180L°×H.Rb×0.6666..）÷Hb.L°。

在求得立体圆环变换在平面弧折线半径值后，再根据弧长相等，半径值和弧度的乘积也相等定律，求出其变换在平面的弧折线弧度。

即：求变换在平面的弧折线弧度=立体圆环弧折线弧度×立体圆环弧折线半径÷变换在平面的弧折线半径。

（设变换在平面弧折线弧度为Ha.rad，半径为H.Ra。立体圆环弧折线弧度为Hb.rad，半径为H.rib）。

简化为Ha.rad=Hb.rad×H.Rb÷H.Ra

接下来还要算出弧宽A、B的弧边界线在平面的半径值。方法是根据它们的弧宽值从平面弧折线半径值的基础上加或减求得。外侧弧宽采用加法，内侧弧宽采用减法。

设弧宽A在外侧的值为Ha，其平面边界至圆心的半径值为Ha.Ra

设弧宽A在内侧的值为Ha2，其平面边界至圆心的半径值为Ha2.Ra

设弧宽B在外侧的值为Hb，其平面边界至圆心的半径值为Hb.Ra

设弧宽B在内侧的值为Hb2，其平面边界至圆心的半径值为Hb2.Ra

即：求弧宽A在外侧时的平面边界线半径值=平面弧折线半径值+弧宽A的弧宽值。

简化为：Ha.Ra=H.Ra+Ha

求弧宽A在内侧时的平面边界线半径值=平面弧折线半径值一弧宽A的弧宽值

简化为：Ha2.Ra=H.Ra-Ha2

求弧宽B在外侧时的平面边界线半径值=平面弧折线半径值+弧宽B的弧宽值

简化为：Hb.Ra=H.Ra+Ub

求弧宽B在内侧时的平面边界线半径值=平面弧折线半径值一弧宽B的弧宽值

简化为：Hb2.Ra=H.Ra-Hb2

而它们的弧度和平面弧折线弧度一样，不用再求。

6夹角在动态下的立体圆弧或圆环的弧折线弧度和半径值

1）如果我们要计算夹角在动态下的立体圆弧的弧折线弧度和半径的变化值。或者用于立体圆弧与扇环平面互相变换时的换算，则可以用一种简化的计算方法。即预先算出不同夹角度的立体圆弧变换在平面的弧折线半径值是变换前的半径值多少倍的值（以下简称：夹角度对应的平立倍率）。而这也是不同夹角度的立体圆弧弧度是其变换在平面的弧度多少倍的值。

即立体圆弧通过平夹乘积求得的变换在平面弧折线的半径值÷该立体圆环弧折线的半径值得出。然后通过不同夹角度对应的平立倍率相互之间及与夹角度变动前的立体圆弧或扇环平面的弧折线弧度和半径值进行计算，得出夹角度变动后的弧折线弧度和半径值。

（设夹角度对应的平立倍率为a.a..。说明一下：经运算发现在求平夹倍率的方程中代入任何自然数作为立体圆弧的半径值，求得的倍率都一样。因此下列方程中的n.H.Rb表示任意立体圆弧半径值，但每组方程中的任意立体圆弧半径值必须相同）。

即求立体圆弧夹角在180°～150°区间所对应的平立倍率a.a..={180L°×n.H.Rb-180L°×n.H.Rb×0.004444..×（180L°-Hb.L°）}÷Hb.L°÷n.H.Rb

求立体圆弧夹角在150°～120°区间所对应的平立倍率a.a..={180L°×n.H.Rb×0.8666..-180L°×n.H.Rb×0.003333..×（150L°-Hb.L°）}÷Hh.L°÷n.H.Rb

求立体圆弧夹角在120°～90°区间所对应的平立倍率a.a..={180L°×n.H.Rb×0.7666..-180L°×n.H.Rb×0.002222..×（120L°-Hb.L°）}÷Hb.L°÷n.H.Rb

求立体圆弧夹角在90°～60°区间所对应的平立倍率a.a..={180L°×n.H.Rb×0.7-180L°×n.H.Rb×0.001111..×（90L°-Hb.L°）}÷Hb.L°÷n.H.Rb

求立體圆弧夹角在60°～30°区间所对应的平立倍率a.a..=（180L°×n.H.Rb×0.6666..）÷Hb.L°÷n.H.Rb

（再设立体圆弧夹角度变大后对应的弧折线半径值为H.Rb↑，弧度为Hb.rad↑，平立倍率为a.a..↑。设立体圆弧夹角度变小后对应的弧折线半径值为H.Rb↓，弧度为Hb.rad↓，平立倍率为a.a..↓）。

那么求立体圆弧夹角度变大后的弧折线半径值=夹角度变大前弧折线半径值×（夹角度变大前对应的平立倍率÷夹角度变大后对应的平立倍率）

简化为：H.Rb↑=H.Rb×（a.a..÷a.a..↑）

求立体圆弧夹角度变大后的弧折线弧度=夹角度变大前弧折线弧度÷（夹角度变大前对应的平立倍率÷夹角度变大后对应的平立倍率）

简化为：Hb.rad ↑=Hb.rad÷（a.a..÷a.a..↑）

求立体圆弧夹角度变小后的弧折线半径值=夹角度变小前弧折线半径值×（夹角度变小前对应的平立倍率÷夹角度变小后对应的平立倍率）

简化为：H.Rb ↓=H.Rb×（a.a..÷a.a..↓）

求立体圆弧夹角度变小后的弧折线弧度=夹角度变小前弧折线弧度÷（夹角度变小前对应的平立倍率÷夹角度变小后对应的平立倍率）

简化为：Hb.rad ↓=Hb.rad÷（a.a..÷a.a..↓）

2）夹角度对应的平立倍率也能用于计算立体圆环或圆弧和扇环平面的相互转换值。

即：求变换后的扇环平面弧折线半径值=立体圆环弧折线半径值×其夹角度对应的平立倍率。

简化为：H.Ra=H.Rb×a.a..

求变换后的扇环平面弧折线弧度=立体圆环弧折线弧度÷其夹角度对应的平立倍率。

简化为：Ha.rad=Hb.rad÷a.a..

求变换后的立体圆环弧折线半径值=扇环平面弧折线半径值÷其夹角度对应的平立倍率

简化为：H.Rb=H.Ra÷a.a..

求变换后的立体圆环弧折线弧度=扇环平面弧折线弧度×其夹角度对应的平立倍率

简化为：Hb.rad=Ha.rad×a.a..

3）平面弧宽A、B的弧边界线半径值求法参照前述。立体圆弧弧宽A、B底部半径值的求法可以在立体圆弧弧折线半径值的基础上。把圆弧夹角看成内外两个等边倒三角，内三角边长按内侧弧宽算，外三角边长按外侧弧宽算。通过计算三角边长的方法算出各自底长。内侧弧宽底部半径=立体圆弧弧折线半径值-内三角底长。外侧弧宽底部半径=立体圆弧弧折线半径值+外三角底长。

7立体圆环对扣结构与时空场结构的关联

在立体圆环做成后发现，扭量位置相反的两个立体圆环，只要尺寸合适，可以拼接成一个对应体。而这种形状如何定义尚不确定，但其跟《论G复时空模型与G粒子——复时空解析几何》一文描述的时空模拟图类似，因此提供给读者参考。而要做成这样一个对应体，两个立体圆环的弧宽值和夹角度都必须相等。所要计算的是两个立体圆环内外下口之间的直径如何做到一致。（具体算法省略）

8动量-能量大小，时空加速度快慢与引力波的夹角度关系

从图9、10、11、12中可以看出：水波夹角两边的宽度呈明显的不相等，与实验取得的立体圆环形状类似。如果自然界剖面为夹角的立体圆环，其夹角两边对应圆心的弧宽之间非对称精确比值只有一个，那么所有波的夹角两侧对应波中心宽度的非对称精确比值也应是1：3。且观察发现：落在水中的动量越大，产生的水波夹角度越小。这一点可以从水波的运动过程中看出来。即：水波在运动过程中，随着动量的减弱，波的夹角度也逐渐变大。而根据非对称弧折效应原理，从扇环平面变换到立体圆环的夹角度越小，也是该扇环平面半径缩小的倍率越大。根据曲率半径值越小，曲率越大的定义。说明扇环平面半径的缩小过程，就是圆环曲率的增大过程。因此水波的夹角度越小，说明动量引起的时空曲率越大。

如果把这样的推导思路应用到空间。那么也可以得出：动量-能量越大，产生的引力波夹角度越小，也就是该动量-能量引起的时空曲率越大。同时空间场对动量-能量的压力也如水场一样表现为：动量-能量越大，场反馈的挤压力就越大。而挤压力类似推力，会造成动量周围空间的加速度现象。

因此可以这样理解：动量-能量的大小=引力波夹角度的小大=动量能量承受场压力的大小=时空加速度快慢。

那么可否通过引力波的夹角度来计算其对应的动量一能量大小和时空加速度快慢呢。我们知道，水波的夹角是动量和水场以弧线路径挤压出来的。而立体圆环的夹角也是弧度和半径以弧线路径交换出来的。因此动量的大小作用于水波夾角和圆环增加的弧度大小作用于圆环夹角成对应关系。所以水波不同夹角度对应的动量之间的比值和立体圆环不同夹角度对应的弧度增加倍率之间的比值也相同。（立体圆环不同夹角度对应的弧度增加倍率是指由扇环平面变换成的不同夹角度的立体圆环的弧度比变换前扇环平面的弧度增加多少倍的值。

由于所有波都是物质在时空运动中与场的挤压而产生，因此引力波夹角和水波夹角的形成机理相同。而引力波的夹角度变化也可以理解成动量一能量场的压力值变化。因此可以把立体圆环各夹角度对应的弧度增加倍率作为动量能量场压力对应的动量大小和时空加速度快慢的度量值。

即得出：

引力波夹角在180°～150°区间所对应的动量一能量场压力度量值=立体圆环夹角在180°～150°区间对应的弧度增加倍率（设符号为+a.a..）+a.a..={180L°×n.H.Rb-180L°×n.H.Rb×0.004444..×（180L°-Hb.L°）}÷Hb.L°÷n.H.Rb-1

引力波夹角在150°～120°区间所对应的动量一能量场压力度量值=立体圆环夹角在150°～120°区间对应的弧度增加倍率+a.a..={180L°×n.H.Rb×0.8666..-180L°×n.H.Rb×0.003333..×（150L°-Hb.L°）}÷Hb.L°÷n.H.Rb-1

引力波夹角在120°～90°区间所对应的动量

能量场压力度量值=立体圆环夹角在120°～90°区间对应的弧度增加倍率+a.a..={180L°×n.H.Rb×0.7666..-180L°×n.H.Rb×0.002222..×（120L°-Hb.L°）}÷Hb.L°÷n.H.Rb-1

引力波夹角在90°～60°区间所对应的动量一能量场压力度量值=立体圆环夹角在90°～60°区间对应的弧度增加倍率+a.a..={180L°×n.H.Rb×0.7666..-180L°×n.H.Rb×0.002222..×（120L°-Hb.L°）}÷Hb.L°÷n.H.Rb-1

引力波夹角在60°～30°区间所对应的动量能量场压力度量值=立体圆环夹角在60°～30°区间对应平面的弧度增加倍率+a.a..=（180L°×n.H.Rb×0.6666..）÷Hb.L°÷n.H.Rb-1

最后再通过对某个已知动量的大质量天体的引力波夹角进行测量，把所得夹角度换算成它的动量场压力值。然后把该天体的动量和时空加速度与它的场压力值的比值作为参照值。在计算其他物质的动量和时空加速度时，可以先对其动量场的引力波夹角进行测量，把所得夹角度转换成对应的场压力值。然后把这个场压力值和参照系场压力值进行对比。得出的比值再和参照系场压力值对应的动量一能量和时空加速度进行计算，最后得出该物体的动量一能量的大小和时空加速度快慢。注：引力波夹角度需要在物体表面测量。否则要考虑到引力波在运动中夹角度变大的情况（可参考水波运动效应）。

即：求物体的动量=物体表面引力波的夹角度对应的场压力值÷参照系场压力值×参照系场压力值对应的动量

求物体的时空加速度=物体表面引力波夹角度对应的场压力值÷参照系场压力值×参照系场压力值对应的时空加速度

9结论

非对称弧折效应揭示的圆环弧度、半径和夹角度的互换现象，使我们对“广义相对论”中关于时空曲率的模型有了形象的理解。由此明确了自然界所有动量一能量的值都可以通过它的场压力值的来计算。同时这个现象对研究空间形状及演变原理也提供了新的视角。

此物理现象可能跟黎曼假设（RiemannHypothesis）有一定的关联性。得出的结论是看不懂这个假设的很多内容，但其描述的建立在特殊直线上的非平凡零点又与本实验中扇环平面弧宽A.B对应圆心的直线及通过它们精确的非对称弧宽比值，再通过弧折得出的夹角度对应的平立倍率值有一定对应之处。