场子论

本文是原创作品,如有转载,请附上出处。

1. 描述

场子论描述如下:

1) 所有辐射场皆由场子构成;

2) 每个场源至少与两种不同的场子相互作用,场子之间可以相互转化;

3) 场子相互转化后,运动速率大小改变,方向保持不变;

4) 至少一种场子以一定的速度c2向外辐射,另一种场子以一定的速度c1射向场源;

5) 观测者在场中运动符合观测效应。

2. 定义

2.1. 辐射场

辐射场是一种场,他的特点是场源静止时场强与半径的平方成反比。常见的辐射场有:电场、磁场、重力场。这种场的场源会不断地向外辐射出场子。

2.2. 场源

可以把一种场子转化为另外一种场子的物质。

2.3. 场子

场子是一种具备质量的粒子。一个辐射场源至少与两种不同的场子相互作用,他们的质量不同,速度不同,可以相互转化。一种场子不断地射向场源,场源把他们转化为另外一种场子不断地向外辐射。我把射向场源的场子称作场子α,场源辐射出的场子称作场子β。

2.4. 转化率

场源把射到它的场子转换成另外一种场子的比率。如果场源可以把所有射向它的场子α全部转化为另外一种场子β,那么场源对场子α的转化率是100%。同理,如果场源可以把所有射向它的场子β全部转转化为另外一种场子α,那么场源对场子β的转化率是100%。转化率与单位时间内射向场源的场子数量有关,如果数量越大,那么转化率就越低。

2.5. 观测者

如果一个场源在其它场源激发的场中运动,那么他就是一个观测者。他观测到其它场源的场强与他自身运动有关。

2.6. 观测效应

观测者受到的场的作用与其观测到的场强有关。如果他观测到的场强越大,那么他受到的作用就越大,反之就越小。我把这种效应叫做观测效应。

一般地,如果观测者运动方向迎着场辐射方向,那么观测到的场强就越强,反之就越弱。当观测者运动速度大于或者等于场子传播速度,且方向与场传播方向相同,那么观测到的场强为0。

3. β场

场源吸取α场子,向外辐射出β场子,构成β场。

如何理解β场?β场就像灯向四周不断的发射出光而形成的光场一样。

α场子速度为c1,质量为m1;β场子速度为c2,质量为m2。他们存在以下关系:

c1 > c2

m1 < m2

即质量越小,速度越快。

3.1. 场源运动与激发场

当场源运动时,其在空间中激发的场强E与其运动速度v有关。

图1

如图所示,场源在A处以速度v沿着y轴运动,四周的场子α撞击到场源,经过场源转化后,变成场子β,向四周辐射出去。场子β在B处出形成的场强和场方向与场源静止时所形成的有所不同。

因为场子β传播速度为c2,所以B处的场强实际上是场源在C处辐射的场子β形成的,只要算出C的位置,那么就可以知道B处场强的方向。

3.1.1. 场方向推导

先求出CB之间的距离d2:

因为场源从C到A的运动时间等于场子β从C传播到B的时间,因此

根据韦达定理,

上述方程求根公式为:

故:

因为场源是沿着y轴运动,此时位置为坐标原点,所以y2必须是负数,因此

B处场强的方向使用x轴的夹角θ表示为:

公式 1

考虑y1的特殊情况,即当y1等于0时,则x轴上的点的场方向可以表示为:

公式 2

公式2是公式1的一个特例。从公式2可知,如果v速度越大,那么场方向的偏角就越大。

当y2等于y1时,θ等于0,不存在垂直的分量。

为了直观理解公式1,假设v等于0.5c2,则,

同理,假设v等于0.9c2,则,

角度差δ以3D图表示为:

图 2

如图 2所示,红轴为x轴,绿轴为y轴,蓝轴为δ,灰面为v=0,红面为v=0.9c,绿面为v=0.5c。从图可以看出,y=0时,角度差δ最大。速度v越大,角度差δ越大。

为了方便后续的推导,使用x轴方向和y轴方向的比例来表示场强的方向。

(x1,y1)到(0,y2)的距离d可以表示为:

如果使用i来表示场强方向,那么各个坐标轴的分量如下:

推导ix:

公式 4

推导iy:

公式 5

3.1.2. 场强推导

当场源静止时,打到场源的场子α各个方向都是均匀的,从场源辐射出去的场子β也是各个方向均匀的。当场源沿着y轴运动时,打到场源的场子α就不再均匀。场源前表面碰到的场子α比场源后表面的多,导致场源后表面辐射出的场子β比前表面的多。对于场子β形成的场来说,场源后面的场强大于场源前面的场强。

图 3

如图 3所示,场源沿着y轴运以速度v运动,那么各个方向的速度分量v’可以表示为:

假设场子转换效率是100%。因为场子α的浓度是不变的,所以如果场源的运动速度越快,那么就会有更多的场子β被场源转化,辐射出的β场就越强。

假设场子α的速度是c1,则场子β在某点的场强可以表示为:

其中,k为常数,v’场源运动速度的分量。

如果场源运动速度是0,则

所以可得:

公式 6

其中,c1和v取正数;θ为场强方向与x轴的夹角;场强方向与速度分量方向相反,即θ+π。

根据以上推导可知:

也就是说,如果求出静态场强,那么就可以通过公式6求出运动场源的场强。

现在计算y2处激发的场强在x1和y1处的静态场强度。

因为(x1,y1)到(0,y2)的距离d为:

根据场的计算公式E=k’/r^2,得

公式 7

考虑特殊情况,即当y1等于0时,

公式 8

为了直观理解公式7,假设k'=1,c1=3*c2,公式7可以表示为:

假设v等于0.5c2,则

假设v等于0.9c2,同理可以推导出:

把v等于0.5c2和v等于0.9c2的场强绘制出的图如下:

立体图:

图4-1

俯视图:

图4-2

如图4所示,红色面为场源运动速度为0.9c2的场强面1,绿色面为场源运动速度为0.5c2的场强面2,浅蓝色面为场强等于1的场强面3。面3与面1、面2的相交线呈椭圆形。场源运动速度越快,椭圆中心偏移坐标原点就越大。因为相交线是场强相等的线,所以离坐标原点相同的距离的点,y为负的点,要比y为正的点的强度强。

由以上结果可知,如果两个场源之间相互吸引,且一前一后地一起运动,那么后面的场源受到的吸引力大于两个场源静止时的吸引力。我把这种效应称作拖曳效应。

为了后续推导的方便,场强使用x轴和y轴的分量来表示,则:

公式 9

同理可以推导y轴方向的场强公式:

公式 10

3.2. 运动场源的受力分析

下面分析两个场源的相互作用。

图 5

如图所示,场源A从坐标原点以速度v1沿着y轴运动,场源B在(x1,y1,0)处以速度v2(vx,vy,vz)运动。因为场源B运动,所以其观测到的场源A激发的场强与其静止时观测到的不同。要分析场源B的受力,必须先分析场源B观测到的场强。

3.2.1. 观测场强

观测场强与观测者的运动速度有关。如果观测者运动方向与场子传播的方向相同,那么观测到的场强小于其静止的场强。如果观测者运动方向逆着场子传播方向,那么观测到的场强大于其静止的场强。

观测场强使用公式表示:

其中,场子β的速度c2的方向为场强方向。

对于xy面上的场源B,其观测到的场强公式(只研究xy面是因为所以经过y轴的面是等效的):

公式 11

其中,i,j,k为向量x,y,z三个方向。

如何理解这条超复杂的公式呢?下面考虑一下这种特殊情况,即场源B在(x1,0,0)处,运动速度为v2(0,vy,0),公式可以变为:

如果vy等于v,那么得

在这种特殊情况下,观测者观测到的场强很明显符合洛伦兹变换。也就是说,洛伦兹变换是一个特例。

把E代入公式可得x轴上,垂直运动的场源B观测到的场强公式:

公式 12

如果场源B在x轴上垂直运动,即运动速度为v2(vx,0,0),那么可得:

公式 13

如果v等于0,即场源A不运动,则

公式 14

3.2.2. 转化率与观测场强

如果场源A和B是相互排斥的场源,场子β无法穿透场源,故场子β无转发率这种说法,观测场强越强,场源受力越大。因此,以下所述的转化率均是指相互吸引的场源

以上推导均以场源的转化率为100%的情况来进行推导的,如果考虑转化率,那么事情就变得更加复杂了。

一般地,单位时间内射到场源的β场子越多,场源对这些场子的转化效率就越低。

当场源B高速射向场源A,由公式14可知,在转化率是100%的情况下,场源B受到的吸引力将变大。

但是,实际上,场源B对场子β的转化率降低,一部分场子无法穿透场源B,被场源B反弹回去。转化率越低,就会有越多的场子被反弹,导致场源B受到的吸引力变小。如果场源B反弹的场子β远大于其吸取转化的场子β,那么场源B的受力由原来的吸引力变成排斥力。

典型的例子是原子的电子运动。核外电子既不能远离原子核,也不能靠近原子核。当电子远离原子核时,电场力就会把电子拉回来。当电子射向原子核时,电子反弹的场子β增多,吸引力就会变成排斥力,电子就会被推离原子核。因此,原子的结构是稳定的。

3.2.3. 转化率与场源受力

场源对场子β的转化能力是有限的,当场源对场子β的转化达到饱和时,不管观测到的场强如何增强,转化出的场子α是固定的。

把使得场源转化进入饱和的观测场强定义为

即临界场强。

当场源B的观测场小于临界场强时,转化率是100%,所有上述公式都可以使用;当场源B的观测场等于临界场强时,场源B受到的场的吸引力为最大的;当观测场强大于临界场强时,多余的场子将被场源反弹,场源B受到的排斥力开始增加。

斥力计算:

排斥力按场源相互排斥的情况来计算,即按排斥场强来计算,排斥场强可以无限大。

4. α场

α场由场子α组成。当场源将场子α不断地转化为场子β时,场子α源源不断地射向场源,从而形成了α场。

当场源静止时,其既辐射β场,又形成α场。其它场源置于其中时,会受到两个场的作用,其受力是两个场力之和。

如何理解α场?想象在平静的湖面上,一艘船快速掠过,形成一个中间低两边高的凹形水面。这个凹形水面就是α场,任何漂浮在水面上的东西都会向中间滑去。

α场力总是使两个场源相互吸引的。

场源运动时,α场很复杂,有待以后进一步描述。

推荐阅读更多精彩内容