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【宇宙高维时空的奥妙】(4)物理高维时空的数学原理

科学哲学与高维时空2018-05-15 15:05:15

         物理高维时空的数学原理

            (曹天云)

     对于高维时空的认识,运用综合的思维力量,从哲学思想建构到物理模型的建构,再到数学模型和数学公式的建构,逐步进行。并在尝试对于传统哲学建构的范式转换中,不断实现思想发展的理性追求。

     物理高维的建构,应以现代相对论与量子力学的基本原理为基础,逐步叠加高维时空的思想内容而进行数学模型的建构。

      

     


 (图片来自于网络)

一、相对论的时空基础

在量子力学中,能量与振动的频率有关。公式为E=hν

相对论公式:相对论的质能转换公式E=MC^2

 

1、相对论的时空基础

在狭义相对论中,一质量为m0的物体相对于处于静止状态的观察者高速运动。那么,会出现质量变大、时间延缓、长度缩短、速度变慢的转变。

   公式为:

 


 广义相对论的时空变化内容

   在引力场很大的星球中,也会出现时间延缓、量尺缩短效应,还会形成弯曲时空。

  

2、不同时空的相对性

     在不同时空的相对存在中,不同时空之间时空变具有了相对性。时空的相对性可以用相对论来进行分析。

比如在微观时空的电子中,速度为v的电子的动能E=1/2*mv^2。由于电子的运动速度很大,狭义相对论认为电子质量要大于其静止质量。


这里体现为观察者所在的地球表面时空而对于微观电子时空的观察结果,而呈现出来的质量增大效应。而物理所观察的电子微观时空与观察者所在的地球表面时空也体现出时空的相对性。

 

   依据广义相对论,将一个地球上面的物体放到另外一个大质量的星球表面时空中,由于其引力场很大而会导致时空弯曲,也会导致时间延缓、物体尺寸缩短等现象。

由于这时在大质量的星球表面时空的时空弯曲效应,也会导致光线会弯曲现象,光的波动频率会降低。比如在在大质量星球中发出的黄色的发光体,在地球上面看就应该是橙色、红色的了。

因此体现不同时空具有相对性和相互转换。时空的相对性会在后面进行详细的阐述。

 

3、物理现象的超光速存在

   黑洞的引力场导致光无法逃逸,然而人们还是能够测量到其引力,也说明引力场的波动速度超过了光速。

  在相对低维的物理时空中的银河系直径约10万光年,而现在所发现的宇宙直径约1600亿光年。即使在相对低维时空中,要维持银河系、宇宙的正常运动、演化、有序。如果其相应的引力场波动速度不远远超过光速,是无法进行的,也无法保持其结构与稳定的。

   

     量子力学中的量子纠缠现象,处于配对状态的量子对,无论将其中一个量子放在很远的地方,其中一个量子的变动,另外一个量子会有相应的变动。也说明处于量子纠缠中的量子对之间的联系超过了光速,而且波动频率很大,因而人们无法检测到它们之间的联系能量的波动。

 

    人的意识的思维速度远远超过光速,能够将宇宙、银河系、量子纠缠、量子波动实验、艺术创作、思想逻辑等等内容迅速的结合在一起,融会贯通。


4、对于普朗克常数的修正

     量子力学的光量子的能量E=hν。其中h为普朗克常数,ν为光子的频率。

     在建构的多维时空的思想中,光量子的能量应该与光速有关。所以,将光量子的能量公式修改为E=KHC^2ν.,(其中KH为高维常数,KH=h/C^2);

由于在人类所在的低维时空中,光速不变,所以,KHC^2等于普朗克常数h,公式成立。

 

在高维时空中,由于光子速度高于光速,为光速的X倍,这时在E=KHV^2ν中,由于速度的改变导致光子能量的增加,也导致原来的普朗克常数的实效。而变为高维常数KH的加入,这时的公式E=KHV^2ν才能合理运用,适用于更广泛的时空维度中了。

 
(图片来自于网络)

二、光速范围内的维度时空的数学建构

 

1、物质场强度的逃逸极限

物质场(包括引力场、微观粒子的物质场)所导致的时空弯曲,如果将光线弯曲为圆形,光线便逃不出去了。

根据地球逃逸速度的计算公式:
而光速C一定,g为地球表面的重力加速度,r为弯曲时空半径。根据相对论,与地球的引力场强度有关。所以,可以看出逃逸速度只与引力场场的强度、半径有关。而且引力场场的强度与半径成反比关系。这个关系式可以推广到所有的星系,当然也可以推广到其它的物质场中。

 

   在人类所在的光速范畴的时空维度内,以光速为极限,以光子为能量。时空维度的物质场强度G导致时空弯曲,弯曲率R。强德拉塞卡极限给出了星球的引力大于分子之间的排斥力后的塌缩数值。后来霍金提出了黑洞思想,当引力大到导致其逃逸速度大于或者等于光速时,光子就无法逃逸。这个逃逸速度和引力场极限是重要指标。

 

而在高维时空的时空场中,物质场强度G,导致
因而光子能量不能逃出时空,光速的逃逸速度成为大范畴时空维度的一个分界值。

 

2、弯曲时空的光子能量凝聚

物质场强度G所导致的逃逸速度等于或者大于光速的时候,时空弯曲使得光子运行弯曲成为半径为R的圆中。由于光子是玻色子,可以相互叠加、互不干涉。

设空间所凝聚的光子量为q,那么q单位的光子能量就凝聚在了该弯曲时空中。

  根据相对论公式,E=mC^2。那么,m=E/C^2;将单光量子能量公式E=KHC^2ν代入,与光子量q结合。那么在该弯曲时空中,所形成的质量为:

m=E/C^2= KHC^2νq / C^2= KHνq

 

 

3物理五维时空的能量与质量转换的时空效应

    在物理五维时空的延伸中,对于地球的表面时空而言,微观时空及其物质场所导致的光子能量的时空存在,由于没有释放、逃逸到地球的表面时空中来,因而相对于地球表面时空而言,构成质量的内涵。爱因斯坦的狭义相对论用E=MC^2描述了质量和能量之间的关系,然而还没有深入到维度时空的演绎上来进行深入的思考。

   核裂变与聚变、原子弹爆炸,导致原子核时空中的一部分能量逃逸其核时空范畴,而释放到了地球所在的时空范畴。实现了E=MC^2的光子能量的时空转换。

 

 

 

 

4、物质场强度与时空半径、相对时间之间的关系

 

1)、粒子弯曲时空的形成

 

物质场的存在和强度G与形成的弯曲时空的半径R、弯曲时空的质量M、弯曲时空的时间T、逃逸速度V之间存在必然关系。相互关系为:

     

 

 

根据地球逃逸速度的计算公式:
。而光速C一定,g为地球表面的重力加速度,根据相对论,与地球的引力场强度有关。所以,可以看出逃逸速度只与引力场场的强度、半径有关。

   当物质场的逃逸速度达到光速,光子便无法逃逸出去,而形成粒子的弯曲时空了。

   所以,将公式扩展到所有的星球、所有的物质场中,得到通用的粒子弯曲时空,形成稳定的微观粒子的公式为:

 

2)、不同物质场的相对时空尺寸

    

    在这里,需要指出的是,粒子的半径R0与人类所在的表面时空看见的R不同,是与人类所在的表面时空进行了时空转换后所呈现的尺寸缩小后的半径值,而不是粒子在其时空中本来的半径值R0

   在不同物质场所构建的相对时空关系中,设物质场的强度为G,地球的引力场强度为g,那么, RR0之间的关系满足公式:

  


关系便成为不同时空之间的相对场的关系因子,KR便是相对场的关系常数。

     当不同时空的场的强度接近的时候,它们之间的尺寸关系才接近它们本来状态的尺寸。   

 

所以,这里定义与人类所在的地球重力场g相对的物质场G所在的时空为对象物质场对象弯曲时空

人类所在的地球重力场g的时空为基础,如果物体的物质场的强度越大,那么它向着人类所在的地球重力场时空中所呈现出来的尺寸就越小、比重就越大;如果物体的物质场的强度越大,它所呈现出来的尺寸就越大。将一个物体放到引力场很小的地方,它的体积应该会膨胀。

 

 

3)、不同物质场的相对时间

 

在不同物质场所构建的相对时空关系中,由于不同的物质场的强度不同,而导致的时空便具有了相对性。不仅不同时空之间的相对时空半径会进行转换,而且不同时空之间的相对时间会进行转换。

沿用上面的不同时空之间的相对场的关系因子
;那么,在对象物质场的时间T0在与它在相对于人类所在的地球重力场中被观察、呈现、转换后的时间T之间满足下面的关系:

T= T0/A

体现Gg的比值越大,则相对场的关系因子A越小,而对象物质场所在的时空的时间被转换到人类所在的地球重力场中,时间就变得很大,对象弯曲时空中的能量也因为时间的相对性的延长而被凝聚在了相对时空中。

 

 

4)、微观粒子的形成

综合起来,由于物质场所导致的逃逸速度达到光速后,便形成一种粒子弯曲时空。该弯曲时空包含光子能量、半径和时间。

由于在不同对象物质场所构建的相对时空关系中,由于对象物质场的强度G与人类所在的地球重力场强度g的不同,而导致的时空便具有了相对性。

对象物质场的弯曲时空包含光子能量、半径和时间被转换到人类所在的地球重力场中,尺寸变得很小,而时间变大很大,并且对象弯曲时空所包含的光子能量相对于人类所在的地球重力场的时空而呈现为质量。

由此,对象物质场的弯曲时空对于人类所在的地球重力场的时空相对性,对象弯曲时空中的能量也因为时间、空间的相对性而被凝聚在了相对时空中。从而在人类所在的时空中呈现出来了微观粒子的特性,包括时间、半径、质量等。

 

   

沿着物理分维的延伸方向中,不同维度的物质场导致的维度弯曲时空不同。根据R0=C^2/2G,不同对象物质场的G越大,而相对于人类时空所呈现的R0越小。从而构成沿着物理分维不断延伸的微观时空效应和微观粒子的存在。

     

5、物理学涉及的时空相对性

    在人类所在的表面时空中,如果一个表面物体中的某个物质时空的物质场强度增大到正负电子电荷之间的场强度时空的时候,那么,它的时空尺寸将相对于表面时空缩小到分子、原子时空大小;如果它的物质场强度增大到强相互作用,那么,它的时空尺寸将相对于表面时空缩小到原子核时空大小。体现宇宙多维时空存在中沿着物理分维尔进行的不同维度时空之间的演化关系、相互存在关系和时空弯曲的相对性。

 

   人们所熟悉的物理化学现象中,原子核的核外电子以不同方式的组合、结构、电磁相互作用的方式,不断组合形成相对时空,并建构成到人类所在的表面时空的时空存在和物体存在。

   不同物质场强度所导致的结合、结构、相互关系,形成了人们所理解的微观、宏观的存在、分割、相互关系的物理化学过程的多维时空结构。

   原子核时空内部存在弱相互作用、强相互作用,而且还与核外电子进行电磁相互作用,表明原子核时空的物质场的逃逸速度没有达到光速,而是小于光速。原子核内部的强相互作用将夸克结合在一起。那么原子核时空的物质场的逃逸速度远远大于原子时空的电磁相互作用的逃逸速度。

从另外一个方面来讲,当不同时空的对象物质场的G与人类所在的地球引力场g接近的时,时空会进行新的重组、结合、重合,并导致能量释放到人类所在的地球引力场中来。

 

6、不同维度的时空之间的能量转换

    由于不同的物质场所建构的时空相对性。那么,当时空变换导致对象物质场的G与人类所在的地球引力场g接近的时候,不仅它们的时空尺寸、时间走向统一,而且时空能量也通过时空转换而释放到人类所在的地球引力场g的时空中来了。

人们通过机械运动、热力学、热处理等作用,改变了不同分子的时空的结构将部分分子时空的能量释放并导致表面时空时间的能量转换;通过化学、电工电子工程,改变了原子时空的结构和分子结构,将原子时空所凝聚的部分能量转换到表面时空中来;通过核裂变和核聚变反应,打破改变了原子核时空的结构,将原子核时空的部分能量释放到表面时空中来。进行着不同不同维度的时空之间的能量转换。

无论是热力学、化学反应、电力工程、核反应,都通过时空转换而改变了原来时空的结构,也改变了不同时空的能量并释放到人类所在的地球引力场时空中来。不同反应所改变的质量可以通过所传递、释放的能量而计算出来(E=mC^2)。

它们体现着不同维度的时空的存在、变化、能量转换过程。在理论上是不能忽略的。

 

   人们都知道物体的热胀冷缩,物体受热而获得能量,不仅会导致其在表面时空的体积改变,而且还会导致其时空质量的增加。只是两个时空的空间场的强度比较接近,从而转变为质量的变化不明显而被忽略了。

 

 


 (图片来自于网络)

 

三、物理五维时空的分维的数学原理

1、五维时空的物理基础

    大于或者等于光速的物质场构成的物理时空,由于光子无法逃逸,难以构成人类所在时空的五维物理时空的存在状态。

     人们所认识的原子时空,处于电磁相互作用的时空。原子核的核内正电荷与核外电子之间存在电磁相互作用,表明原子时空的物质场的逃逸速度没有达到光速,而是小于光速。

  

     在物理五维时空中,由于不同物质场合不同物质场强度的存在,导致形成物理分维的不同层次的时空存在、以及它们之间的时空相对性的存在和转换。不同物质场、不同层次的时空形成相对于以人类所在的重力场时空为基点的时空转换,从而形成人类所观察到的、经过了时空转换后的物理五维时空的整体存在模型,形成人类所观察到的微观与宏观物理的延伸存在。。

 

 

2、物理五维时空的分形结构

   依据数学对于广泛存在的自相似图形的分形结构、分维度数的理解。人了吗发现宇宙时空结构中沿着分维从宏观到微观的延伸也存在自相似图形现象,比如太阳系的行星绕太阳公转与核外电子绕原子核旋转的相似性;宇宙结构与大脑结构的相似性;星云与电子云的相似性等等。这样我们就试图将物理分维与数学分维进行某种结合的尝试了。

     r分子一为缩小尺寸,以N为分形个数,D为分维度数。一般的公式为:

   

   现在将微观物质场时空的本来半径R0和与人类所在地球时空进行时空转转后所呈现的半径R之比R/R0=r。微观物质场强度G与地球引力场强度g相对场的关系因
带入分维公式中。并去N分之一作为图形,便会得到物理分维的分形结构图。

 

 

   相对场的关系因子A很小时,沿着分维的分形转换后的时空尺度就很小;而相对场的关系因子A接近1的时候,沿着分维的分形转换后的时空尺度就接近于正常的表面时空。

 

   在物理五维时空中,具有物理质量的表面实体与沿着分维延伸到原子、原子核之间,便有3.x4.x的分维演绎状态。

 

 

 

在物理五维时空中,沿着物理分维的延伸方向,向着微观演绎为地球与分子、原子核、夸克的分维度时空;向着宏观演绎为地球、太阳系、银河系的分维度时空结构的延伸。构成宏观与微观相统一的物理五维时空。

这样,物理五维时空中的分维与数学分维进行结合,寻求统一。

我在《物理高维时空的奥妙》书中的第一章“物理五维时空”中,对于物理五维时空的内容有详细的阐述。

 

 

那么,物质场中大于光子逃逸速度的时空,人们所在的物理时空是观察不到的。它以质量引力影响人们所在的表面时空,而被人们认识为暗物质。超过人们观察频率or超过光速的能量,被人们认识为暗能量。

  黑洞的引力场导致光无法逃逸,然而人们还是能够测量到其引力,也说明引力场的波动速度超过了光速。

 

 

3、物理五维时空的宏观与微观的统一

 

在物理五维时空中,沿着物理分维的延伸方向,向着微观演绎为地球与分子、原子核、夸克的分维度时空;向着宏观演绎为地球、太阳系、银河系的分维度时空结构的延伸。构成宏观与微观相统一的物理五维时空。

这样,物理五维时空中的分维与数学分维进行结合,寻求统一。

我在《物理高维时空的奥妙》书中的第一章“物理五维时空”中,对于物理五维时空的内容有详细的阐述。

 

 

那么,物质场中大于光子逃逸速度的时空,人们所在的物理时空是观察不到的。它以质量引力影响人们所在的表面时空,而被人们认识为暗物质。超过人们观察频率or超过光速的能量,被人们认识为暗能量。

 

4、引力场的波动速度

  黑洞的引力场导致光无法逃逸,然而人们还是能够测量到其引力,也说明引力场的波动速度超过了光速。

  在相对低维的物理时空中的银河系直径约10万光年,而现在所发现的宇宙直径约1600亿光年。即使在相对低维时空中,要维持银河系、宇宙的正常运动、演化、有序。如果其相应的引力场波动速度不远远超过光速,是无法进行的,也无法保持其结构与和谐的。

 

5、物理五维时空模型的层次关系

 

好友刘晓峰设想:“在 N 维空间里,弱作用力引致的光线弯曲曲率, N1 维空间里,弱作用力引致的光线弯曲曲率,符合以下关系,即二者曲率的平方和,等于一个常数。”

      我这里思考:不同对象物质场所构建的弯曲时空的R0之间的平方比值,与相应的场强度的平方比值,应该有一个常数ξ,才符合沿着物理分维所呈现、构建的宇宙宏观与微观的分层结构。

 

    这里所建构的物理五维时空的模型还是属于一种理想化的、简单化饿模型。而物理实际研究中,微观粒子是以更微观粒子之间的物质场而形成的结合、组合的方式一层一层建构成为物理五维时空的存在的。


 


(图片来自于网络) 

四、大范畴的维度时空的建构

1、大范畴时空之间的数值关系 

超过光速的波动光和能量,已经超越了人类感官的接收范畴,超越了人们的物理所观察的时空范畴。所以人类所在的低维时空无法对其进行制约、弯曲、转换。然而人类所在的时空范畴内的最高维度时空------心性时空可以感知到它。而且高维度时空的能量可以制约、影响、控制低维时空的存在内容。

 

大范畴时空维度的信息能量的运行速度以光速的倍数递增;而要维持银河系、宇宙的正常运转、演化,其相对低维时空的引力场传递速度也必须远远大于光速。

   超过光速的波动光所在的相对高维度时空与人类所在的相对低维时空也有相对关系。因而也可以用相对论的关系和洛伦茨变换来进行推演。


   依据相对论的洛伦茨变换,它转换到人类时空的时间为t’,长度为l’

   

    由于这时的v大于C,导致高维时空的时间、长度相对于人类所在的低维时空而呈现出复数特性来。

     而对象物质场形成的弯曲时空形成的质量而言,依据相对论的质量公式:


呈现出相对于人类所在的低维时空也呈现出虚数特性来,变得很轻,而人类也测量不到它的存在。

在高维时空中,由于光子速度高于光速C,为光速C X倍,这时光子能量为:E=KHV^2ν。

2、 

由于高维时空的物质场、光能量的波动速度、波动频率很高,而信息能量的有序性很大,对于人类所在的相对低维时空的影响改变会很大。而人类的相对低维时空中的物理难以直接检测到。然而人类初步用心物的关系,有物质与意识、思维与存在的关系来思考所在的大范畴时空维度中的相对高维的存在内容。

    人类在地球引力场所在的表面时空中,相近的几层时空维度的电磁相互作用与相对高维的基因密码、思想、意识、心性的信息能量相互作用、传递、演化,共同构成人类所在的一个大范畴的时空维度,演绎生命的信息能量因果的演化过程。

 

 

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参考以前写的文章:

1、《物理五维时空》;

2、《高维时空的演绎(六)你能悟到几维度?》;

3、《高维时空的演绎(18)六维物理模型的建立》;

4、《高维时空的演绎(24)高维的能量》;