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进一步超光速电子加速器探讨,这是一篇邀请共同进行超光速探索的邀请信,愿意参加的请和我联系

已有 1209 次阅读 2019-3-22 23:50 |个人分类:超光速|系统分类:论文交流| 超光速、超音速, 相对论, 空气动力学可压缩性

进一步超光速电子加速器探讨(讨论稿)

因为公式和图较多,一时难于完全转化,详细内容见下链接,可点击下载

进一步超光速电子加速器探讨201903018.pdf


这是一篇邀请共同进行超光速探索的邀请信,愿意参加的请和我联系

摘要 

按照索末菲尔德和一系列专家在超过光速后物质运动规律的探讨,按照和相对论兼容的规律对现有加速器的运行调控模式及测量方式进行改造,探讨电子通过光速及超过光速区的椭圆形和双曲性的特点来设计加速区, 并利用可压缩介质力学方程类似的特点来改进电子加速和电子噪声的测量,从而改善是否产生超光速电子的判断标准,以便为揭示物质和能量的深层规律开辟一条新的道路.

主题词

压缩性流体,超光速电子加速器, 相对论兼容的规律

 

超光速电子加速器探讨(讨论稿). 1

摘要... 1

主题词... 1

1.项目的立项依据(研究意义、国内外研究现状及发展动态分析,需结合科学研究发展趋势来论述科学意义;或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录);     2

3.拟采取的研究方案及可行性分析(包括研究方法、技术路线、实验手段、关键技术等说明);     11

充分利用越过光速时运动的双歧特性重新设计加速器实验结果检验方法... 12

4.本项目的特色与创新之处;... 14

5.年度研究计划及预期研究结果... 15

 

1.项目的立项依据(研究意义、国内外研究现状及发展动态分析,需结合科学研究发展趋势来论述科学意义;或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录);

一、问题的提出

    到目前为止,带电粒子动力学都是建立在光速为极限的条件下,即以狭义相对论动力学为基础的。尽管目前所建造的加速器尚未发现与这一基础理论有矛盾之处,但是所有测试粒子运动参数的方法的理论基础也是以相对论为基础的,因此既便有矛盾也很难发现,为发现是否存在矛盾,裴元吉教授提出一种按照相对论兼容规律的试验方法也许可发现一些疑点,如若果真发现,那可以深入开展研究就其原因。

现在的高能加速器,在接近光速时,都在靠增大加速器的粒子能量来增加它的速度,现在中国的加速器电子可以达到0.9999倍光速,美国加速器可以达到0.99999999倍光速,还是超不过光速;如果仔细探讨电子在亚光速的特点,就可以得出在跨光速和超光速范围运行的规律,以此对现有加速器的运行调控模式及测量方式进行改造,期望得出惊讶的结果.以此为揭示物质和能量的深层规律开辟一条新的道路.

我们都知道,物质粒子越接近光速增加的能量就需要的越大,按照质能定律,电子质量会增加到无穷大,加速器通过给电子增加的能量都加入到几乎成为无穷大的质量增加里面,电子速度等于光速就会成为一个奇点,永远通不过去。这都是r=r0/sqrt(1-b2)的原因,这里r代表运动时电子的质量,r0代表静止时电子的质量, b=V/C,V是运动速度,C是光速。

在这里sqrt(1-b2)是个判据,它到底属于何种判据?如果令b2=4·A·C/B2将会很清楚发现这个判据1-b2就可以改写成B2-4 A C,这是典型的二次型的判据。这样说有没有道理?让我们看看是1887年迈克尔逊和莫雷实验以后洛伦兹给出的解释,他认为真空中的波动方程应当是这个样子:  

         

这里1-b2果然是个简化的二次型的判据,那么1<b2、1=b2、1>b2对我们来说都是有意义的判据,并不是仅仅是个无穷大的奇点,而是一个由椭圆形量变到质变成为双曲型的转化点。

虚数根表示的方程往往是个实数方程,sqrt(1-b2)在得出虚数的时候,真实意义是特征根判别式反号了,但是关系式还在实数空间,用实数空间的方程来表示也是可以的,这样就摆脱了复数的困扰。

sqrt(1-b2)出现复数的问题还可以这样来理解。在判别式小于零的时候。它的特征根。按理说都是复数。两个复数的特征去构造这个函数。也可以原来的函数关系写出来。写出来就是一个实数的的二次三项式。代数方程是这样。常微分方程和偏微分方程一样也是这样。那么我们就说我们超光速的时候。和相对论特征根产生复数情况下。把原方程原来的关系在时速范围内写出来。这其实只是换个角度看问题,和用复数表达的方式没有矛盾。

现在我们要考虑的是,既然真空中波动既然无量纲的声学方程和度规不变性带来的时空变换都出自这么一个实验得到的数学描述,那么1-b2会不会是他们共同的一个二次型的判据,从亚光速到跨光速再到超光速的运动会有什么共同的规律可以相互借鉴?


介质力学的发展的初期有一段类似的有趣历史,以前人们为了气流加速,都是的一味增加压力和缩小口径,但是这种单调变化是无法使得物质超过音速的,最多到音速,他把一段缩孔的管子翻过来接上,不是缩小口径而是扩大口径,却意外得到了超音速气流。这和我们电子加速器里面的情况多么类似?过去加速器设计一味只追求加大能量,缩小粒子束截面,而单方向增加粒子的能量和质量只能使得粒子束接近光速,国内的加速器约达到光速的0.9999倍,国外的加速器约达到光速的0.99999999倍,无论能量如何增加,却永远超不过光速。所以想要超过光速,就要考虑系统在此时由椭圆转化为双曲方程的特点,在加速到波速时的情况下,按照早年索末菲尔德所谈到的,反相去减小能量,从而得到减小能量的粒子,他们才有可能是真正的超光速粒子。

在超光速粒子的理论探索方面,国际上很多人做过工作,推介爱因斯坦相对论的索莫非尔德在上世纪就说过,超过光速速度越高,能量会变得越小;在俄罗斯罗蒙洛索夫大学的Dmitrieyv[2]教授也作了类似工作。Paul A.Murad 90年末把电磁场方程改写成类似流体力学的小扰动方程,实现b >1的有解描述。严格的推导1998 年由美国的Haralambos Marmanis[1] 在吴介之的指导下给出。他从欧拉方程, 不可压NS方程及湍流方程出类似 Maxwell方程的表达形式。笔者进一步推导了当流体具有粘弹性的松弛和滞后作用时,甚至对非牛顿流体,采用波尔兹曼叠加原理表示应力应变率张量关系情况下,此时流体同样有Maxwell方程组的表达形式。结果归纳如下,详细情况见附录:

 

Maxwell方程组                       连续介质力学方程组

E  =  ρ                        ▽F= -▽2  f º n

图片.png E/图片.png t = C2▽╳ B -  I                  图片.png F1/图片.png t = V2▽╳w - j

图片.png B/图片.png t = -▽╳ E                      图片.png w/图片.png t = -▽╳ F1

B  = 0                            ▽ w    = 0

其中, 对Maxwell方程组来说E,B,I,r表示电场,磁场,位移电流,电荷这些熟知的量。对连续介质力学方程组来说w是漩涡强度, F1,是力,它包括引力F和压力P,惯性力,哥氏力以及粘性力m [ε],等力的和f表示势函数j是类似位移电流的复合项,  表示为:

       F1 = - F+(wV)+1/ρ▽P-1/ρ▽(λ▽V)-1/ρ▽·{m [ε]} 

   J  = ´ (V·w)V-V (2f) + 2(  F1·▽) V+ w´ ( f+V2)

上面的结果其物理意义非常明显,漩涡强度和磁场强度对应,力场和电场相对应。所以后面的方程组也有很多学者把它看成引力方程。

上面的两个方程都是在相对介质不动的坐标系得到的。然而在相对介质运动的坐标系中,就会产生一个矛盾。焦点在于:

电动力学方程是协变不变的,相对运动速度比较大的情况下需要进行罗仑兹变换,而连续介质方程是守恒型的,相对运动速度比较大的情况下的初步计算结果的得出需要进行可压缩变换。这就引出了罗伦兹变换和可压缩变换之间关系的问题。很多人察觉到了两者之间运动形态从椭圆到双曲过渡的共同特点。

国内在这方面进展也很迅速,70年代,我国的两弹功臣数学所所长秦元勋也为时空变换的超光速范围从对称性出发“配上了”以sqrt(b2-1)做变换因子的变换式。曹盛林教授曹盛林教授用ds4=(c2-v2 ) 2dt4+dr4 形式的芬斯勒度规提出包容狭义相对论的变换公式也是用双曲型的变换关系代替了需要引入虚数的一套理论,既容纳了超光速运动在实数范围的存在又在亚光速范围保留了闽克夫斯基空间的全套说法。我国的廖铭声虽然在粘性项作用比较小的条件下,用稍欠严谨的方式从粘性流体方程推导出Maxwell方程,但是他用钱学森形式的非线性可压缩变换来解释相对论。并且以此定义了广义相对论线元。

物理专家一般认为协变不变原理应该是最优美的最完善的。他们甚至利用这些经典的原理和推迟势理论来计算亚超的空气动力学问题,作为一种和空气动力学简化的线性算法,已经作为自然科学基金继续进行了这方面的研究,取得了结果。

除了冯康,刘高联等一批力学家积累的介质方程哈密尔顿描述形式之外,从数学结构上来看,七十年代起中国科学院数学所所长秦元勋教授就指出: 罗伦兹变换的奇点, 意味着方程越过光速以后应当从椭圆型转变成双曲型, 他还特别补充了该双曲型的数学形式.2001年他还著书详尽说明“运动着的物质”, 并从数学的对称性方面说明超越这个奇点后的电磁波的光子或者基本粒子应当减小质量,减低能量,而不是进一步增加能量。我国高能所卢鹤跋院士在培养了一批两弹元勋以后,回到复旦从事流体中声粘弹声介质的工作。经过长期考虑,他终于在1996年从可流动性连续介质角度出发, 突破真空是单一均匀构造的局限,对一些经典试验(麦克尔荪试验)给出新的解释.北京邮电大学黄志洵教授进行长期的量子力学和超光速的研究,借鉴Sommerfeld提出的和秦元勋教授类似的理论,提出利用量子隧道效应来达到光子越过光速奇点时的非线性效应, 提出利用介质孤波方程代替量子力学方程的看法。这些都是和国际上的研究同步进行的。

  本项目的申请者对流体力学方程组和电磁场方程结构相同的表述困难所在也作了分析. 发现主要除了湍流的时均模式可以推导出电动力学方程组以外,引入了非牛顿流体的粘性表达, 也可以从不可压流体力学方程组得到和电磁场几乎相同的表述形式. 这种表达正是卡司徒等假设的力场和漩涡场的相互关系.也就是说,电场和磁场的关系就像力和漩涡的关系一样.推导出这种相似性,自然就希望利用空气动力学方法把它延拓到可压缩流动里面去, 以便得到的强非线性修正后的电磁场方程组或者引力场方程组. 而且这些物质场方程的规律不仅可以应用在引力理论里面也可以应用在高能物理的计算中。

令人振奋的是裴元吉教授等我国第一代加速器的设计者们都觉得这些新的原理方法在我国新一代的加速器设计上也可以借鉴,他们已经考虑在加速器上进行这样的实验,并给除了设计计算的对比

 

  另一方面我们对电动力学的协变不变性质和可压缩流动的关系也作了探讨,证明了相对运动时在电磁波动方程上叠加的罗伦兹变换本质上是和从不可压流变换到可压缩流动非常接近的一种变换。我们称之为拟洛仑兹变换,实际上拟洛仑兹变换是在解可压缩问题时的一个辅助函数变换。通过这样一个辅助函数关系,可以把可压缩流场的问题,简化成现有的不可压缩问题来解答。电磁场和引力场是否也有这样的特点,它们的洛仑兹变换可否用流场的拟洛仑兹变换类代替,就成了一个十分令人感兴趣的问题。

 

2.项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键科学问题(此部分为重点阐述内容);

项目的研究基本内容按照以下目标展开。用各种办法对电子进行加速,以便得到。一个或者一群。超光速电子。研究内容分两步。

 

 

第一步,探索性实验

1、试验方案
   
下图是试验方案所用的装置布局示意图。图中电子枪是能产生能量为数兆电子伏特、束团长度为ps10-12秒)级的电子枪(如光阴极微波电子枪、外置阴极独立调谐微波电子枪等);加速管1、加速管2是常规加速结构(其相速度分别为接近1和等于1),它们将电子束加速到电子束的相对能量γ=100,即电子束的速度达到0.99995cc是光速);加速管3是采取特殊设计的加速管,使其波的相速度大于光速;磁分析铁1、磁分析铁2和其后面的荧光靶是用于束流能量测量的装置,其能量分辨好于0.1%;束流垃圾箱是用于吸收电子束的装置,以免对环境造成影响;K1是为常规加速管提供微波功率的器件,其脉冲功率约为50MWK2是为超光速相速加速管提供微波功率的器件,其输出功率为25MWIAФ是用于调节进入加速管3微波功率的相位和功率的元件。

 



三、电子束在加速管3中的能量模拟

    依据行波直线加速器中建立的微波电磁场以及带电粒子在该电磁场中的相对论动力学理论,我们可以得到设计电子直线加速器的有关公司,这些已为目前加速器设计和建造所证实,下面我们以及这一理论计算电子束在相速度大于光速的加速管3中的能量变化。计算公式可归纳为以下几式12

                                 1

上式中的 是电子束在加速管中 距离内获得的相对能量增益, 是加速管中z处的纵向电场, 是电子束在z处的电场的相位, 是电子在z处经 距离后的相位变化,

分别是z处波的相对相速度和电子是相对速度, 分别是加速管中z处的衰减常数、分路阻抗、微波功率,Ib是宏脉冲束流强度。根据式(1),在设定进入加速管3中子束能量下,对不同相速度(大于光速)的束流能量进行模拟计算,其结果如图1所示。


1 当初始电子的相对能量=100时,进入加速管的相位为0度,输入功率为20MW,加速管长度为1.6m是,电子在相对相速度分别为0.9991.051.1时的能量和相位随纵向运动而变化的曲线

 

电模拟得到的电子在不同初始相位时的能量增益及相位随加速管z坐标的变化曲线如图2所示。

 



      2a 波相速度为1.05c时,不同初始相位的电子在加速管中的能量增益曲线

 

 

 

 

  2b 波相速度为1.10c时,不同初始相位的电子在加速管中的能量增益曲线

 

四、试验方法

    首先,根据前面装置示意图建立实验装置并调试正常运行。

    从图1、图2可以看出,依据相对论动力学理论导出的电子直线加速器设计公式(1)模拟计算的结果,表明当波的相速度大于光速时,已具有初始动能为50.6MeVγ=100)(利用分析磁铁1系统)的电子,在加速管中的能量增益远小于 的加速管中获得的能量。由此我们可以在加速管出口利用分析磁铁2系统测量电子能量,如果与模拟计算结果不一致,并且远超过测量误差范围,这就给我们提出研究的课题,就追究其原因,是否能用电子的速度超过光速来解释这样试验结果?

 

 

第二步

一,首先,对超光速加速器。低q值加速段。电子加速所需要的电场进行分析,设计计算。要充分考虑。尽可能多的电子在这个加速段中。向超光速方向加速。而不是沿着亚光速方向减速。因为电子一旦进入超光速区,在减少能量的情况下。它的值并不是单值的和连续的。我们并不十分明确。电子一定会沿着加速的轨道继续发展。他也可能会沿着亚光速的路径。退回更低的亚光速。也可能会经过一个跳跃和间断。跳回亚光速。

按照送的介质理论来说。最好的设计方式。是能够把开始的这一段产生的膨胀波。和后面一段所产生的压缩波相互抵消。尽可能的使边界条件能够配合的使得达到这一状态。

不但使得电子在这一段膨胀的过程中少产生强烈的加速和减速。而且是他们。加速和减速所产生的传播效应相互抵消。由于电磁波的传播效应,还是比较难于计算的。在这点上。我们不一定能够完全。准确的达到最佳的目标。准确的达到最佳的目标。这是我们进行设计计算的最困难的地方。

二,如果任凭电子自由加速。根据我们所给电子的能比。那么他加速到一定的程度以后,一定会形成一个强烈的间断。然后把自己的运动状态恢复成亚光速状态。如果我们想在一个。可观察的范围内。得到超光速的电子流。我们就需要在这个范围内。尽可能少的。给电子加速。然后在后面配合一段。使得电子增加能量的减速段。让电子用损失能量尽量少的方式据不经过跳跃和间断回到亚光速状态。

 

这里面关键的问题是我们得不电子。不产生跳跃和间断的最佳的算法。

我们只能靠在超音速加速器里得到类似的方法去比例比较借鉴。已经得到一个或者一群。超光速电子。

三,可以设计把正电子。负电荷的电子。都加速到光速或者超光速范围内。然后让他们碰撞。以希望得到这种质量的减小所能够产生的加速效应。

 

第四。我们设法。在加速段。用波导理论来设计产生消失波。利用这种消失波能够给电子带来加速效应产生加速

 

 

这里面最重大的困难。就是我们得到了超光速电子以后如何能够测量它也是一个严重的问题。

对我们来说,测量一个超光速电子。就和当年。在没有光谱仪的情况下测量太阳的成分一样的困难。

由于测量超光速电子的传感器由于时间的计量和空间的计量精度都不够。所以这样快速的传感器是不存在的。或者说我们不了解的。所以我们必须转换思维。采用不寻常的方式去测量超光速电子的存在。

第一个办法是我们可以测量。整个电子束流时间和空间分布。因为超光速情况下的时空分布是双曲型的,亚光速下面的时空分布。是椭圆形的。是椭圆形的。我们希望抓住这种特点和不同点。来完成对超光速电子的测量。

 

另一方面。我们也可以通过电子的噪声来测量电子的状态。超光速的电子。和亚光速的电子。在微扰状态下产生的噪声。应当是迥然不同的。也就是在跨光速段和超光速段发射的电磁杂波和光的能谱也是大不一样的,过去加速器的设计者很讨厌这个东西,或者把他用来作为治疗或者生产用途,现在需要考虑完整的大数据,从中间统计出超光速电子、中微子等存在的信息。

我们在超音速风洞里面有这样的体会。这两种噪声是不同模式的噪声,我们需要把这样的一些测量结果。数学方法描述起来。把它用在超光速电子加速器的测量里面。

 

3.拟采取的研究方案及可行性分析(包括研究方法、技术路线、实验手段、关键技术等说明);

试验方法

第一阶段实验方法:

    首先,根据前面装置示意图建立实验装置并调试正常运行。

从图1、图2可以看出,依据相对论动力学理论导出的电子直线加速器设计公式(1)模拟计算的结果,表明当波的相速度大于光速时,已具有初始动能为50.6MeVγ=100)(利用分析磁铁1系统)的电子,在加速管中的能量增益远小于 的加速管中获得的能量。由此我们可以在加速管出口利用分析磁铁2系统测量电子能量,如果与模拟计算结果不一致,并且远超过测量误差范围,这就给我们提出研究的课题,就追究其原因,是否能用电子的速度超过光速来解释这样试验结果?进行进一步的讨论和调整后进入第二步的考虑到消除间断的实验

 

  电磁场和流体场方程之间的相同结构的规律是存在的。空气动力学里面的可压缩性正是和协变不变原理近似等价的描述。把麦克斯韦尔方程也带可压缩性的守恒型的强非线性化的形式. 这种形式将揭示电磁场方程,引力场方程都隐含着物质和能量的在更低一个层次的”流动”. 这样也就可以自然明白:为什么空气动力学的可压缩仿射变换因子和电磁场理论隐含的尺缩因子以及质能关系因子都是(1-v2/c2)的平方根,有助于对时空和真空隐参数的结构建立更准确的数学模型,并进行试验验证.

拟采取的研究方案及可行性分析。

    采用的研究方法是经典的数理解析法.

技术路线:

  理论上

1).参照MarmanisDmitriev的工作,借助于引入带有松弛效应的非牛顿粘性流体和湍流模型,使得不可压的Navier-stokes(后面简称NS)方程和Maxwell方程完全对应. 分析不相同的部分带来的误差。

2). 对寻找到的可以和洛伦兹变换在空间上二级精度, 时间上一级精度以内的等效的可压缩变换同样和原电动力学描述方式进行比对,分析差别对现有实验的相容性。

  

下一步需要作的工作是寻找是否有象跨音速小扰动那样高阶项数更多的非线性形式.

3).给电磁场’配上’它的’可压缩性的强非线性表达形式’和原方程组的误差以及这些误差和现有实验的相容程度,提出新的实验对这种新描述进行证明和证伪.

 

实验上

  首先进行麦克尔荪莫雷实验的声学模拟,说明在声学基础上,可压缩流动介质中,回路声速干涉条文将同样不随风速风向而移动。原来对麦克尔荪实验的解释还可以有新的说法。

  斐索流体拖动实验检验了流水对光传播的影响, 新实验是在此基础上重做流水对其中的光纤或者细玻璃杆中激光的传播是否发生影响.做流水对其中的光纤或者细玻璃杆中激光的传播是否发生影响.改造我实验室原有水洞试验台,并增加激光在光纤的回路.

  此实验虽然简单易行,但是可能也会得不出预想结果,那样就引出玻璃纤维或玻璃杆的结构在微观上对物质波动传播如何束缚的问题.使得我们所研究的问题从理论上更加复杂一个层次.

  现阶段, 我们还进一步把试验界定在单色偏振光的折射和干涉问题上.折射问题是验证现有光学折射定律在特殊条件下是否还遵循经典的规律,从而说明内部丰富结构; 激光在孔边缘的干涉试验目的是寻找拟湍流的结构, 并尽可能从理论计算上给与说明.

  对新的表达和原有表达在结果上带来的不同将几级精度上出现要给出数据. 以便以后证伪.

  理论上的关键问题

  这里面关键问题首先是可压缩流动至今还没有比较好的漩涡表达形式.从不可压流场和电磁场的四个方程的等价性来看, 实际上是漩涡与力的环量和电场与磁场的等价, 想要把这种关系引深到可压缩性流场和速度与光速比值比较高的情况下的电磁场, 那么就要首先建立可压缩漩涡的表达形式. 在现今这个表达还不是很完备的.

  第二个关键问题是可压缩性的表现实际只出现在欧拉项上面,粘性项并没有明显的可压缩因子可以提出来.需要考虑到粘性项影响的数量级别,和实验结果的相容程度,以及对理论带来的影响,对精度要做更严密的分析,并且要做数值模拟来提供鉴别.

   充分利用越过光速时运动的双歧特性重新设计加速器实验结果检验方法

        按照前述的理论,在越过光速后粒子的行为有两个分支,此处两个分支是依赖后面运动赋予的条件所决定。


如果反向调制不足,粒子就沿着亚光速的轨道运行,超光速区的产生实际长度依赖于反向调制的的实际条件,如果反向调制强度过高,也可能沿着比较强的间断面返回椭圆型分支的运行状态。这时物理机制还不清楚,也可能由电子等粒子的能级发生跃迁反映出这个变化。也就是说由于能量的间断变化,电子放出的是不同频率的光子。这个光子的频谱应当和加速器固有的同步辐射或者其他种种不稳定性造成的辐射有所区别。

    因此,试验检测就可以从电噪声的频谱,以及相对论电子束的束晕的分布和强度与和亚光速情况下的不同来断定是否发生了超光速事件。特别是利用减能以后,束晕分布的变化和用超光速理论已知理论都进行估算,其结果的出入就是指导我们进行加速器探测的新思路。

虽然我们考虑的重点在于搜获哪些加速到波速以后能量变低和粒子相位提前的事件。但是很可能我们的高能加速器的加速腔里面里面已经产生过了这样的超光速粒子的事件。然而按照经典理论,那些事件,会被我们看成异常事件,看成给试验工作带来的困难,为了防止他们的产生,旧的加速器设计用了很多方法来限制束流,使他们尽可能同步。能普尽可能集中,这些加速器常用的调整方法实际限制了超子的生成。尽管这样,如果会有些这样的异常发生,只能按照误差把他们处理掉。然而过去所谓的这些坏结果正是我们梦寐以求的超子。所以重新分析过去的试验结果也是一条简便的获取超子踪迹的方法。

 

(二)研究基础与工作条件

1 工作基础

  本课题的参加者们来自高能物理、电磁场微波技术、空气动力学, 非线性数学力学, 以及量子物理,电磁场理论研究几个学科. 长期以来他们分别在电磁场,空气动力学,粘性流体力学,计算流体力学进行研究工作, 以及进行非线性数理方程方面的研究,在电磁场互易定律公式的共轭空间推导出互能定律并用来简化电磁场的描述.在电磁场隐身和声学信号测量以及相互换算方面进行过理论分析和实验.

  在电磁场和空气动力学场的相同结构研究方面,根据非牛顿流体的粘性假设,从粘弹性流体力学方程出发推导出电磁场具有和不可压流流场方程的相同结构. 这和国外发表的从粘性方程出发得到的结论是一致的

  利用数理推导软件,在所有的可以把可压缩流动映射到不可压流动的变换中,寻找出和洛伦兹相类似的数学变换,这种变换不仅有相对论的尺缩,也有时间延长效应,于是它可以把不可压流场变换到可压缩流场, 使得不可压流场的密度和可压缩流的总密度(滞止密度)之间的可压缩性关系和洛伦兹变换带来的电磁场以及引力场的静止质量和总质量的关系联系了起来. 这个结论和廖铭声先生提出的流体力学里面也有协变不变原理的结论是相同的.

 

4.本项目的特色与创新之处;

  

阐明洛伦兹时空的不可压缩场方程是’可压缩’场的一种近似.空间误差精度是v/c二级以上小量, 时间误差上是一级以上,现有试验还不能判断这样小的误差。这种电磁等微观物质世界的和经典电动力学平行的介质力学描述就应当给它平等的地位。它不仅会给对微观物质世界提供新的强非线性数学描述的思路。同时是力学研究的一个新的生长点。

  本课题将着重理论上从驰豫性和可压缩性两个方面进一步发展这种描述。并且从实验上检验这些结论(MarmanisDmitriev的研究是从不可压缩流动进行的,非牛顿流体的驰豫性质,和流体的可压缩性质还没有牵涉到。)而本课题重新进行的推理说明了物质世界本身复杂性,新的物理理念和数学方法存在可能,可压缩性粘性流体的描述就是其中的一种。

  具体可以归纳以下几点:

  A.过去多年来,引力场和电磁场相同结构的四个方程一直建立在假设的基础上, 如今我们借助于非牛顿流体可以从介质场严格推出相同的结构.

  B.接着进行对电磁场非线性化的研究,是借鉴和补充空气动力学的现有成果, 如夏皮洛曾经在他的经典名著可压缩空气动力学和热力学里面曾经提出了一种不常用到的变换__洛伦兹变换,他认为用这种变换可以把线化的可压流方程变到不可压缩流动.但是经过严格地推演发现在时间项上面还有一点出入,后来夏皮洛在可压缩动力学与热力学一书以后的版本中又删去了这一段.今天我们可以用数学软件(maple)来寻找这个变换,从形式上来看,它和洛伦兹变换相去不远, 差别仅仅发生在时间项上面. 得到这个变换,它的意义还不仅在声学上! 线化的可压缩流的波动方程和不可压流波动方程加上相对论时空变换在数学上来说描述的是一个客体. 我们接着的研究就是麦克斯韦尔方程和它的强非线性表达是否也有这样的性质. 这样对电磁场方程仅仅做出很小的一点非线性化改动, 结果就将使得该方程消除在 β= v/c =1 时的奇点,为运动物体从β<1 过渡到β>1从理论上做好准备.

  C. 虽然杨文熊教授已经从椭圆形方程的可压缩性方面得到了可压缩性因子,但是本课题研究最后将从物质结构上解释为什么会得来可压缩性的仿射因子,或者从电磁场的物质性质上说明为什么可压缩流体里面的总密度和静止密度的比例系数与电磁场论里面表示能量总质量和静止质量的比刚好是相同的.也就是说,我们力图能阐明:

   洛伦兹时空的电磁场方程与伽利略时空内’可压缩’电磁场方程是近似相等的,

近似程度为,对于β=v/c的小量来说,是空间上二级精度,时间上一级精度等价的.

  D.虽然本课题提供的这些新的原理方法将秦元勋提出的超光速以后的表达形式从猜想变成了实证,并且把黄志洵教授提到的越过光速点的sommefeld假设给出了非线性理论的细节,这将在我国新一代的加速器设计上可以得到应用.

    E.该研究,既是跟踪国际上电磁场(metafluid)研究和隐物质研究的前沿,又是以以空气动力学和非牛顿粘性流体方程为依据, 建立起电磁场和连续介质场之间桥梁关系,对电磁场方程赋予了物质,能量,流动和守恒的性质.并对波姆很久以前提出的真空隐参数假设带来一种新的经典力学的数学框架. 这不仅对高能物理的探索有意义,而且对研究质量与能量的关系和转换带来新的思路.

所以说,它不仅是一项可以从方程同构带来数值计算和边界条件更新和简化的技术成果,而且他对我们认识世界的构成层次,物理定律的统一性质,甚至可以成为挖掘流动性的隐物质,孤波,及量子力学方程之间关系的一个出发点,无疑还将会有深刻的理论意义

 

 

 

 




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1 苏保霞

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