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超过光速以后是个什么样子?

已有 800 次阅读 2018-4-1 00:38 |个人分类:超光速|系统分类:科研笔记| 超光速, 空气动力学

 超光速以后就和飞机超过音速相类似,会出现光激波,现在这个实验已经在晶体里面用激光做出来了。

这项研究是一项对物理发展作用很大的探索研究。早在七十年代中科院 数学所长秦元勋就提出超光速时洛伦兹变换要变号, 要把(1-M2)^(1/2 )变成 (M2 -1)^(1/2),这里M=V/C。 90 年代北师大曹盛林教授按照超新星资料拟合的曲线也吻 合上面的结果。这正是空气动力学的性质。也是洛伦兹本人坚持的那个假设, 即仅在密度不变的波动方程的运动方向加一个如上的系数变换。当时谁也没有 想到,洛伦兹本人的这个变换得到的方程竟然是一个小扰动声学方程。

现在刚被认可的暗能量研究,都是用 N-S 方程类似的方程来计算的。 和空气动力学是类似的,唯一不同在于状态方程采取了密度不可变化的形式,因此和空气动力学算法一样,这样算完后要附加一个变换,把可压缩性加进去。 力学家把它叫做压缩性修正变换,理论物理学称之为相对变换;或者更深奥一点,通过度规不变性的假设附加一个方程。 这附加方程叫度规不变性。 空气动力学方法唯一不同在于采用密度变化的状态方程,所以它可以不需要附加假设和方程得到同样结果。当然空气动力学以前也有一种近似算法, 就是先按照密度不变的方程算一个“静止的结果” ,然后再加上密度改变所需要 的变换。其实这些步骤都和变换的式子的主部都是和隐物质一样的,都是 X 方 向缩短(1-M2)1/2;这在空气动力学里面叫做相似变换(哥劳沃变换,普朗特变换) 。 问题在于,力学家的办法是在状态方程上面引入可压缩性,而物理学家的办法是用了一个简单的状态方程,在最后的结果上要加一个简单的变换,就是尺缩变换!其实本来是一回事情。后者的办法于是在理论上就复杂了,它不但需要一个附加假设,而且需要把时间和空间都放到一个度规空间来考虑最小值问题,这个窟窿就撤得大了,至于后面闵可夫斯基空间以及度规不变性理论,其实都是这个变换换汤不换药的另一种数学描述,在庞大的数学张量描述后面掩盖的是到现在对一个很简单的问题,边界条件,以及得到结果的解释,还存在许多扯不清的悖论。

让人最难接受的是那个简单的变换带来的达到光速质量无穷大,超过光速会有复数出现,于是跟随产生回到过去,穿越时空的假设。到现在还被物理学界的某些人作为一条不可逾越的法规。禁止任何想离经叛道的愚蠢人讨论。 其实这些困难,在连续介质力学发展中也遇到过,音速点按照小扰动近似理论也是无穷大,拿亚音速的方程算超音速也有复数产生,称之为复特征线方法,气 动设计手册上都介绍过他的算法。尽管按照复数处理的方法也是有的,但是力学家们没有一个人想到要建立时空来描述这一个物理现象。当然力学方面这些理论的发展从时间上远远落后于电磁理论的发展。

这里要说一点历史,在力学缓慢发展出来这些新理论以后,不是没有注意它的特点,这两套数学描述之间太相似了,爱因斯坦其实也很关心流体力学,为些问题很认真的向搞空气动力学大师冯·卡门求教,向他询问,冯卡门也很推崇爰因斯坦,这个时候一个叫胡佩泉的中国学者正好在冯·卡门身边。而冯,卡门回答爱斯坦的问题的时候,他刚刚和钱学森在近似计真变换方法上有所突破,他们这个时候,力学家们正在追求V/C 更大的情况下的近似计算公式,这个公式就叫做冯·卡门-钱学森公式,从这个公式问世开始,力学家就不需要那个简单的尺缩公式和由此带来的超过波速时候出现的复数表达式了,尽管和超过光速出现虚数表达样,复数波动的特征线也用来计算流体的,但是确实没有起多大用,超波速的性质和理论不断的在深化之中。

通俗一点说,理想流体可压缩流动的算法里面本来就含有尺缩变换,而现在的宇宙学理论家把真空或者隐物质的状态方程改成密度不可变的。所以他们的计算结果要考虑密度修正,算完以后还必须补上尺缩变换,这就是洛伦兹提出的“假设”,空气动力学家和工程师们不叫尺缩而叫做压缩变换,本质是一样的。猫叫个咪而已。 但是彭加勒和爱因斯坦还多补了一点时间上的变换,从近似解的观点上也是可行的,但是他们把它叫做相对论了,更深奥一点,把它叫做度规不变性,成为一种时空理论。

    仅管电动力学的表达式近百世动,但是还是有人用电动力学耒求解超音速流体的激波,用推迟势的办法把激波方程波前进方向的导数的非线性因子搞到源项,这实际己揭示了两套方程的一致性,翻过来,本世纪初有个美国博士在吴介之的指导下从不可压NS方程推导了Maxwell方程。

所以有很多理论基础上讨论已经给回到伽利略空间的可压缩性真空物质性作了铺垫,但是要拿相对论信服的依据。卢院士,上海大学刘高联院士就很关心这方面,已经去世了!太可惜了!其实钱学森,庄丰干,罗时均这些我国流体力学很多鼻祖都持怀疑相论和支持在这方面探索的观点。这些对力学工作者都不难,可以说是很顺手的。但是"主流"有些人用两种事物速度量级不一样耒搪塞,有些武断发言的人甚至没有推导过这些方程,也不知道这些数学描述无量纲化后一样的含义。

飞机导弹的设计用尺缩变换少说也有八十年了,现在还在用,但是从数学方法上把它和相对论等同起耒的声音很弱小,中国科学技术界有相当大一批同仁不被主流认可的学者,如中国航天的一些老总们等学者,只好自己组织起耒,在严格的数理证明和实验认证两个方面进行求索,比如航天导航所的首席科学顾问林金就主动实验,从临潼天文台通过卫星到乌鲁木齐返回的信号受地球自转的影响,得出的结果和相对论光速不变也不一样。有兴趣可以看航天学报




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