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统一场论(2)经典物理学
经典物理学,认为时间与参考系无关,即所谓“绝对时间”,对于各粒子,仅用3维空间观测系的矢量,及其代数和解析矢算求得各物理矢量。
1.3维空间任意矢量:
在每2个粒子中心(质量或电荷量)间,并以其一的中心为坐标中心,都有各种矢量(都只是在坐标中心处的)。
A(3)[1线矢]={Aj[j,1线基矢],j=1到3求和},
其模长:
A(3)=(Aj^2,j=1到3求和)^(1/2),
[A(3)单位1线矢]={Aj[j,1线基矢],j=1到3求和}/(Aj^2,j=1到3求和)^(1/2),
2.3维矢量的矢算(就是通常的矢算):
只有j=1、2、3,3个分量的[1线矢]和[标量]。
加减法:各维分量相加减。
A(3)[1线矢]+,-B(3)[1线矢]={(Aj+,-Bj)[j基矢],j=1,2,3求和},
A[标量]+,-B[标量]=(A+,-B)[标量],
对于正交系:
叉乘法:对应各不同维各分量组成相应高维分量,作为叉乘积的相应分量。
A(3)[1线矢]叉乘B(3)[1线矢]=AB(3)[2线矢]={(AkBl)(3)[j基矢],jkl=123循环求和}
={(AB)(3)j*[j基矢],j=1,2,3求和}=(AB)(3)[1线矢],
(AB)(3)j*=(AkBl)(3),jkl=123循环求和,
AB(3)[2线矢]叉乘C(3)[1线矢]=(ABC)(3)[标量]
={((AB)(3)j*C(3)j)[标量],jkl=123循环求和},
点乘法:消去对应各维分量中相同维的分量,作为点乘积的相应分量。
A(3)[1线矢]点乘B(3)[1线矢]=(AB)(3)[标量]={(A(3)jB(3)j)[标量],j=1,2,3求和},
AB(3)[2线矢]点乘C(3)[1线矢]={((AB)(3)klC(3)l)[1线矢],k=1,2,3求和}
={-((AB)(3)klC(3)k)[1线矢],l=1,2,3求和},
AB(3)[2线矢]点CD(3)[2线矢]=((AB)(CE))(3)[标量]
={(AB(3)jCD(3)j)[标量], j=1,2,3求和},
对于仿射系*:(带*者为仿射系,无*者为正交系,c=cos,s=sin)
[1*基矢]=c*1[1基矢],
[2*基矢]=s*1c*2[2基矢],
[3*基矢]=s*1s*2[3基矢],
3.3维空间的各种物理矢量(都只是在坐标中心处的):
距离(或位置、长度):
r(3)[1线矢]={rj[j基矢],j=1到3求和},
其模长:
r(3)=(rj^2,j=1到3求和)^(1/2),
[r(3)单位1线矢]={rj[j基矢],j=1到3求和}/(rj^2,j=1到3求和)^(1/2),
距离(或位置、长度)的微分:
dr(3)[1线矢]={drj[j基矢],j=1到3求和},
其模长:
dr(3) =(drj^2,j=1到3求和)^(1/2),
时间的微分:dt,
距离(或位置、长度)的时间导数=速度:量纲是:[L][T]^(-1)
v(3)[1线矢]=dr(3)/dt[1线矢]={drj/dt[j基矢],j=1到3求和}
={vj[j基矢],j=1到3求和},
动量=质量乘速度:量纲是:[M][L][T]^(-1)
p(3)[1线矢]=mv(3)[1线矢]=mdr(3)/dt[1线矢]={mdrj/dt[j基矢],j=1到3求和}
={pj[j基矢],j=1到3求和},
速度的时间导数=加速度:量纲是: [L][T]^(-2)
a(3)[1线矢]=dv(3)/dt[1线矢]={dvj/dt[j基矢],j=1到3求和}
={aj[j基矢],j=1到3求和},
运动力=动量的时间导数:量纲是:[M][L][T]^(-2)
f(3)[1线矢]=dp(3)/dt[1线矢]={d(mvj)/dt[j基矢],j=1到3求和}
={fj[j基矢],j=1到3求和},
偏分[1线矢]={(偏/偏rj)[j基矢],j=1到3求和},量纲是:[L]^(-1)
a(标量)的梯度=梯度a(标量)[1线矢]
={(偏a(标量)/偏rj)[j基矢],j=1到3求和},量纲是:[L]^(-1)
A(3)[1线矢]的散度 =偏分[1线矢]点乘A(3)[1线矢]={(偏Aj/偏rj),j=1到3求和},量纲是:A(3)的量纲乘 [L]^(-1)
A(3)[1线矢]的旋度=偏分[1线矢]叉乘A(3)[1线矢]
={(偏Ak/偏rl-偏Al/偏rk)[j基矢],jkl=123循环求和},
量纲是:A(3)的量纲乘 [L]^(-1)
离心力:
F离心(3)[1线矢]=速度v(3)[1线矢]点乘(偏分r(3)[1线矢]叉乘动量p(3)[1线矢])
={vj(偏pk/偏rl-偏pl/偏rk)[j基矢],jkl=123循环求和},
量纲是:[M][L][T]^(-2)
质量m1距r(3)处引力势(标量):量纲是:[L]^2[T]^2
U=km1/r(3)(标量)
m1、m2距r(3)的引力[1线矢]=m1距r(3)处引力势的梯度乘m2:
量纲是:[M][L][T]^(-2)
f引[1线矢]=((km1/r(3))梯度)m2[1线矢]
=km2{(偏(m1/r(3))/偏rj)[j基矢],j=1到3求和}[1线矢],
k的量纲是:[M]^(-1)[L]^3[T]^2,各维有:
d^2rj/dt^2=g,j=1,2,3, g是相应条件下,的重力加速度。
其解是圆锥曲线(抛物线、椭圆、或双曲线的一支)或其特例(圆或直线)
弹性力:
物体在弹性限度范围内,较小力作用下,弹性力与物体长度成正比:
md^2r(3)/dt^2=kr(3),k为弹性系数。其解为谐振子。
电荷q1距r(3)处电势[1线矢]:量纲是:[M][L]^2[T]^2
电势[1线矢]=(q1/r(3))[1线矢]=q1{rj)[j基矢],j=1到3求和}[1线矢]/r(3),
q1、q2距r(3)的静电力[1线矢]:量纲是:[M][L] [T]^2,
q的量纲是:[M]^(1/2)[L]^(3/2)[T]
静电力[1线矢]=(q1q2/r(3)^2)[1线矢]
=q1q2{rj[j基矢],j=1到3求和}/r(3)^2,
q1距r(3)处的电场强度[1线矢]:量纲是:
E(3)[1线矢]={(偏(q1rj/r(3))/偏(ict)-偏(ig0/r(3))/偏(rj))[j基矢],j=1到3求和},
q1距r(3)处的磁场强度[1线矢]:量纲是:
H(3)[1线矢]=((q1/r(3))旋度)q2[1线矢]/c
=偏分r(3)[1线矢]叉乘(q1/r(3))[1线矢]/c
={(偏r(3)/偏rj)[j,1线基矢],j=1到3求和}叉乘
q1{rj[j基矢],j=1到3求和}[1线矢]/r(3)
=q1{(偏(rk/r(3))/偏((rl/r(3)))/偏(rk))[j基矢],j=1到3求和},
静电力[1线矢]、磁力[1线矢],都可与运动力[1线矢]组成相应的运动方程,解得相应的运动规律。
还发展得到:E(3)和H(3)随时间和空间变化的马克斯威尔方程组和达仑贝尔方程等电动力学方程。
对于各种力矢量,也都只是在坐标中心处的,根本不存在什么“传播速度”、“瞬时传播”的`问题。
4.3维空间各矢量在各牵引运动系间的变换
对于牵引运动是3维位置矢量:
r(3)[1线矢]={rj[j基矢],j=1到3求和},
r(3)^2=r1^2+r2^2+r3^2,
r(3)=(r1^2+r2^2+r3^2)^(1/2),r(2)=(r2^2+r3^2)^(1/2),
r(3)[1线矢]的各方向余弦:
c1=cos角1=r1/r(3),s1c2=sin角1cos角2=r2/r(3),s1s2=sin角1sin角2=r3/r(3),解出:
c1=r1/r(3),s1=r(2)/r(3),s1c2=r(2)c2/r(3)=r2/r(3),c2=r2/r(2),
s1s2=r(2)s2/r(3)=r3/r(3),s2=r3/r(2),
由位置r(3)[1线矢]组成的正交归一矩阵:
c1 -s1 0 r1/r(3) -r(2)/r(3) 0
s1c2 c1c2 -s2 = r2/r(3)r1r2/r(2)r(3) -r3/r(2)
s1s2 c1s2 c2 r3/r(3) r1r3/r(2)r(3) r2/r(2)
由速度v(3)[1线矢]组成的正交归一矩阵:
c1 -s1 0 v(3) -v(2)/v(3) 0
s1c2 c1c2 -s2 = v2/v(3)v1v2/v(2)v(3) -v3/v(2)
s1s2 c1s2 c2 v3/v(3) v1v3/v(2)v(3) v2/v(2)
由AB系变换到BA系,牵引运动系(牵引运动为位置r(3)[1线矢]):
rBA1=rAB1r1/r(3)-rAB2r(2)/r(3),
rBA2=r*1r2/r(3)+r*2r1r2/(r(2)r(3))-r*3r3/r(2),
rBA3=r*1r3/r(3)+r*2r1r3/(r(2)r(3))+r*3r2/r(2),伽利略变换。
rBA(3)={rBAj^2,j=1到3求和}^(1/2)
={rABj^2,j=1到3求和}^(1/2)=rAB(3),不变性。
dtAB/dtBA=1, dt/dtBA=1, 所谓“绝对时间”
vBA1=dtAB/dtBA{vAB1r1/r(3)-vAB2r(2)/r(3)}
+dt/dtBA{(rAB1r1-rAB2r(2))/r(3)-(rAB1r1-rAB2r(2))v(3)/r(3)^2},
vBA2=dtAB/dtBA{vAB1r2/r(3)+vAB2r1r2/(r(2)r(3))-vAB3r3/r(2)},
+dt/dtBA{rAB1r2/r(3)-rAB1r2v(3)/r(3)^2+rAB2(v1r2+r1v2)/(r(2)r(3))
-rAB2r1r2(v(2)r(3)+r(2)v(3))/(r(2)r(3))^2-rAB3r3/r(2)
+rAB3r3v(2)/r(2)^2},
vBA3=dtAB/dtBA{vAB1r3/r(3)+vAB2r1r3/(r(2)r(3))+v*3r2/r(2)},
+dt/dtBA{r*1v3/r(3)-r*1r3v(3)/r(3)^2+rAB2(v1r3+r1v3)/(r(2)r(3))
-rAB2r1r3(v(2)r(3)+r(2)v(3))/(r(2)r(3))^2+rAB3r2/r(2)
-rAB3r2v(2)/r(2)^2},
有时空弯曲。例如:在地球观察水星近日点进动
由AC变换到BC惯性(dv(3)=0)牵引运动系(牵引运动为速度v(3)[1线矢]):
rBC1=rAC1v1/v(3)-rAC2v(2)/v(3),
rBC2=rAC1v2/v(3)+rAC2v1v2/v(2)v(3)-rAC3v3/v(2),
rBC3=rAC1v3/v(3)+rAC2v1v3/v(2)v(3)+rAC3v2/v(2),
v(2)=(v1^2+v2^2)^(1/2), v(3)=(v1^2+v2^2+v3^2)^(1/2),伽利略变换。
rBC(3)={rBCj^2,j=1到3求和}^(1/2)
={rACj^2,j=1到3求和}^(1/2)=rAC(3),不变性。
dtAC/dtBC=1, dt/dtBC=1, 所谓“绝对时间”
vBC1=dtAC/dtBC{vAC1v1/v(3)-vAC2v(2)/v(3)}+dt/dtBC{0},
vBC2=dtAC/dtBC{v*1v2/v(3)+v*2v1v2/v(2)v(3)-v*3v3/v(2)}+dt/dt’{0},
vBC3=dtAC/dtBC{v*1v3/v(3)+v*2v1v3/v(2)v(3)+v*3v2/v(2)}+dt/dt’{0},
无时空弯曲。
当rAC(3)[1线矢]=r(3)[1线矢]
由AC变换到BC牵引运动系(牵引运动为位置r(3)[1线矢]):
rBC1=r1^2/r(3)-r2r(2)/r(3),
rBC2=r1r2/r(3)+r1r2^2/(r(2)r(3))-r3^2/r(2),
rBC3=r1r3/r(3)+r1r2r3/(r(2)r(3))+r2r3/r(2),伽利略变换。
rBC(3)={rBCj^2,j=1到3求和}^(1/2)
={rj^2,j=1到3求和}^(1/2)=r(3),不变性。
dt/dtBC=1, 所谓“绝对时间”
vBC1=dt/dtBC{(2r1v1-v2r(2)-r2v(2))/r(3)-(r1^2-r2r(2))v(3)/r(3)^2},
vBC2=dt/dtBC{(v1r2+r1v2)/r(3)-r1r2v(3)/r(3)^2
+(v1r2^2+2r1r2v2)/(r(2)r(3))
-r1r2^2(v(2)r(3)+r(2)v(3))/(r(2)r(3))^2
-2r3v3/r(2)+r3^2v(2)/r(2)^2},
vBC3=dt/dtBC{(v1r3+r1v3)/r(3)-r1r3v(3)/r(3)^2
+(v1r2r3+r1v2r3+r1r2v3)/(r(2)r(3))
-r1r2r3(v(2)r(3)+r(2)v(3))/(r(2)r(3))^2
-(v2r3+r2v3/r(2)+r2r3v(2)/r(2)^2},
有时空弯曲。例如:水星近日点进动
由AC变换到BC惯性(dv(3)=0)牵引运动系(牵引运动为速度v(3)[1线矢],dv(3)/dt=0):
rBC1=r1v1/v(3)-r2v(2)/v(3),
rBC2=r1v2/v(3)+r2v1v2/(v(2)v(3))-r3v3/v(2),
rBC3=r1v3/v(3)+r2v1v3/(v(2)v(3))+r3v2/v(2),
v(2)=(v1^2+v2^2)^(1/2), v(3)=(v1^2+v2^2+v3^2)^(1/2),伽利略变换。
rBC(3)={rBCj^2,j=1到3求和}^(1/2)
={rj^2,j=1到3求和}^(1/2)=r(3),不变性。
dt/dtBC=1, 所谓“绝对时间”
vBC1=dt/dtBC{v1^2/v(3)-v2v(2)/v(3)},
vBC2=dt/dtBC{v1v2/v(3)+v1v2^2/(v(2)v(3))-v3^2/v(2)},
vBC3=dt/dtBC{v1v3/v(3)+v1v2v3/(v(2)v(3))+v2v3/v(2)},
无时空弯曲。
由以上各不同情况,对于各种包含相互作用不可忽略各粒子的封闭系统,都可分别得出相应的:能量、动量、动量矩等的守恒公式。
对实际问题,必须区分并弄清楚:是坐标系的运动,还是坐标系间的牵引运动,是否同一封闭系统,才能正确处理,否则,就会出错。
对于少数粒子的系统各种运动方程,都可由相应各初始和边界条件,而解得其运动轨迹,
但是,对于大量粒子,就不能得到相应各初始和边界条件,而无法解得其运动轨迹,而只能给出由实验总结得到的,其热力学3维空间函数的宏观特性运动规律;或3维空间相宇的统计力学,及其由最可几分布函数和各微观物理量,求得各相应的宏观物理量的,几率特性运动规律。
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