无形态物质是光的传播媒质.doc

无 形 态 物 质 是 光 的 传 播 媒 质
——《新物理》之一
齐 绩
（大庆石油学院电子科学学院 大庆 163318 qiji8111@）
[摘要] 我认为自然界大量存在着另一种状态的物质——无形态物质，无形态物质是光的传播媒质，无形态物质是物体一切运动规律依赖的基础。
关键词： 无形态物质 形态物质 物质空间 数学空间
1．无形态物质简介
自然界中除了我们所认识的各种物质外，还大量存在着另外一种状态的物质 —— 无形态物质。对应于无形态物质我们把常见的物质叫做形态物质。形态物质是可见的；无形态物质是不可见的。形态物质是有结构的，是有形态的；无形态物质是没有结构、没有形态的。
原子、电子是形态物质；打个比方，如果把电子比作一棵大树的话，无形态物质就好比是空气，它可以在树枝间任意流动。无形态物质是比常态物质微小得多的另一种状态的物质。
整个宇宙空间就是充满无形态物质的巨大海洋，各种形态物质处在无形态物质的海洋之中。由于无形态物质是弥散状态存在的，我们用密度来描述它，用S来代表它的密度。
那么，是否是整个宇宙空间中各处无形态物质的密度都相同呢？不是的，形态物质越聚集的地方无形态物质的密度越大。
我们不妨用这样的物理语言来描述它：每个形态物质周围都伴随着无形态物质，该形态物质的质量越大所对应的无形态物质越多。离物体越近，该物体的无形态物质密度越大；离物体越远，该物体的无形态物质密度越小。物体本身的无形态物质相对于它自身没有运动。
图1.1
——这很像地球与其所对应的大气层。
离地表越近，大气层的密度越大；离地表
越远，大气层的密度越小。地球带着大气
层一起运动。
如图1.1，某形态物质有运动速度时，
由于其无形态物质相对于该形态物质没有
运动，该物体的无形态物质也会有相同的
运动速度。
空间中某点总的无形态物质密度等于
各物体在该点的无形态物质密度的叠加：
（1.1）
由于各物体会带动其所对应的无形态物质运动，总无形态物质的速度为各物体无形态物质速度与密度的全权叠加：
（1.2）
我们非常熟悉，水在河中流动的时候，河中心的水流速度较快，岸边的水流速度较慢，紧靠岸边处水流的速度接近为零。
从河水流速可以看出，在很近的范围内这种带动是较明显的，当较远时这种带动就较弱了。
那么我们来宏观地看一下地球：在地球表面，无形态物质的密度比远处宇宙空间的无形态物质密度要大；而且在地球表面无形态物质完全被地球带动着；离地球较远处，无形态物质就完全不被地球带动了。换一句话说，在地球表面，无形态物质相对于地球的速度为零；很远处无形态物质相对地球的速度就是地球的轨道速度 。随着到地球的距离不同无形态物质相对地球的速度是由零逐渐变化到 的。
现在我们再来看一下真空。人们以前一直认为理想的真空中什么也没有，其实不然，真空只是没有了空气分子，真空中有大量的无形态物质存在着。——真空容器的器壁对无形态物质不会有任何的阻挡。
如果真空是在地表，真空中弥漫的就是对应的地表无形态物质，真空中的无形态物质密度就是地表的无形态物质密度；如果真空是在宇宙空间中，真空中弥漫的就是对应的宇宙空间中的无形态物质，真空中的无形态物质密度就是该宇宙空间中的无形态物质密度。
无形态物质就是光的传播媒质。——无形态物质之所以不可见，恰恰因为它是光的传播媒质。
无形态物质存在的空间叫无形态物质空间，或简称物质空间。对应于无形态物质空间，我们把传统物理中的空虚的、平直的空间叫数学空间。
一切物体的运动规律不是依赖于绝对空间，而是依赖于它所处的总的无形态物质空间。
我们举一个浅显的例子，鱼在水中游，水相对于河岸流动。那么鱼的受力和运动规律是和什么有关呢? 鱼的受力和运动规律是与水流密不可分的，而不是与岸边的数学参考系密不可分的。
物体好比是鱼，无形态物质好比是水；物体的运动规律依赖于它所处的总的无形态物质空间，而不是直接依赖于数学空间。
……
我是1991年创建的《 新物理 》 。现在, 国际上有很多物理现象已经证实, 宇宙中大量存在着另一种状态的物质, 并称其为暗物质。
……
现在国际上最热门的物理实验领域是对“玻色-爱因斯坦”凝聚态的研究。这里简要描述一下实验现象：
……
当原子冷却到极低的温度时，会发生不可思议的变化。原子的尺寸会增大几千倍，原来像镜面一样清晰的表面变得模糊不清了，彼此可以像幽灵一样一穿而过，而不发生任何偏转。成千上万个原子可以重叠成一个较大的球体……
科学家们让光穿过这种凝聚体，发现光在这种凝聚体中的传播速度只有十几米每秒，几乎和自行车的速度相仿……
通过这些介绍希望各位对无形态物质的存在状态能有深刻的理解。可以说这种凝聚体就是形态物质转化成无形态物质的一个过渡状态。
2．无形态物质是光的传播媒质
了解了无形态物质，我们会对光以及其它物理基本规律有个深刻认识。光和其它的波动没
有本质的区别。它具有波的一切特征， 无形态物质是光的传播媒质。
2.1 ：光 的 传 播
在剖析各种物理规律之前，我们先把物理学最基本的观念明确一下。
时间、空间是人们认识世界的标准和尺度 ，是物理学不可动摇的基石 。我的时空观与牛顿经典物理的时空观是一致的。时间是客观存在的，总是与任何外界事物无关地均匀地流逝着。数学空间在其本质上与外界任何事物都无关，永远保持其为等同的、恒定的。速度遵循伽利略叠加原理。质量（引力质量）是守恒的，能量是守恒的，它们不能相互转化。
与牛顿经典物理唯一不同的是：我认为“绝对空间”并不存在，物体的一切运动规律不是依赖于绝对空间，而是依赖于它所处的总无形态物质空间。
无形态物质是光的传播媒质，光相对于无形态物质空间的传播速度是衡定的。
由波动学可知波的传播速度u为： 或 或
其中，G为固体的切变模量，E为固体的弹性模量，K为液体或气体的体积模量，为煤质的密度。总之，不管波是在固体还是在液体中传播，波的传播速度都与媒质模量的二分之一次方成正比，都与媒质密度的二分之一次方成反比。
由于无形态物质是光的传播媒质，所以可以得出光速 c与无形态物质密度S的关系式为： (2.1)

其中，W为无形态物质的模量，S为无形态物质的密度。
爱因斯坦认为光在真空中的传播速度是不变的，可是大家都清楚，光在玻璃、水等物质中的传播速度小于真空中的光速，相对论对这种现象该如何解释呢？
传统理论中，人们认为真空中什么也没有；要知道原子核占原子体积的极小极小的一部分，其中绝大部分是空间——把玻璃放大了，也就像宇宙，其中绝大部分是空间；光就是在这空间中传播的，那不就是在真空中传播吗？为什么光速会小呢？
有人可能会说，光速之所以小了是因为光子和原子核碰撞了，走的路程弯曲了，所以光速小了。假如是这样的话，光子碰来碰去了，它们还会保持原来的方向性吗？显然不会。而且，有的光子碰撞的机会多，有的光子碰撞的机会少，它们的速度会相同吗？显然不会。
再看光在玻色-爱因斯坦凝聚体中，光是直着传播的，然而这时光速已小到十几米每秒，这该如何解释呢？如果认为是凝聚体对光有阻尼作用的话，光速会越来越小，而且当光再射到真空中时，光速也应是十几米每秒；然而事实是，光再回到真空中时，速度又高达三十万公里每秒。
那么这些事实该如何理解呢？
我们从无形态物质的角度来理解就非常容易了。
在地表真空中，无形态物质的密度就是地表的无形态物质密度 。在地表真空中的光速：
（2.2）
在玻璃中，无形态物质的总密度是地表真空中的无形态物质密度与玻璃所对应的无形态物质密度的叠加，，玻璃中的光速为：
（2.3）
由于在玻璃、水等物质中，无形态物质的密度比地表真空中无形态物质的密度大了，光在玻璃、水等物质中的传播速度自然要小于真空中的光速。
在玻色-爱因斯坦凝聚体中，形态物质几乎全转化成无形态物质，这时无形态物质的密度与地表真空中的无形态物质密度相比已经非常大了，所以光的传播速度很小。
2.2：《新物理》对著名物理实验的解释
众所周知，为什么会产生相对论呢？是因为一些实验和现象使经典物理非常困难，这些实验和现象主要有：双星现象、光行差现象、斐索试验、艾里试验、迈克尔逊-莫雷实验。
下面我们就从全新的角度来理解一下这些实验和现象。
2.2.1 斐 索 实 验
……

图2.1
1851年，裴索做了一个非常巧妙的实验，
如图2.1，S是光源，M是镀银的（即半反射半
透明的）玻片，M1、M2、M3是反射镜，T是观察
望远镜，有一个弯曲的水管，其水平部分内部
水的流动速度为V。
从S发出的光经过M时被分成两束，一束
被M反射，经反射镜M3、M2、M1、M而到达T，另
一束透过M经反射镜M1、M2、M3再透过M而到达
T。它们通过管中流水时，前一束光与水流方向
相反，后一束则相同，两束光在T内发生干涉。
实验开始时，使水流速度为0，由于两束光的光程相同，干涉条纹是明亮的。然后使水流速度V逐渐增大，观察到干涉条纹有明暗交替的变化，这表示光在水流中相反的方向传播的速度不一样了，由条纹变化的数目可以确定在水中传播的光相对于地球的速度。
裴索实验中测量的在水中传播的光相对于地球的速度是：
n
（2.4）
式中“+”表示光顺着水流的情况，“-”表示光逆着水流的情况。其中， ，比1小。
斐索实验非常巧妙而精确，它反映出水可以带动光，然而不能完全带动光。
……
在地表真空中，总的无形态物质相对于地球没有运动，而且，总的无形态物质的密度是均匀的，我们用S地 表示。
在水流内部，由于与水分子的距离十分小，水的无形态物质密度就不可忽略了，总无形态物质密度就等于地球无形态物质密度与水流无形态物质密度的叠加。

地球无形态物质相对于地表的速度为0，水流的无形态物质相对于地表的速度为 ，由
（1.2）式可知，总无形态物质相对于地表的速度为：

令 则 ：
光在水中传播时相对于这个运动的总无形态物质空间的传播速度是c /n， （n是水的折射率），光相对于地表的速度为：

(2.5)
这很好地反映了斐索实验中水对光的曳引现象。
下面我们定量地计算一下水的曳引系数。
当光在地表的真空中传播时，请注意，该真空中的无形态物质密度就是地球无形态物质空间的密度S地 。那么真空中的光速就可表示为:
(2.6)
当光在水中传播时，在水中无形态物质的总密度为，那么水中的光速应表示为：
(2.7)
把（2.6）式和(2.7)式两边平方然后相除得：

由于 又
代入后得： (2.8)
我们知道水的折射率n = 1.33 ，理论上我们来计算一下水的曳引系数。
=
实验中斐索测得的水的曳引系数。可见，理论值与实验值非常吻合。
2.2.2迈克尔逊-莫雷实验的三种不同结果
1）在 地 表
……
1876～1887年间，迈克尔逊和莫雷两人做了一个实验，用迈克尔逊干涉仪想
测量地表上的“以太风”速度。结果地表上根本没有“以太风”。也就是说，在地
表，光是各向同性的。
……
无形态物质是光的传播煤质，光相对于无形态物质空间是各向同性的。
在地球的表面空间，总无形态物质相对于地表的速度为零，所以，在地表测量，光显然是各向同性的。
2) 在威尔逊山上
……
1904年，密勒和莫雷在地表用更精密的仪器做迈克尔逊-莫雷实验，实验结果比1887年迈克尔逊和莫雷所得更接近于零。后来，密勒超出了地表空间，得到了不同寻常的结果。
1921年密勒把实验装置安在威尔逊山上进行，所用方法和以前一样，但实验发现有10公里/秒的正效应，也就是说光相对于地球在以10Km/s的速度做漂移运动。
……
可以说密勒实验对相对论是否定的。那么，对这个实验事实该如何理解呢？
前面我们分析了，由于高度的影响，在高山上无形态物质已经不被地球完全带动了，也就是说在高山上无形态物质相对于地球已经有一定的速度了，所以在高山上做迈克尔逊-莫雷实验会发现干涉条纹有漂移。
威尔逊山1750多米高，可见地球对无形态物质的带动随高度增加而很快地减弱了。
3) 在 高 空
……
1976～1977年美国贝克莱实验室在15000M的高空做迈克尔逊-莫雷实验，他们观测到了光相对于地球的漂移速度是30KM/S 。
这个实验先后重复10次，观测到的光相对于地球的漂移速度都是30KM/S 。
……
迈克尔逊-莫雷实验是常规的物理实验，实验结果简单、明了。而且到七十年代,仪器更加精密。可以说这个实验也是对相对论的否定！那么，对这个实验事实该如何理解呢？
在15000米的高空，地球已经完全不带动该处的无形态物质了，该处的无形态物质相对于地球的速度就是地球的轨道速度30KM/S ；所以，在15000米的高空做迈克尔逊-莫雷实验会发现光相对于地球的漂移速度是30KM/S 。

图2.2
2.2.3 双 星 现 象
……
在地球上对遥远的双星系统进行观察，双星系统都很正常。
……
下面我们来分析一下双星现象。
如图2.2，在星球附近，总无形态物质空间会受到星球运动
的影响，所以，从a、b点发出的光相对于宇宙空间的速度是不
同的，但是这段时间非常短。在辽阔的宇宙空间中，从a、b点
发出的光相对于宇宙空间的速度是相同的，所以我们观测的双星

图2.3
系统都很正常。
2.2.4 光 行 差 现 象
……
x
0
在地球上，用望远镜观测
遥远的任意一颗恒星，发现在地
球轨道的不同位置上，我们用以
观测的望远镜方向在一年内有周
期性的变化。……
如图2.3，假如恒星发出的光以
速度c 垂直于地球的轨道平面射来；
地球相对于宇宙空间以速度V运动。
当光在远离地球的宇宙空间中传播时，
地球的运动对远处的总无形态物质影响非常小，可以忽略。恒星发出的光在宇宙中将依然以速度c 垂直于地球的轨道平面射来；由于地球相对于宇宙空间以速度V运动，在地球上观察，光是以a的倾角射来的。
从图上可以看出，观测方向与原传播方向夹角a 的正切值为：
把地球的轨道速度和光速带入，会得出这个最大a 角约等于 弧度。以上解释与观察事实符合得很好。
2.2.5 艾 里 实 验
……
在1871年，艾里在望远镜中灌满了水，可是艾里仍然观察到与无水时一样的光行差现象。
……
如图2.3，当把光行差实验中的望远镜中灌满水后。注意，因为水并没有相对地球运动，水的存在只是使望远镜中总的无形态物质的密度比无水时大了，总的无形态物质相对于地球仍是静止的。光进入地表附近的物质空间后，水的存在并不会影响它的传播方向，所以仍能观测到与无水时相同的光行差现象。
2.2.6电 磁 波 的 延 迟
……
地球上的观察者使电磁波从离开太阳最近的表面（）往复传播，也使电磁波从离开太阳较远的空间（）往复传播，（发射到太阳系内的行星水星或金星上，然后反射回来。）在地球上计量它们往返时间的时间差，发现在太阳附近传播的光在时间上会延迟。
……
为什么会这样呢？现在我们很好理解。
由于太阳附近的无形态物质密度较大，电磁波在太阳附近通过时速度较小，在离太阳较远的空间，无形态物质密度较小，电磁波的速度较大；所以，在太阳附近空间传播的电磁波比在远离太阳的空间传播的电磁波在时间上会有延迟。

参考文献：
[1] 倪光炯、李洪芳编，《近代物理》，上海科学技术出版社，1979年
[2] 谭树杰、王华编，《物理学上的重大实验》，科学技术文献出版社，1987年
[3] 郭弈玲、沈慧君编，《著名经典物理实验》，北京科学技术出版社，1991年
[4] 蔡伯濂编，《狭义相对论》，高等教育出版社，1991年

A NO-SHAPE-SUBSTANCE IS THE
PROPAGATING MEDIUM OF LIGHT
——The First Part of New Physics
JI QI
( School of Electronic Engineering , Daqing Petroleum Institute ,Department of physics,
Daqing 163318,China. )
Abstract: Through analyzing a variety of physical phenomena ,the author bings up a special kind of substance — No-Shape-Substance .The author believes that this matter is the medium through light propagates and the foundation on which all laws of motion of a body depend .
Keywords: No-Shape-Substance, Shape-Substance, the Mathematics Space,
the No-Shape-Substance Space
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