实验部分 - 大统一理论

4.1.实验一：两个物体间的万有引力不仅与两个物体的质量有关还与两个物体所在的环境温度有关，两个物体的温度低于环境温度时相互排斥

4.1.1.实验设备及环境：真空罐如图6所示，内径1.8m,内部高1.8m；被放置在恒温山洞里

图6放置扭秤的真空罐图7被放置在真空罐内的自制的卡文迪许扭秤

万有引力扭秤（卡文迪许扭秤）如图7所示放置在真空罐内的小桌子上；光线从真空罐的外面射入到扭秤上的小镜子上，反射出来到对面的白板上。

4.1.2.实验的基本参数及原理：

如图8所示和图9所示：

4.1.2.1.引力的大小F，

4.1.2.2.反光平面镜距离白板的距离是L=10.3m

4.1.2.3.小铜球质量m= 0.575kg,大铅球质量M=1.5kg

4.1.2.4.扭秤臂长d=0.15m

4.1.2.5.扭秤的自由扭转振动周期为T=214s

4.1.2.6.S为扭秤光点的移动量

4.1.2.7.大球和小球质心距离为r

图8卡文迪许扭秤工作原理图图9扭秤的俯视平面尺寸图

4.1.3.注意事项：

4.1.3.1.当我们将万有引力扭秤放置在恒温真空罐中，不改变环境温度，也不改变金属球的温度时，大金属球和小金属球表现为相互吸引，这是因为金属球的温度略高于周围易子气的温度。在恒温真空环境中物体的质量越大，它的中心温度就越高，这一点在下面的实验里会得到证明。

4.1.3.2.真空罐的真空度要达到1000Pa以下，如果残留的空气太多，在环境温度产生变化时，大金属球和小金属球周围的空气会产生翻转，影响实验结果。

4.1.3.3.除了测量万有引力的金属球外，金属球周围不应有其它物体，否则会使实验复杂化，甚至导致相反结果。

4.1.3.4.并不是所有金属都适合做万有引力实验，例如：金属铝对金属铅本身就有一种排斥作用，中性金属比较适合做引力实验。

4.1.3.5.要缓慢地注入冰水或热水，避免产生明显的汤姆逊效应，增加额外的引力，对实验产生较大影响。

4.1.4．实验步骤：

4.1.4.1.把两个大铅球从扭秤上取下来，只留两个小铜球在扭秤的丁字架上。

4.1.4.2.将真空罐抽真空，真空罐内真空度在1000Pa以下｡

4.1.4.3.扭秤在真空中停止摆动需要72个小时，待扭秤停止摆动，在白板上记下光点所在位置，用红笔画一道竖线，代表平衡位置。

4.1.4.4.向保温室内送热风，对整个实验系统做基础测试，光点没有明显变化，可以忽略系统对其影响。

4.1.4.5.关闭空调，打开真空罐，把大球放到扭秤上面，大球和小球的球心距r约10cm,然后封闭真空罐并抽真空。

4.1.4.6.在即不加热也不制冷的自然环境中静置72小时后，发现光点向吸引的方向偏移了约0.4至0.5cm, S≈0.0045m.

自然状态下的万有引力 F牛顿

4.1.4.7这时.向保温室内送热风，3分钟内保温室内温度升高3至4度，真空罐内温度升高不到0.1度，这时大球和小球的温度低于它们所在的环境温度，光点向大球和小球相互排斥的方向移动了3.5CM，随着保温室内温度的升高，光点向排斥方向最大移动距离约15CM，如图10所示。

图10真空罐外部温度升高，光标在白板上向排斥方向移动

光点移动15CM所产生的排斥力

，

这一排斥力是正常引力的33倍。

4.1.4.8.关闭空调，让保温室静置两天后，向保温室内送冷风，随着保温室温度的降低，大球和小球的引力增大，光点向相互吸引方向移动，最大移动距离达17CM，这一吸引力是自然环境温度时所测引力的37倍。

4.2.实验二：在万有引力扭秤上改变大金属球的温度，小金属球的温度不变，观察大金属球对小金属球的力的作用（大金属球温度升高时，对小球产生吸引力，大金属球温度降低时，对小球产生排斥力）。

4.2.1.实验设备和环境：恒温室建造在山洞内，真空罐放置在恒温室内，万有引力扭秤放置在真空罐内，扭秤上面一根悬丝挂一丁字架，丁字架的两端各有一个小铜球如图11所示，其中一个小铜球的侧面放置一个空心大铜球，大铜球上面有一个进水管和一个出水管，通过微型水泵，用来向空心大铜球里注入热水或冰水，改变空心大铜球的温度如图12所示。

图11真空罐中万有引力扭秤的俯视图图12用来向空心大铜球里注入热水或冰水的微型水泵和水桶

4.2.2.注意事项：

4.2.2.1.真空罐的真空度要达到1000Pa以下，如果残留的空气太多，在环境温度产生变化时，大金属球和小金属球周围的空气会产生翻转，影响实验结果。

4.2.2.2.除了测量万有引力的金属球外，金属球周围不应有其它物体，否则会使实验复杂化，甚至导致相反结果。

4.2.3.实验步骤：

4.2.3.1.放在扭秤上的空心大铜球的球心与丁字架上的小铜球的球心在同一水平面上，如图13所示。

图13空心大铜球的球心与小铜球的球心在同一水平面上图表14悬丝下的小铜球停止摆动，光斑停留在中线上

4.2.3.2.经过长时间放置，悬丝下的小铜球已停止摆动，光斑停留在白板的中线上如图14所示。

4.2.3.3.当我们向空心大铜球中注入热水时，空心大铜球吸引小铜球，光斑向吸引方向移动。

4.2.3.4.当我们向空心大铜球中注入冰水时，空心大铜球对小铜球产生排斥作用，光斑向排斥方向移动。

4.3.实验三：在恒温，真空条件下，物体的温度与它的质量有关，物体的质量越大它的温度就越高

4.3.1.实验设备和环境：恒温室建造在山洞内，真空罐放置在恒温室内；真空泵、温度采集器和计算机放置在恒温室的外面；还有1000kg铜球一个，1.2kg铜球一个，如图15所示被放置在真空罐内。

图15被悬挂在真空罐中的1000KG大铜球和1.2KG小铜球

注意事项： 1.把大铜球和小铜球放置到真空罐中，让大铜球和小铜球的质心大致在同一水平面上，如图4-3所示，电阻R1贴在大铜球的表面，电阻R2贴在小铜球的表面。

4.3.2.注意事项：

4.3.2.1.热敏电阻【9】灵敏度非常高，测量温度误差为0.002度，所有线路必须焊接，主要线路一定要用静电屏蔽线，接头处做好绝缘。

4.3.2.2.这个实验为什么采用铜球，主要是因为铜的导热率高，温度达到平衡状态快，价格适中。热传递主要有三种方式：热传导，对流，热辐射,这里为了温度更恒定，我们把大铜球和小铜球放置在真空罐中，悬挂起来，让它们主要以热辐射形式平衡温度。大铜球和小铜球的球心要在同一水平面上，这主要考虑到在不同水平面上环境温度的不一致。

4.3.2.3.流过热敏电阻的电流要尽可能小，否者会因为电流产生同样大小的热量，小铜球散热不如大铜球，而使小铜球温度高于大铜球。这里热敏电阻流过的电流为0.0104毫安。

4.3.2.4.恒温室里真空罐内24小时的温度变化不得超过0.2度。

4.3.3.实验步骤：

4.3.3.1..把大铜球和小铜球放置到真空罐中，让大铜球和小铜球的质心大致在同一水平面上，热敏电阻R1贴在大铜球的表面，热敏电阻R2贴在小铜球的表面。

4.3.3.2.封闭真空罐，把真空罐抽成真空，真空罐的真空度达-0.1MPa。

4.3.3.3.因为铜球长期放置在山洞之中，热平衡不需要那么长时间，只需要24小时就可以了，24小时后，通过热敏电阻采集器和计算机记录下来如图16所示温度曲线。红线表示大铜球随时间变化的温度变化曲线，蓝线是小铜球随时间变化的温度变化曲线，大铜球平均温度约为T1=10.13，小铜球平均温度约为t1=10.04。

图16大铜球和小铜球随时间变化的温度曲线，红线代表大铜球温度，蓝线代表小铜球温度

4.3.3.4.把真空罐打开，将两个电阻颠倒一下，将电阻R1贴到小铜球表面，测小铜球温度，将电阻R2贴到大铜球表面，测大铜球的温度，然后封闭真空罐，抽真空，过24小时后再来查询温度记录。

图17大铜球和小铜球随时间变化的温度曲线，蓝线代表大铜球温度，红线代表小铜球温度

4.3.3.5.过24小时之后，查询计算机，如图17所示；蓝色曲线表示大铜球随时间变化的温度曲线，大铜球平均温度约为T2=10.07，红线是小铜球随时间变化的温度变化曲线，小铜球平均温度约为t2=9.97。这样两次测得的大铜球与小铜球的温度差的平均值

1000kg的大铜球温度比1.2kg的小铜球温度高0.095度。

将两个热敏电阻调换位置，目的是消除系统误差，因为在同一温度下两个热敏电阻测得的温度是有误差的。

上述实验证明，在恒温，真空条件下，物体的质量越大，物体的温度就越高，形成的万有引力就越大。万有引力只能在一定距离范围内产生作用力，当一个物体距离星球太远的时候，物体所在空间的微波和宇宙背景温度下的易子气产生的微波强度一样时，星球对物体的作用力就会变为零。

5.易子的物理性质

5.1.易子的运动轨迹

假设易子是一个表面粗糙的球体，如图18所示。易子的运动除平动外，还有易子绕x轴、y轴、z轴的偏心旋转运动，偏心旋转导致易子在每个平面内的运动轨迹为一个圆，而三个平面内的圆合成一个闭合的椭圆，所以说易子的运动轨迹是一个闭合的椭圆，而不是直线，易子不仅平动速度很高，旋转时易子的边缘速度更高。

图18 易子模型图

易子与易子相互碰撞时，不仅传递平动动量，同时也传递角动量。易子的边缘碰撞，使得易子有非常高的转速。如图19所示，假设易子做的是圆周运动，易子在位置G1时，易子A端的角动量大于B端的角动量，易子旋转半周角动量转换一次，A端的角动量传递给B端，

图19易子平面运动轨迹

而B端的角动量转换给A端，当易子运动到位置G2时，旋转了n+圈，这时A端的角动量转换给B端，而B端的角动量转换给了A端。在A端和B端的角动量转换过程中，始终保持着易子在大圆R内侧的角动量大于在大圆外侧的角动量，这种内外角动量差只改变运动方向，而对内外角动量的大小不产生影响。偏心距r和易子做圆周运动半径R符和下面公式：

其中V为易子做平面运动速率，R为易子偏心点做圆周运动轨迹半径，r为易子自转的偏心距，n为易子公转一周时的自转次数。

电子和质子也是如此，表面粗糙，运动轨迹是闭合的椭圆，相互碰撞出现大角度散射也就不足为奇了。在微世界里没有直线运动。那么宏观世界为什么会有直线运动呢？由于宏观物体都是有许多粒子组成的，如图20所示

图20由质子电子易子组成的宏观物体

当宏观物体旋转时，宏观物体内的粒子相互碰撞，迅速将物体内的角动量均匀地分布开来，使得物体绕质心旋转。

5.2.易子的平均速率

光是靠易子气传播的，就像声音靠空气传播的一样，易子气中易子做无规则运动平均速率的大小决定了光在易子气中传播速度的快慢。光会象声音一样，在传播中逐渐减弱，最终消散在易子气中。声音在空气中的传播速度与空气分子的热运动速率有关，温度升高，空气分子的热运动速率增大，声速变快。光是靠易子气传播的，大量易子做无规则运动相互碰撞，与空气分子不同的是，空气分子间做的是弹性碰撞，而易子间做的是硬球碰撞,没有时间弛豫。易子向各个方向运动机会是均等的，如果把易子气中易子的运动方向分为前后两个方向，那么有向前运动倾向的易子的平均运动方向应在向前方向成45°角上，如图21所示

图21易子平均速率与光速关系示意图

其中V_y是易子的平均速率，C是光速，易子向前推进的平均速度，_，易子向前推进的平均速度C就是光速。易子的平均速率。

5.3.易子的质量

我们知道电磁波所携带的能量ε=hγ【10】，其中h是普朗克常量，γ是电磁波的频率，事实上h就是电磁波所能携带的最小平均能量，也就是每个易子所携带的平均动能，既其中m_y为易子的质量。