(太阳光压)斥力相互作用是解开地球动力学力源奥秘的钥匙

宋贯一(2008,2012)先后发现并提出了(光压)斥力相互作用理论.(光压)斥力相互作用的主要特性是:(1)恒星内部的核聚变是(光压)斥力相互作用的能源,它可辐射到宇宙中的所有物体;(2)能源扩散方式为体扩散,扩散速度为光速;(3)只有排斥力(矢量),斥力方向为以恒星为中心沿恒星与被照射物体两质点连线向外;(4)媒介粒子是光子(其他粒子占比例甚小),其性质稳定,寿命可达无限长;(5)对物体的作用方式是碰撞,通常仅作用于物体的表面;(6)作用力范围为长程力(理论上可达无限远);(7)在通常的情况下,只对恒星系内的物体起重要作用.(光压)斥力相互作用的数学表达式为F=3JS/4πR~3,(1)式中F为任一恒星对其系内某一被辐射物体产生的斥力;J为恒星自身每秒钟辐射出的能量;S为被辐射物体接受到的光照表面积;R为恒星与被辐射物体之间的距离.π为圆周率.即任一恒星对其系内任一被辐射物体均产生(光压)斥力,斥力的大小跟恒星自身每秒钟辐射出的能量及被辐射物体接受到的光照表面积的乘积成正比,跟以恒星与被辐射物体之间距离为半径的体积成反比.与两物体的质量大小、物理状态及化学结构本质无关.本文以太阳系为例,依据太阳光压理论,详细解析了日-地间天然形成的能量(动量)相耦合的"轧制"式物理机制、地壳内部水平应力的产生机理、地壳内部的应力分布特征、及地壳内部垂向构造活动产生的原因等.利用近百年来全球地震的实际观测资料为(太阳光压)斥力相互作用及日-地间"轧制"式耦合物理机制的客观存在提供了验证依据.论证了(太阳光压)斥力相互作用确是解开地球动力学力源奥秘的钥匙.(光压)斥力相互作用是目前人类已知四种(引力相互作用;电磁相互作用;强相互作用和弱相互作用)相互作用之后发现的第五种相互作用,它与(万有)引力作用方向恰恰相反,对天体物理学中为什么宇宙一直处于膨胀状态之中这一难题的解决给出了可用牛顿力学理论加以描述的答案.     

(光压)斥力相互作用理论建立的哲学思维和数学原理

宋贯一1960年开始,就从哲学的思想角度探讨物理学问题,致力于对自然界是否客观存在与(万有)引力相互作用相对应的(万有)斥力相互作用理论的研究.依据1901年俄国物理学家列别捷夫(Н.Н.Лебедев)做出的光子压力的实验测定及1916年爱因斯坦(A.Einstein)光子学说的提出与证实,预示着宇宙中应存在着以光子为媒介粒子的自然力—光子斥力.于是启动了从地球上寻找太阳辐射出的光子斥力是通过什么样的耦合物理机制作用到地球上及太阳光压斥力引起地球物质产生宏观运动的证据这一漫长的探索之路.直到1991年之后,终于发现了太阳的能量(动量)是通过日-地间天然形成的"轧制"式及"摇摆"式耦合物理机制传递地球的,成功地解决了地震力源、地壳运动力源及近200多年来地球自转学科中遗留下来的极移、地球自转速度的变化和长期极移的成因等若干难题.2008年之后,依据在地球上找到了的一连串太阳(光压)斥力引起地球物质产生宏观运动的证据链条,明确提出了(光压)斥力相互作用理论,并用纯数学的构造来描述恒星向外传播能量(动量)的数学表达式,以及把这些数学符号联系起来的定律—(光压)斥力相互作用的数学原理F=(1+K)3JS/4πR~3,(1)式中F为任一恒星对其系内某一被辐射物体产生的斥力;J为恒星自身每秒钟辐射出的能量;S为被辐射物体接受到的光照表面积;R为恒星与被辐射物体之间的距离;K为物体对光子的平均反射率;π为圆周率.即任一恒星对其系内任一被辐射物体均产生(光压)斥力,斥力的大小跟恒星自身每秒钟辐射出的能量及被辐射物体接受到的光照表面积的乘积成正比,跟以恒星与被辐射物体之间距离为半径的体积成反比.与两物体的质量大小、物理状态及化学结构本质无关.(光压)斥力相互作用的主要特性是:(1)恒星内部的核聚变是(光压)斥力相互作用的能源,它可辐射到宇宙中的所有物体;(2)能源扩散方式为体扩散,扩散速度为光速;(3)只有排斥力(矢量),斥力方向为以恒星为中心沿恒星与被照射物体两质点连线向外;(4)媒介粒子是光子(其他粒子占比例甚小),其性质稳定,寿命可达无限长;(5)对物体的作用方式是碰撞,通常仅作用于物体的表面;(6)作用力范围为长程力(理论上可达无限远);(7)在通常的情况下,只对恒星系内的物体起重要作用.(光压)斥力相互作用是人类揭示出的自然界客观存在的第五种物质世界基本关系的表现形式.其他四种物质世界的基本关系表现形式是:(万有)引力相互作用;电磁相互作用;强相互作用和弱相互作用.本文着重叙述了作者在辩证唯物主义哲学思维的指引下,提出(光压)斥力相互作用的数学原理(定律)的过程.     

(光压)斥力相互作用在自然界客观存在的宏观证据

在宇宙中,众多恒星发出的光线充斥于万物之间.光压虽然早在1901年就被人们发现和试验证实,但一直未把它作为一种客观存在的自然力看待.其原因是(光压)斥力相互作用(自然力)主要表现在宇观物体(天体)上,在太阳系内的(太阳光压)斥力作用下,能否证明地球物质的宏观运动状态发生了变化及发生了什么样的变化,则是人们把(光压)斥力相互作用是否作为一种自然力看待的关键.宋贯一(1991)发现,太阳光压、地球的自转与公转组成了一套类似金属塑性压力加工中的一套天然"轧机",太阳的能量(动量)就是通过这种"轧制"式耦合物理机制传递给地球的,并依据这种耦合机制产生的地壳"轧展"效应特征,发现(1999)太阳光压斥力作用才是控制全球地壳运动和地震活动的唯一重要因素.宋贯一(1992)又发现,太阳光压、地球的自转与公转及赤黄交角的存在,组成了一套天然的日地间太阳能量(动量)相耦合的"摇摆"式物理机制,依据这种耦合机制特征,发现和证明(2006,2011)太阳光压斥力相互作用才是激发自转轴摆动并产生极移及地球自转速度季节性变化的主要力源.上述一系列发现,为(光压)斥力相互作用在自然界的客观存提供了具有说服力的证据.它与(万有)引力相相互作用一样,在宇宙的演化中起着同等重要的作用.     

“活着”的地球

依据太阳光子辐射产生的光压理论,作者揭示出了自然界存在有如下两种自然现象:(1)揭示了日-地闻天然形成的能量(动量)相耦舍的"轧制"式和"摇摆"式物理机制及其存在的证据.阐明了包括地壳运动、地震和火山活动在内的地球内动力地质作用所需要的能源(力源)不是传统地质学所理解的仅来自于地球内部,而主要是来自于太阳.太阳与其系内行星之间不单是先前人们所理解的靠万有引力作用所维系的那种家族式的首领关系,而且也是靠太阳辐射的斥力作用形成的"母子"关系.地球自生成以来,主要是靠太阳光子的能量(动量)的"哺育"才"活"下来的,地球目前还生机勃勃地"活着".地球的自转与公转及赤、黄交角的存在,不是先前人们所理解的只具有行星运动几何学上的意义,它在日一地之间能量(动量)相耦合转换机制中还起着更为关键的作用,它是整个地球能有效地、连续不断地获得太阳辐射能量(动量)使其能"活"下去而必须具有的最为简单的天然条件.(2)揭示了自然界任一恒星系内部恒星与行星或星际物质间的斥力作用普遍存在.众所周知,太阳是一颗质量较小的恒星,在银河星云系中类似太阳的发光恒星大约就有4000亿颗,在宇宙更是不计其数.这说明宇宙中的任一恒星系内恒星与它系内的行星及星际物质(除暗物质外)之间的能量(动量)耦合与交换主要是靠光子来实现的.光予是宇宙中既普遍存在又具有特殊性能的一种物质.光子不带电,其电荷、电偶极矩和磁矩皆为零,它是一种稳定的粒子,其寿命为无限大.宇宙中任一恒星辐射出的光子可以对外任何可见物体起作用.光子对受体的作用方式是碰撞,它不但把自身的能量传递给受体,还把自身的动量(以光压斥力的形式)传递给受体,其斥力方向与恒星与受体之间的引力方向恰恰相反,以阻止行星或星际物质在万有引力作用下向恒星内部凝聚,保持恒星系基本空间构架的相对稳定.由此推知,宇宙中物质之间的(光)斥力作用是普遍存在的,它与万有引力作用构成了相互依存的两个对立面,它们之闻的对立与统一构成了和谐一致的自然界.日一地间天然形成的能量(动量)相耦合的"轧制"式和"摇摆"式物理机制的发现与证实,为自然界星际(恒星与行星)尺度间的斥力作用普遍存在提供了有力的证据.这是自牛顿发现万有引力之后,首次对宇宙中星际间存在的"反引力"作用这一宏观自然现象的揭示.     

地球科学的革命——用(光压)斥力相互作用理论解析青藏高原成因动力学

近几十年来,地球动力学的研究虽然提出过包括板块学说在内的各种不同的成因模式,但距揭示它的实质还相差甚远.宋贯一认为其原因主要有两个:(1)没有创新性的能源(力源)思维;(2)没有创新性的物理学理论的支撑.经过近60年的的不断探索,宋贯一在新的地球动力学能源观和创新性的物理学理论的建立两方面都取得了突破性的进展.本文详细介绍了太阳辐射才是地球动力学的能量(动量)源泉及(光压)斥力相互作用理论建立的依据和实践证据.上述两方面的进展应用于解析青藏高原成因动力学,则获得了完全意想不到的结论.加之近几十年来一系列直接冲击和动摇着传统地质科学所厘定的若干基本概念和理论的地质新发现不断涌现,引发地球科学产生一场真正的革命将不可避免,地球动力学将由运动学的描述进入成因动力学的新时代.     

地球自转学科中遗留若干主要难题的解析

近二百多年来的地球自转学科研究中,除岁差和章动的成因依据(万有)引力相互作用理论已经得到解决外,极移(包括长期极移)和日长(l.o.d)的变化问题一直还处在探讨和争论之中,尚遗留如下七个主要难题没有解决:1)极移是欧拉(Eular,1765)根据刚体自转的分析得出地球自转极相对地壳作周期为305天的摆动吗?2)极移周期的定量解释,钱德勒周期为什么不是单值的,约在425~440天之间变化?观测的极移轨迹运动周期为什么也不是单值的,而是在13.0~13.3个月之间变化?3)作为自由运动,钱德勒摆动最终将会逐渐衰减殆尽,为什么二百多年来的天文观测资料却未发现钱德勒振幅有任何渐自减弱的迹象,是什么因素在克服阻尼而维持这种运动呢?它的能量消耗到哪里去了?4)极移的成因机制是什么?5)极移与地震的关系?6)地球自转速度季节性变化的主要原因是什么?7)长期极移的成因及其运动方向?宋贯一(1991,2006,2008,2012)依据大量的宏观事实,发现和证明了自然界还存在有与(万有)引力相互作用相对应的(光压)斥力相互作用.本文依据(光压)斥力相互作用理论去解析上述七个难题,取得了立竿见影的效果.     

论双星运动与引力干涉

引力波是一种时空波动现象,是由多个天体产生的引力干涉而引起的,所以引力波在宇宙中是广泛存在的。它是广义相对论的产物,所以它又遵循广义相对论指示的方式而变化。引力波是在两个天体在一定的条件下产生的,所以引力波的产生条件比较苛刻。在宇宙中存在着许多的双星(包括行星与卫星的系统)当它们相互运动时,就会产生引力干涉现象,从而使时空波动。     

关于钱德勒章动的探讨

本文从地球在太阳系内的自转和公转运行规律及太阳与地球之间的动量交换机制,来探讨地极的移动。为此,作者引出了光压矩和光压冲量矩的概念。在地球的自转和公转运动中,由于赤黄交角的存在和地球北南半球陆地表面积分布的不平衡性,在太阳光压的作用下,北南半球相对赤道产生不相等的光压矩,从而使原来平衡的以地心为支点的自转轴两端分别施加了周期性的外力,导致自转轴的晃动,产生极移。本文计算了(1)二分点(日)及二至点(日)地球北南半球相对赤道产生的较差光压冲量矩的大小,即极移的激发量级;(2)夏至点(日)和冬至点(日)地球北南半球相对赤道产生的光压矩及光压冲量矩呈反向变化,即极移振幅衰减和产生阻尼的原因;(3)从光压等效面积对称轴及光压冲量矩对称轴计算,钱德勒章动周期为435天左右。作者通过对地球东半球和西半球的北南部分相对赤道产生的光压矩对比分析,认为理论上地极的长期漂移是存在的。按现代全球陆地表面积沿经线的分布格局,长期极移的运动方向大致是沿西经90°向北美移动。作者引用统计资料,为太阳活动在地球上产生相对赤道的光压矩导致极移的理论提供了证据。     

先验光压模型对Galileo卫星产品性能的影响分析

光压模型的精确与否对导航卫星的定轨精度起着至关重要的影响.为了分析先验光压模型对Galileo卫星轨道和钟差解算精度的影响,本文利用Galileo/GPS联合数据处理策略对比了先验光压模型加入前后,IOV(In Orbit Validation)卫星和FOC(Full Operational Capability)卫星轨道和钟差解算精度的改善情况.结果显示,先验光压模型对IOV卫星定轨精度改善显著,尤其表现在径向方向,与COM轨道产品比较,定轨精度为1.6 cm,改善率达到68.6%;先验光压模型对FOC卫星定轨精度的改善效果不如IOV卫星,但同样提高了FOC卫星的定轨精度,与COM轨道产品比较,径向定轨精度2.6 cm,改善率为29.7%.此外,先验光压模型也显著改善了IOV卫星和FOC卫星钟差解算的STD结果,与COM钟差产品比较,改善率分别为44%和37%.     

超低频波粒相互作用分析器

地球磁层的超低频(ULF)波是导致能量带电粒子快速加速的主要原因,同时这些粒子又可以使ULF波发生阻尼,它们之间的相互作用的过程可以通过星载仪器来定量观测.作者根据波与粒子相互作用的原理,结合中高轨道三维空间电场测量系统DC和低频部分的频率响应特点,设计了一种针对ULF波的波-粒相互作用分析器,并进行了模拟实验和验证.该仪器具有快速、精确、结构简单的特点,在中高轨道卫星观测时能对ULF波与粒子的相互作用的过程进行实时的定量测量.     

可控源海洋电磁勘探中空气波影响的理论分析和数值模拟

可控源海洋电磁勘探(MCSEM)中空气波对海底电磁响应的影响已为业界所熟知,且已提出了多种压制方法.然而,由于空气波与海水层中其它信号相互作用的复杂性,至今其作用机理及对有效信号的影响方式尚未完全清楚,这也阻碍了浅水域MCSEM油气勘探的应用.本文在前人研究的基础上, 基于一维层状介质的电磁位和电磁场分析,采用电磁场的模式分解理论导出了空气、海水层和海底地层之间的相互作用关系.分析了MCSEM电磁响应的影响因素和空气波的作用机理.以无限水深假想模型、三层介质模型和四层介质模型为基础,导出了水平电偶极子(HED)的横电(TE)和横磁(TM)模式的电磁场关系,分析显示了前人提出的上下行波分离进行空气波压制所存在的缺陷.通过理论和数值模拟知道, 利用横电(TE)和横磁(TM)模式受空气相互作用影响的差异和电磁场水平分量与垂直分量受空气层相互作用影响程度的不同可减弱空气波对有效信号的影响,这将有助于实现浅水域海洋电磁勘探数据的有效利用.     

大功率高频电波加热电离层中参量衰减不稳定性研究(1):数值模拟

参量衰减不稳定性(Parametric Decay Instability,PDI)在大功率高频(High frequency,HF)电波与电离层等离子体相互作用的过程中扮演着十分重要的角色,本文采用广义Zakharov方法对常规的等离子体流体力学方程组进行相应处理后,并在近似实际的电离层背景和电波传播模型下,构建了高频电波加热电离层激发PDI的数值计算模型.模拟结果发现:在毫秒量级的时间尺度上,大功率高频电波在寻常波(Ordinary wave,O波)反射点高度附近激发出了朗缪尔波(Langmuir wave)和离子声波(Ion-Acoustic wave)两种等离子体静电波模,模拟中产生的朗缪尔波和离子声波相应波数为5~11rad·m~(-1),结果与利用色散关系求出的理论值4~7 rad·m~(-1)近似一致,密度扰动幅值从10~6m~(-3)量级指数级增长到了10~(10)m~(-3)量级,直至能显著影响与"低频"密度背景相关的等离子体频率后,出现了等离子体"空穴"结构以及朗缪尔波被"俘获"现象,在扰动空间内的小尺度静电场幅值最高能达到100 V·m~(-1)量级,最终造成一种强烈的局地化"空穴"湍流现象.本文的研究有助于深入理解PDI的物理机制,对研究大功率高频电波与电离层等离子体之间复杂的非线性相互作用也有着非常重要的意义.     

离地球最远的恒星是什么?

正美国天文学协会年会于2008年6月5日传出消息,美国天文学家发现了距离地球最远的两颗恒星,它们现在距离地球大约有800亿光年之遥(1光年等于10万亿公里)。两颗最远恒星的发现,是美国天文界于2000年发起的"斯隆数码太空调查计划"的重要成果之一。这个计划耗资80亿美元,有200多名科学家参与,目标是在5年时间中给2亿个天体进行定位——其中包括10万颗恒星——并制作出三维的宇宙地图。设于美国新墨西哥州阿帕奇天文台的多台数码天文望远镜,是天文学家们实施"斯隆计划"的主要工具。     

地球内部各圈层介质的地震各向异性与地球动力学

地球内部各圈层的结构和构造在本质上是不均匀的和各向异性的.各向异性的研究不论是对深化地球本体的认识,还是在资源、能源、灾害和环境以及全球变化的研究中均具有重要作用.本文基于这一科学问题的本质性和重要性着重讨论了以下5个问题:1)各向异性介质中地震波场效应与判据;2)复杂介质地震各向异性#*[-15]-#*[+15]-S波分裂的成因分析;3)当今S波分裂监测技术的进展与探索;4)地震各向异性在不同科学问题研究中的效能;5)地震各向异性在地球科学发展中的作用与今后的任务.     

风浪成长过程的空间演化方程

从海气相互作用的物理本质出发, 通过引入特征波的概念, 提出了能够合理刻画风浪成长过程的反馈型风浪空间演化方程. 虽然该方程非常简单, 但却包含了风浪成长过程中主要的控制因素, 可清晰地解释风浪成长过程中能量不断向低频转移的物理现象, 而无需借助非线性波 —— 波相互作用的概念, 所得到的各项结果与各种观测结果非常符合. 给出了一种既适用于实验室也适用于外海的风浪波高成长规律, 进一步坚实了利用实验室进行风浪研究的物理基础. 建立的风浪成长过程空间演化方程为海气相互作用机理研究以及海浪预报提供了一种新的思路.     

热带海洋和大气中地形Rossby波和Rossby波的耦合不稳定

当大尺度背景场存在赤道急流时, 由相应不均匀的温跃层(海洋)和高度场(大气)激发出的地形Rossby波和由β效应激发出的Rossby波, 在一定条件下, 通过相互作用后可产生一类新的不稳定, 称为地形Rossby波和Rossby波的耦合不稳定. 讨论了这类波系在ENSO发展中可能起的作用.     

中纬低层大气重力波动量通量谱的探空观测

本文利用中纬站点Miramar Nas(32.87°N,117.15°W)的探空数据提取了对流层和低平流层的惯性重力波参数并计算了动量通量-相速度谱.分析表明低层大气重力波动量通量谱很好地满足高斯分布.高斯拟合的参数分析显示:(1)冬季西风急流对向东传播的波的吸收使得对流层向西传播的波的高斯峰值明显强于向东传播的波;(2)重力波在由对流层向平流层的传播过程中谱展会增大,这可能是波与背景相互作用以及波-波相互作用的结果;(3)急流对重力波的吸收与反射以及对流层顶附近波的耗散使得低平流层总动量通量远小于对流层的.受背景风场影响,谱的季节变化呈现出一定规律.多普勒效应对谱产生了两方面的影响,一方面背景风较大时多普勒效应会使谱展宽,另一方面多普勒效应会显著改变谱的中心本征相速度,使得动量通量谱在同一方向上呈现不对称性.     

基于两步SVD变换的零偏VSP资料上下行波场分离方法

垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling,VSP)资料处理中波场分离是关键问题之一.随着属性提取技术的发展,新的属性参数(例如Q值)提取技术对波场分离的保真性要求越来越高.本文改进了传统奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)法,给出了一种对波场的动力学特征具有更好的保真性,可以作为Q值提取的预处理步骤的零偏VSP资料上下行波场分离方法.该方法通过两步奇异值分解变换实现:第一步,排齐下行波同相轴,利用SVD变换压制部分下行波能量;第二步,在剩余波场中排齐上行波同相轴,使用SVD变换提取上行波场.在该方法的实现过程中,压制部分下行波能量后的剩余波场中仍然存在较强的下行波干扰,使得上行波同相轴的排齐比较困难.本文给出了一种通过极大化多道数据线性相关程度(Maximize Coherence,MC)排齐同相轴的算法,在一定程度上解决了低信噪比下排齐同相轴的问题.将本文提出的方法用于合成数据和实际资料的处理,并与传统SVD法的处理结果进行对比,结果表明本文提出的波场分离方法具有良好的保真性,得到波场的质量明显优于传统SVD法.通过对本文方法和传统SVD法处理合成数据得到的下行波场提取Q值,然后进行对比可知,本文方法可以有效提高所提取Q值的准确性,适合作为Q值提取的预处理步骤.     

台风"海鸥"激发地脉动源区的联合台阵定位研究

利用台风所激发的P波地脉动信号,地震学家近年来开始尝试通过地震学方法定位、监测台风.由于单台阵定位精度的局限性(主要取决于台站数目、孔径和结构等),本文提出了将台阵至源区的距离作为归一化权重因子、结合反卷积技术的双台阵联合定位方法,并利用中国喜马拉雅二期台阵(ChinArray II)和日本高灵敏度地震台网(Hi-net)的连续波形数据,对 2014年西北太平洋强台风"海鸥"所激发的 P波地脉动源区进行了定位测试.联合定位结果与理论模拟源区具有较好一致性:台风"海鸥"位于菲律宾海时,其激发海浪与台风"风神"遗留涌浪相互作用而激发的P波地脉动源区偏离"海鸥"移动轨迹;而当"海鸥"进入南海后,其激发的P波源区则紧随台风中心.与单台阵定位结果的对比分析表明,本文所提出的方法能够有效降低以下方面影响:(1)单台阵响应函数强旁瓣导致定位结果出现"伪影"、不聚焦;(2)台阵至源区距离小于～26°时,P波沿复杂浅地层传播时实际走时与基于理想地球模型的理论预测走时存在较大偏差导致近场定位误差增大;以及(3)上地幔三重震相的干扰等.因此,该方法有效提升了定位结果的聚焦性与稳定性,实现对"海鸥"激发P波地脉动源区的全程、稳定定位追踪,为发展基于地震学的台风监测新方法提供支持.     

损耗大气中重力波的非线性相互作用理论

基于中高层大气重力波动力学是由非线性过程和损耗过程共同决定的物理思想,本文采用弱非线性相互作用近似,推导出损耗大气中重力波的非线性相互作用方程.这组方程是研究固定相位和随机相位重力波相互作用问题的出发点.通过引入平均振幅,我们得到了损耗情况下离散重力波的三波相互作用方程,该方程描述了重力波波包非线性时空演变的规律.作为该方程的一个具体应用,我们考虑了由于波-波相互作用产生的不稳定性.当一大尺度大振幅的主重力波通过大气传播时,非线性相互作用可能导致两个次级波振幅随时间指数增长.由于分子损耗和频率失配,主波的振幅必须大于一个阈值,这种指数增长才可能出现.共振条件满足时,阈值变为最小.频率失配还会导致次级波本征频率发生改变,改变的大小是频率失配值的一半.