《大自然寻真》

第16章  有关星球自转力学原理的实验-2

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  ⑥分析：做了5次不同变速情况的实验，所出现的普遍现象是：⒈流体在加速旋转过程中，缸底颗粒从中心沿缸底辐散移向周围，液面颗粒则从缸边向中心汇集（同实验1）。⒉流体在减速旋转过程中，容器壁附近的颗粒在超前于容器旋转向前的同时，都向缸底中心汇集；中心颗粒则上升（有些个例不易显见）；液面颗粒趋向于从中心向整个液面散开。⒊颗粒的散、聚快慢和转速变量与转速之比值成正比。

  ⑦结论：由于流体与容器之间存在着相互摩擦，就使转动容器与流体之间有动能相互传递现象发生，所以变速转动容器内的流体便维持了相对于容器的环流和变化。

    尽管实验1、2都是定性观察，没有很严格的数量控制，但它朴实、自然，没有像某些计算机模拟那样有人为的假设或干预，于是它所表现出来的流体运动规律就比较客观，没有任何虚假。它能被明显观察到的运动趋向又是确定的，而不是含糊不清的，所以是有参考价值的。

16.3  匀速转动流体实验的结论与星球自转力学原理相矛盾的原因

    星球自转力学原理认为“由于星球的自转，整个流质球体里里外外的流体都保持着永不休止的流动”；“星球体内微观流动是其整体宏观转动的必然响应，内动与整体转动同生共存”（见15.3）。然而，匀速转动流体实验却认为“垂直稳定转动流体最后都同步稳定转动，整体转动与流体内部的微观流动之间再无任何能量传递和转换”（见16.1）。 这显然是完全不同的两种情况和认识。所以，随意套用微型流体转动实验来解释巨大星球的自转流体动力问题，正是人类的历史大差错。出错原因主要是对如下五点缺乏正确认识。

       第一，匀速转动流体实验，在尺度上与星球相比只能代表了极度微型的性质。在星球尺度的流体中才能充分发挥作用的惯性力、流体软弹力（见23.6）等，在微型实验的流体中就无法很好表现出来了。哪怕在尺度上比微型实验的流体大很多个量级的大湖泊里，也无法形成星球尺度的流体才能形成的海潮或海啸等现象，就都是同样的道理。因此，从流体尺度去看，绝不能套用微型流体实验的结论来解释星球自转所产生的效应。

       第二，由于流体与容器之间存在着相互摩擦，就会使转动容器与容器内的流体之间有动能相互传递，最后便可造成容器与流体完全同步转动；一个全流体性质的星球（如太阳），它的流体悬浮在太空中，完全不需要任何容器盛着，所以不存在着流体与容器之间相互摩擦的问题，也即根本不存在类似转动流体实验那种“动态平衡”的概念。因此，只从微型的流体转动实验的情况出发，是无法真正理解星球自转力学效应的。

       第三，与这里所指的匀速转动流体实验相比，实际星球的自转一般都是变速的，地球自转也是变速的（见16.4）。所以，从转速看，也绝不能套用匀速转动流体实验来解释非匀速转动的星球自转所产生的效应。

       第四，微型流体转动实验是用外壳的转动去促使容器内的流体产生运动，流体处于被动状态；全流体性质的星球是流体自身主动的转动。所以，从环流的形成原因看，一个是外因，一个是内因，两者全然不同。

       第五，微型流体转动实验是动能型系统，却没有让动能对环境开放，没有能够将动能耗散出去的窗口，是个孤立系统，其流体处于平衡态；全流体性质的星球是热能型系统，是对着太空开放的开放系统，是典型的耗散结构，其流体处于高度有序的环流状态。所以，两者相比较起来，在自然辩证的哲学本质上毫无相同之处。

    以往并不考虑上列这些因素，就在性质完全不同的星球尺度的大气环流运动中，轻率地套用了微型流体实验的结论，以致最终将本来并不难理解的星球自转力学原理严实地捂盖了起来，使后人再很难真正去认识它。这正是人类的历史大差错埋没了宇宙大原理。

    上列的第四、五点指出了全流体性质星球与微型流体转动实验之间的本质差异。我们应用自然辩证的哲学理念，可以进一步对大气环流运动做些具体的剖析：先看实验的情况，做实验的微型流体有容器盛着，与容器紧密结合在一起，彼此之间能量相互传递，容器静，则流体静，容器匀速转动则流体也终将匀速转动。可是，容器隔绝了流体与外界的联系，不仅物质不能与环境发生相互交换，作为能源的动能也无法向环境释放，所以，实验流体成了孤立系统。于是，当转动完全稳定下来之后，流体就退化成为平衡态了。地球大气则完全不一样，其最外层不像实验流体那样需要容器盛着，而是向太空完全开放。大气的最内层又与地球实体紧密结合在一起，地球自转的力学效应（星球自转力学原理）让球心内的高温所产生的热能，源源不断从低纬度定向地传给了海洋和大气，使大气永远地远离了平衡态。这样一来，地球本身不断向大气提供热能，大气又不停地向太空消耗热能，大气便成了一个耗散结构，是一个物质和能量都可以与环境发生互相交换的开放系统。这就是说，地球本身的内因就决定了大气系统是一个永不停息、生动活泼、高度有序的物质系统。因此，微型流体转动实验与大气环流，是两种本质上完全不同的系统。更详细的分析请见第25章。

16.4  流体转动实验对于星球自转力学原理的少许积极意义

    由此看来，流体转动实验对于星球自转力学原理是否就毫无意义呢？笔者的实验都白做了吗？ 这倒不完全是。在笔者亲自做过的两次实验中，虽然实验1不能用于解释星球自转所产生的效应，却可以用实验2的结论，部分地解释星球自转力学原理。因为实验2是变速转动流体实验，而实际星球的自转也是变速的（后面马上说到），所以实验2对于形象化地体验星球自转力学效应的作用过程，尚有一定的参考意义。

    地球自转就是变速的。有文献说，“大约在4亿年前，地球上每年有400多天”[12]，现在每年只有365天，显然地球自转在不断地变慢。另方面，一年四季的地球自转速度也不相同，在3、4月份自转最慢，而8、9月份自转最快[13]。参见本书后面的表21.3-2，从最下行的正、负合计值显见，负值的绝对值比正值大1.4，也可知地球自转有着减慢的趋势；从表中“平均”行各月的数值变化又可知一年四季中地球自转速度的大小都在反复地变化着。因此，实验2就适合于解释地球自转力学效应中的一些问题，这是最现实的意义。

    另外，正是通过对于实验1的体验，才使笔者充分明白了“星球自转力学原理无法用人工实验给予证明”的道理，也因此启发了我们必须重视去研究适合用于星球尺度的“大力学”。所以，实验1还是有其反面的积极意义。