Decoding the Constant of Universal Gravitation
原创：邱旭滨
摘要：万有引力的机制是什么，它由什么因素决定，长期以来一直困扰着物理学界。物理体系中任何一环节的缺失都将影响全局的发展。万有引力常数作为公式的重要组成部分，其所包含的重要物理信息长期被隐藏，无疑影响了万有引力公式的综合解读。显然，揭开万有引力常数中的隐藏信息对于解开万有引力有着重要的参考意义。本文通过数学推导和可靠性分析，揭示了引力常数的组成结构，使引力公式信息更加完善、更加鲜明。同时，揭示了质量、电荷、温度等物理量之间存在密切的关系，为揭示万有引力和微观世界的本质提供了重要的参考。
文中部分符号说明：
引力常数（G）、普朗克常数(h)、频率（f)、玻尔兹曼常数(kB)、普朗克质量（mp）、基本电荷(e)、光速(c)、玻尔第一电子速率(ve)、静电常数(k=c^2·10^-7)、玻尔半径a0、阿弗加德罗常数（NA），能量单位焦耳（J）
SI表示国际单位，SI（）表示取某物理量的单位
注意事项：物理量中的质量m与长度单位m的区分
1. 基本介绍
1687年，伟大的英国物理学家牛顿在《自然哲学的数学原理》中发表了万有引力定律，促进了天文学和航空航天事业的快速发展。可惜的是，引力的机制至今不明。在过去的300年里，为什么无数的科学家在理论研究上投入了大量精力却没有取得重大突破？问题可能出现在哪里？可以发现，许多关于引力的理论忽视了引力常数Ｇ的分析！
作为引力公式的重要组成部分，G的物理结构信息与引力形成机制密不可分。物理是体系性的科学，任何一环节的缺失都将影响到全局性的健康发展。要揭示万有引力，掌握全局信息十分重要。引力常数G所包含的物理信息长期被隐藏，无疑影响了引力机制的破译。为了揭示万有引力的机理，有必要对常数Ｇ的结构进行研究！
那么，G应该具有什么特征呢？如何得到Ｇ的组成？这种结构的合理性是什么？有什么意义？在此，将对G的基本特征进行初步分析，进而结合一些重要的条件推导出G的组成因素，并从定性和定量两个方面对所得结果进行可信度分析，最后展望研究成果的深远意义。
1. 研究过程
1.1. 常数Ｇ的基本特征分析
力是运动物体相互作用的反映。常数Ｇ和质量m构成引力公式F=G·m1·m2/R^2（为了方便起见，下文主要从势能E=G·m1·m2/R的角度展开论述），Ｇ不是凭空而来的，它应是由包括质量、时间、空间在内的各种物理因素共同构成，因此是一个具有多重因素的结构系数。分析如下：
1) 根据量纲分析，Ｇ包含着速度v^2 、空间与质量R/m.
2) 从能量的等效性考虑必然存在G·m1·m2=k·q1·q2，由于质量是力的主体，电荷q与质量m之间必然存在特定的转换关系q=f(m)或m=f(q)，G所包含的基本物理信息必然隐含于:
3) 物理量之间不是孤立存在的，引力常数G必然与其它物理量、物理常数有着密切的关系，诸如玻尔兹曼常数(kB)、基本电荷(e)、圆周率 (π)、光速(c)、玻尔第一电子速率(ve)、静电常数(k)等等。
据此，如果找到具备上述特征且定量上高度一致的组成结构，那么，可以认为该组成结构是高度可信的。
1.1. 引力常数结构的逻辑推导
根据上述特征分析G的结构信息蕴含于G=k·q1·q2/m1·m2=k·q1·q2/f(q)1·f(q)2中，令q1=q2=e，使：
为求解G，必须联立基本电荷e与质量m之间存在的转化关系及联立能量等效关系：
注： k=c^2·10^-7为静电常数
其中，h=k·e^2·2π/ve反映的是氢原子能量量子化的关系，h=G·mp^2/c反映的是物质间引力的量子化关系，mp·ve=√e·c反映的是基本电荷e与普朗克质量mp间的等效转换关系。下面一一补充说明：
- h=k·e^2· 2π/ve
- h=G·mp^2/c
基于引力场与电磁场均以光速传播、且均通过空间传递相互作用的共性，比照电磁场，考虑引力场同样具有量子化特征，引力势能可以表示如下：
上式中，nft是无量纲，受G、h、c的约束，m^2/nft必对应一个确定的质量值，此确定值正是普朗克质量mp,即无论m取何值，均存在：m^2/nft=mp^2，mp=m(nft)^1/2而普朗克质量有如下关系：
普朗克质量(mp), 普朗克长度(lp) 和普朗克时间(tp)由德国物理学家普朗克先生(Max Planck)在２０世纪初提出（见普朗克《热辐射理论》），其中Ep、fp与mp、lp、tp相对应。
- mp·ve=√e·c
注：h=e·c·kB [1] ，kB为玻尔兹曼常数。
上式推导过程中可知√e·c=mp·ve、G=kB·ve^2的结果是必然的，其中√e·c=mp·ve正是特征分析中所述电荷q与质量m存在的一个特殊的转换关系。
- G=ec10'^-7·2π·ve也可以从另一个角度推导而得：
这一推导的结果可信度如何？下面从加以定量验证并定性分析。
3. 可信度分析
3.1. 定量分析
结果显示，在10^-12尺度内，G=ec10'^-7·2π·ve=ve^2·kB 定量上高度一致。
3.2. 定性分析
上面推导出G=ec10'^-7·2π·ve=ve^2·kB ，h=e·c·kB，说明了G=ec10'^-7·2π·ve这一串物理量并不是孤立的，而是彼此具有内在物理联系，共同形成特定的物理内涵的。
首先，从全息的角度看，物理体系中物理量间是密切关联的，你中有我，我中有你，彼此信息互藏。G=ec10'^-7·2π·ve=ve^2·kB，h=e·c·kB， h=G·mp^2/c ,h=k·e^2·2π/a0正体现了这一特性。而其核心物理量则为质量m、距离l、时间t，其它物理量实际上都可以通过这三个物理量加以表示，如电荷与质量之间存在的特殊的转换关系式√e·c=mp·ve，就说明了这一点。
其次，由于电磁力与引力之间都是通过微观量子场以光速传递的，引力与电力关于真空介电方面必有共性的部分，c10'^-7正是介电常数的一部分，G=ec10'^-7·2π·ve反映了引力具有电的特征，与电子的运动有关，与微观粒子的圆周运动有关。
再次，玻尔兹曼常数kB是一个与能量辐射及温度T相关的物理量，故电力与引力隐含着这一常量也就合乎物理。
可见，无论是电磁力与引力都与热力学有着千丝万缕的关系。通过对氢原子库仑势能关系式进行解构有（具体论述见《量子与温度的隐秘关系》）：
而由于质量与电荷之间存在形如√e·c=mp·ve的等效关系，m1·m2·ve^2/R显然对应的是ecf=3T这一部分，即形式上有：
必须说明的是，此处不在于严格论证引力F与温度T的具体关系，而仅在于强调电力、引力与热力学之间存在着某种内在的联系具有必然性，G=ec10'^-7·2π·ve=ve^2·kB是合乎逻辑、深富物理意义的。
3.3. 量纲分析
在前面关于Ｇ的结构特征分析中，已知G 包含v^2 and r/m，那么G=ec10'^-7·2π·ve=ve^2·kB是否满足这一条件呢？
可知G=ec10'^-7·2π·ve=ve^2·kB 完全满足单位量纲与结构关系。
4. 结论
纷繁复杂的自然界，隐藏着缜密的规则，在展现它的神奇之外又给人类留下了各种线索，它把信息巧妙的进行了设计，分布在各式各样的现象当中，有些就隐藏在被人们熟视无睹的地方！本文通过对引力公式基本特征分析，推导出常数Ｇ的组成结构G=ec10'^-7·2π·ve=ve^2·kB ，多方面论述了其合理性。还原了引力中被隐藏的相关物理信息，揭示引力与电子运动间存在关系，质量与电荷存在某种等效转化关系，揭示引力与电力关于介电方面具有同性部分，揭示电力、引力与热力学间存在密切的关系等，揭示了物理量间存在极为密切的内在联系，看似错综复杂的物理世界，实际上隐藏着神奇的简明的确定性关系，如 |h|=|e·c·kB|，|G|=|ve^2·kB|， |NA·h|=|√e|，|NA·kB|=|1/√e·c|等等，万有引力常数Ｇ就像达芬奇的密码，它的解构，为深入理解引力、揭开引力及微观世界提供了全新的参考，必将有助于早日解开万有引力的形成机制。
文献参考
1．邱旭滨,量子与温度的隐秘关系,[Ｊ].格物.19(94),53-58(2019).
2．Planck,M.(1914).The theory of heat radiation (M.A.Morton Masius,Trans.).America Philadelphia: P. Blakiston’s Son & co.(1912).
3．张三慧.大学物理学（力学，热力学）[M].北京：清华大学出版社，2013.
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