1、關(guān)于空間的方向性實(shí)驗(yàn)詹禮葵摘要：通過兩個(gè)獨(dú)立穩(wěn)定的高頻信號(hào)源做反向的圓周運(yùn)動(dòng)，長時(shí)間積累比較二者的時(shí)率差別，從而測(cè)試空間在任何方向上是否具有同等的性質(zhì)，本實(shí)驗(yàn)首次采用兩個(gè)獨(dú)立信號(hào)源，與以往實(shí)驗(yàn)在原理上有區(qū)別，本實(shí)驗(yàn)首次證明了空間是有方向性的，文章介紹了實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析、實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，以便讀者審查分析。在物理學(xué)上有極其重要意義。關(guān)鍵詞：時(shí)鐘，旋轉(zhuǎn)，空間，方向?qū)嶒?yàn)原理：所有參照系是平權(quán)的，即沒有優(yōu)越參照系，同其它物理定律一樣，是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的，其重要基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一就是邁克爾遜一莫雷實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上這是一個(gè)很大的誤區(qū)，由于空間特性不僅作用于光，也同等作用于支撐系統(tǒng)，即使光速在不同方向

2、上是有的差別，該實(shí)驗(yàn)并不能檢出，這一點(diǎn)只需要基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)就可以證明，最近中國學(xué)者將測(cè)光速精度提高到10-18量級(jí)，未測(cè)到方向差別，其本質(zhì)是原理問題，并不是精度問題。無論將精度提高到何種程度。ab123圖（1）： 空間a點(diǎn)出發(fā)的光經(jīng)過任意種路徑到達(dá)b，只要其路徑是固定的，其時(shí)間差不變，就如人到彎曲的空間，其眼睛變形正好使得看到的形狀仍為方形?？藸栠d等人的實(shí)驗(yàn)為何不能檢測(cè)空間方向性呢？因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)是用同一個(gè)光源，那使用兩個(gè)光源不就可以檢驗(yàn)了嗎，然而，這就會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)問題，即時(shí)鐘同步（校鐘）問題，ou圖（2）：設(shè)系統(tǒng)的速度為u，兩時(shí)鐘到o點(diǎn)等距離（這實(shí)際能做到），使每個(gè)時(shí)鐘相等時(shí)刻發(fā)射一束光，不能確

3、定先到o點(diǎn)的那個(gè)方向的光速快，因?yàn)椋合纫_定時(shí)鐘是對(duì)準(zhǔn)即同步的，固然可以放在一起對(duì)鐘，但要達(dá)到圖中狀態(tài)，兩個(gè)時(shí)鐘必然要移動(dòng)，且絕對(duì)速度不同，其時(shí)間延緩量不同。所以，兩時(shí)鐘又不同步了。所以：采用圖2類似的方法也不能區(qū)別在不同方向光速不同。難道就毫無辦法嗎？經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)失敗和總結(jié)，目前還是找到了一個(gè)可行的實(shí)驗(yàn)辦法，如圖3 ：ouabu圖（3）：設(shè)系統(tǒng)向上的絕對(duì)速度為u，兩穩(wěn)定高頻信號(hào)源a、b以v速度繞o轉(zhuǎn)動(dòng)，將a、b信號(hào)引到o點(diǎn)，如圖示時(shí)刻，a的絕對(duì)速度為uv，根據(jù)動(dòng)鐘效應(yīng)這時(shí)a時(shí)鐘變慢，b時(shí)鐘變快，在o點(diǎn)觀察比較其變化?？偨Y(jié)起來就是說：必須用處在不同彎曲空間的儀器互相觀察，才有可能識(shí)別對(duì)方不同

4、，不過，上述這一瞬間過程會(huì)很短，其頻率變化也是極其微小的，測(cè)量起來很困難，但我們可以多次重復(fù)這一過程，并分扇區(qū)不斷累加數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)如圖4所示：將高頻時(shí)鐘a、b分別固定于高速旋臂的兩端，讓旋臂在劃分為4個(gè)扇區(qū)的平面上旋轉(zhuǎn)，中部分是處理器部分，時(shí)鐘b經(jīng)過2n分頻（約旋轉(zhuǎn)1/4園時(shí)間）作為時(shí)鐘a的閘門時(shí)間，就如圖所示位置，這時(shí)b時(shí)鐘閘門間隔減小，而a時(shí)鐘頻率又變慢，顯然可以得到一個(gè)較小的計(jì)數(shù)，旋轉(zhuǎn)180位置時(shí)顯然再可以得到一個(gè)較大的計(jì)數(shù)，分別記錄之。 系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)在水平面高速旋轉(zhuǎn)。在園面上等角度分布4個(gè)檔片（其中一個(gè)為復(fù)位），使得兩個(gè)光遮斷器可以識(shí)別當(dāng)時(shí)旋臂所在扇區(qū)位置。通過一定的時(shí)間積累，如果觀察

5、到某一方向的數(shù)字始終偏大或偏小，就可以識(shí)別空間的方向性，只要實(shí)驗(yàn)足夠精確，就可以求出系統(tǒng)的絕對(duì)速度。高頻時(shí)鐘a分頻高頻時(shí)鐘b分區(qū)保存計(jì)數(shù)器位置識(shí)別3區(qū)2區(qū)1區(qū)0區(qū)u 圖4 實(shí)驗(yàn)原理圖根據(jù)動(dòng)鐘效應(yīng)，運(yùn)動(dòng)速度為v的時(shí)鐘時(shí)間為：假設(shè)系統(tǒng)的絕對(duì)速度為u，方向?yàn)檎?扇區(qū)，圓周運(yùn)動(dòng)的線速度為v，由圖1得： 合理近似為： 取太陽系速度u250km/s，v200m/s如取積分時(shí)間為：t0=60分鐘3600秒則t=4004納秒采用100m晶振的分辯率為10納秒，差400個(gè)字，由于圓周運(yùn)動(dòng)平均速度小于線速度，實(shí)際值顯然要小些。但是信號(hào)傳輸速度差別會(huì)略微增加這一差別，總而言之，上述實(shí)驗(yàn)是有可能探測(cè)到差別的。當(dāng)然，可

6、以提高晶振頻率，或采用兩個(gè)不同頻率晶振提取拍頻的方法提高實(shí)驗(yàn)精度，目前空氣阻力和噪音是主要問題，如能在真空條件下實(shí)驗(yàn)就好了。實(shí)驗(yàn)器材：名稱數(shù)量說明計(jì)算機(jī)及rs232轉(zhuǎn)換器1單片機(jī)89s511處理器單片機(jī)仿真器及仿真頭1偉福e2000/l編程器1燒寫芯片100m有源晶振2.mf 3.3v ttl單相異步電動(dòng)機(jī)12800r/min2.2kw集成穩(wěn)壓lm3173光遮斷器2只二極管1n604其它: 集成塊 74f74、74f163、74f04、74f573、cd4024、cd40106，常規(guī)電阻電容（10微法以下用鉭電容），50-2同軸電纜， 472250mm a3扁鋼425580mm a3扁鋼, 直

7、徑1.5mm多股鋼纜，碳刷、自制集電環(huán)，木螺釘，ab膠，plast硅膠等。木材若干。實(shí)驗(yàn)步驟：1. 繪制中心計(jì)數(shù)處理器原理圖和線路板，晶振安裝固定線路板。2. 用a3鋼制作旋臂，根據(jù)受力狀況，兩端可漸細(xì)，制作方法可參考后面“旋臂制作”。3. 用木材制作好框架，固定好電機(jī)，使電機(jī)軸向垂直于地面。4. 固定旋臂，并將計(jì)數(shù)處理器固定，晶振線路板固定在旋臂兩端，連接電源和信號(hào)同軸電纜，并將電纜固定在旋臂的開槽內(nèi)。5. 安裝制作好的三芯集電環(huán)碳刷組，以便向電路提供12v電源和串行引出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為便于觀察，可將數(shù)據(jù)串行發(fā)送至控制器并通過串口發(fā)給計(jì)算機(jī)。圖5:實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)側(cè)視照片圖 6 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)俯視照片6. 安

8、裝好遮光片和光遮斷器，將旋臂旋面校正于水平位置（消除重力影響），通電旋轉(zhuǎn)，仔細(xì)調(diào)節(jié)好系統(tǒng)動(dòng)平衡，注意安全。7. 靜態(tài)仿真調(diào)試，在旋臂靜止情況下，預(yù)熱穩(wěn)定，不讀扇區(qū)地址，每次閘門中斷程序自動(dòng)變更扇區(qū)地址，調(diào)節(jié)電路和程序，使得各扇區(qū)數(shù)據(jù)均勻合理。8. 動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置照片如圖5:和圖6: 。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：積分時(shí)間取70分鐘較好，為便于觀察約每4分鐘發(fā)送一組數(shù)據(jù)，70分鐘可得到約21個(gè)數(shù)據(jù)，然后取數(shù)據(jù)組的平均值，為因?yàn)槲覀冴P(guān)心的是差值，表中同一組數(shù)減去了最小的一個(gè)數(shù)。所以為0 。首先進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，以觀察數(shù)字分布特點(diǎn)，不要轉(zhuǎn)動(dòng)旋臂，并且不讀扇區(qū)地址，讓程序自動(dòng)改變扇區(qū)地址，將得到一組模擬數(shù)據(jù)。表1:

9、 模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表開始時(shí)刻組0區(qū)1區(qū)2區(qū)3區(qū)04/08/16/00:00:170063962024162633361440498467050321486426042710711356080264169170748610052010113201334120182842130524651417019151552710461616302901720611186230043196023034203501021結(jié)束時(shí)刻21152325004/08/17/04:20:平均值27.0952427.3333328.9047627.85714以下是一組模擬實(shí)驗(yàn)的直接結(jié)果：表2:模擬數(shù)據(jù)表起始時(shí)刻持續(xù)時(shí)間0區(qū)平均值

10、1區(qū)平均值2區(qū)平均值3區(qū)平均值max-nin/min04/08/17/08:00:70分鐘27.09527.33328.90527.857704/08/17/12:00:70分鐘37.12439.18933.43738.5761704/08/17/16:00:70分鐘17.24315.45915.43319.452604/08/17/20:00:70分鐘52.75760.64555.77557.6561504/08/18/08:00:70分鐘56.87461.80557.76458.705904/08/17/12:00:70分鐘43.80241.6246.79845.761204/08/17/

11、16:00:70分鐘32.66433.7334.24229.3691704/08/17/20:00:70分鐘30.38332.52535.03635.0371504/08/18/10:00:70分鐘27.38331.36328.36927.04516由上兩表可以看出，各組數(shù)字基本差別不大，大量數(shù)據(jù)證明，最大數(shù)落在各扇區(qū)的概率是相同的，所以可以認(rèn)為靜態(tài)值是均勻分布的。下一步進(jìn)行實(shí)際旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，調(diào)整旋臂軸對(duì)稱，即使二旋臂在同一弧度掃過的高度相同，再采用u型管原理調(diào)整支架使旋臂旋面成水平位置，檢查無阻礙，通電旋轉(zhuǎn)，注意安全。表3:實(shí)際旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(0扇區(qū)指向正西)起始時(shí)刻0扇區(qū)（西）1扇區(qū)（北）2扇區(qū)

12、（東）3扇區(qū)（南）04/08/19/08:00:760374603671861207141290244004956820938898570231080103615025380926310313503604141190266029572301804833107236180521900136229082830033平均值42.8095212.857141033.66667表4:實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值表（由于地球的自轉(zhuǎn)，故采用每天基本相同時(shí)刻數(shù)據(jù)作比較）時(shí)間y/m/d/h西(0區(qū)）北(1區(qū)）東(2區(qū)）南(3區(qū)）max-nin/min04/09/23/13:42.6421.8433.3258.56168%

13、04/09/23/15:64.4642.2136.9661.7974%04/09/24/13:46.7836.5230.3938.2654%04/09/24/15:4520.3610.9636.22311%04/09/25/13:64.4839.1218.8856.96242%04/09/25/15:51.6531.5423.7342.89118%04/09/26/13:42.52840.950.6581%04/09/27/13:121.6466.9748106.77153%04/09/27/15:44.2137.6827.1151.4750%04/09/28/13:76.354.5250.7

14、882.6563%比較表2 和表4，可以得出結(jié)論，其扇區(qū)值差別明顯加大，而且總是南西兩個(gè)扇區(qū)數(shù)字大，東北扇區(qū)的數(shù)字小。實(shí)驗(yàn)中紅外光遮斷器安裝在b臂提前約45位置上，由此可以得出地球絕對(duì)運(yùn)動(dòng)方向基本為正南向（合肥地區(qū)2004年9月10月13時(shí)段左右）。僅對(duì)水平面，嚴(yán)格的空間指向還要實(shí)驗(yàn)垂直方向。是否是由于系統(tǒng)自身的某種不對(duì)稱引起的呢？可以進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，將0扇區(qū)依次指向東、南、西、北方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果依然是處在西南兩個(gè)扇區(qū)數(shù)字大，東北扇區(qū)的數(shù)字小。將其結(jié)果合成向量并繪制向點(diǎn)如圖7所示：中心空箭頭表示0扇區(qū)指向。圖7：2004年9月7日至10月7日合肥地區(qū)向點(diǎn)圖，時(shí)間段為每天的10點(diǎn)至16點(diǎn)。南向數(shù)

15、值絕對(duì)比北向數(shù)值大，西向數(shù)值比東向大在13點(diǎn)（9月份）附近較為明顯，圖7給出的為10點(diǎn)至16點(diǎn)數(shù)據(jù)，如進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)觀察，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)西東向規(guī)律，但由于噪音問題晚間無法實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)介紹：本是經(jīng)過不斷演化改進(jìn)過來的，就此問題的相關(guān)實(shí)驗(yàn)開始于10年前，前面大部分方法都失敗了，限于篇幅這里不能一一介紹，本實(shí)驗(yàn)大約開始于三年前，從材料的選取到細(xì)節(jié)的處理，也經(jīng)歷多次反復(fù)，在這里把一些關(guān)鍵問題做出交待，也有利于讀者考查實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，原理圖分為1閘門電路、2計(jì)數(shù)電路、3記錄發(fā)送電路、4扇區(qū)識(shí)別電路、5供電電路等部分組成，這里介紹閘門電路和計(jì)數(shù)電路。1、閘門電路是將時(shí)鐘b的信號(hào)經(jīng)過多次分頻，得到一個(gè)周期約為旋臂

16、經(jīng)過1/4園周時(shí)間的時(shí)間，閘門周期最好不要超過1/4園，整數(shù)倍地小是可以的，但這樣一來，經(jīng)過一個(gè)扇區(qū)一次有兩次或以上數(shù)據(jù)，結(jié)合計(jì)數(shù)電路可知，閘門鎖定會(huì)引起一個(gè)周期的隨機(jī)誤差，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不利，當(dāng)然服從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，但實(shí)驗(yàn)次數(shù)及數(shù)據(jù)要增多，本電路為100m經(jīng)過19分頻，其周期為5.24288ms,驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為2850r/min，1/4園周時(shí)間為5.26315ms，兩者還是比較接近的。盡量優(yōu)先采用同步計(jì)數(shù)器，且其傳輸延時(shí)要盡量小，為方便，電路如下：d54、d52、r55是消除振鈴的，注意采用高頻二極管，下晶振a同。圖8閘門電路原理圖圖9計(jì)數(shù)器部分原理圖計(jì)數(shù)器電路如圖9 所示，當(dāng)閘門的上升沿到時(shí)，并不

17、立即產(chǎn)生鎖定觸發(fā)，要等計(jì)數(shù)脈沖過來后才觸發(fā)，以避免翻轉(zhuǎn)時(shí)讀數(shù)，這當(dāng)然會(huì)引起誤差，由此必須借助統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這是由電路的分辨率決定的，改進(jìn)辦法是提高頻率。為減少單片機(jī)死機(jī)，進(jìn)入中斷才置低“讀控制”讀完立即置高，其它電路從略。完全可以提供匯編程序清單，但無論如何編制程序，都不會(huì)因?yàn)榉较虿煌绦蜻\(yùn)行不同，下面為匯編程序框圖：初始化，清零，晶振穩(wěn)定延時(shí)，試驗(yàn)通訊。設(shè)基準(zhǔn)b=07fffe(hex)。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，基準(zhǔn)調(diào)整程序。keep為寄存器。main:主程序開始。開中斷。中斷程序：讀扇區(qū)地址d (d=0,1,2,3)t=b keep+1tb rise +1t2 與基準(zhǔn)偏差過大，忽略。完成積分，停止中斷。r

18、ise=40，drop2與上次偏差過大，忽略。加入該扇區(qū)和中tn+d |d d |d消除負(fù)數(shù)并使最小數(shù)為0并發(fā)送。drop=40，rise32b-1。置標(biāo)志q并等待中斷結(jié)束。清零，恢復(fù)中斷，返回main清標(biāo)志返回。圖10處理器匯編程序框圖晶振改裝：晶振到圓心的距離為0.620m，圓周運(yùn)動(dòng)角速度約為96，晶振的加速度約為56394m/s2，實(shí)驗(yàn)證明，正常的晶振是不能承受如此大的加速度的，必須對(duì)晶振進(jìn)行改裝，改裝的辦法如圖11，小心地在晶振上表面銼開一口，清理干凈，用恰當(dāng)硬度的硅膠注入圖示位置，等1分鐘，再用環(huán)氧樹脂封口，盡量減少晶片接觸空氣時(shí)間，否則晶振失效，晶振的安裝可以將晶振埋入旋臂，再膠封

19、，截面要成流線型，如用線路板不能僅依賴管腳，要附加預(yù)拉力金屬線，再膠封成流線型，如圖111.環(huán)氧樹脂。2.開口位置。3.硅膠。4.晶片。5.焊點(diǎn)。6.多股鋼繩。7.晶振。8.固定孔。9.鉭電容。10.旋臂。圖11：晶振改裝及裝配圖旋臂制作：將1400404和190705的優(yōu)質(zhì)a3鋼如圖對(duì)中焊接在一切，在中心打一直徑24的孔，在臂靠近末端各開一長400的半圓槽用來埋入傳輸電纜，務(wù)必將旋臂截面銼成流線型，否則，2.2kw的電機(jī)將嚴(yán)重過載，容易燒毀，并且會(huì)引起劇烈的噪音，干擾廠區(qū)附近居民，由于噪音問題已三次搬遷實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，經(jīng)過不斷改進(jìn)，現(xiàn)在噪音還可能在110分貝以上，并且晚上還無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不過，這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置還是一個(gè)很好的空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，用于實(shí)驗(yàn)空氣阻力比風(fēng)洞容易建造，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，在接近音速情況下，采用反w或多w型結(jié)構(gòu)時(shí)電機(jī)電流顯著減小，顯然可以減小空氣阻力，但考慮到抗拉強(qiáng)度最后還用直型旋臂，信號(hào)傳輸用50-5同軸電纜，同軸電纜及晶振電源線要和多股鋼纜綁在一起，用收音機(jī)拉盤線綁扎緊，保證有一定的綁扎預(yù)緊應(yīng)力，否則，其同軸電纜內(nèi)芯線容易躥出或拉斷使實(shí)驗(yàn)無法繼續(xù)進(jìn)行，最后用ab膠將綁扎整體固定于旋臂槽內(nèi)，將鋼纜靠近圓心端用鉚釘固定，晶振線路板涂膠后用4只m3螺釘固定