天灾预测与可公度性
一位数学教师的发现
1766年,一位名叫体丢斯的德国数学教师在给学生讲述太阳系概况时,要求学生将各大行星到太阳的平均距离记住。可学生怎么也记不住这些毫无规律的数字。体丢斯仔细分析了这些数据,发现并非无规律可循。他先在黑板上写下一个数列,从第二个数开始,后一数正好是前一数的两倍,即:
0,3,6,12,24,48,96,192……
在每个数上加4,再除以10,便得到:
0.40.71.01.62.85.21019.6……
水星金星地球火星?木星土星?
以地球到太阳的距离为一个天文单位,其它数字正好是五个行星到太阳的平均距离,只有2.8个天文单位处没有行星,土星以后也没有行星,因为当时知道的最远行星就是土星。
体丢斯并没有认为这是个多么了不起的发现,不过把它当做一个教学生巧妙记忆数据的方法,所以当时没有传开。直到1772年,德国天文台台长波德发现了它,觉得很有意思,才将它发表。因此一般称它为“体丢斯—波德”定则。
“体丢斯—波德”定则发表后,很快引起了天文学家的注意。德国天文学家注意到,火星与木星之间的空隙非常大,按“体丢斯—波德”定则,2.8天文单位处没有行星,似乎这里还有个行星没有被发现。正在这时,传来了赫歇耳发现天王星的消息,天王星到太阳的距离为19.2天文单位,跟体丢斯定则预言的19.6基本一致,这更使天文学家坚信2.8天文单位处应该有一个行星。
后来的发现令天文学家有点失望,这地方没有发现大行星,但发现了一个由许多小行星组成的小行星带。到1982年,这里被命名编号的小行星就达2297个,估计总数比这还要多得多。这些小行星是一个大行星瓦解后形成的呢,还是尚未形成大行星的原始块呢?这是天文学上一个有趣的问题,至今没有定论。
可公度性
人们在发现了“体丢斯—波德”定则后,又发现,太阳系的一些卫星也不是杂乱无章地分布的,也具有某种规律。
如木星的三个卫星到主星的距离X(1),X(2),X(3)服从下式:
2(X(3)—X(2))=X(2)—X(1)
而土星的四个卫星则服从:
4X(4)+X(3)—5X(2)=5(X(2)—X(1))
太阳系的行星、卫星分布的这种规律,在数学上称作“可公度性”。
假如有6,15,18三个数,问它们有什么特点?谁都知道,它们都是3的整数倍。如果有一些量,其每一个都是某一共同基础量或量度的整数倍,则称这些量具有可公度性,如6、15、18是可公度的,而6、17、√2则不具有可公度性。
有些量,表面上看不具有可公度性,可对它们进行简单的加、减运算后就现出了可公度的“原形”。如6,11,25,9,表面上看,不能同时被任何一个数除尽,但有6+11=17,25+9=34,其结果都是17的倍数,我们也称这些量具有可公度性。可公度性是周期性的推广,周期性则是可公度性的特款。可以说,可公度性是一种广义的周期性。
各大行星到太阳的平均距离、某些卫星到主星的平均距离,也具有这种广义的周期性。表面上看这些数据是不可公度的,但进行简单的加、减处理后就表现出了可公度性。如将各大行星到太阳的距离减去0.4再乘以10,其结果都是3的倍数。上面所列的木星、土星的卫星的可公度式,实际上也是说这些卫星到主星的距离进行加、减处理后存在可公度性。一个数乘以正整数是这个数的连续相加,所以当加法看待。
人们知道,太阳系是在漫长的历史中由原始星云凝聚形成的,完全是自然的杰作,不受任何“神”的干预。那么为什么这些行星和部分卫星“排列”得如此有规律呢?其物理机制如何?有什么理论意义?这些可公度式到底有什么意义?
这些问题没有人能够回答,很多人把这些关系当做经验公式写入文献中,不作深入探讨。但是,有一位中国科学家却从中发掘出了新的意义,他的名字叫翁文波。
翁文波和天灾预测
翁文波(1912—1994)是我国石油科学的一代宗师,中国科学院院士,大庆油田的发现者之一。
1966年3月8日,我国河北省邢台发生了强烈地震,给国家和人民造成了严重损失。4月27日,周总理专门请来李四光和翁文波两位科学家,委托他们搞地震预报。
李四光不幸于1971年逝世,翁文波在文革中也失去了自由。等到七十年代末,科学的春天来临,翁文波才又开始了在地震预测及天灾预测这个崎岖小路上的跋涉。
在天灾预测中,翁文波对天文学中的可公度性给予了特别关注。
翁文波认为,可公度性并不是偶然的,它是自然界的一种秩序,因而是一种信息系。可公度性不仅存在于天体运动中,也存在于地球上的自然现象中。
(一)元素周期表中的奥秘
元素周期表是门捷列夫等一批杰出的化学家探索自然奥秘的杰作,根据这个周期表,人们多次成功地预测和发现了新元素及它们的性质。可其中还存在被我们忽略的奥秘吗?
回答是肯定的。翁文波发现,可公度性存在于元素周期表中。
我们从元素周期表中取出前10个元素,它们的原子量用X(n)代替,如下:
氢X(1)=1.008氦X(2)=4.003锂X(3)=6.941
铍X(4)=9.02硼X(5)=10.811碳X(6)=12.011
氮X(7)=14.0067氧X(8)=16.000氟X(9)=18.998
氖X(10)=20.179
用可公度性“量”出它们具有如下一些关系:
X(1)+X(6)=13.019几乎等于X(2)+X(4)=13.015
X(1)+X(9)=20.006几乎等于X(2)+X(8)=20.003
X(4)+X(9)=28.010几乎等于X(6)+X(8)=28.011
几乎等于X(7)+X(7)=28.014
X(3)+X(8)=22.941约等于X(5)+X(6)=22.822
X(5)+X(10)=30.990约等于X(6)+X(9)=31.009
X(3)+X(7)=20.948约等于X(10)+X(1)=21.187
上述可公度式可用另外一种形式表示:
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│氢X(1)=1.008│
│X(2)+X(4)—X(6)=1.012X(2)+X(8)—X(9)=1.005│
├───────────────────────────────────┤
│氦X(2)=4.003│
│X(1)+X(6)—X(4)=3.999X(1)+X(9)—X(8)=4.006│
├───────────────────────────────────┤
│锂X(3)=6.941│
│X(5)+X(6)—X(8)=6.822X(1)+X(10)—X(7)=7.180│
├───────────────────────────────────┤
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