請教幾個理論物理問題_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  請教幾個理論物理問題 </p><p><b> ?、?狹義相對論方面</b></p><p>  假設真空那個中有兩個相對靜止物體質量均為M,以系統(tǒng)的質心為參照系,它們在萬有引力作用下開始加速運動到接近光速,根據(jù)相對論兩個物體的質量都將不斷增加,增加的質量應該來源于引力場,如何用數(shù)學定量表達?</p><p>  一個物

2、體與其激發(fā)的引力場的能量之和是否為0?關于這個問題,有人認為這個之和是可以為0,如有人認為宇宙創(chuàng)生于無.但也有人不認同.在引力規(guī)范理論中,如果將Lagrange關于度規(guī)g_{ab}作變分,得到的張量,認作為物質與引力場的“能量-動量張量之和”,那么這個和就是0(這就是變分原理得到的結果).為何現(xiàn)代物理學計算的引力場能量與質能方程計算的物體的能量不是一個數(shù)量級?</p><p>  狹義相對論的出發(fā)點是兩個基本假設

3、——真空中光速不變原理和狹義相對性原理,如果承認狹義相對性原理——物理規(guī)律對于所有的慣性系都成立,麥克斯韋理論對于所有的慣性系都成立,就可以得出真空中光速不變性原理,這樣兩個基本假設就可以減少一個基本基本假設,狹義相對論就更加簡潔、優(yōu)美,這樣理解是否可以?</p><p> ?、?廣義相對論與宇宙學方面</p><p>  1.廣義相對論認為沒有物質時空不存在,同時認為質量改變了時空結構,

4、這兩種表述之間的關系如何理解?筆者認為引力場是相對時空,物體的質量改變了附近的時空結構,一個物體不存在時,時空依然存在,其它物體產(chǎn)生的引力場,只有所有物質不存在時,時空才不存在(這種情況不可能存在).這種理解是否正確?</p><p>  2.廣義相對論認為存在奇點,可是在微觀世界存在強相互作用與弱相互作用,如果考慮到這兩種相互作用,是否仍然存在奇點?黑洞是根據(jù)萬有引力定律或者說廣義相對論得出的結論,沒有考慮到電

5、磁相互作用(例如分子之間的斥力)、強相互作用和弱相互作用、宇宙常數(shù)等方面,如果考慮到這些因素,是否存在黑洞?物質在塌縮到黑洞的過程中,費米子是否仍然滿足泡利不相容原理?現(xiàn)代物理學研究黑洞向外輻射粒子,這是否與黑洞的定義矛盾?萬有引力定律對于運動質量是否近似成立?</p><p>  3.根據(jù)對Seeliger佯謬的討論看到,如果宇宙學原理假設成立,宇宙中物質是均勻分布,則在宇宙中任意一個空間點都不應當存在引力場.

6、我們還可以換個角度來討論這個問題:如果宇宙中引力場不為0,則根據(jù)宇宙學原理,引力場至少應當是均勻的.因為引力場是一個矢量場,如果宇宙中存在有均勻的引力場,則宇宙就不可能是各向同性.因為引力場的矢量方向就是一個特殊的方向.因此如果宇宙學原理成立,宇宙中任意一個空間點都不應當存在有強度不為0的引力場.</p><p>  4.大爆炸理論認為在大爆炸初期,沒有時間和空間,根據(jù)廣義相對論也就不存在物質,能量守恒定律認為能

7、量是不可創(chuàng)造,質量守恒定律認為質量是不可創(chuàng)造,電荷守恒定律認為電荷是不可創(chuàng)造,大爆炸理論認為能量、物質(質量)、空間、時間已經(jīng)被一個無限小的點爆炸創(chuàng)造,并且是在四大皆空發(fā)生的,如何理解這些關系?</p><p>  5.大爆炸理論和動量守恒定律以及角動量守恒都是不相容的.宇宙學觀測表明宇宙是膨脹著的,通過對微波背景輻射和宇宙大尺度結構等的觀測,宇宙的歷史可以追溯到極早期發(fā)生的大爆炸.我們所知的基本物理,比如廣義相

8、對論和粒子物理標準模型,在那里都不適用,這顯然與Einstein的思想相悖(滿足相對性原理的物理規(guī)律沒有時間方向).為理解宇宙起源,需要了解大爆炸時期的基本物理量,可是根據(jù)相對論時間不能倒流,如何了解大爆炸時期的基本物理量?</p><p>  相對性原理認為,慣性系沒有優(yōu)越的速度.然而河外星系紅移的發(fā)現(xiàn)表明,宇宙尺度上的現(xiàn)象具有優(yōu)越的速度,如何理解這個問題?</p><p>  6.現(xiàn)代

9、物理學認為物質之間有四種相互作用,可是大爆炸理論沒有提及大爆炸是何種相互作用.既然宇宙現(xiàn)在加速膨脹,顯然能量在增加,是否違背能量守恒定律?現(xiàn)代物理學中的暗物質與暗能量與十九世紀的以太的區(qū)別有哪些?</p><p>  7.泡利不相容原理背后是否有更本質的內(nèi)容,是否也是一種相互作用,是哪一種力?</p><p>  8.愛因斯坦在廣義相對論中只研究了二體問題,即開普勒問題.在經(jīng)典力學萬有引力

10、定律中三體問題無法求精確解,在廣義相對論中是否也存在三體問題?</p><p>  9.根據(jù)愛因斯坦廣義相對論,運動方程是測地線方程.可是當粒子沿著測地線運動時,粒子會發(fā)出引力波.因此應該有一個引力輻射反作用力粒子反應.然而,愛因斯坦沒有發(fā)現(xiàn)輻射反作用力的存在,如何理解這個問題?</p><p>  10.量子力學中的算符通常是不可對易的,而相對論中的時空度規(guī)是非正定的.量子力學的發(fā)展表明

11、,算符的非對易性非但不是理論的缺陷,恰恰是其精華所在,而度規(guī)的非正定性是否會進一步揭示相對論的某種內(nèi)在的物理本質呢?</p><p>  11.現(xiàn)代物理學認為狹義相對論鐘慢效應是速度引起的,廣義相對論鐘慢效應是引力引起的,兩種效應獨立存在,互不影響.狹義相對論的鐘慢效應和廣義相對論的鐘慢效應能否統(tǒng)一在一起?如何統(tǒng)一?</p><p> ?、?廣義相對論與電磁場綜合問題</p>

12、<p>  Einstein晚年致力于引力場與電磁場統(tǒng)一的研究,如果統(tǒng)一場論按照廣義相對論的基礎建立,那么電磁場也應當滿足廣義相對論的等效原理.根據(jù)Einstein的廣義相對性原理,物理定律對于任何參照系都成立,那么下面的理想實驗如何解釋:現(xiàn)代物理學認為“一個粒子慣性質量為m,是指在無窮遠處觀察該粒子,粒子攜帶的質量加上它的場能之和才是它的慣性質量m.”假設在真空中相距充分遠處有兩個質點A、B,慣性質量均為m,帶有等量的同種

13、電荷,它們在萬有引力和靜電力的共同作用下處于平衡狀態(tài),能否根據(jù)等效原理相當于它們的慣性質量為0?如果把其中的一個質點的電荷換成異種電荷,能否根據(jù)等效原理相當于它們的慣性質量為2m?</p><p>  在Klein-Kluza理論理論中,引力和電磁力可以通過統(tǒng)一的方式結合在一起.在那里,最重要的也就是所謂的“荷質比”.KK理論中時空是五維的,而第五個維度則必須是卷曲維度,即必須具有有限大小的半徑,而且這個半徑必須

14、足夠小.KK理論的問題在于得到的與事實相符的力學行為所對應的荷質比,卻和真實粒子不同.從而一段時間內(nèi)人們普遍認為電磁力和廣義相對論無法融合.但后來人們卻發(fā)現(xiàn)在11維的KK理論中,一切就會變得和現(xiàn)實相符,但必須引入超對稱性,從而11維的KK理論又稱為超引力理論.隨后人們發(fā)現(xiàn)超引力理論和10維的超弦理論的11維拓展版本具有相似性,從而在11維的M理論中,超弦理論和超引力理論被結合在了一起,成為同一種理論.可是現(xiàn)代弦論越到了難以逾越的困難,尤

15、其是引力場的量子化不可重整化.</p><p>  筆者認為電磁波的傳播媒介就是引力場,因此引力的傳播速度與光速始終相等,不知是否正確?</p><p>  Ⅳ 狹義相對論與廣義相對論的綜合問題</p><p>  1.狹義相對論認為運動物體的時鐘延緩,廣義相對論認為強引力場中時鐘延緩,兩種效應能否統(tǒng)一?是否可以從廣義相對論方程推導出狹義相對論效應?只有把兩種效應統(tǒng)

16、一在一起,才符合Einstein科學簡單性原則.狹義相對論框架內(nèi)是否也存在機械能守恒定律,如果存在,如何證明?</p><p>  2.廣義相對論和狹義相對論的最大不同,在于對于真空絕對速度C(真空絕對速度和一般所言的“電磁波真空波速”不是一個概念,只不過后者在數(shù)學上恰好等于前者而已)只能在局部觀測者上定義.也就是說,狹義相對論可以定義一個全局觀測者,而在廣義相對論中只能使用局部觀測者,而參照系的選擇就體現(xiàn)了觀測

17、者的選擇(兩者還不完全相同).在廣義相對論中,從始至終所說的是:在局部觀測者自己看來,自己所在位置的電磁波的真空光速等于真空絕對速度C,這才是廣義相對論中對于光速所說的全部內(nèi)容.在非本地觀測者看來,自己所在位置以外的別的地方的光速完全可以不是光速,這是廣義相對論的一個很常見的結果.可是現(xiàn)代宇宙學卻是利用廣義相對論研究,筆者認為廣義相對論盡管從局域開始研究,也應該適用于大尺度的空間也應該有一個全局觀測者,否則如何理解大爆炸理論? 二者之間

18、是否存在著矛盾?</p><p>  Ⅴ 量子力學與量子場論問題</p><p>  1.在相對論量子力學中,一個粒子的能量不但可以為正值,也可以為負值,負值對應于反粒子.根據(jù)質能方程反粒子的慣性質量是為負值,可是1960年數(shù)學家和物理學家提出并證明了一條定理:在廣義相對論(GR)中一個孤立物體的質量必定是非負的.這些關系如何理解?僅僅靠一個空穴的概念了之?真空破缺的動力學機制是什么?基本

19、粒子是如何生成的?真空為何存在零點振蕩能?能量來自何處? </p><p>  2.現(xiàn)代物理學認為反粒子攜帶正能量,由于數(shù)學上的性質的差異,其數(shù)學表征為負頻率,從而在原先的相對論性量子力學中認為是負能量與負概率,而采用了場論中的算符表述,這些就都變成了正常的正能量與正概率,只不過相同的粒子卻帶有相反的電荷(包括QCD中的色荷,以及弱相互作用中的同位旋).這與Einstein的科學思想是相悖的,是否說明量子場論和相

20、對論量子力學有著不可調和的矛盾?</p><p>  3.經(jīng)典電動力學認為加速運動的電荷能夠輻射電磁波,而量子力學指出電子在同一能級內(nèi)做加速運動不能輻射電磁波,如何把它們統(tǒng)一在一起?</p><p>  4.假設一個中性的氫原子在電磁場中作變速運動,根據(jù)經(jīng)典電動力學應當不輻射電磁波,可是如果我們把電子和質子分開來分析,那么它們應該都輻射電磁波,如何解釋這個問題?</p>&l

21、t;p>  5.量子力學的有效范圍是高能領域,一般來說微觀物理是高能范圍,所以量子力學適用于微觀領域.從數(shù)學上可以知道,在最低能級層面,無論是強力、弱力還是電磁力,帶同種性質的力荷的粒子之間都是排斥力,而帶不同性質力荷的粒子之間是吸引力.這是數(shù)學上的必然結果.隨著能量的增高,各種量子修正都會逐漸變得越來越重要,強力是吸引的,弱力是排斥的,是一種近似說法.各種量子修正把現(xiàn)代量子力學變得日益復雜,是否類似于當年托勒密的天體力學?現(xiàn)代高

22、能物理的所謂量子修正有兩個來源,一個是量子場論本身要求的圈圖展開,更高階的圈圖會對低階結果給出量子修正,而這僅僅是因為現(xiàn)在的數(shù)學無法計算不做展開的非微擾量子場論,和量子場論的基礎做出修正是兩個截然不同的概念.另一個,是源自量子場論的重整化,對于重整化的本質我們還有很多不知道的東西,這也是現(xiàn)代弦論、圈量子、非對易幾何等等理論在做的事情,從后者來說,弦論等理論的確是一種“重新思考”,然而現(xiàn)代弦論等理論也遇到了難以克服的困難.是否應當重新考慮

23、其基礎?</p><p>  6.量子統(tǒng)計物理證明了,任何具有上限能量且有有限個能級的平衡孤立系統(tǒng),可以出現(xiàn)負絕對溫度.當溫度T→+∞后,系統(tǒng)內(nèi)能再增大,溫度跳變到T<0,這就是負溫度狀態(tài).負溫度的存在,不僅在理論上得到證明,而且在核磁共振與激光技術中已有應用.由量子統(tǒng)計物理可知,粒子具有的統(tǒng)計平均速率與系統(tǒng)溫度的平方根成正比, V∝T0.5 ,當T>0時,V為實速率;當T<0時,V=vi為虛速率.此時洛倫茲變換

24、是否仍然成立?</p><p>  Ⅵ 相對論與量子力學之間的問題</p><p>  1.希格斯粒子解釋了宇宙質量之源,是否具有反粒子,說明宇宙質量消失的途徑?質量守恒定律和希格斯機制是否矛盾?根據(jù)狹義相對論,運動物體的質量增加,是否與希格斯粒子有關?</p><p>  2.量子力學中的真空并非一無所有,它們和光子之間根據(jù)現(xiàn)代物理學理論應當有相互作用,可是狹義相

25、對論認為在真空中的光速是不變的,顯然存在著矛盾.如何理解這些關系?量子力學認為宏觀物體存在物質波,顯然這與廣義相對論是矛盾的,如何理解這些關系?</p><p>  3.在牛頓動力學中,暗含著將以下一點視為當然的事,即同時測量(即知道)一個粒子(一個質點)的位置和動量在原則上是可能的.這種可能性隱含在運動定律本身中:運動的二階微分方程的解要求知道x和px的某個同一時刻的初始值,但是這種可能性在量子力學中從根本上被

26、否定.牛頓動力學中運動方程是決定論的和因果律的,即從一個由系統(tǒng)的粒子之坐標和動量所規(guī)定的已知初態(tài)出發(fā),運動方程以一種決定論的方式導致一切其后時刻的確定狀態(tài).導致拉普拉斯宣稱:一旦給出了某一瞬間宇宙中所有星星的位置和動量,那么宇宙過去和未來的狀態(tài)都將完全被決定,但這種決定論和因果律在量子力學中基本上被否定.</p><p>  4.對于一個宏觀物體來說,P=h/λ,當物體靜止時,P=mv=0,此時λ為無窮大?E=m

27、c2=hν=hc/λ,所以λ=h/mc≠0. 假設P=MV= h/λ=h/(V/ν)=hν/V,則hν=MV2.這與E=mc2是矛盾的.這說明宏觀物體的能量不僅僅是物質波的能量,它們之間的關系是什么?</p><p>  5. Einstein的廣義相對論是引力理論,把引力場量子化給出引力場的量子成為引力子,它應具有自旋為2,和lectriec field 的量子——光子性質很不相同.近年來理論上對超對稱性的探

28、討提供了新的可能性,超對稱性在自旋不同的粒子間建立了聯(lián)系,因此就有可能把引力相互作用和其它相互作用聯(lián)系起來,通過超對稱性建立的四種相互作用的統(tǒng)一理論稱為超大統(tǒng)一理論.但是根據(jù)對稱的相對性與絕對性原理,超對稱的工作是沒有止境的.超對稱要求除引力子外,還應當有自旋3/2的引力微子存在,但是實驗上并沒有發(fā)現(xiàn)它的存在.</p><p>  6.根據(jù)質速關系引力質量可以連續(xù)變化,而電荷和電磁場呈量子化分布,現(xiàn)代物理學未讓量

29、子力學進入的唯一領域是引力和宇宙的大尺度結構,將引力場量子化遇到無窮大的困難.重整化可以消除無限大的問題,但是由于重整化意味著引力質量作用力的強度的實際值不能從理論上得到預言,必須被選擇以去適合觀測,因此重整化有一嚴重缺陷.目前要取得進展,能夠建議采用的最有力的方法,就是在企圖完成和推廣組成理論物理現(xiàn)有基礎的數(shù)學形式時,利用純數(shù)學的所有源泉,并在這個方面取得每次成功之后,試著用物理的實體來解釋新的數(shù)學特色.如何把量子論和彎曲時空(即廣義

30、相對論)結合起來卻是十分困難的事情.到現(xiàn)在為止,雖然學術界在電磁場、電子場等各種物質場的量子化中取得了極其成功的進展,但引力場量子化的工作卻遇到了意想不到的巨大困難.到目前為止,所有試圖把引力場量子化的理論(包括超弦和圈量子引力理論)都存在問題.在物理學發(fā)展過程中,量子論引起的疑義始終多于相對論.量子論留給了人們太多的爭議.Einstein曾經(jīng)說過,我思考量子論的時間幾乎是思考相對論的100倍,但是我還是不清楚什么是光量子.</p

31、><p><b> ?、?熱學與光學問題</b></p><p>  1.經(jīng)典物理學認為溫度是分子平均動能的標志,對氣體分子來說,根據(jù)分子熱運動規(guī)律,采取統(tǒng)計平均的方法,可以導出熱力學溫度T與氣體分子運動的平均平動動能的關系為理想氣體分子的平均平動動能為=.每個分子平均平動動能只與溫度有關,與氣體的種類無關,k=1.380662×10-23JK-1,為玻爾茲曼常

32、數(shù). 按照傳統(tǒng)的定義,在大洋深處海水的壓強大,分子的動能也應該大,可是溫度并不高,這說明傳統(tǒng)關于溫度的定義不嚴密,需要進行修正.分析一下這個理想實驗——假設一個理想的熱絕緣體(完全不能與外界不能發(fā)生熱傳遞)密閉容器內(nèi)盛有水,水內(nèi)有一支溫度計,自高空自由降落,地面的觀察者觀察到的溫度計測量的溫度是否不斷升高?因為在地面的觀察者看來水分子的平均動能在不斷增加(只研究水分子,不管水的整體運動).</p><p>  根

33、據(jù)柯尼希定理隨著觀察者的運動速度不同,分子的平均動能也不同,可是物體的溫度是不變的,也就是說溫度與系統(tǒng)的質心相對于觀察者的運動速度無關,是否把溫度定義為相對于質心的分子平均動能的標志或者放棄這種定義法?在某一溫度和壓強下,某個化學反應的平衡常數(shù)為一定值,這是否也反映了溫度的本質?現(xiàn)代物理學認為在沒有實物粒子的真空也有溫度的概念,而是通過光譜定義,頻率與溫度成反比.哪一個才是溫度的本質?如何把傳統(tǒng)定義與現(xiàn)代物理學定義統(tǒng)一起來?如果微觀粒子

34、不輻射電磁波,例如中微子,根據(jù)現(xiàn)代物理學的觀點是否存在溫度的概念?如果把溫度用分子的平均動能定義,可以得出重力改變溫度的現(xiàn)象,以至于近年來人們一直研究引力熵減現(xiàn)象,您如何看待引力熵減現(xiàn)象?</p><p>  2.熱力學第二定律的實質:自然界一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過程都是不可逆的.不可逆性的微觀本質:一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行.在化學變化中在溫度、壓強一定的條件下,自發(fā)反應總是向△H

35、-T△S<0的方向進行,二者如何統(tǒng)一?薛定諤認為:生命之所以免于死亡,其主要原因就在于他能不斷地獲得負熵”.生命的本質是否就是能夠不斷負熵?人們發(fā)現(xiàn)無機界、無生命的世界總是從有序向無序變化,但生命現(xiàn)象卻越來越有序,生物由低級向高級發(fā)展、進化.以致出現(xiàn)人類這樣高度有序的生物.意大利科學家普里高津提出了耗散結構理論,解釋了這個問題.現(xiàn)代物理學認為宇宙中存在熵增原理,這背后是否有更本質的內(nèi)涵?根據(jù)對稱性原理也應當存在熵減的現(xiàn)象,如何理解

36、這些關系?</p><p>  3、光子是電中性粒子,為什么有電磁波的特性?現(xiàn)代物理學認為光子不帶有電量也不具有磁矩,作為創(chuàng)建“量子場論路徑積分”的核心人物費曼先生,認為兩個靜電荷之間的相互作用的傳遞過程是交換虛光子來完成的,可用費曼圖形象地表示.簡單說來,規(guī)范場負責傳遞相互作用,而場的量子化的穩(wěn)定態(tài)對應了粒子,所以規(guī)范場的量子化必然就對應了某種場媒介粒子,比如電磁場的量子化對應了光子.傳播相互作用的時候的光子,

37、和獨立被激發(fā)時候的光子還有不同,術語叫做“虛光子”和“實光子”.虛光子只在相互作用的過程中出現(xiàn),對應到費曼圖,就是虛光子只是費曼圖中的內(nèi)線,而實光子則對應了費曼圖的外線.在量子力學中,粒子是場的激發(fā)態(tài),而場傳播力,所以這種激發(fā)態(tài)既可以是穩(wěn)定的激發(fā)態(tài),對應實光子,也可以是被別的粒子激發(fā)而導致的激發(fā)態(tài),對應虛光子.在虛光子過程中,只要在相互作用過程中符合能量守恒(具體說來就是費曼圖的頂角上能量總和不變),怎么樣的光子都可以出現(xiàn).量子理論中的

38、激發(fā)態(tài),如果是對應虛光子的被動激發(fā)態(tài),那么其實是沒有除了能量守恒以外更多的限制的——當然,嚴格說來還需要滿足對稱性與規(guī)范條件,以及反常消除條件等等,不過都是量子化以后的,沒有經(jīng)</p><p>  4、廣義相對論中時間是時刻存在的,廣義相對論方程中沒有時間方向,而熱力學中時間存在著方向,如何理解這些關系呢?</p><p>  5.相對論力學已經(jīng)十分完善,相比之下相對論熱學的討論仍然存在諸

39、多爭議.對于理想氣體,壓強和熵是相對論不變量,分子的平均平動動能、內(nèi)能、功、熱量、溫度是協(xié)變量,您認為是否正確?在狹義相對論框架下研究溫度,現(xiàn)在學術界提出了運動系比靜止系溫度低、溫度高、相等以及沒有關系四種結果,100多年來一直爭議不斷,您如何看待這個問題?</p><p>  6.力不是洛倫茲變換的不變量,溫度是否伽利略變換的不變量?現(xiàn)代熱力學利用分子的平均平動動能定義溫度,可以分子的平均平動動能不是伽利略變換

40、的不變量,按照伽利略變換運動系的分子的平均平動動能大于靜止系,因此運動系測量的溫度大于靜止系.您如何認識這個問題?</p><p>  Ⅷ 電子的電磁質量問題</p><p>  1.現(xiàn)代物理學認為電磁質量由電荷附近的電磁場分布結構決定,與電荷沒有多大的直接關系,只是間接關系.電荷附近的電磁場的源是電荷,但當電荷運動的時候,電荷附近的電磁場分布結構會發(fā)生變化,如發(fā)生壓縮畸變,其分布結構是速

41、度的函數(shù),這可見一般教材,因此電磁質量也是速度的函數(shù),滿足.當運動速度為0時,電子和質子的電磁質量是否相等?當一個質子與電子組成11H時,總體看不帶電,電磁質量為0,可是兩個微觀粒子均具有電磁質量,如何理解?</p><p>  2.您認為靜止電子的電磁質量與靜止質量比值的多少?現(xiàn)代物理學認為電子的電磁質量是電子靜止質量的一部分現(xiàn)代物理學認為電子的電磁質量是電子靜止質量的一部分,Einstein在《論動體的電動力

42、學》中的原始公式如下:,式中W為電子的動能;μ為電子質量;V為光速;v為電子的運動速度.Einstein在論文中談到:“在比較電子運動的不同理論時,我們必須非常謹慎.這些關于質量的結果也適用于有質的質點上,因為一個有質的質點加上一個任意小的電荷,就能成為一個(我們所講的)電子.”</p><p>  Einstein在研究統(tǒng)一場論時才認為電子的電磁質量是引力質量的一部分,曾經(jīng)試圖證明電子的電磁質量是電子質量的,即

43、宇宙的能量起源于電磁,起源于引力.但是沒有成功,現(xiàn)代物理學中相對論和量子力學對于電子的電磁質量的計算是矛盾的,彭桓武認為這個問題可能需要未來的高等數(shù)學來解決.Einstein晚年進一步提出 electric charge沒有引力質量的問題,指明引力場和lectriec field是邏輯上毫無聯(lián)系的兩部分.由此可見,Einstein的一生對于這個問題是搖擺不定的.</p><p>  筆者通過認真地思考后認為電

44、子的電磁質量不可能是引力質量的一部分,原因有10個方面:</p><p>  (1)、根據(jù)廣義相對論,物理定律對于任何物理定律具有相同的形式.當電子在引力場中加速運動的時候,其電量是不變,不滿足Lorentz transformation,根據(jù)經(jīng)典電動力學在電子的半徑不變的情形下,電磁質量與電量的平方成正比,所以其電磁質量也應該不變,電荷的電磁質量既然由電荷所帶的電量決定,那么應當是電量的增函數(shù),根據(jù)經(jīng)典電動力

45、學如果把電子看做球體的話電子的靜電能與電量的平方成正比.如果電子的電磁質量與運動速度有關,滿足,那么電子的電荷具有的能量也滿足Lorentz transformation,不符合廣義相對論的要求. </p><p>  靜止的質子與正電子的電磁質量是否相等?它們的電磁場的能量相等,但是由于半徑不相等,根據(jù)經(jīng)典電動力學電磁質量不相等,如何理解?根據(jù)經(jīng)典電動力學電子的電磁質量m∝Q2/r,如果將來通過某種手段把電子

46、的半徑變?yōu)樵瓉淼?倍,電磁質量變?yōu)樵瓉淼?/2,可是根據(jù)洛倫茲變換電子的靜止質量沒有變化,可以得出電子的電磁質量不是定值.假設一個帶電球體電量為Q,電磁質量為m,然后使其電量增加一倍,電磁質量是否為4m?</p><p>  (2)、物體的靜止質量是內(nèi)稟的,是個常數(shù),有人認為電磁質量是應該與靜止質量有關的,電磁場的能量由電荷決定,電量與帶電體的運動狀態(tài)無關,引力質量與運動狀態(tài)有關.假設電子的靜止引力質量是m,電子

47、的電磁質量是m1,電子的引力質量另外的部分為m- m1.當電子以c運動時,根據(jù)洛倫茲變換此時電子的引力質量為2m,電子的引力質量另外的部分為2m-2m1,電子的電磁質量應當為2 m1,可是電子的電量沒有變化,顯然存在著不和諧.電量不滿足Lorentz transformation,因此把電磁質量作為引力質量的一部分存在著不協(xié)調性——只要維持電子電荷值不變的觀念,這個問題不管怎么也解釋不通.這中間,要么質速關系式錯了,要么就是電子電荷值

48、不變的信念錯了,然而這與實驗事實又高度一致.由于公式E=mc2,物體的引力結合能具有(負)質量,因而系統(tǒng)總質量不等于各部分質量之和.而在麥克斯韋理論中,作為線性理論的直接結果,電荷(類比于質量)是嚴格可加的.所有的基本粒子間電荷同質量間找不出一個固定的關系:不同靜止質量的基本粒子可以具有相同的基本單位電荷,在所有的基本粒子的靜止質量和所帶的電荷間也沒有一個共同的質量與</p><p> ?。?)、電磁力存在吸引與

49、排斥兩種狀態(tài),只有物體帶電時才有,而引力是永遠存在的;如果電磁質量是引力質量的一部分,那么庫侖力也應當是萬有引力的一部分,電子、質子等帶電粒子之間的電磁力遠大于萬有引力,電磁質量遠大于引力質量,電磁質量不可能是引力質量的一部分;電子激發(fā)的電磁場的能量小于電子的電磁質量,正如物體激發(fā)的引力場能量小于引力質量的能量一樣.通過將1個氫原子作為模型和對比,可求出氫原子上正電子對殼上負電子的電磁力Fe與原子核質量與殼上電子質量的引力Fg之比,即F

50、e/Fg = Ln =2.271039 = 狄拉克大數(shù),因為靜電力和引力都同時作用在電子和原子核上,而有著同一個距離R.</p><p>  (4)、電荷具有正負,電磁質量應當相反,而物體的引力質量無此區(qū)別.現(xiàn)代物理學認為中子有一個上夸克和兩個下夸克組成,外觀上看電量為0,由于每個夸克均激發(fā)電磁場,因此電磁質量不等于0,顯然存在不協(xié)調性.電荷分為正負,但電場的能量密度卻總是正的,所以積分得到的電磁能量總是正的,因

51、而電磁質量也總是一個正值.根據(jù)牛頓第二定律,慣性質量是表征當物體受到外力作用的時候,物體運動狀態(tài)改變的難易程度 ,即物體保持原來運動狀態(tài)的本領大小的物理量.這個和電荷的正負無關,所以正負電子可以具有相同的慣性質量.當正負電荷中和的時候,電磁質量減少,引力質量沒增加,但正負電荷中和會釋放原來具有的電勢能,即原來的電磁質量會轉化為別的能量,如正負電荷中和釋放兩個光子,則原來的電磁質量就轉化到了光子中.那么轉化的機制是什么?同種電荷的電磁力相

52、互排斥,異種電荷的電磁力相互吸引,電荷之間的作用力依靠電磁場來傳遞,為什么電磁場的能量都是正值?一個中性原子的電磁場的能量為0,說明正負電荷激發(fā)的電磁場的能量相反.</p><p>  (5)、引力質量都占有一定的空間,也就是具有體積,而電磁質量沒有體積,因此量子電動力學的點模型觀點是正確的.</p><p>  (6)、電磁質量和引力質量可以分離,存在Maxwell理論中脫離物體攜帶能量

53、的場.最近,法國里昂的科學家發(fā)現(xiàn)了有四個中子組成的粒子,又稱為“零號元素”.最新的實驗表明,中微子具有引力質量,大約為電子引力質量的50000分之一.中微子具有引力質量但是不帶有 electric charge——電磁質量.現(xiàn)代物理學認為除了帶電介子外,還存在中性介子,其(引力)質量恰好等于或者近似等于(其實相等)帶電介子的(引力)質量,性質相似.Einstein指出了波函數(shù)坍縮過程與相對論之間的不相容性,Einstein的這一分析是

54、關于量子力學與相對論的不相容性的最早認識.或許有人會說電磁質量與引力質量是毫無關系的兩部分,那么有何作用力把它們聯(lián)系在一起,筆者認為靠作用力聯(lián)系在一起,是引力質量、電磁質量各自聯(lián)系的思想,沒有任何作用力也可以聯(lián)系在一起.</p><p>  (7)、布朗粒子滿足能量均分定理,在絕對溫度為0時,動能為0,可是受量子力學支配的物體即使溫度為零,也同樣具有一定的動能.布朗粒子的能量均分定理研究的是引力質量問題,量子力學

55、研究的是電磁質量,絕對溫度為0時,引力質量能量為0,可是電磁質量的能量仍然不為0. </p><p>  (8) Einstein之所以要提出引力場與電磁場的統(tǒng)一問題,乃是基于廣義相對論以太與電磁場之間存在著原則的區(qū)別這一事實.他說:“如果我們從以太假說的觀點來考查引力場和電磁場,那末兩者之間就存在著一個值得注意的原則性的差別.沒有任何一種空間,而且也沒有空間的任何一部分是沒有引力勢的;因為這些引力勢賦予了它以空

56、間的度規(guī)性質,要是沒有這些度規(guī)性質,空間就根本無法想象.引力場的存在是同空間的存在直接聯(lián)系在一起的.反之,空間一部分沒有電磁場卻是完全可以想象的;因此,電磁場看來同引力場相反,似乎同以太只有間接的關系,這是由于電磁場的形式性質完全不是由引力以太來確定的.從理論的現(xiàn)狀看來,電磁場同引力場相比它好象是以一種完全新的形式作為基礎的,好象自然界能夠不賦予以太以電磁類型的場,而賦予它另一種完全不同類型的場,比如一種標勢的場也會是同樣適合的.”這段

57、話說明引力質量(引力場)和電磁質量(電磁場)在一定程度上可以分離.</p><p>  (9) 量子力學在曲線坐標系中一直無法合理地定義動量算符. 采用量子力學動能算符和動量算符計算微觀粒子的動能,得到的結果一般是不一樣的,也就是說現(xiàn)有量子力學的動量算符與動能算符不能一一對應.將動量算符作用于非本征態(tài)波函數(shù),得到非本征值都是復數(shù).坐標空間中動量算符的平均值也是復數(shù),在物理上沒有意義(除非等于零).為了解決復數(shù)非本

58、征值和復數(shù)平均值問題,現(xiàn)有量子力學將任意波函數(shù)用算符的本征態(tài)波函數(shù)展開,實際上將算符的平均值變換到動量空間計算.其結果是,雖然動量算符的復數(shù)平均值問題被消除,但坐標算符的復數(shù)平均值問題又出現(xiàn).問題實際上沒有被解決,只是被轉移. 在直角坐標系中,角動量算符沒有本征態(tài)波函數(shù)和本征值,將角動量算符作用任意波函數(shù),得到的都是虛數(shù).但我們能說直角坐標系中角動量算符沒有意義嗎?反之,動能算符對任意波函數(shù)作用結果都是實數(shù),我們就沒有必要將任意波函數(shù)按

59、它的本征函數(shù)召開.氫原子定態(tài)波函數(shù)就是一個例子,它們都不是動能算符的本征函數(shù).</p><p>  (10) 電磁場具有能量和質量,電磁場以光速運動,靜止質量應當為0,所以電磁質量不是靜止質量的一部分.現(xiàn)代物理學認為微觀粒子包括玻色子和費馬子,前者不滿足泡利不相容原理,后者滿足泡利不相容原理.筆者認為前者無靜止質量,應該為只有電磁質量組成的粒子;后者具有靜止質量,是有引力質量組成的粒子或者是電磁質量和引力質量共同

60、組成的粒子.您認為是否正確?</p><p><b> ?、?統(tǒng)一場論問題</b></p><p>  1.在已知的主要的相互作用中,都有著明顯的區(qū)間作用性:在強子內(nèi)部和周圍,強相互作用起著主要作用;在原子世界,電磁相互作用占著主導地位;引力相互作用在微觀世界是微不足道的,到了太陽系世界,它才成了支配天體運動的主宰.現(xiàn)代物理學認為弱相互作用和強相互作用只適用于微觀世界

61、,可是微觀與宏觀沒有截然的界限,微觀、宏觀、宇觀是人為規(guī)定的,人類的生存空間并不是宇宙大的方面和小的方面的絕對分界線,這顯然存在著不協(xié)調性. 是否滿足玻爾的對應原理呢(同一個物理世界,不能僅僅因為物體大小的不同,就需要不同的兩個理論來描述)?</p><p>  2.能量標度上升,對稱性增高,各種力都走向同一,物理學趨向統(tǒng)一.所以大統(tǒng)一理論(弱、電、強力三者的統(tǒng)一)以及四種力(弱、電、強、引力)的統(tǒng)一,都必然是在

62、極高能標下完成的;能量標度下降,對稱破缺產(chǎn)生,四種力(弱、電、強、引力)都逐漸分離,表現(xiàn)不同行為.世界變得復雜,豐富多彩.超低能低溫下有五花八門的現(xiàn)象,其實只是對稱破缺的表面現(xiàn)象,我們眼睛觀察到的其實都非實相,它們在高能標下其實只有一個本質.現(xiàn)代物理學已經(jīng)把電磁力與強相互作用、弱相互作用的統(tǒng)一問題起來,可是對于電磁力同種電荷相互排斥,而對于強相互作用作用力的近似方向相反,弱相互作用是從解釋β衰變提出的,宏觀上看近似排斥力,同理強相互作用

63、是近似吸引力,如何理解這一關系?現(xiàn)代物理學認為元素的衰變主要是弱相互作用的結果,并且具有確定的半衰期,是否說明元素的衰變不具有隨機性?</p><p>  3.為了得到弱和電的統(tǒng)一,物理學家大膽假定有W粒子作為中間粒子,它的質量要比作為母體的核子大100多倍. 如果弱電統(tǒng)一理論確實能將兩種力統(tǒng)一起來,它就應該能夠處理同一理論的特殊情況,即只有電磁相互作用或只有弱相互作用存在的情形,只有一種相互作用的情形應該比兩種

64、相互作用同時存在的情形要簡單的多.可是溫伯格-薩拉姆的弱電統(tǒng)一理論只能處理電磁相互作用和弱相互作用同時存在的情形,而不能處理只有弱相互作用或只有電磁相互作用的情形.強相互作用是作用于強子之間的力,是所知四種宇宙間基本作用力最強的,也是作用距離最短的(大約在 10-15~10-10 m 范圍內(nèi)).核子間的核力就是強相互作用,它抵抗了質子之間的強大的電磁力,維持了原子核的穩(wěn)定.是否說明強相互作用與電磁力是相反的作用?</p>

65、<p>  4.筆者指明了四種相互作用力之間的關系,萬有引力與弱相互作用、電磁力與強相互作用是互為反作用力,在此基礎上分析了宇宙常數(shù)、暗物質與暗能量、引力徉謬和密度徉謬、太陽角動量的逃逸的問題,從根本上說明卡西米爾效應(Casimir effect)是不存在的,定性地解釋了“DI海格立斯雙星進動”問題和輕子為何不參與強相互作用,對統(tǒng)一場論的研究可能會有所幫助,不知是否正確?為何基本相互作用都是湯川型強相互作用?愛因斯坦廣義相對

66、論可能不是最普遍的引力規(guī)律,按照這種假設,暗能量(應該是弱相互作用效應)可能不是實體物質,而是大尺度上偏離廣義相對論的幾何效應.</p><p>  5.現(xiàn)代物理學的理論是根據(jù)對稱產(chǎn)生的,可是我們周圍的世界又是不對稱的,李政道教授把分立對稱性失效的原因列為21世紀科技界面臨的四大難題之一,您是如何理解這個問題呢?筆者根據(jù)現(xiàn)代科技理論提出了對稱的相對性與絕對性原理,不知是否正確?另外分析了有限與無限的相對性與絕對性

67、、離散與連續(xù)的相對性與絕對性、運動與靜止的相對性與絕對性、時空的相對性與絕對性、同時性的相對性與絕對性等.</p><p>  6.現(xiàn)代物理學認為不同相互作用力在低于大統(tǒng)一能標的情況下沒有任何聯(lián)系,可是大統(tǒng)一能標是人為確定的, 現(xiàn)代物理學認為弱相互作用和電磁力是一種力,為此1979年諾貝爾獎金授予溫伯格、薩拉姆和格拉肖的弱電統(tǒng)一理論,中微子不帶有電荷也不具有磁矩,沒有電磁力,只存在弱相互作用,如何理解這些關系?現(xiàn)

68、代物理學認為中微子存在運動質量,也應該存在萬有引力,運動速度是否會發(fā)生變換?</p><p>  大統(tǒng)一理論預言的質子衰變在實驗中也沒有發(fā)現(xiàn),說明大統(tǒng)一理論也存在著弊端.質子之間的強相互作用是引力,電磁力是斥力,如何統(tǒng)一在一起?</p><p>  7.現(xiàn)代物理學認為波包括三類:機械波、電磁波和幾率波,這三種波能否也像各種作用力一樣統(tǒng)一在一起? </p><p> 

69、 8.強相互作用和弱相互作用是否也是保守力?筆者指明了萬有引力與弱相互作用互為反作用力,在此基礎上分析了宇宙常數(shù)、暗物質與暗能量、引力徉謬和密度徉謬、太陽角動量的逃逸的問題,從根本上說明卡西米爾效應是不存在的,定性地解釋了大爆炸理論的實驗依據(jù),否定了宇宙奇點的存在、宇宙大爆炸理論和黑洞的存在,定性地解釋了“DI海格立斯雙星進動”問題和輕子為何不參與強相互作用,對統(tǒng)一場論的研究可能會有所幫助,不知是否正確?為何基本相互作用都是湯川型強相互

70、作用? </p><p>  9.如果考慮到分子內(nèi)部的斥力,那么是否還會存在黑洞呢?</p><p>  X經(jīng)典力學與熱學方面</p><p>  經(jīng)典力學中在一個慣性系角動量守恒,在另一個慣性系角動量不守恒,例如考察地球圍繞太陽轉,在太陽坐標系地球的角動量守恒,在相

71、對于太陽勻速運動的宇宙飛船坐標系,地球的角動量不守恒. 能否把角動量守恒定律表述成對于任何慣性系都成立的形式,如何表述?</p><p>  在流體力學中對于固有參照系伯努利方程成立,在相對于固有參照系勻速運動的慣性系伯努利方程不成立. 能否把伯努利方程表述成對于任何慣性系都成立的形式,如何表述?</p><p>  在理想氣體方程中玻意耳定律和焦耳定律是否獨立?如何證明?</p&g

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