读李学生先生的《现代物理学基础的思考》
前言
2007年我从“相对论论坛”上发现介绍李学生先生关于电磁质量研究的报道,我自感对此问题还没深入的研究,很想讨教一些。于是,给李学生先生发了个电子邮件,先生把他的研究《现代物理学基础的思考》全文电传给了我[1]。当时,由于诸事繁忙,我仅初读了一遍,写了几篇短文:《物理学中的相对性与绝对性》、《拟对称性》、《真空问题》,表达了自己的观点和研究工作,一面在博客中刊出,一面电传给李先生,算是作了间接的评论。以后,我俩有了一些电邮的往来。
2008年底,李先生给我电传来了贺年信和一套精美的风景画,无以为报,正好我的新书《黑洞、白洞和时空的本性》刚到手,寄给了先生。先生将新的《现代物理学基础的思考》和别的一些研究文章电传给我。新的《现代物理学基础的思考》比较过去的内容有了极大的丰富,涉及方面也广,有些资料我还没接触过,显示了先生的博学和勤奋。先生毕业于大学数学系,是个高中数学高级教师,并非物理专业人士。教学任务本就很重,而且他很敬业,是济南闻名的优秀教师。十余年来花那么大的精力钻研物理学,实属刻苦和难能可贵。本来2009年我有个写作计划,感到先生的文章对我的写作也有帮助,就暂停写作,先专心拜读其《现代物理学基础的思考》,并把我的见解电传给先生。对于我的直言,先生闻之甚欣,使我也感到欣慰和鼓舞。我感到这不仅推进了自己的研究工作,也充分表明了自己的见解,故上传网络,以供学术交流。对李先生后来传来的修改稿,一则我并不祈求别人完全接受我的观念;二则我精力有限,诸事繁多,故没有再作评述。一年多来,这些评论颇受读者的注意,这次就收进我的《物理学和宇宙学研究》中来。在这里要说明的是,下述有关文档均从该书中断续摘录,故章节序号均是断续的,特此说明。
“一” 哲学探索
一、相对绝对论中的(一)问题的提出中
“以一种接近上帝的角度观察我们的宇宙”。——作为一个唯物主义者,此语不妥。是否改为:“从整体演化的角度来观察我们的宇宙”。
(3)自然界中的对称性问题
“即光速不变原理”应为:“即真空光速不变原理”。
“美国科学家的一项最新研究,找到了物质和反物质结合的确凿证据。在2007年9月13日《自然》杂志发表的一篇论文中,加州大学河畔分校的David Cassidy和Allen Mills表示,他们发现了两个电子偶素(positronium,简写为Ps)可以相互结合,形成分子电子偶素Ps2(molecular positronium)的确凿证据。
所谓电子偶素,其实就是一对正电子(positron,电子的反物质形态)和电子形成的原子。由于正电子和电子的电荷差异,它们很容易发生吸引,相互结合。从理论上而言,电子偶素原子(即电子—正电子对)之间也能够相互配对,形成Ps2分子,这就好比两个氢原子形成H2。由于正电子的质量只有质子的1/1 836,因此电子偶素分子的质量也比H2分子要轻得多。
然而,Ps2有着不同寻常的一面。加州大学圣地亚哥分校的物理学家Clifford Surko表示,与普通原子可明确描述的结合不同,这四个粒子好像“在围绕彼此跳着欢快的舞蹈”。
Ps2分子难以被发现的一个重要原因是物质和反物质在极短的时间内结合并发生湮灭,以伽马射线的形式释放出能量。在实验室中,Ps原子在自我毁灭之前的存活时间仅有不到百万分之一秒。
这一段报道可以看作是反引力的一个重要的实验例证:试想,如果正负电子对(电子偶素)之间的万有引力是正引力——吸力,那么,它们间的电磁相互作用也是吸力,这只能使它们进一步接近,而越接近这种吸引力将越发强大,而且,随之而发生的弱作用力和强核力也是吸引力,这只能使正负电子对单调地接近,复合而湮没为γ光子,不可能有机会暂时稳定为电子偶素分子!正是正负电子对(电子偶素)之间的万有引力是反引力——斥力,而且,由于其间的电磁场很强,因而其间的光速会很低,这样引力耦合系数G会大得多(G=G0β-2,G0是我们测得的引力耦合系数,β=(1- v2/c2)1/2,v是粒子的运动速度,c是那儿的光速,并非是我们测得的约每秒三十万公里那个光速C。由于c可能远远小于C,v可能很大,β可能远小于1,β-2可能很大,G会比G 0大得多)从而,它不会是电磁耦合系数的10- 36倍。这样,反引力会抗拒电磁吸力,使之有机会暂时稳定为电子偶素分子!正、负电子不仅绕共同质心旋转,并在其相对平衡位置处振动,一旦它们接近到弱作用力和强核力吸力发生作用时,这种平衡被打破,正、负电子耦合,湮没为γ光子。所以,Ps原子在自我毁灭之前,有一段短暂的存活时间!
五、运动和静止的相对性与绝对性
(二)运动的绝对性与相对性中关于现代宇宙学的论述,我是不苟同的。首先,这仅是现代宇宙学中的一种观点,其次,这种观点是错误的。第一,宇宙中物质分布是局部的高度集中和彼此之间广阔的空旷空间间隔,从原子结构到星系结构都是如此,说“空间物质均匀分布”完全是无视事实的胡说八道!第二,现在已经明确地证实,宇宙背景辐射是各向异性的,美国和意大利天体物理学家已经通过计算机模拟得出:我们所在所见的宇宙是椭球形的。(这就意味着,我们所在所见的宇宙是在旋转!)第三,天文学已经发现,我们所在所见的宇宙内存在许多大空洞,有的尺度达到10亿光年以上,其中什么物质都没有,就是“暗物质、暗能量”也没有,当然也没有宇宙背景辐射。但并没报道这些大空洞是对称分布的。所以,以宇宙背景辐射为绝对静止坐标系的参照物是靠不住的。说以此已经测出了地球的绝对运动速度,并以此说是“以太”存在的依据,是不足为凭的!我本人并不支持“以太”学说,但我并不反对对“以太”存在与否的研究及在“以太”假设下的学术研究。
关于真空问题,我并不赞同所谓“真空介质”之说,介质既是物质,具有这种介质的空间就绝不是真空!我认为所说的真空介质或“光以太”纯粹是“以太说”的臆想物,不会是客观存在!我没用这种臆想物,还是建立起了绝对静止坐标系,还是能揭示宇宙演化的全过程和统一场理论!
“太阳相对地球的运动是表面现象,真正的运动是地球绕太阳转动的这种运动”,——这是客观事实,与绝对坐标系还是相对坐标系无关!开普勒定律和天文观测判定地球和其他行星是绕太阳公转,而不是反之!在太空飞船建立以前,一切天文观测都是在地面进行的,照样得出了这些正确的判断!
“哥白尼系统是属于绝对时空观的范畴”的论断过于武断!只能说,哥白尼的日心说,就太阳系的范围而言,较托勒密的地心说要科学,这不是可用相对坐标系的选取不同来狡辩的。而从更广泛的宇宙空间来看,太阳系还在绕银心作更大的公转,而银河系正在绕本星系团中的仙女星系公转。如此等等,哥白尼的日心说,仍欠科学。这些认识原本是由地面的天文观测所取得的,而今又为太空望远镜的探测所肯定和充实。
六、有限和无限的相对性与绝对性
(二)物理学中的有限与无限的问题中:“客观实际给人们感受到的大自然的一切都是有限的。物理学立足于实验,实验得来的数据都是有限的。物理学是研究自然基本规律定量关系的自然科学,因此和数学有着十分密切的关系。”——说得非常正确!
“牛顿力学的空间是线性平坦无限的欧氏空间。牛顿称之为绝对空间,并认为绝对空间是绝对静止的。牛顿还定义了数学抽象的绝对时间。牛顿力学的最根本观点是时间空间和物质互无关联相互独立。”——此评论也十分恰当。
“作用量常数h的存在说明作用量不能无限小,而有一个最小极限值。作用量的量纲可写成动量乘线度或能量乘时间。作用量不能无限小说明动量与线度不能都趋向无限小,即是动量和线度不能都是连续的。若其中一个趋向无限小则另一个就会趋向无限大。”——先生对量子论的认识非常确切!
“实质上速度不能无限大意味着时间不能无限小,时间是不连续的,这与量子论的观点是一致的。”——这种对相对论的认识很精辟。
“力常数(Einstein引力常数的倒数)f=c^4/G是力的极大极限值。作用量常数h、时间常数T=、线度常数L=等是极小极限值。质量常数M=”。
还是写成:“力常数(Einstein引力常数的倒数)f=C4/G是力的极大极限值。作用量常数h、时间常数T=(h/Cf)1/2、线度常数L=(h c/f)1/2等是极小极限值。质量常数M=(hc/G)1/2”为好。
“广义相对论的量纲式引力半径r=mc^2/f公式和量子场论的量纲式康普顿波长λ=h/mc公式。两量纲式中的线度与质量的关系正好相反成为矛盾的对立面。”——这是普朗克常数h与引力常数G量纲不同造成的:r=mc 2/f=mG/c2,λ=h/mc;[r]=[mG/c2]=[L]=[λ]=[h/mc];当然,这也反映了引力与量子问题的不同。但两式中都出现相光速C,不能说一个是“绝对运动”而另一个是“相对运动”,
M=(hC/G)1/2与普朗克质量M PL相当,M PL=(hc/2πG)1/2,约化普朗克常数=h/2π;
T=(h/Cf)1/2=(hG/C 5)1/2与普朗克时间t PL相当,t PL=(h G/2πC5)1/2;
L=(hc/f)1/2=(h G/C 3)1/2与普朗克长度L PL相当,L PL=(hG/2πC3)1/2;
f=C4/G≈1.210 67×1044牛顿≈1.234 54×1043千克力;这确是个很大的力,要知道月地之间的引力大约是2.52× 1019千克力,月地与太阳之间的引力大约是0.601 4×1019千克力。先生把f视为宇宙对地球的总引力,我认为,这一观点不一定正确,可能仅是我们所在所见的宇宙内光子贡献的总压力,因为式中出现的仅是光速C和引力常数G,并没涉及宇宙内物质的总质量,可能是宇宙内物质(微粒物质和无形物质——光)的总质量引起的引力抵消了这种光子贡献的总压力,才使我们感受不到这样巨大的作用力!反而使天体之间的引力作用凸现了出来。不过,这还是可以说明,我们所在所见的宇宙内物质(微粒物质和无形物质——光)的总质量是有限的,而不是无限的!如果是无限的,这种作用力就不会是有限的,而应该是无穷大了!
先生说:“当质量等于质量常数M时两公式中的线度r或λ都等于线度常数L。质量为M的客体既是微观最高能实体基本粒子又是宏观最小型黑洞。可见M是微观基本粒子质量的最大极限值,又是宏观引力封闭系统质量的最小极限值,成为宏观与微观的分界值。能量常数Mc^2是微观能量极大极限值,乘以玻尔兹曼常数折合温度等于1.21×1032 K,是绝对温度极大极限值。”
r=MG/C2=(hc/G)1/2G/C2=(hG/C3)1/2=L;
λ=h/MC=h/C(hc/G)1/2=(hG/C3)1/2=L=r。
而半径为L的微黑洞需要的质量仅仅为:LC 2/2G=(hG/C3)1/2 C2/2G=(hc/G)1/2/2=M/2。只有M的一半!
根据我的研究,由于“光子气体”的膨胀压(光压)的存在,以及极短程的强相互作用的斥力的存在,靠万有引力,不可能将物质压缩到十一倍的普朗克长度L PL的尺度之内,即使加上密集的色胶子的色电、色磁耦合作用削弱了强相互作用的斥力,在一般克尔黑洞内,物质也不可能压缩到2.976 L PL尺度之内,而L=2.506 6 L PL;在史瓦西黑洞内,物质也不可能压缩到2.073 3 L PL尺度之内;只有在裸黑洞内,物质才可能压缩到不小于0.425 9 L PL尺度之内。因而,在我们所在所见的宇宙内,只有类星体内,物质才可能进入L=2.506 6 L PL尺度之内,而那儿已是白洞的区域,其物质的密度比较黑洞其他部分更为密集就是当然的了。普朗克温度T PL=h/k B t PL≈0.89×1033 K。在裸黑洞内,距中心普朗克尺度处温度已达4T PL/3,其内温度当更高,所以说:“1. 21×1033 K,是绝对温度极大极限值。”是不正确的!
至于说“场粒子的运动是绝对运动,有静质量的粒子的运动是相对运动”也是不对的,在我们所在所见的宇宙内,一切运动都是相对运动,没有可作为绝对运动描述的绝对静止坐标系的参照物。
“物理量变化的不连续性说明大自然具有层次结构。”——这很正确!
我的理论以形成我们所在的宇宙体系的大爆炸的原始质量为2×1061 kg,较先生的估算值大得多。我们所见所在的这个宇宙仅是这个宇宙体系的一小部分,现年200亿年,尺度不大于150亿光年,不小于138.59亿光年(美国根据太空摄影算得为137亿光年),算得二次宇宙大爆炸的时间间隔约为3.079×108百亿年。我们无从得知,我们现在所见所在的这个宇宙是第几次宇宙大爆炸的产物,而宇宙体系从宇宙大爆炸到全收缩到中心黑洞里,中心黑洞蒸发到其内的白洞再次发生宇宙大爆炸,宇宙的演化如此周而复始,时间上是无始无终的;而宇宙中这样的宇宙体系也可能有许许多多(是否有无限多,无从得知!),从而,宇宙在广度上可能也确实是无限宽广的。所以,宇宙在广度上是有限与无限的对立统一。但从人类的探测技术手段而言,它能观测到的宇宙范围,只能是有限的,永远是有限的。无限的只能是人类的想象力。有限的观测空间和无限的想象空间,这也是一种对立统一。
“一尺之捶,日取其半,万世不竭”,这只是人们想象中的,理论上的分割。在技术操作上是无法做到的,是无力实施的!人类永远制作不出如此精密的切割工具,它能丝毫不损耗被切割之物;也不存在每次只取其半,不多不少的技术操作手段。实际的分割操作必定是有限次的!实际的有限可分与理论的想象的无限可分,这是人类在深度上对宇宙认识的一种对立统一。
量子理论指出:空间的最小尺度是普朗克长度:L PLO=1.616 0×10-35 m,时间的最小标度是普朗克时间t PLO=5.390 4×10-44 s。我的理论研究指出:空间的最小尺度为:L PL=β-3/2 L PLO,时间的最小标度为:t PL=β-5/2t PLO,其中β=C h/C,C是现在我们测到的星际空间光速,它约为每秒三十万公里,C h现在与C相等,故现在β=1,L PL=L PLO,t PL=t PLO;但宇宙形成之初C h=C/10,β=0.1;今后C h将大于C,并不断增大,即β越来越比1大,L PL越来越比L PLO小,t PL越来越比t PLO小;到宇宙膨胀到最大时,β=4/3,从而,L PL=0.649 5 L PLO,t PL=0.487 1 t PLO;此后宇宙逐渐收缩,但C h继续增大,最后达到β=8/3,从而,L PL=0.229 6 L PLO,t PL=0.086 1 t PLO。可见,随着今后光速的不断增大,以及人类探测技术的进步,人类对微观层次的探测将能越来越精细,但决不可能逾越L PL和t PL这样的极限。从而,物质微观世界的层次客观上是有限的,绝不是无限的!认为物质微观世界的层次是无限的,完全是建立在理论的想象的无限可分这一人们的主观的想当然的哲学理念之上的!由于物质不可能进入绝对零世界,即ΔS≠0,δγ·δt>0。所以,对长度(距离、位置)的测定精度和对时间(寿命、节律)的测定精度的乘积不可能为零,即测量不可能绝对精确!这一量子力学的测不准律是个铁定的客观的科学规律,是不以人们的主观意志为转移的科学规律,不信那是无用的!
“(1)物理量有极限值不会趋向无限说明物质世界是可通过观测和实验认知的。
(2)物理量有极限值不能无限小表明其变化是不连续的量子跃迁,大自然不是连续混沌一片,而是有层次的。”
“(3)物理量有极小极限值因而不能等于绝对的零而化为乌有,说明了绝对静止是不存在的,绝对零度是达不到的(热力学第三定律),粒子存在自旋,基本粒子不是质点,宇宙不会变成奇点,时间不存在绝对零起点而是无始无终周期性增减变化于大小极限值之间,表明了不断运动和变化的物质世界宇宙是永存的,不会无中生有也不会有中变无。电荷有正负可中和,电荷不能化为乌有表现为电荷代数和守恒。
(4)宇宙总质量(质量极大极限值)不变,说明质量守恒定律以及含有质量量纲的能量、动量、角动量等守恒定律和热力学第一定律的存在。”——这些观点都是正确的。
至于物理常数,一是与宇宙的演化历史相关,不是一成不变和始终如一的,二是与时空状态相关的。我们现在测得的物理常数是在宇宙进入缓变初期,并在地球周围引力场和电磁场并不太强的空间中测定的。
“(6)物理量全面相关表明了各物理量都是物质的属性,世界是唯物的,时空各维相互关联说明宇宙空间不是平直无限而是弯曲封闭有限无边,并随时间周期增减变化而胀缩震荡。
(7)物理量相互关联构成量纲式。量纲式隐含自然规律的基本信息。物理公式、物理方程必内含量纲式,量纲式中的物理量常数决定了理论的适用领域。”——这些观点也是正确的。
七、全息的相对性与绝对性
生物的全息律源于生物体的任一器官、组织,甚至其每一个细胞都是其基因的表达物,每一个生物体都有其特定的基因,其任一器官、组织的每一个细胞都含有同一种基因。因而,从细胞到器官、组织到整体都透射出其基因所包含的信息,即各别部分和整体具有类同的信息,这是全息律的绝对性。由于生物体的每个器官、组织之间具有差异,即其同一基因的表达方式有所不同,因而,其表达的信息细节上会有所差异,这是全息律的相对性。同种生物,其基因中只有万分之一甚至更少的差异,从而它们表现很大的相似性。
在物理世界,物质虽分为微粒物质(有形物质)和场物质(无形物质)两类,但它们之间可相互转化,并且又时时处处地相互紧密联系,而微粒物质从最深层次而言,都是几种夸克的耦合物(重子和介子)或几种色胶子的耦合物(轻子),再由它们通过场物质耦合成各种元素原子,再由这些原子通过场物质的联系组成形形色色的物体分子,这些分子又通过场物质的联系构成具体的物体。从而,宇宙的各个物质结构层次也就具有了基于微粒物质和场物质既紧密联系又时有转化所反映的全息律了。
八、离散、连续的相对性与绝对性
由于物理世界中,微粒物质(有形物质)通过场物质(无形物质)相联系而结合构成物体,从整体上看,物质世界是连续的。但如果只是观测微粒物质,物质世界就是不连续的了。从场物质的传播、运动来看,场物质是连续的;而从场物质与微粒物质的相互作用来看,场物质则是不连续的了,显现着量子化、频谱化。
九、Einstein的哲学观
“如果把哲学理解为是在最普遍和最广泛的形式中对知识的追求,那么显然,哲学可以被认为是全部科学研究之母。可是,科学的各个领域对那些研究哲学的学者们也发生强烈的影响,此外,还强烈地影响着每一时代的哲学思想。”——说得非常正确!
十、Einstein对于科学理论体系的评判标准
一个正确的有价值的新理论,必须要立论正确,仅用最少、最简单的假设,理论结构具有逻辑上的自洽,能涵盖现有的科学理论,并能合理地解释旧理论不能解释的问题,又能推断出可为科学实践验证的结论来。它之所以科学,就是能经受科学实践的反复的多方面的检验,而非个别实践的支持,更非自我感觉的良好和某一帮人的吹捧。
“二” 洛仑兹变换的思考
“除了光速的测量是绝对的,与观测者是否在运动无关。”
我们测得的光速实际上仍是相对光速,而非绝对光速。绝对光速是要从大爆炸原点测得的,而它不在我们所在所见的宇宙内,我们所在所见的宇宙相对于大爆炸原点来说,有整体运动速度,在宇宙的膨胀阶段,它与我们测得的星际空间相光速相同。因而,现在绝对光速是相对光速的两倍。
“Einstein提出相对性原理和光速不变原理两个公设,在这两个公设的基础上以用数学方法证明了Lorentz transformation并赋予其更广泛的涵义,又进一步推导出在物体运动接近光速时长度收缩、时间膨胀、物体的质量增大等一系列崭新的结论,提出了时空相对性理论。”
Einstein提出的是真空光速不变原理,而非“光速不变原理”!
“Einstein的相对论并没有改变传统惯性系的本质。相对论改变的是人们的空间观念和时间观念。保留传统惯性系的基本观点和看法,通过改变空间和时间的定义以调和两者之间的矛盾。在经典力学中,运动影响测量也不是一个奇怪的概念。例如,由测量得到的声音或者光波的频率与声源或者光源相对于观测者的相对运动有关。这一现象称为Doppler效应,他是每一个人都熟悉的现象。”这一认识非常正确。
三、Lorentz transformation的推导
5. Part A. Lorentz时空中Lorentz transformation的推导方法5中:
“运动物体发生“尺缩”、“钟慢”等效应。动体“尺缩”这种收缩效应在狭义相对论看来并不是动体自身物质的收缩,只是时空的一种性质,是时空测量中必然产生的效应,动体的内部结构不会发生任何变化;而洛伦兹认为这种收缩效应是实在的、客观的,是真实的动力学效应,这种收缩效应引起物质内部结构和物理性质变化,对物质来说具有普遍意义。”
我持洛伦兹的观点!正是这种收缩效应使微粒物质在接近光速时逐步蜕变,最后全转化为无形物质——光子。从而,最终微粒物质不可能以光速运动,只有场——无形物质才能以光速运动。
“相对论将参考系作为整个物理学描述体系“基准”的这个“基准”建立在光速不变这个普通的物理学事实之上。”
应该是“这个“基准”建立在真空光速不变这个简单的理论假设之上!
“在相对论的词典里,空间和时间只具有相对的意义,而光速不变则具有绝对的意义。光速不变是整个物理学描述体系的基准。”
其中的“光速不变”均应是:真空光速不变!后面文中的“光速不变”均应是:真空光速不变!真空光速不变是相对论对物理体系描述的基准。
“动力学变换(效应)指:在同一坐标系、针对同一物体的静止和运动两种不同状态,测量其长度、运动所经历的时间间隔以及质量。此被测物体由静止到运动,经历一个加速过程,此时,长度收缩、时间延长、质量增加不仅是观察效应,而且是物体属性变化。这是由于有关‘高速运动介子寿命的延长’‘加速器中被加速电子、质子的惯性质量加大’,以及‘铯原子钟绕地球飞行后变慢’的实验告诉我们:‘物体的实在属性确实发生变化,而不是观察效应。’”
所以,我赞成洛伦兹的观点:在高速运动中物体的实在属性确实发生变化,而不是观察效应。而且在高能或物质高密度时,爱因斯坦相对论只是近似正确!
我的研究和超弦理论都得出同样的结论:爱因斯坦相对论是一种低能近似理论。
“在狭义相对论中光速只是作为传递信号的速度出现的,没有用到光的任何特殊性质。如果将传递信号的速度由光速改为声速,将基本假设中的光速不变原理改为声速不变原理:在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参照系中,所测得的某一特定状态的物质中的声速都是相等的。将公式推导过程中的光信号改为声信号,光速改为声速,那么就会得出任何物体的速度不能大于声速的结论。”
这一观点的错误在于:
1.它无视了:只有光不需要依靠介质来传播,能在真空中传播的只有光(还有引力子——引力波,但我认为引力子也是光子,只是内禀宇称不同而已);而声音的传播严重地依赖介质,在星际空间(它还并非是真空!),声音无法传播!从而,对于星空的观测和探测,只能依靠光!
2.通常光速远高于声速,光的频率远高于声音,作为测量信号,其测量精度、分辨率远高于声音。
3.光速的稳定性也远胜声音:光在空气中的传播速度与在星际空间的传播速度几乎是一样的;而声音在空气中的传播速度受气压、湿度和温度的影响。
4.人是陆生生物,在陆空中光传播远而快,衰减小,声音则相反。故人体发展的光探测器——眼睛,其灵敏度、分辨率远高于声探测器——耳朵:通过光,目视可以正确判别颜色、方位、远近、大小,物体的种类、性质、状态,甚至判别其运动速度;而通过声音,耳听仅能大致判别声源的方位、远近,物体的种类、性质。作为物理测量,人类选用光而不是声音是必然的。通过望远镜和粒子探测器、光电探测器,人类在不断探测广阔的宇宙空间奥秘;通过显微镜、粒子探测器、云雾室、胶片摄影,人类在不断探测微观世界的奥秘,不用光,而用声音,行吗?!用文字保存、传播人类的文明(包括科学),远距离(包括星际)传输信息,不用光,而用声音,行吗?!甚至生命体内部的信息传递和控制依赖的也是电磁信息(神经电脉冲和化学信息),而非声信息!盲人的听觉比视力正常的人的听觉是要强,但绝不会有蝙蝠那么好!在光线充足的场合,盲人从声信息获得的信息绝对不会比视力正常的人从视觉获得的光信息那么丰富,这就是为什么盲人总希望自己有一双正常的眼睛来观察世界!
不要把爱因斯坦说的:真空光速不变,改成“光速不变“!在不同的介质中,光速是不同的。光从空气中进入水中或进入玻璃中(或反之),光速就变了,就发生光的折射和反射!当然,声音在不同介质中的传播速度也是不一样的。现代科学家用高密度中子气将光速减慢到每秒几十米,这些都说明光速是可变的!爱因斯坦说的:真空光速不变,这是相对论的理论假设,并无实验或其他理论推断的依据。麦克斯韦的电磁场理论中,C=(εμ)-1/2,并没将传播速度视为常数。光速可变是生活常识和科学事实,再把爱因斯坦的真空光速不变假设,说成光速不变原理,不仅是极不严肃,极不负责,也是太无知妄为了!至于人们(包括科学界)把星际空间中(实际上是地球周围的星空——那儿引力场和电磁场都不太强!)测得的光速视为真空光速,那是一种历史的误解。
另外,在自然界中,自然的风、水流和生物的运动速度全都不可能达到声速!生物不可能自己克服音障!只有人类利用材料和结构足够强,功率足够高的人造飞行器才能克服音障,实现超音速飞行,但人必需在密封的舱室内才能安全生存和活动,没有这种保护是不行的!
“绝对刚体的概念”是从牛顿到爱因斯坦一脉相承的,并非是爱因斯坦一人所为!将一个具体的物体通过绝对刚体的概念抽象为质点,来研究其运动,实在是人们的一种无奈!因为,三体问题已经是个难解的非线性问题,三体以上的多体问题人们无法用因果律严格求解,只能用统计方法来求统计解和最可几率解!统计力学和量子力学的生命力就在于此!
五、Lorentz transformation的修正
“狭义相对论效应不是由加速度决定,而是由加速度对于时间的积分决定。”我赞同先生的这一观点。因而,如下的修正可能是可取的:
t=t0[1-(a d t)2/c2]±1/2,l=l 0[1-(a d t)2/c2]±1/2,加速时取负号,减速时取正号。
“马赫的观点是,物体的运动不是绝对空间中的绝对运动,而是相对于宇宙中其他物质的相对运动,因而不仅速度是相对的,加速度也是相对的;在非惯性系中物体所受的惯性力不是‘虚拟的’,而是一种引力的表现,是宇宙中其他物质对该物体的总作用;物体的惯性不是物体自身的属性,而是宇宙中其他物质作用的结果。”
我基本赞成马赫的上述观点,唯一的修正意见是:物体的惯性是物体对宇宙中其他物质对它作用反应的一种属性。事实上,物体的一切表现:运动、演化(包括蜕变)、质量、能量、动量(包括角动量)、对称性及其破裂,等等,都是相互作用的结果!
“有质物体的最主要的作用就是产生空间曲率”是爱因斯坦的一种唯象思索——有质物体就像个重球,空间就像膜,重球放在膜上,膜就凹下去了。球越重,膜凹陷就越严重。他依靠黎曼几何,通过广义相对论方程,阐明了天体与引力场的关系,并以此来确定物体在引力场中的运动。所谓“时空弯曲”应该是引力场的唯象表述,这个时空是物质的——是引力场这种无形物质占有着!并不是脱离物质的抽象的时空!
如果运动物体的加速为引力场梯度之故,则其动能的增加是由引力势能转化而来;如果运动物体的加速是其他外力所致,则其动能的增加是此外力作功之故,其引力质量与惯性质量同步增加的话,其激发的引力场的增强也是那外力作功之使然!所以,“加速运动的物体引力质量的增加可以认为从space-time中获得”的说法不妥!
我是不赞成“时空弯曲”说的。我还是坚持:横向外力导致运动方向改变的经典观念。天体作圆锥曲线运动是向心的引力作用之故,光为恒星的强引力作用而作曲线运动(光是可变速的!),其光程线弯曲,才使空间看似“弯曲”了!另外,我对引力质量与惯性质量等同的观念也持怀疑态度。引力质量与惯性质量是两种不同性质的质量,前者是显示引力相互作用的特性的物质属性,后者是物质运动在外力作用下改变难易的一种物质属性。在牛顿及其之前的时代,人们将这两种质量混为一谈,一是把质量这种物质的一种属性与物质本身混为一谈,认为质量就是物质多少的度量,因而,引力质量与惯性质量都与物质多少相关,于是两者等同就是自然的了。二是在将天平或秤称得的“质量”作为引力质量与惯性质量时,在低速运动中与物质多少很相符。但是,严格说来,天平或秤(杆秤和磅秤,不是弹簧秤——依靠重力和弹性形变平衡原理,它称得的纯粹是物体的重量!)是依靠重力,利用杠杆平衡原理称得的,也不是真正的引力质量。因为,它是从地球对物体的引力中扣除了月亮、太阳和其他天体对物体的引力以及物体的惯性离心力的综合结果。诚然,其中地球对物体的引力起着主要的作用。天平或秤在宇宙飞船舱中会因失重而失效(严格地讲,飞船只有在拉格朗日点才是完全失重的,其他地方可能处微重力态)。加速器中惯性质量随速度的增加而增加,已是实验验证了的,但引力质量是否同步增长,并未验证过!
“任何事物都随观察者的不同而不同。”
任何事物都随观察者的不同而有所不同。通常,人们会寻求其中的共同点,对差异进行分析,从中寻求原因。至于,因政治立场和思想方法不同而造成的,则另当别论。但不可能无法判别谁对谁错。真理是有客观标准的。正确的观点和认知,总会为科学实践或社会实践所证实和支持,终会为历史所肯定,为绝大多数人所认可和接受。
“运动物体的引力质量既可以大于静止质量,也可以小于静止质量。”
这在相对坐标系中是正确的,但在绝对静止坐标系中,运动的引力或惯性质量不可能小于静止的引力或惯性质量。
关于统计力学中谈到玻色气体的Boltzmann分布,讲到“负温度”问题:
“负温度是比无穷大温度还高的温度。在负温度区,能级越高,粒子占据的概率越大,粒子数越多。”
某些学者由数学分析作出这样的解释和说法,在逻辑上、物理上合理么?!比+∞更高的温度是“负温度”,逻辑上合理吗?!物理上可能有+∞温度,甚至更高的温度(温度越高,能量越大!)?!可能吗?!那是什么样的物态?!
我分析过,物质进入<11 LPL之内时温度已极高(T>3× 1028 K,能量>2.6×1015 GeV),物质已成为高密度的胶子气体态,强相互斥力已十分强大(压强近- 10109 Pa),可是那儿却发生了相变!色胶子发生色电色磁耦合,成为胶子凝聚态,八个色胶子耦合成“一个粒子”,它不再显示色电和色磁,像超导中的库柏对那样,反倒是能级越高,粒子占据的概率越大,粒子数越多。显示强相互斥力大大降低!本来认为普朗克温度T PL=0.89× 1033 K是物态的最高温度。但我的研究指出:在裸黑洞(第二类类星体)内的白洞,温度最高可高于4T PL/3。但还是有限的,不可能为无穷大!
我也不赞成虚光速之说,在任何时空,光速都是真实的、确定的。
“三” 狭义相对论的时空观
“时间具有持续性(或无限性),表现为物质运动过程的久暂及其先后顺序;时间的特点在于其均匀连续性和不可逆性。
空间具有广延性(或无限性),表现为物体间的并存和分离状态、物体的体积、位置和排列,等等;空间的特点在于具有三维性和均匀连续性。”
时空的均匀性、连续性是经典物理的观念,也是过去人们普遍以为的“唯物主义”的时空观。现代物理的相对论指出:空间是不均匀的;量子论指出:空间是不连续的。虽然,他们都不论及时间是否均匀、连续问题,似乎还是均匀、连续的;但既然相对论和量子论都确认时间和空间是关联的,那么,再说时间还是均匀、连续的,就与理论本身不自洽了!我的研究指出:时间和空间都是不均匀、不连续的,这是物质与时空的关联决定的。微粒物质在空间的分布是不均匀、不连续的,局部的集中和广阔的间隔,间隔处是场物质(无形物质),这从原子结构(甚至核结构)到星空都如此;而场物质在空间的分布也是不均匀、不连续的,在微粒物质附近最强,越远就越弱。而相对运动和引力破坏了同时性,从而,不同速度的惯性系间及非惯性系不存在统一的时标,从而,时间的不均匀、不连续就是必然的了!任何物质的运动、演化过程都有始有终,决不会无始无终,即使宇宙的演化也是分阶段的,从来不会停留在某一种状态,对于某一种状态或阶段而言都是有始有终,决不会无始无终的;也就是说,状态或阶段的时空必然是不均匀、不连续的!
唯物主义的根本观念是:客观存在是第一性的,人对客观世界的认识是第二性的;实践是第一性的,理论是第二性的。人的认识必须与客观存在保持一致,人对客观世界的认识是逐步完善的。僵化不是唯物主义!
对牛顿力学的论述基本正确,除了“在非惯性参考系内,牛顿三定律不成立。”这句话,在非惯性参考系内,牛顿的第三定律——作用与反作用定律,不会有问题;惯性定律也不好算错啊:“物体所受外力(之和)为零时,物体保持静止或匀速直线运动。”既然物体所受外力(之和)不为零,物体为曲线运动,不是很正常吗!
“空间是时间的沉淀,时间是空间的流动,两者无法真正分开。时间不过是纵向的空间,空间则是横向的时间;空间是静止的时间,时间是运动着的空间,两者实为一体的东西。”
“地球时间的本质,实际上就是地球在太阳系空间中的运动进程。时间就是天体在轨道空间中的位置及其连续不断地改变的过程,时间的流逝就是天体在太空空间中的运动及其变化和勇往直前地推进过程。”
“时间方向与空间方向没有不同之处,空间与时间是一个问题的两个方面。”“时间用空间的变化来测量,空间用时间的变化来测量。”
“在现实物理学中,时间与空间是两个完全不同概念的物理度量。如果我们用其中一个量替代另一个量,则从数学角度讲函数关系没有了,函数也就不存在了,从物理学角度讲没有了时间也就不存在空间的概念,同样,没有空间也无所谓时间了,所以它们是不能相互替代的。”
上述论述非常正确。
四、质能方程的推导
“质能方程是由一位意大利人Delinto De Pretto首先发现,于1903年,发表在一份叫Atte的意大利杂志上。而且,1900年,彭加勒也明确提出电磁场具有质量,电磁场的质量等于其能量除以光速的平方(m=E/C2)。1905年相对论问世前,汤姆孙、考夫曼等早已在质速关系和质能关系的实验与理论研究上作了大量有成效的工作。奥地利物理学家哈孙隆耳1904年通过实验证实了质量增大与辐射能量成正比,并导出了著名的关系E=mC 2。罗瑟道:“质能相当定律(E=mc 2)不是意味着,质量有时能够转化成能量,也不是说能量转化为质量,而是说,一种变化伴随着另一种相应的变化,惯性质量与能量彼此成比例。”这里,罗瑟直接把“能量惯性定律”改称为“质能相当定律”。著名的W.Heisenberg对此是这样评论的:“时常有人说,原爆炸的巨大能量是由于质量直接转化为能量,并且只有根据相对论人们才能预计这些能量。然而这是一种误解,原子核中可利用的巨大能量早在Becquerel,Curie以及Rutherford的放射性衰变实验中就已知晓。……铀裂变据的能源主要是原子核分裂而成两部分间的静电斥力。原子爆炸的能量直接出自这个来源,而不是由质量转换为能量而得到的,静止质量有限的基本粒子数在爆炸时并未减少。”
先生关于质能方程的历史渊源的追述,充分表明一些人就质能方程攻击爱因斯坦及其相对论,是多么的无知和愚蠢!
“物理学家们的主要努力全是围绕着要协调相对论和量子力学这一问题而转的。对于这一课题已经做了大量工作,但还看不到解决的办法。”
请看我国台湾学者崔思珑博士的《解析时空理论》和我的《大爆炸形成多宇宙时空》和《黑洞、白洞和时空的本性》的研究,是否在“协调相对论和量子力学这一问题”上已经走出了成功的一步。再看超弦理论和圈量子理论的努力,是否也已有所成就。
“相信有一个外在的客观世界,以及对其描述时我们的时、空概念具有客观性、统一性、普适性和相对独立性,这是物理学的最最基本信念和概念基础,全部物理学可以说都建立和展开在此基础之上。”
大爆炸形成的以中心黑洞为中心(这个中心就是大爆炸的始点)的宇宙体系(我们所在所见的宇宙就是其中之一)就是那个“外在的客观世界”,建立在中心黑洞的中心的绝对静止坐标系对这个宇宙体系的描述对“我们的时、空概念具有客观性、统一性、普适性和相对独立性”。(见《大爆炸形成多宇宙时空》)
先生既然认为“绝对空间是宇宙中所有引力质量激发的引力场”,又认为“宇宙中所有引力质量为无穷大”那么这一引力必然使“绝对空间”收缩成封闭的球体,不可能是发散的无边无际的空间!所以,先生的这些假定中存在不自洽性!
“宇宙背景辐射提供了一个优越的参考系”这一论点是不正确的,这一点我已经在评论先生的《哲学探索》中讲过了。“宇宙在非常大的尺度下显得相当均匀。”也不符合事实!
“无穷个相对space-time组成绝对space-time”这句话说得还算对!
“四” 广义相对论的时空观
(一)相对性原理的发展回顾中“定律Ⅲ:每一个作用都有一个相等的反作用。”
上述牛顿第三定律的叙述不完整,极易造成误解。完整的叙述应该是:“两物体在相接触处发生相互作用,甲物体给乙物体一个作用力时,乙物体同时给甲物体一个反作用力。作用力与反作用力大小相等,方向相反,分别作用于两个不同的物体上。”所以,作用力与反作用力不是作用于同一物体上的,是不能相互平衡、相互抵消的!而上面那种不完整的叙述就会造成这种错误的认识(例如夏日鼎先生就是这样)。另外,第三定律明确指出:相互作用发生在两物体的相接触处,从而排除了超距作用!两个物体没有直接接触而发生相互作用时,只能是通过场物质的媒介而建立的,或者说是通过交换媒介子而实现的。所以电磁场、引力场观念的引入和光子是电磁相互作用的媒介子,引力子是引力相互作用的媒介子,都说明了相对论和量子论(强相互作用的媒介子是胶子,弱相互作用的媒介子是中间玻色子)在相互作用问题上是坚持和继承了牛顿第三定律,因而,一些人拼命攻击和否定相对论和量子论,实在是滑稽可笑和愚昧无知!
“引力质量的惯性”——先生的这一提法很有意义。一个物体(或物质)在与别的物体(或物质)相互作用时表现其作用力的强度与物体(或物质)本身的某一种特性成正相关,这种特性在引力相互作用中称为引力质量(引力荷),在静电相互作用中称为电荷量,在静磁相互作用中称为磁荷量,弱相互作用中称为弱荷,在强相互作用中称为强荷,又称色荷,因为强相互作用又称为色相互作用。从基本粒子的质量看来,其惯性质量主要由强相互作用和电磁相互作用决定的,而非引力相互作用。中子引力干涉实验表明:中子在引力场中的干涉行为与它的质量有关,这与爱因斯坦广义相对论之弱等效原理的论断:“质点在引力场中的行为与它的质量无关”不符!表明:在微观量子行为中引力质量和惯性质量并不相等!基本粒子的质量都是测定能量,再由质能关系得到的,这应是惯性质量!电子的荷质比实验(1897年的J.J.Thomson实验):e vB=mv 2/r,e/m=v/rB。表明m是惯性质量,而非引力质量!在宏观现象中,由于强、弱相互作用不起作用(它们只在核物质的短距内才起作用),只有引力、电磁力和度作用力起作用,度作用力主要对引力场、电磁场起量子化、频谱化作用。因此,在电中性和电磁场不太强的场合,引力起了决定性作用,从而,引力质量等同惯性质量就可以理解了。
“物体的结构与坐标系的选择无关”这是在刚体角度的观念下才成立的,即参照物可抽象为质点时才成立。
“在第一种情况我们假定场是给定的,与所论质点的运动无关,第二种情况是假定质点(即场源)是给定的,并且同场无关。”——对,这就是经典物理的观念和基本的处理方法。
“在物理学中我们运用空间的连续图景,场的连续图景或是那种假设的连续介质的图景,在此图景中不研究离散存在的成份,并且忽略其坐标和速度,即不考虑那些只在涉及到参照系的选择才有意义的量。但是力学的概念仍然同时出现在物理学中。”——对!从牛顿到爱因斯坦,都是这么做的。
“既然忽略了离散存在质点和场的相互作用,所以场方程和运动方程都是线性的。”——这点认识非常正确!这样一来,问题的处理就简单化了,数学解就可能了,结果是因果决定的,但这种解只是对实际的近似。事实是离散存在的质点和场之间存在相互作用,于是,场方程和运动方程都是非线性的,这样一来数学解不仅困难,而且可能有多种解,解不只于初始条件相关,还与边界条件甚至路径有关,于是因果决定可能就成了统计关系了!
(二)引力质量与惯性质量的关系回顾
“(1)狭义相对性原理一切参考系都是平权的。基物理规律在任何坐标系形式下都不变——广义协变原理。”
应是“一切惯性参考系都是平权的。基本物理规律在任何坐标系形式下都不变——广义协变原理。”
“(2)任意参考者测量光速都是c。”应是“一切惯性参考系内,任意参考者测量光速都是c。”
在宏观条件下,检验惯性质量与引力质量是否相等,一是将物体(不是微观粒子!)加以强电场(充至高电压)或强磁场(超强磁化),然后在屏蔽状态下用精密天平(防止天平被磁化或带电)测定其质量是否与未充电和磁化时相同?现代技术已能做这样的测定。其二,在真空室中,对充至高电压的物体加强电场,对超强磁化的物体加强磁场(去屏蔽!),与引力平衡,处悬浮态,以判别其惯性质量与引力质量相等否?并在强电场或强磁场下,给予横向电场或磁场,使之做无摩擦运动,以测定其惯性质量,与天平测量值比较。对于国内已在从事这方面实验的人,我很赞赏。虽然,我也赞赏加热对物体质量影响的实验,但这种加热必须在绝热和密封的情况下进行,测量也必须在绝热和密封的情况下进行,否则实验结果很难说明问题。另外,不仅要用精密天平测量加热对物体质量影响的实验,还要仿照上述检验电磁影响的实验方法,测定对惯性质量的影响,才能最后说明问题。
“他创立广义相对论是因为光线在引力场中变弯的事实证明,光速不变原理不能成立,”——这说明爱因斯坦也意识到场强能改变光速!
宏观物体在地球周围引力场和电磁场不太强的环境中惯性质量与引力质量相等是正确的。但在磁星附近恐怕就不一定。
“在引力场中任一时空点,惯性力场与引力场的动力学效应等效。”——在纯粹的引力场中,这是对的。
(三)广义相对论的实验验证
(3)空间弯曲问题
“电动力学中自然地含有限光速c=(εμ)-1/2,再画蛇添足地外加一个光速c的相关项到方程中必然出错。”这也很对。这个就是相光速,它的上限就是真空光速。
爱因斯坦说时空弯曲,而按我求得的光速公式:C= C∞exp(-σ1ξ-σ2E2),C∞是真空光速,ξ是微粒物质密度,E是场强(在星际空间是电磁场和引力场的场强,ξ是中微子、星际气体等密度,σ1、σ2是相关系数),光速只跟时空的本征特性(微粒物质分布密度和场强)有关,与光源速度无关。于是,也可用在强引力场处光速减慢,从而光程线弯曲,光走的路程变长,费时变多来解释。唯象地说,由于天体对电磁场和引力场的拖曳作用,不仅光程线变弯曲,另外也造成光的多谱勒(纵向和横向的)效应。
由于天体对电磁场和引力场的拖曳,天体附近的电磁场和引力场跟随旋转,由于光子气体(电磁场可视为“光子气体”,而引力子在我看来是内禀宇称为“2”的“光子”,普通光子的内禀宇称为- 1)的“黏滞性”极低,比普通气体低得多,所以,这种较差拖曳使:(1)电磁场和引力场的跟随旋转在强引力和高速旋转的天体(如中子星和黑洞、类星体)周围才比较明显;(2)这种跟随旋转随远离天体而迅速减弱,因而呈“框架式”随动。由于这种场的随动,时空呈现着偏转和扭曲。这又说明:时空与物质是紧密联系的,时间和空间是紧密联系的。“时间与空间相互独立及与物质无关”的牛顿时空观是错误的,相对论与量子论说“时空是与物质紧密联系的”观点才符合客观现实!
(五)真空不空
“绝对空间这一最基本的物理概念不仅没有被物理学至今为止的发展所抛弃,相反,却越来越接近于被证明。”——这不符合事实!“至今为止我们对绝对空间这一实在到底是什么还没有确定的认识。”——这句话倒是实话。如果将物质时空与它还没占有的真空(物质时空内的绝对零真空及宇宙内的大空洞及物质时空外面它还没来得及占据的无穷大真空)合起来算作绝对空间的话,那么,绝对空间还是真实存在的。
“视真空为某种基态的量子场”——这是量子场论的观念,我并不认同这种观念,尽管我在大学中学过这门课。我也不认同“真空涨落、极化”和“虚光子”之说。真正的物理真空是没有任何物质的,并且也是客观存在!
对于“以太”我在上一节已说过了,这里不再重复。“相对论假设一经引入,把以太看作实物的概念就要从物理理论中排除出去。”“当光的电磁理论取代了光的固体弹性理论以后,以太这一机械的概念实际上已变成多余的障碍物了。”——这一观点已否定了“以太”说!场是无形物质,不是“以太”!有场物质的地方不是真空!“兰姆的微粒氢原子光谱实验和日本的朝永振的计算都证实了这一点,”——这种实验都不是在物理真空中进行的!
“广义相对论是一种场论”——说得很对!
“量子力学中的许多现象,例如测不准原理、粒子运动的波函数、几率性等,如果不借助真空的物质属性,人们很难理解。”——错!我用绝对零真空的客观存在,ΔS≠0,从而δγ· δt>0,说明了测不准原理的物理根源;用度作用使场量子化、频谱化,使粒子运动和光子运动呈波粒二象性,不需要假设真空的物质性和“以太”!另外,会有统一场理论,但不会有终极理论,只会有一个个更好的理论!
“实际的可观察粒子,不论是粒子衰变的弱作用,还是高能碰撞的强作用,它们都产生于受激发真空的特定位置。”——错!这些实验都是在地球环境中做的,都是在人造的技术真空中进行的,不是在物理真空中进行的!
只要把场看作是无形物质,就完全不必要“以太”来帮忙!既然电磁场看作光子场已是可信的,那么引力场是引力子场,今后还是可以实证的。关键是要搞清楚引力子的动质量和能量的计算方法,引入引力荷可能是将人引入了思维误区,一是引力荷不是引力子的属性,它是天体(或微粒物质)的物质属性;二是电荷和磁荷只与静电场和静磁场对应,动场还是与光子对应,电磁相互作用还是与光子对应。一个运动的天体产生的引力场也应该是个动场,可我们还是停留在牛顿引力的静场思维中。引力子的动质量和能量计算方法没有搞清楚之前,人们也不可能发现引力子和引力波!
“狄拉克在其一篇论文中写道:最近正电子的发现,又重新复活了旧的负动能的理论,因为到目前为止,实验发现完全和理论相符。”他建议人们应当去“发现负能态的物理意义”。
虽然,狄拉克有许多真知灼见,但我并不赞同他对真空的见解,例如“真空激发,真空涨落,真空极化”,“真空具有无限大负电量和负能量”及“虚光子”之说。我倒是把反粒子看作是“负质量粒子”,它的场强是与正粒子的场强相反的,但能量仍是正的(能量与场强的平方成正比),反粒子的光子与正粒子的光子是一样的!所以,我不认为“宇宙的总能量为零”的观点,更不认同“零能量能产生物质及其能量”的观点。物质及其能量既不能创生也不可能消灭,只能是从一种形态转化为另一种形态!
“时空是物质的时空,时空是物质世界的表象,物质本体改变了,其表象必随其变。空间与时间在表述物质时,各有侧重:空间侧重于表述物质相对静止的状态,时间侧重于表述物质相对变动的过程。物质的存在是相对变动中的存在,静止是变动中相对的静止,从这一角度可以认为:物质是变动与静止的统一体,是时间和空间的统一体。”——这些说得不错。
“……现在必须记得,空间有无限多个,这些空间彼此作相对运动。”“各类天体及其天体系统(即各不同级别的星系)实际上是带着其周围的空间一起运动的。”——爱因斯坦的这些话说得很对!相对运动和引力破坏了同时性,从而,宇宙不是可用单一时钟就能够正确描述的,宇宙是个多度规多“宇宙”的时空。爱因斯坦没有从他已经打开的这扇门走出去,否则,他应能理解量子的统计律和测不准律,并完成量子论和相对论统一的了。
“时空弯曲从数学抽象还原为物理形态是以某种场的存在为基础的。”——这一认识非常正确!
“充满‘有质物体’的实体空间变成了充满了非物质形态的场。”——这一说法不对,应该是:有形(有静止质量)物质和无形(无静止质量)物质(场)形成了时空!
“物理现象也必然是以连续的场为基础的,舍此物理学研究就无方向可循。”——这种认识是错误的!首先,由于度作用的存在,场被量子化、频谱化,场实际是离散的!不仅微观世界是这样,宇观世界也是这样!例如,恒星系中各个行星的轨道就像原子内的电子能级那样不连续的,而且没有两颗行星会处于同一轨道中,甚至没有一颗行星的卫星会有两颗处于同一轨道中!就像量子现象中费米子那样,同一量子态不存在两个粒子(小行星带和行星环可能像量子的玻色子态)。其次,现在发展起来的离散数学就是用来解决离散现象问题的。
(六)引力场的space-time本质
爱因斯坦在“以太”问题上的矛盾心态,就像他既是个执着地探究宇宙运动和演化的客观规律的伟大而杰出的物理学家,又是位信仰上帝的宗教徒那样,这一点牛顿与他也一样。
物质分布和场都是离散的,这已是无法强辩的事实,把它作为连续介质来处理只是一种近似而已!
“统一场论(也即纯引力场论)”——这一说法不妥!统一场论是五种相互作用(引力、电磁力、度作用力、强力和弱力)统一的理论,也是相对论与量子论统一的理论。
“Einstein生前即已提出时空既是弯曲的也是运动的,”——我的正交的多度规多宇宙理论指出:我们所在所见的宇宙仅是一个多宇宙体系中的一个,它现在是个椭球体(长短轴比为4∶3,短轴长约138.59亿光年)它一面绕短轴自转,一面以每秒约三十万公里的速度(即我们测到的星际光速)膨胀着(这种膨胀速度还在缓慢加速),并绕这多宇宙体系的中心黑洞公转。以我们所在所见的宇宙内的时钟计,经二百亿年已转过了30°(公转)。与我们的宇宙对应的反物质宇宙在中心黑洞的另一侧,它们是对于中心黑洞的CPT映射对称。当我们所在所见的宇宙转过了45°时,它的膨胀达到最大限度(中心黑洞和这个多宇宙体系的膨胀也同时达到最大限度)耗时约2.35×108百亿年。此时,它的89%的物质已落入中心黑洞之内(中心黑洞已集中了这个多宇宙体系的89%质量的物质)。随后,我们所在所见的宇宙随中心黑洞和这个多宇宙体系同时越来越快地收缩,经5.631×107百亿年,中心黑洞和这个多宇宙体系转过了90°,这个多宇宙体系的物质全进入了中心黑洞,它成了裸黑洞,它表面的光子帘内光子速度达到C∞=80万公里/秒,通过越来越强的驻波辐射和霍金辐射,中心黑洞内的物质迅速蒸发为无形物质——光子,中心黑洞迅速收缩,经1.653×107百亿年,蒸发到尺度为1.6×10- 13 m(不足万分之二纳米!可见,宇宙的大爆炸确实是在几乎“一点”发生的!)时,其内的白洞发生爆炸,旧的那个多宇宙体系终结了,新的多宇宙体系又将如凤凰涅槃似的在新的宇宙大爆炸后逐步演化出来,二次宇宙大爆炸的时间间隔约为3.079×108百亿年(这些计算都是在假定宇宙大爆炸的总能量为:1.28×1079焦耳下算得的)。这一理论和计算是建立在相对论与量子论统一的努力上的。而我们人类无法判定我们所在所见的宇宙是哪一次大爆炸的产物!
“决定宏观世界中物质的分布状态仅与引力作用有关,其他形式的相互作用力只存在于“量子理论”描述的微观世界中。”——决定宏观世界中物质的分布状态不仅与引力作用有关,引力还有个类似于反引力的引潮力作用(它与间距的三次方成反比)。另外,还有电磁相互作用(光压)和度作用(也包括引潮力),它们都是长程相互作用!但它们都类似于反引力(斥力——膨胀力),是与引力相抗衡的力,在大尺度或大质量物体时,这种效应就较明显,只是引力作用为最显然而已。以地球为例,它不仅受引力作用,还受星际电磁场的作用(首先是太阳的),还有度作用(特别是月球的引潮力),地球的引力场以其洛希面为界,与月球的引力场洛希面相切于拉格朗日点(该点距月面约3.8万公里)。地球的磁场不仅取决于地球的自转,还受太阳辐射的影响。反之,太阳辐射与月球的引潮力(当然还有太阳的引潮力,但它比月球的引潮力小得多)又影响着地球的自转、地震(地壳的板块运动)、潮汐(水层的运动)和气候变化(大气层的变动)。
“引力场的本质是space-time,是相对space-time,Einstein的相对论反映了这个问题。”——这一认识有片面性!电磁场和胶子场也同样具有时空,微粒物质也具有时空,当然,物质(微粒和场)时空是相对时空。
“在广义相对论中,物理真空的观念被彻底排除了。ether概念重新获得了一定的内容……广义相对论的ether是本身失去了任何力学和运动学性质的介质,但同时它能决定力学(或电磁学)过程。”——这一结论也是错误的!不要说我的理论中的绝对零真空和绝对无穷大真空,就是天文界发现的宇宙大空洞(它大大小小不止一个)就是实实在在的物理真空——其内无任何物质(包括所谓的暗物质和宇宙背景辐射)!有何种物质本身可能没有任何力学和运动学性质?那它以什么来决定力学(或电磁学)过程?!这不是上帝吗?!上帝无处不在,不受任何支配,却支配着一切。ether概念实在是上帝观念的转化!
“绝对space-time是由理论推理得到”——这一认识也不对,绝对时空实在是一种哲学思维!没有任何物理理论的推断!
“物质和场是能量在空间的对称的分布形成的,如果不是这样,则物质和场构成的系统不稳定,对称是物质和场稳定存在的必要条件。因为这个对称使得物质和场在空间的能量的分布不发生变化,或者说与时间无关。”——这一认识也有片面性!微粒物质和场在空间既有对称的分布,也有不对称的分布;对称确是微粒物质和场稳定存在的必要条件,但正是对称的破缺,使微粒物质和场在空间的能量的分布发生变化,才有微粒物质和场的运动和演化!正是这种对称与对称破缺的对立统一才使世界变得那么丰富多彩又千变万化,而且永远不会停留在一种永恒不变的状态!
“空间的能量处于一种均匀的状态”;“局部的对称性破坏了,但从物质和场的整体来看,他依然满足整体对称”——这两点也是不正确,不符合事实的!
“所有基本粒子原始都无质量”——应该说是:所有基本粒子原始都无静止质量,对称的自发破缺使某些基本粒子具有了静止质量。
“空间和物质统一于纯粹的能量”——此说又错!应该是能量、质量和时空统一于物质(有形的、有静止质量的微粒物质和无形的、只有动质量而无静止质量的场物质)!能量是从属于物质的,而非反之!物理真空无物质,当然也无能量。物质时空也是从属于物质的,有物质分布才有能量分布,绝对不会有独立于物质的纯粹的能量和时空!
“能量是物质与space-time的相互作用”——这一说法不妥!按此,似乎物质与时空是可以相独立的。另外,能量是物质运动的属性(惯性质量也一样,故惯性质量与能量是相关联的),而运动是由物质间的相互作用决定的。因而,归根到底,能量和惯性质量都是物质间的相互作用的产物,只有物质之间才有相互作用。所以,惯性质量与引力质量相等,仅在引力起决定性作用的情况下才成立,并非是无条件地、任何情况下都成立的普遍规律!
“五” 引力质量与电磁质量的关系新探
一、电子的电磁质量引入
“物理学是一门试图在最基本的层次上理解自然的古老科学,她的早期曾经是哲学的一部分。”
应该说:物理学是一门试图从深度和广度上全面理解宇宙的科学,它始终与哲学紧密地相互影响着。哲学是人们从自然现象、生产(包括实验)和社会实践的经验总结的最概括的思维结论,并以此来指导人们的生产、科研及社会实践。由于实践的局限性和主观认识的片面性,这些哲学思维不可避免地可能带有时代的局限性和认识的主观性,所以,一方面哲学中有唯心的、形而上学的哲学认识和唯物辩证的哲学认识的分别,一方面随着时代的进步,人们的哲学思维也会不断地与时俱近,不断发展、丰富和更新。所以,停滞、僵化的态度是错误的,而认为科学(自然的和社会的)源于哲学则是一种本末倒置的错误观点。实践和客观世界才是自然科学、社会科学和哲学的根本源泉,也是检验它们正确与否的唯一标准!
“质子和中子的带电状态不同,它们的引力质量有很小的差别,引力质量的这一微小差别很可能是由带电状态不同造成的。”——这一思维很有道理!
“自发破缺是产生引力质量和电荷的原因,惯性质量并不由这类因素决定。”——非常正确!惯性与运动相关。
“电磁质量的认识现在已经超出了相对论和量子力学的范畴。”——应该说:电磁质量的认识现在尚未彻底解决!这个问题的解决是否会超出相对论和量子力学的范畴,现在还不好说,但至少会丰富它们。
二、电子的电磁质量的计算
“1904年他(H. A. Lorentz)发表了一篇题为Electromagnetic Phenomena in a System Moving with Any Velocity Less than that of Light的文章,计算了具有均匀面电荷分布的运动电子的电磁动量,由此得到电子的“横质量”m T与“纵质量”m L,分别为(这里用的是Gauss单位制):
m T=(2/3)(e2/Rc 2)γ; m L=(2/3)(e2/Rc 2)γ3
其中e为电子的电荷,R为电子在静止参照系中的半径,c为光速,γ=(1- v2/c2)-1/2。撇开系数不论,Lorentz的这两个结果与后来的狭义相对论完全相同。”——因为,狭义相对论就是建立在Lorentz变换上的。
“从经典电磁理论也可以推导出运动带电体质量随速度增加的结论。……1889年,亥维赛改进了汤姆生的计算,得m e=。他推导出运动带电体的速度接近光速时,总电能和总磁能都随速度增加。还得出一条重要结论,当运动速度等于光速时,能量值将为无穷大……Poincaré既是第一流的数学及物理学家,又是第一流的科学哲学家。1904至1906年间Poincaré亲自对Lorentz电子论进行了研究,并定量地引进了为维持电荷平衡所需的张力,这种张力因此而被称为Poincaré张力(Poincaréstress)。在Poincaré工作的基础上,1911年(即在Einstein与Minkowski建立了狭义相对论的数学框架之后),M. von Laue(1879—1960)证明了带有Poincaré张力的电子的能量动量具有正确的Lorentz变换规律。”
先生对于一些经典物理学家的研究工作的回顾,说明了:(1)Lorentz变换并非是如某些反相论者所称道的“错误百出”的东西;(2)当物体的运动速度等于光速时,能量值将为无穷大,也并非是爱因斯坦的相对论才提出来的“胡说八道”。一则物体的运动速度增大时,物体的惯性质量和能量增大早就在相对论提出来之前就为物理实验所揭示了,现代的物理实验(特别是加速器实验)则继续充分证实了这点,也还没有能力将微粒物质加速到光速,甚至超光速。这些经典物理学家和爱因斯坦所指出的:如果物体(微粒物质)的运动速度达到光速,物体的惯性质量和能量将达到无穷大,是表明:(1)这种事是办不到的;(2)微粒物质的运动速度达到光速时,它必然会转化为场物质,只有场物质的运动速度可以是光速。把不可能的事说成是可能发生的事,例如,像有些人,说“跳蚤达到光速会充满宇宙”,来攻击相对论,在学术上是无知妄说,在人格作风上是泼皮无赖之举!因此,反相者就此问题攻击爱因斯坦的相对论实在是无知妄说,无视事实,全无道理的!(3)爱因斯坦的工作也是以前人的工作为基础的,并非凭空拍脑袋瞎想出来的!爱因斯坦从一个专利局的小人物而成为世界公认的现代物理学大师,一个世纪的伟人,并非是他自己或哪个信徒拉起个什么护相组织或什么反经典物理学术组织而造就的,也不是哪几个别的物理学大师或国家政权鼓吹起来的,完全是天文学发现和物理实验实证了相对论的正确,才使学术界接受了相对论,爱因斯坦才为人们所称道和赞扬。现在有些人想搞什么反相会,向爱因斯坦泼脏水,想以此使自己成名、牟利,并搞成一股社会力量,与中科院裂席而据,企谋“政治大图”,必然会成为反科学的“跳蚤”,历史的小丑而已!
“电子的电荷能激发一个电磁场,它也是电子自身的组成部分,于是电子乃是一个带电粒子与一个电磁场的统一体。带电粒子的运动是机械运动,电磁场的运动则是电磁运动,两者统一于‘电子的运动’。”——论述正确!
“从能量守恒的原则看,外力做功并没有全部转化为电荷的机械能,有一部分转化为电磁能,它跟随电荷一起运动,不能传播到无穷远;还有一部分称为电磁辐射,是由电荷加速运动引起的,这部分能量可以脱离电荷独立存在。只要外力作用在电荷上,电荷就会加速,就会引起电磁辐射,它就像摩擦力一样,是无法避免的。……电荷的惯性质量是和它的速度相关的。”——论述正确!
“电磁质量可能得涉及到电子会参与的弱作用等过程”——根据我的理论,轻子(电子是其中之一)是色胶子的色电、色磁耦合的纽合物——色胶子凝聚态。中微子是补色胶子对色电、色磁耦合的纽合物(介子就是补色夸克对色电、色磁耦合的纽合物),它可能是呈杆状的,它虽是闭弦,但状似光子那样的开弦,因而能以光速运动,但仍不可避免地蜕变为光子。电子、μ子、τ子都是三色胶子耦合成无色闭环的色电、色磁耦合的纽合物(重子就是三色夸克耦合成无色闭环的色电、色磁耦合的纽合物),它们形为空心球体。贵州的姚斌先生在电传给我的《新义相对论》中,把中微子视为线粒子,把电子视为球面粒子,我认为这种形象化的描述应该是合理的。由于是由无形的色胶子耦合物,所以尽管因这种耦合使原本的“胶子气体”的对称性自发破缺,使之获得了静止质量甚至电荷量,但结构上似乎形状不太明确。例如,电子的散射实验表明,在其经典半径附近电荷成雾气状分布,并无确切的半径,而内部则是中空的。不像质子、中子那样,散射实验表明,具有确切的半径,而内部则也是中空的,更不像原子那样有个质量集中的核。我认为这是因为质子、中子是由有形物质(有静止质量)夸克耦合成的,夸克显得相当刚性,才使质子、中子显得像个“硬壳”中空球。既然,质子、中子(所有的重子、介子都这样)的惯性质量主要由强相互作用和电磁相互作用决定的。那么,电子(所有的轻子都这样)的惯性质量也主要由强相互作用和电磁相互作用(包括自旋效应)决定的。因为,色胶子间的相互作用是强相互作用,并非弱相互作用。因此,非电磁起源的Poincaré张力就是色胶子的色电、色磁耦合的强相互作用结构力。从而Poincaré等人的经典研究仍然具有唯象解的合理性。电子的惯性质量不能单单地归结为电磁相互作用,就是非常明确的了。
量子理论和相对论都把粒子抽象为点粒子,就像经典力学一样,如果考虑内部结构,内部的相互作用和相对运动,问题就复杂到根本无法求解了。所以,现有的量子理论和相对论尽管在牛顿和麦克斯韦的经典物理的基础上又取得了重大的成就和进展,但仍然只是揭示宇宙奥妙的近似手段,一个阶段性的理论。今后会有更先进的手段和理论来涵盖它们,取代它们。
三、引力质量与电磁质量的区别
“电子的能量动量发生改变时,必定发生电子与传递粒子——光子间的相互作用,即电子发射或吸收光子,而电子本身也相应地淹灭和产生。”——对!在适当的条件下,γ光子会转化为正负电子对(在更高能量下,光子会转化为正负质子对),反之亦然;另外,电子在加速到足够地接近光速时,也会崩溃,转化为γ光子!已经有人用经典的麦克斯韦的电磁场理论和相对论分别导出了带电体的电荷量随运动速度增加而减少的结论,虽然,两种方法得到的数学式不尽相同,那是参照系不同而致,但结论是一致的:电荷量随运动速度增加而减少,达到光速时电荷量为零。这再一次地告诉我们:有形(有静止质量,甚至电荷量)物质不可能加速到光速,不可能以光速运动,在足够地接近光速时,都会崩溃,转化为光子——无形的场物质,而且光子是不可能具有静止质量,或者电荷量的!
“经加速器加速的两个高速运动电子对心碰撞,反应产物中找不到‘电子碎片’的实验结果,得出电子是一个整体、不可粉碎的结论。根据实验结果的另一细节:当电子的能量足够大时,‘反应的产物中可能找到三个电子和一个正电子’。”——这一实验结果的正确解释应该是:电子是胶子凝聚体,它“破碎”时,色胶子转化为光子和引力子。所以,我们不可能看到“电子碎片”,至多看到γ光子!另外,这种高速运动电子对心碰撞时,每个电子的惯性动质量可能达到其静止质量的两倍,甚至更大。因而,对撞后可以产生三个电子和一个正电子。先是对撞后两电子放出高能γ光子,这高能γ光子又转化成正负电子对。
“电磁质量不可能是引力质量的一部分”——电磁质量和引力质量是不同的相互作用的产物,它们对惯性质量都有贡献,但事实表明,具有电磁质量的物质似乎也具有引力质量,并影响了引力质量。
“电量与带电体的运动状态无关”——错!电荷量随运动速度增加而减少,达到光速时电荷量为零。(姚斌先生在其《新义相对论》中用他的方法给出了一个类似的结果:q=q0β,β=(1-v 2/C2)1/2是相对论修正因子)
“电磁质量具有正负,而物体的引力质量无此区别。”——反物质的引力质量可视为“负质量”。这种正、负是就对静止质量和引力的贡献而言,正物质与反物质耦合,其总的静止质量为零,而非两倍!两者间引力为反引力(就像正、负电荷一样)。但对惯性动质量的贡献而言,正、负电荷或正、反物质的贡献是相同的,即电磁质量和引力质量对惯性动质量的贡献而言,没有区别,都是正的,因而,对应的能量贡献也都是正的,都是简单的算术和,不是代数和。从这一点来看,引力质量与惯性质量不完全是等同的!
“引力质量都占有一定的空间,也就是具有体积,而电磁质量没有体积,”——应该说:具有静止质量的物质(有形物质)都具有一定的空间,电子也是具有一定空间的,也有“内部结构”,只是它像个“空心雾团”而已,故它有自旋。如果真是点粒子,就不可能有自旋!这就是为什么电子有个经典半径,原子也都有其半径,而非核半径!场物质也具有其空间,只是它可大可小,不定而已。
超弦理论中的开弦是一维线度的,闭弦就不可能是一维线度的。弦的缠绕纽合就需要更多的维度。所以,超弦理论提出了空间九个维度,但时间仍取一维的。
经络可能是一种声的(载于气体介质的)、电磁的介质波导通道,穴位可能是其放大器(探测器、发射器)。关于此,我已有专论(见《对于“人体特异功能”的一些看法》一文,见《黑洞、白洞和时空的本性》)。
质量是物质的一种属性,不能脱离物质而言之!
“日本高能加速器研究机构和京都大学(2007年)4月24日宣布,首次验证了量子色动力学中的手征对称性自发破缺现象……证实了夸克获得质量的第二个步骤。”
正是大爆炸后高温光子气体(胶子气体)的同位旋的对称自发破缺产生了具有静止质量的夸克;之后弱作用的去耦,高温光球宇宙的各向同性的对称自发破缺,CPT的镜面对称产生了正、反粒子(当然,还有中性粒子),其中包括轻子和强子(介子和重子),它们都有静止质量。希格斯理论是建立于“真空激发”这种思维上的,所以,其正确、合理性是成问题的。所以,我赞同先生的观念,没有希格斯粒子及其对称自发破缺,粒子获得静止质量的机制问题仍然是可以解决的。
“欧洲核研究组织(CERN)于2008年9月10日启动了全世界最强大的粒子加速器,将第一束粒子流射入位于地下330英尺深、17英里长的一个加速轨道,从而标志着近期最雄心勃勃同时备受争议的粒子物理实验正式开始。……物理学家将所有的希望都寄托于这台埋在法瑞边境地下的超大型粒子冲撞机上。这台机器将反向射出两束质子流,质子流通过由超导磁体包围的两根钢管,以每秒11 245圈的近光速运行,最终在四个交点会合,预计每秒将产生6亿个粒子碰撞,从而再现宇宙大爆炸时猛烈无比的粒子浓汤。”
关于这一问题,我已在同月的博客文章《当今人类还不具有制造“黑洞”的技术水平》中作了评论。这个对撞能量(14万亿电子伏)不仅远小于宇宙大爆炸的能量和温度,还远小于裸黑洞中的白洞爆炸后10-20秒后离中心7 980 km处的光子能量:1014 GeV,粒子流的质量也太小。不仅绝对不可能产生微黑洞,更别说能吞噬周围物质的黑洞了。而且,还不足以形成稳定的夸克——胶子等离子体(温度需高于2.4千万亿度)。所以,许多问题不可能得到答案。
四、万有引力与电磁力的比较
“基本假设:1.电磁质量间不存在万有引力,数值在实数集上呈量子分布;引力质量间不存在Coulom力,数值在实数集上呈连续分布。2.电磁质量与引力质量可以互相转化,在转化过程中作用力大小不变。”
第一条是不该“假设”的,所谓电磁质量应该是电磁相互作用导致的静止质量,引力质量应该是引力相互作用导致的静止质量。由于电荷量是量子化的,电磁质量就不可能连续的,也必是量子化的。但作为惯性动质量,在微观世界,作为基本粒子,其静止质量主要是由强相互作用和电磁相互作用导致的,引力和弱相互作用的贡献倒是次要的。另外,还有交换力的影响。在原子和分子层面,从其结合和能量状态来看,其静止质量主要是由电磁相互作用和引力相互作用导致的,其中还有交换力的贡献,而且电磁相互作用的贡献最大。固体和液体内部仍然主要由电磁相互作用力结合的(范德瓦耳力也是电磁相互作用力),所以,其静止质量并非仅由引力相互作用导致的!只有中性气体的静止质量才是净引力质量。因为在平均自由程内,中性气体的分子除了引力作用,别无其他作用。当然,就中性气体的分子本身及其组分原子的静止质量而言,其还是包含了引力质量和电磁质量的。
现代物理告诉我们,夸克u、d的静止质量都约330 MeV/C2。质子由uud组成(还没计及胶子),可它的静止质量不是990 MeV/C2,而是938.272 31 MeV/C2。因为,uud结合时,释放出了结合能。中子由ddu组成(也没计及胶子),可它的静止质量是939.565 63 MeV/C2,比质子重些。这表明,中子释放出的结合能要比质子少些,它实际处于比质子能量稍高的亚稳态,而质子则处于基态。从而,自由质子是稳定的,而自由中子则会通过β衰变(弱相互作用)转变为质子,其平均寿命约887秒。中子、质子释放出的结合能主要是由强相互作用贡献的,其次才是电磁相互作用的贡献,引力相互作用和弱相互作用的贡献则更小。原子核除了氢外,都是由质子和中子结合而成的,这种结合主要是强相互作用,它克服了核内质子间的电磁斥力,故放出的结合能主要是由强相互作用贡献的,它是相当大的。例如,氘核是由一个质子和一个中子结合而成的,它释放出的结合能约:2.224 4 MeV;所以,它的核质量较一个质子和一个中子的静止质量之和小了2.224 4 MeV/C2。氦核由两个质子和两个中子结合而成的,它释放出的结合能约26.73 MeV;所以,它的核质量较两个质子和两个中子的静止质量之和小了26.73 MeV/C2。它比两个氘核释放出的结合能大得多,所以,氦是远比氘稳定的元素。原子核与电子结合成原子,那主要靠的是电磁相互作用。所以,它释放出的结合能小得多。例如,氢核是质子,它与一个核外电子结合成原子,仅释放出13.59 eV的结合能。所以,氢原子的静止质量仅比一个质子与一个电子的静止质量之和小了13.59 eV/C2。所以,使氢原子电离(使质子和电子分离)需要的电离能仅需13.59 eV/个。但要将氘核分离为一个质子和一个中子就需要2.224 4 MeV/个,要困难十万多倍!二个氢原子结合而成一个氢分子,释放出的结合能约:4.5 eV。分子中单键的化学能大致也就这么多,这表明靠化学反应获得的化学能要比核能小得多,这是电磁相互作用远小于强相互作用之故。物质从气态凝结成液体,放出凝结能;反之,则要给予气化能,气化能等于凝结能。物质从液态凝结成固体,放出凝固能;反之,则要给予熔化能,熔化能等于凝固能。这些也都是电磁质量与惯性质量的转化,都是有形物质与无形物质的转化问题。
上述情况说明:(1)以前所谓的“质量是物质多少的量度”的观念完全是人们主观的错误认识,与客观事实完全不符!物质每从一个低层次构成为高一个层次时,它就要放出结合能,它的静止质量总比构成它的低层次物质的总静止质量要少!(2)物质每从低层次构成为高一个层次时,它放出的结合能,一般是光子(还有引力子)的能量形式。所以,物质每从一个低层次构成为高一个层次时,它的一部分有形物质就转化为无形物质,一部分有形物质的静止质量就转化为场物质的动质量。单从有形物质而言,物质每从一个低层次构成为高一个层次时,它的静止质量就会减少,不存在质量守恒和能量守恒。但加上所转化的场物质(无形物质),质量守恒和能量守恒才成立!(3)由于原子核与电子结合成原子,原子结合成分子,以及分子构结成固体和液体,主要是电磁相互作用,放出的结合能作为光子,其能量是电磁能,其动质量是电磁质量。可见,电磁质量影响到了惯性质量和引力质量!(4)高能态比较同物质的低能态,质量要大些,无论是加热还是充电或充磁,都是增加电磁能,都会增加电磁质量,从而增加引力质量。高速运动物体的动能比低速物体的要大,其惯性质量也大,引力质量也大。(5)既然光子带走了部分引力质量,光子也应有引力效应。正是光子既有引力又有膨胀光压这样的双重效应(而万有引力既有吸引,也有排斥——引潮力),才使人们以为宇宙中还有什么暗物质和暗能量。(6)就像人们把固体、液体,甚至分子间具有相当大的平均自由程的气体视为连续介质,这是一种近似的描述、表象的认识。实际上,微粒物质是离散的,它由场物质逐级地耦合起来的!长期来人们所以为的惯性质量(包括静止质量)就是引力质量,也是一种表象的认识,一种错觉!从原子的质量到物体的质量,无不是电磁质量和引力质量的综合效应,人们长期来以为的引力质量中事实上包含着电磁质量。这也是为什么牛顿引力定律与静电库仑定律、静磁库仑定律是那么地相仿!这又一次表明人对物理世界的认识和哲学认识具有时代的局限性。辩证唯物主义和科学的态度就是要与时俱进,根据客观事实,抛弃旧认识,接受新观念!
所以,先生的第二个基本假设:“2.电磁质量与引力质量可以互相转化,在转化过程中作用力大小不变。”前一段正确,不过这是事实,用不到假设的。第二段不太确切,应该说是:转化遵循质量守恒和能量守恒,转化前后作用力的大小是变化的。引力质量转化为电磁质量后,引力减小;电磁质量转化为引力质量后,引力增加。
“两运动电荷之间的相互作用力则违背牛顿第三定律”——这一结论不正确!一个运动电荷给予另一运动电荷洛伦兹力的话,它受到的反作用力的大小与那个洛伦兹力是相等的,只是方向相反而已。
“根据场的space-time本质的观点,能量是物质与spacetime的相互作用,如果认为引力质量具有正的能量,那么必须认为引力场具有负能量,自然界不存在负引力质量的物体,物理学家预言宇宙中存在负引力质量,但是没有发现由负引力质量形成的物质原因在于此。引力定律确保了宇宙中所有质量之间的(负的)引力位能,必定永远和每个质量m相关联的(正的)能量mc 2的总和大小相等、符号相反。因此总的结果准确的等于零。现代物理学认为物质的引力场的质量是静止质量的10- 37倍,原因在于它只是计算的其space-time量子形式。同理整个宇宙的电磁质量之和也为0。”——这段论述有几个错误!一是“能量是物质与space-time的相互作用,”的观念是错误的,我已论述过。二是自然界存在负引力质量的物质,只是一般人还没能认识到,这我也已论述过。引力及其能量的总和不为零,这是物质是客观存在,其相互作用不可能为零,其运动不可能为零,因而其质量和能量的总和不可能为零!“整个宇宙的电磁质量之和也为0。”——这个论断倒是正确的。
“附录1:美国物理学家J.B.福斯勒利用2个原子干涉重力仪,找到了测量万有引力常数的新方法,测量精度可达百万分之一。该科研成果发表在近期的美国《科学》杂志上。”——这一实验方法对检验相对论,对于检验惯性质量、引力质量和电磁质量三者间关系,都是非常可行的。
五、引力质量与电磁质量的等价关系
引力和电磁力在弱作用还没去耦时是统一的,因而,它们存在内在的一致性,就可以理解了。
六、原子物理学的困难
根据我的理论,在相对真空处,它具有零点能量。在相对无穷大真空处,光速为真空光速C∞,温度接近绝对零度,那里除了极低能的光子和引力子外,不会有别的粒子激发;在相对零真空处,光速近乎为零,温度为普朗克温度级,极限值为2.789× 1033 K,约为普朗克温度的31倍,也没可能达到无穷大,那里是极高能量的胶子,而且处于色电、色磁的耦合态,在那里,其他的粒子也不存在,它们在那样高的温度下全“熔化”而成胶子了!在绝对真空处,无任何物质,也无任何能量,也不可能有什么“真空激发”!另外,空间的最小尺度是L PL=β-3/2 L PLO,极限值为0.229 6 L PLO,L PLO是普朗克长度,时间的最小标度是t PL=β-5/2 t PLO,极限值为0.086 1 t PLO,t PLO是普朗克时间。β=C h/C,C是现今我们测得的星际空间光速,大约为30万公里/秒;C h是宇宙演变到某一阶段时的星际空间光速,今后C h将大于C,β的极限值是8/3。
根据我的理论,轻子是胶子的凝聚态,其中中微子是补色胶子对的色电、色磁耦合的纽合物,它可能是呈杆状的(线粒子),它虽是闭弦,但状似光子那样的开弦,因而能以光速运动。它那补色胶子对的色电、色磁耦合是那么的紧密,以致它不与物质发生强相互作用,由于它不带电,故它不与物质发生电磁相互作用,它与物质只发生弱相互作用,又因为它是线粒子,能量又低(τ中微子的能量小于31 MeV,μ中微子的能量小于0.27 MeV,e中微子的能量小于7.0×10-6 MeV),发生弱相互作用的反应截面就非常地小!这就是它具有极强的“穿透力”的原因。但它既以星际空间相光速运动,切伦可夫辐射迫使它蜕变:τ中微子→μ中微子+γ光子,μ中微子→e中微子+ x光子,e中微子→紫外线。这就是为什么太阳内核反应产生的中微子传到地球时,只剩下四分之一之故(中、美、日科学家对核反应堆产生的中微子进行检测也确认:中微子在传播过程中振荡衰减)。τ子的能量和质量巨大,但寿命极短(0.30×10-12 s);μ子的能量和质量也接近介子,但寿命也很短(2.2×10- 6 s);只有电子才是稳定的(其静止质量仅0.510 999 06 MeV/C2)。它是三色胶子由色电、色磁耦合的无色闭环的纽合物,由于其色电、色磁耦合是那么的紧密,以至它不与物质发生强相互作用,由于它带电,故它与物质发生电磁相互作用,也发生弱相互作用;由于它是面粒子,能量又较大(当它受电磁场加速后能量可相当地大),所以,反应截面就可以很大。在近光速电子的对撞中,韧止辐射的γ光子在与电子交换动量而转化为正、负电子对,结果是多出了一个电子和一个正电子!这个过程遵循能量守恒和动量守恒。在电子和质子的高速对撞和电子(还有τ子、μ子)和原子核的深度(非弹性)对撞中都证实它不与物质发生强相互作用,电子(还有τ子、μ子)也不会“破碎”,但会有γ光子或X光子(视对撞能量)的韧止辐射,甚至正、负电子对和强子的产生(τ子、μ子和核子的非弹性对撞中可能会有强相互作用,因为它们不稳定)。由此,可发现核子内部是由夸克和胶子组成的。
就像宏观现象和宇观现象中还有许多是人们已有的观念和理论所无法解释的一样,在微观世界中我们也还有许多是已有的观念和理论所无法解释的,这就要求我们修改旧有的观念和理论,甚至创立新的观念和理论。客观世界永远是人类不可超越的老师!任何声称自己已经洞察了客观世界的全部奥秘,发现和创立了终极理论的,不是无知的自夸,就是无耻的谎言!我们能够做的是用一个改善的观念和理论去取代旧有的观念和理论,一代接一代地进行下去。这一切不能仅仅靠理论思索,更重要的是科学的实践。经得起客观实践检验的观念和理论才是有生命力的。
“六” 电磁质量的物理特性
一、电磁质量的质能方程
“能量实际上构成所有基本粒子、所有原子,从而也是万物的实质”。——虽然,这是物理大师海森堡之言,但我还是认为把问题本末倒置了,应该说:所有基本粒子、所有原子,从而也是万物都具有能量,这是问题的实质。
“给我物质,我就能用它造出一个宇宙来”——康德说得对!只是口气大了点。宇宙是由物质构成的。
“能量是物质存在的基本形式”——更正确地说:物质存在的基本形式是相互作用,及由此导致的物质运动,而能量和质量都是相互作用的产物,从而与物质运动相关,又彼此相关。
“(引力)质量是能量的一种形态”——板田昌一的这一说法不对!这种观念就导致了“质能转化”的错误说法!能量和质量是物质的两种不同的属性,但彼此相关。
先生认为:“迦玛射线爆与类星体的能量其实就是电磁能。”——γ射线与类星体辐射的能量当然是电磁能(光能)。但γ射线爆可能是高能粒子的韧止辐射(机械动能的释放),也可能是正、负粒子对湮没的产物。类星体的辐射是驻波辐射和霍金辐射,这种辐射从红外波段到γ射线波段,这是类星体内微粒物质逐步转化为类星体体外场物质(无形物质)的过程。
“在所有的物理量中只有能量是无条件守恒的”——错!在系统非封闭的情况下,能量是不守恒的!
“质量、电荷、自旋等等的守恒是有条件的。比如在正反粒子的相互作用后所谓的质量、电荷、自旋等特性都会消失。”——错!在封闭系统内,微粒物质的质量与场物质的质量的相互转化,其总量守恒。但在微粒物质与场物质的相互转化中,电荷、自旋则不一定守恒。
“位移电流既不损失能量,也不获取能量,只有导体中的自由电子获得了能量,这样一来,能量就不守恒了。”——这只能说是场物质的能量转化成了微粒物质的能量,并不能说是能量凭空创造出了,不能说能量不守恒!
“一个由中国物理学家和中国留美学者组成的研究小组宣布他们在2008年7月12日完成了一项革命性的实验,实验结果表明在电磁相互作用中能量是不守恒的,能量可以在电磁相互作用中获得增值。”——这个实验的详情不清楚,如果系统是非封闭的,能量不守恒,有增值,也并不奇怪,并不等于能量会凭空创造出,能量守恒律不成立!为这个中国实验的报道称道还为时过早,比较国内外学术界的一种观点:无论何种相互作用,“真空涨落”和“真空激发”会凭空创生基本粒子,及其质量和能量而言,还是太落伍了,还不够新颖啊!可惜这些实验的人造真空室的真空度并不为零啊,不管室内的气体多稀薄,总不是完全没有啊,装置内部材料析出的微粒或分子也不可能为零啊,即使将外电磁场彻底屏蔽,也无法隔断外界引力场和中微子流进入这人造真空室,这种人造真空室当然是“真空不空”了!太空中充满引力场、电磁辐射和电磁流体、中微子流和其他粒子流、星云、星际气体和尘埃,也不是真正的物理真空啊!在那里,当然也是“真空不空”了!在这种空间内再讲“真空涨落”和“真空激发”,逻辑上合理吗?!现在天文学家发现的宇宙大空洞,才是真正的物理真空,那里可没有任何“真空涨落”和“真空激发”啊!因为那里的确没有发现任何星际物质,也没有近来有些学者提出的暗物质、暗能量,也没有背景辐射!总之,我不相信且不支持“物质及其质量和能量会凭空创生,或无端消失”的观点,物质及其质量和能量只会从一种形式转化为另一种形式。
“弱相互作用中宇称不守恒”——对!可是却有CPT对称啊!总之,我不相信且不支持永动机!
“其实波粒二象决不能看作是波与粒两种孤立形式放在一起,也不能认为是此时为波,彼时为粒,它是一个不可分割的整体。从局部看为粒,从整体看为波、为场。”——对!另外,在相互作用时,显示着粒子性;在运动时,又显示着波动性。
“场是波的运动空间”——不!场是波的物质性显现!
“波和场的空间属性和时间属性都是全域性的”——此说不全面,局域性的波和场也非常常见。
先生认为:“它们只是引力质量的波粒二象性,电磁质量的波粒二象性只有在光速运动时才表现出来。”
我认为:此认识欠当!因为引力质量中本就包含着电磁质量!在近光速运动时,电荷迅速衰减,带电物体的电磁影响只会减弱。
“电磁质量的惯性表现为三个方面:静electric field中静电感应阻碍电通量的增加,electric field中的电阻阻碍电流的增加,场中的电磁感应阻碍磁通量的增加。电磁质量的惯性是保持电磁质量的不变。”——对!
二、量子力学的伟大成就
“从激光、核能到计算机、互联网,还有最新的量子计算机,无不留下量子的足迹。可以说,是量子引领人们迈入了现代社会,让人们享受到丰富多彩的现代生活。”——确实如此,是量子物理为代表的现代物理带动了人类的科学技术的迅猛发展,使人类社会的经济和文明发生了翻天覆地的变化,进入了现代化社会。
“Einstein关于光的新理论,在哲学上从两个方面说来是重要的:其一,证明了普朗克在热辐问题上发现的量子现象并非是辐射现象所特有,而在一般物理过程中都有表现。这样,由于普朗克的发现而动摇了的旧的形而上学观念,即大自然不作飞跃的观点彻底垮台了。其二,Einstein的研究结果,揭示了光的两重性。原来光既是微粒,又是波动。于是,光的辩证矛盾得以证实。Einstein的发现使惠更斯和牛顿彼此对立的光学理论统一起来,在更高一级上成为天才的假说。”——此评论非常正确!
“Planck关于普适作用量子的出现,形成了物理学发展中的一个转折点;这一发现揭示了原子过程中的一种整体性特色,这是完全超出于经典物理概念之外的,甚至是超越了物质有限可分性这一古代学说的。”——对!
“这种新的微观力学在应用到宏观物体上时所得到的结果,完全与旧的古典理论完全相同了(这就是对应原理);只有在细微的原子机器中,这两种理论的分歧才具有重大意义。”——事实正是这样。
“牛顿定律不能用到微观世界。量子物理与相对论是两大基石,他们都可以用到微观与宏观。”——说的也是。
“当两束高能重离子相撞时,虽然在极短的时间内,离子之间无重子分布,是一种物理真空区域,但是它却比一般的真空能量密度高得多,因而是研究真空激发态的理想区域。”——错!即使出现了夸克——胶子等离子体,那也是物质高度密集的状态,哪里是“真空”,甚至是“物理真空”?!“真空激发”论真是到了胡言乱语的地步!
“这时物质的有效质量为零”——这也是谬论!只有物质全部转化为胶子,其静止质量才为零!但静止质量全部转化为胶子的动质量,就此而言,物质的质量哪会成为零呢?!何况,在夸克——胶子等离子体中,夸克仍是有静止质量的!只有在更高的能量和温度下,夸克也破碎而转化为胶子后,这时物质的静止质量才为零!可能只有到此时,手征对称性才得以恢复!
“根据核的相变理论,在正常温度和正常密度的条件下,一般核物质处于正常核态;但当密度达到2ρN时,可能出现π凝聚,这是核物质具有较高秩序的状态,类似晶体点阵排列的原子;当密度达到5ρN左右,单个核子产生许多新的激发能级,核变为激发态的强子物质;若再进一步压缩核物质,使密度达到10ρN左右,核由强子激发态继续发生相变,此时出现解除夸克禁闭,夸克跑出核子外,在比核子大得多的范围内自由运动。此时,夸克与夸克间相互作用粒子组成夸克-胶子等离子体(QGP)。”——说得有道理!
“格点规范理论趋于连续时空的规范理论,与连续时空的渐近自由相对应。”——格点规范理论实际是谋求连续时空与离散时空的某种程度上的统一。这种努力比较微扰方法合理得多。
“超核的发现,不仅打破了过去原子核只是由中子、质子组成的传统看法,而且通过超核的研究,还进一步获得了有关核结构与强相互作用的认识。”——的确如此。
“两个电子间的电磁力源于光子个交换;同样,光子与电子之间的力源于电子的交换。”——可能是作者的笔误,两个电子间的电磁力源于光子的交换;同样,光子与电子之间的力也源于光子的交换。
“结合相对论原理与量子力学的唯一途径是通过量子场论。”——非常正确!
“自然界已确认的参加强相互作用的粒子均由2个或3个夸克组成。粒子物理学家一直猜测应该存在新型粒子,包括由多于3个夸克组成的多夸克态粒子、由胶子(传播强相互作用力的基本粒子)和夸克混合组成的混杂态粒子以及由胶子组成的胶子球。”——说得对!
“宇宙射线整体上是和太阳系一样围绕银河系中心旋转的(图3),这就如同大气层随着地球旋转一样。我们由此推测,在整个银河系里,宇宙射线等离子体和恒星与气体物质一样环绕银河系的中心旋转。人们已经认识到在银河系不同半径处的物质旋转角度速度是不一样的,即小半径转得快,大半径处转得慢。我们的观测结果反映出宇宙射线等离子体在银河系不同半径处与物质共转,因而具有不同的角速度。”——正确!
三、电磁质量的量子分析
“当亚核粒子带电时,它所带的electric charge总是正好等于一个电子或一个中子的electric charge。”——文中“中子”应为“质子”!
丁肇中等发现的是J/ψ粒子,不是J/Y粒子!
“但实验上未观察到自由状态夸克,也未观察到自由胶子”——由于夸克和胶子都是强相互作用的基本粒子,人们还只有直接探测电磁相互作用和引力相互作用的技术手段,没有直接探测强相互作用的技术手段;另外,强相互作用是短程力,在超过这一短程后,胶子已脱耦为光子和引力子,从而,我们看到的只是光子(引力子我们还不能看到);自由夸克是否稳定,是否会转化为别的物质形态了,还不得而知。
“层子并不是物质的始元,它只不过是物质结构无穷层次中的一个层次”——在微观层次,物质结构不可能是无穷层次的,有最小量子结构的限制,物质是不可能无限可分的。在这一点上,我不赞成层子理论。夸克应有内部结构,基本粒子间和其内部都应有动态效应,这些观念我都是赞成的。
“此外关于对偶性的研究又触发了人们对超弦理论的新认识,这些突破被许多著名物理学家猜测将引起本世纪自相对论和量子力学以来的又一次物理学的重要革命。”“在量子论中,把electric field的Maxwell's equation量子化后,发展成为quantum electrodynamics,简称QED;它是以Maxwell's equation和Dirac's equation为基础,研究电子、正电子和光子之间的相互作用的量子理论。QED的基本观点是:传递电磁作用的是一种叫做光子的玻色子,自旋为1,静质量为0;可以将电磁力解释为光子的交换。到目前为止,QED对各种物理过程的理论计算,都和实验结果高精度地符合,表明它有正确反映客观规律性的一面。”——所以,我认为超弦理论和圈量子理论的研究是有成果的,是两种值得继续探讨的理论框架。过去,有人说超弦理论是物理学的终极理论,已离成功仅一步之遥;现在,则有人说它是伪科学,是浪费人材的数学游戏。我认为这两种说法和态度都是不正确的。
“现代物理学认为:同一能级内做加速运动是同一能级的电子交换能量,不能引起辐射电磁波;若跃迁(在加速且不在同一能级)加速运动的电荷能够辐射电磁波……经典电动力学并非总是认为加速运动的电荷能够辐射电磁波。比如,电荷在稳恒磁场中受洛伦茨力的作用作加速运动——即匀速圆周运动,此时带电粒子并不向外辐射电磁波。只有当我们改变磁场大小,电荷被迫作径向运动时才做功向外辐射电磁波。这个经典图像可以作为理解原子的核外电子为何只是在能级跃迁时才会发射或者吸收光子。”——对!等势面的环路积分为零,是保守力场,无能量损耗,无论是天体的开普勒运动,还是同能级的电子运动,都是这样。但电子在加速器中的回旋运动,是非保守力场的运动,其加速获得的能量和电磁辐射(同步辐射光)的能量都来自于加速器。
“作自由落体运动的带电物体,可以辐射电磁场的现象是一个熟知的事实,这个现象是可以用实验观测的。笔者认为这是因为带电物体在电磁场中运动的结果,如果屏蔽掉地磁场,则不可能观察到。”——既然“作自由落体运动的带电物体,可以辐射电磁场的现象是一个熟知的事实,这个现象是可以用实验观测的”,那么,为什么有人还会说:“在自由降落的升降机内,虽然相对地球升降机是一个非惯性系,但是根据广义相对论的“所有参照系等价”原理在升降机这个参照系中,电荷是静止的,那么电荷不会发出辐射”?那是他主观地、错误地断定:“在自由降落的升降机内,带电物体会像不带电物体那样作自由落体运动的。从而,在升降机这个参照系中,电荷是静止的。”事实上,在自由降落的升降机内,带电物体不可能像不带电物体那样作自由落体运动!即使屏蔽掉地磁场,带电物体自己的电场在以光速传播,带电物体相对这个电场不是静止的,也不是同步的,而是相对异步地运动的,它必然受到这个电场的阻尼(形象地说,切割电力线产生一个阻尼它运动的感生电磁场),从而,它必然会发出电磁辐射!它的动能减小,因而,它下落的速度比较作自由落体运动的不带电物体的速度要慢,它相对于那个升降机参照系,不是静止的,而是运动的,是向升降机的顶部方向运动的!一个客观的物理现象,不会因坐标系的选取而发生根本性的改变!我们知道,地球由于自转,其地幔内的带电流体随之转动,从而形成了地球的电磁场,我们相对地球而言静止的人们,可以测到这个电磁场及其辐射!另外,应该指出:非惯性系与惯性系是不能等价的!
“在同一能级内作加速运动的电子,很可能处在电磁‘辐射’与‘吸收’的动平衡之中。虽然在总体上并没有表现出电磁辐射的存在,但是并不表明根本没有电磁辐射与吸收的过程存在。”——这观点有道理。
“电磁波的动量应当为0”——电磁波(光子)也是有动量的,p=hv/C。
在一个将外界电磁场屏蔽了的空间内部,电磁场才是有界的,封闭的,否则电磁场是无界的,不封闭的。有界封闭的电磁场会形成驻波,共振时有驻波辐射。分析时不考虑此问题,其结果就欠合理性,就不能完全令人信服。在必需计及引力效应的时候,系统是不可能封闭的。因为,无法屏蔽引力场!
四、磁单极子的存在性问题
“波动性的Maxwell方程组和粒子性的Lorentz方程联合起来才能完整阐述电磁理论——表明了经典电磁理论是一种凸现了电荷或磁荷的波粒二象性唯象的理论。经典电磁理论内蕴的Einstein相对论也是一种包含了波粒二象性的理论。”——这一分析很有见地,这就表明了相对论和量子论构成的现代物理是经典物理的合理的、科学的发展,认为现代物理是反经典物理的认识是完全站不住脚的!用这种荒谬的论调来反现代物理是反科学的。
“经典Newton动力学则是没有波粒二象性的典型的粒子理论。这就是为何经典电磁理论以及相对论可以自然地和量子力学结合,产生出量子电动力学和量子磁动力学等;而经典Newton动力学则和量子力学格格不入,除非经过根本改造否则和量子力学在本质上无法相容。”——这一分析也很有见地。有些人说他们已经推翻了相对论,甚至量子论,有能力将Newton动力学发展到取代相对论和量子论构成的现代物理,完全是毫无事实根据的吹嘘和欺世盗名的梦呓!
“1931年狄拉克研究磁场里运动的电子的波函数相位与电磁场量之间的关系时,考虑到量子原理波函数的相位的不确定性,导出了电荷量子化的条件、从而推出任何带电粒子所带电荷都一定是单位电荷的整数倍;任何带磁荷粒子所带磁荷也必定是单位磁荷的整数倍。”——现在量子色动力学认为夸克带电是单位电荷的分数倍,狄拉克的观念和结论已被突破!
“磁场既然有变化的electric field产生,所以electric charge应当为磁场的来源,因此不存在磁单极子。”——我也持有先生的这一见解。
五、强相互作用与电磁力的关系
“由于大型实验装置的兴建和巨大发展,人们已经或即将把正常状态的原子核推向极端条件,如:高速旋转(转动频率高达1020 Hz)、超形变(长短轴比达2∶1)甚至巨形变(长短轴比达3∶1)、奇异形状(梨形、香蕉形等)、反常中子质子比(轻晕核、如11 Li、已达8∶3)、常温低密(如晕核等)、常温高密(如核天体等)、高温高密(高能核核碰撞产生的核物质、核天体等)、乃至新的物质形态—夸克胶子等离子体。这些新的运动模式和状态下的原子核的发现既对传统的量子核多体理论提出了严重挑战,同时也密切了与其他学科(如:粒子物理、天体物理、凝聚态物理等)的关系。这些极端条件下原子核状态的发现对核物理研究不仅产生了巨大的冲击,也提出了严重的挑战,并提供了重大机遇,成为当前原子核物理发展的主攻方向。通过对这些极端条件下原子核的研究,可以深化原子核理论的基础知识的认识,并了解极端条件下强相互作用物质的形态、性质及相关机理,发展新的量子多体理论。”——是啊,只有科学实践才能鉴别理论的真伪,完善人们的认识,推进新观念和新理论的建立。科学和技术是相辅相成的,正确的科学理论及观念推动技术的发展,技术的发展又推动了科学认知和理论的发展,除此无它!
“量子场论关于强相互作用的研究还处于非常初级的阶段,量子色动力学面临的困难,以及各种大统一理论和超统一理论的失败,使我们目前还无法真正确认强相互作用的物理本质。”——确实如此。
“强相互作用与电磁力方向相反,可以认为是电磁力的反作用”——错!作用与反作用不可能集于同一物体上!
“夸克之间越接近,强作用力越弱。当夸克之间非常接近时,强作用力是如此之弱,以至于它们完全可以作为自由粒子活动。”——夸克之间越接近,强作用力越弱,是由于进入凝聚态,色电、色磁耦合削弱了强相互作用之故!此时也不是单个夸克的自由活动,而是无色的夸克对或环的自由活动,而且适用玻色统计。
色胶子和夸克在极度接近时(此时它们具有极高的能量和色温)发生色电、色磁耦合,表现为吸引,强相互作用极大地削弱!而将色电、色磁耦合的色胶子和夸克分离需要极大的能量,这就是“夸克禁闭”和电子极难粉碎,无法观测到单独的夸克和胶子。没有达到极度接近时(例如大于11倍普朗克尺度——11 L PL),要想使粒子能进入11 L PL尺度附近或之内,就要给粒子以足够的动能(使之具有极高的能量和色温),这就显示着越接近,强相互作用为强斥力;而更远距离,核力又显示着微弱的吸引力(弱相互作用)。所以,王保新先生的图像与实际并不一致。
“电磁力与强相互作用互为反作用力”的观点是错误的!
“科学家利用格点量子色动力学来描述核子之间的强力作用发现,在任何量子问题中,夸克和胶子不是一个确切的粒子,而是一种场。”——格点量子色动力学实际是谋求连续时空与离散时空在某种程度上的统一。这种努力比较微扰方法合理得多。因此,它可能解决旧的量子色动力学不能解决的问题。但量子化的场物质还是粒子!
六、电磁质量的几何空间结构
“量子力学和广义相对论的矛盾主要就是重整化的问题”——不!两者首先是时空几何不一致,量子力学的时空是离散的、无穷维空间的,时间虽是一维的,但不连续;广义相对论的时空是连续的三维空间,一维时间。这问题根据同时性破坏,时空应离散的多度规的时空来统一。其二,强相互作用与引力相互作用的耦合系数相差悬殊,但这是认为光速在任何场强下都一样造成的。采用光速随场强而变化的认识,此问题也就解决了。其三,是时空倒底是有限还是无限的观念矛盾:广义相对论认为时空之大有极限,但可收缩到零;量子力学认为时空之大无极限,但小有量子极限——普朗克尺度和时间标度,但求积分时下限仍取零!我指出:对于一个有限质量的宇宙体系(这样的体系有多少,不得而知),其最大尺度是有限的,其收缩的最小尺度也是有限的,并且,任何天体和微粒物质内都是中空的,也不能将无形物质压缩到零!量子积分的下限不为零,上限不为无穷大!
“现代物理学认为引力与Coulomb力是性质完全不同的力,万有引力与G.G.Coriolis力属于同一类型的力——几何力,与物体的性质(例如物体的质量等)无关。”——这一段肯定有误!现代物理学认为引力和电磁力在弱作用去耦前是统一的,万有引力与库仑力与物体的性质紧密相关!
“引力场区别于其他力场,它在局域space-time内能被惯性力抵消,说明它本身可能与space-time结构有关,虽然它本身不反映space-time结构,space-time结构会强烈影响物质存在与运动,因为影响是相互的,所以物质的运动必然影响space-time结构。由于电磁质量与electric charge的运动状态无关,因此电磁空间结构不可能与引力空间结构完全相似。”——错!任何场的结构都与其相互作用有关,因而也与运动有关!天体对电磁场和引力场的拖曳已经说明了问题!最近天文学家发现一颗高速运行的恒星拖着长长的尾巴,就像彗星似的,也是实证;奇形核问题也是这样。
“迄今全部物理学是一定类型的局域——明显的分层空间的理论……杨振宁认为:‘局部与整体的关系通过20世纪的拓扑学,李群和微分几何的发展变成了数学中的显学。近年来物理学中的整体观念也在多方面有重要的发展。’”——的确如此!
“局域(微分)描述+整体(拓扑)描述=物理世界的完整认识。”——对!这就是数理学家带领人们理解物理世界的方法和途径。
“60年代,Nambu和Goldstone发现量子场论真空会发生自发对称破缺,70年代A.M.Polyakov等发现真空的拓扑结构,这些都说明真空具有丰富的结构与物性,值得去重点研究。”——应该是远离源的引力场和电磁场(光子场)的自发对称破缺和拓扑结构,而非真空!物理真空不存在物质,也就不会有什么自发对称破缺和拓扑结构!
“量子化电磁场有无穷大的真空零点能,又由于负能电子的存在,导致真空具有发散的电荷密度,场论遇到了困难。”——错误的真空观必然导致一系列的矛盾和困境!
“他当时得到的解是从引力质量与电磁质量的等价性得到的。Einstein由于没有充分认识到引力质量与电磁质量的区别,因此最终没有关于多桥问题解的重要数学困难。”——不!应该说Einstein不但认识到引力质量与电磁质量的区别,还认识到引力质量与电磁质量的等价性!
“度量空间为四维space-time(如果space-time维数大于四维,那么可以研究它在四维space-time中的投影)。”——这一认识还是对的。
“强宿命论认为,宇宙在所有时刻的历史都是固定的。这是由对称的相对性所决定的。”——这是错误的思维!
“space-time是物质的存在、运动、变化的舞台”——错!space-time是物质的存在、运动、变化的历史和现实!
“不能说对力学space-time是弯曲的,而对电磁学spacetime是平直的。”——对!真实的时空,在微观上,由五种相互作用(引力、电磁力、度作用力、弱力和强力)决定的;在宏观和宇观上,现在是由引力、电磁力、度作用力所决定的,在大爆炸的早期,弱力和强力也起过作用,特别是弱力去耦的CPT对称使球形对称的自发对称破缺对多宇宙时空的形成起过决定性作用。
“等效原理不仅适用于力学,而且适用于电磁学,乃至一切物理规律,甚至一切自然和社会规律。”——这个观点是成问题的。等效原理是个局域性原理,不是可以泛用的!
“引力场源于space-time弯曲。”——错!一是本末倒置,二是光程线的弯曲使时空看似弯曲了!
七、力场统一过程回顾
在《自然哲学的数学原理》的序言中,牛顿明确地提出了他的科学纲领:“我把这部著作叫做自然哲学的数学原理,因为哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象来研究各种自然之力,而后用这些力去论证其他现象……我希望能用同样的推理方法,从力学中推导出自然界的其他现象。”——应该说牛顿的这个基本思想是正确的,只有从各种运动现象来研究各种自然之力,而后用这些力去论证其他现象。各种自然之力有共性又有个性,只有正确把握,才能识别世界的奥秘。而这些分析和推理只有从客观真实的运动现象去着手,去判别,而不是自说自话!也不是按什么旧有的哲学观念来进行什么“逻辑推理”!
“当代物理学正出现天体物理和粒子物理的新的合流;加速器物理和非加速器物理的合流,需要新的物理的实验,更需要新的物理观念。20世纪60年代出现的超对称观念,初试锋芒之后已经渗透到了现代物理的许多领域中,这种渗透的延伸是一个试图统一自然界所有相互作用的超弦理论,它对时空维数的要求,变成了十维而不再是四维。”——我的正交的多度规多宇宙时空理论就是将天体物理和粒子物理问题统一起来解决的努力,也是运用了对称性(包括超对称)观念,得到的结果至少与超弦理论有四个共同的见解:1.宇宙至少是十维的:九个空间维,一个时间维。不过,正交的多度规多宇宙时空理论说:宇宙至少是三度规的,九个空间维,三个时间维。因有两个时间约束方程,独立的时间维只有一个。由于三度规是正交的,另两个度规在我们所在的度规空间的投影是个几何点(零)。所以,我们只能看到自己所在的三维空间,看不到另外的六个维,并非它们卷缩着!另外,超弦理论认为物质仅存在我们自己所在的四维空间内,其他的六个维无物质。而正交的多度规多宇宙时空理论说,与我们所在的度规空间正交的另二度规空间内也是有物质的,至少有光子(至少是无源电磁场和引力场),这也是两者的差别。2.基本粒子都是超弦,有静止质量的粒子是闭弦(或圈量子)的纽合物(闭弦的缠绕纽合不是成膜,而是成空心球之类的)——两个互补的色粒子(夸克或胶子)成对或三色粒子(夸克或胶子)构成无色闭环的纽合物;无静止质量的粒子是开弦。这两种物质可以相互转换。也就是说,开弦与闭弦可以相互转换。正交的多度规多宇宙时空理论还说:(1)胶子、光子、引力子是同种物质的三种不同的宇称态,在强、弱作用耦合时合三为一,在强、弱作用去耦合时,色胶子分为光子和引力子。这就是在强相互作用时四种相互作用统一,在短程作用去耦后,我们看不到胶子,只看到光子的缘故。而且,光子和引力子的宇称之和正好等于胶子的宇称。(2)有静止质量的粒子高速运动,其质量增加到其闭弦的缠绕纽合张力不能承受时,它就会蜕变为质量小的基本粒子,并释放出光子。如此,直到逐步全蜕变为光子。只有无静止质量的粒子——开弦才能以光速传播。3.绝对零真空和绝对无穷大真空正是超弦理论所说的R与1/R的时空具有物理的对偶性,它们都是物质及其运动、演化不能进入的时空。但决不可能从零真空中拖出个∞真空来(有些超弦理论的研究者认为可从零真空中拖出个∞真空来),它俩是被物质时空分隔开的,是永不相遇的!4.爱因斯坦相对论是统一场理论的低能近似。
“他们将M理论中的一个空间维数收缩成一条线段,得到两个用该线段联系起来的十维时空。粒子和弦仅存在于线段两端的两个平行的时空中,它们通过引力彼此联系。物理学家猜测,宇宙中所有的可见物质位于其中的一个,而困扰着物理学家的暗物质则在另一个平行的时空中,物质与暗物质之间仅通过引力相联系。这样,便可巧妙地解释宇宙中为什么存在看不到的质量。这一图像具有极其重要的物理意义,可用来检验M理论。”——既然正常物质与暗物质分别在两个平行的时空中,怎么又在同一个星系中?!既然我们人类是由正常物质构成的,那么,暗物质在与我们有别的另一个平行的时空中,那又怎么可能去探测到它们呢?!难道我们可以在不同的平行的时空中往来吗?!如果是这样,那“正常物质与暗物质分别在两个平行的时空中”不又成了悖论了吗?!
超弦理论是否能为十一维(增加了一个空间维)的M理论所统一并带出困境,我看不可能!关键在于,就像现有的量子论和相对论(包括M理论)都忽视了相对论的一个重要结论:相对运动和引力破坏了同时性。从而,量子的多体系统和宇宙,不可能只用一个时标来描述,即宇宙和量子问题是个多时钟系综,而不是单时钟系统,时间与空间一样是矢量,是多维的。就像先生说的时间与空间是平权的。只有引入多度规,才能使统一场理论走向成功。
正交的多度规多宇宙时空理论的统一场方程组就是个巨矩阵方程组,它的每一个矩阵元都是矩阵,而且它是幺正的,即每一个度规是正交的,不同的度规时空是相切的。这个理论已提出十个可由天文学和物理实验检验的结论,其中三个已为近几年来的天文学新发现所证实:宇宙还在加速膨胀(不过已处于缓涨期),我们所在所见的宇宙的尺度现不小于138.59亿光年(美国根据太空摄影算出为137亿光年,但我的理论指出宇宙最外层是向外传输的光子层,它摄不到,故观察实测值应小于理论值),我们所在所见的宇宙是旋转的(已处缓转期),它是个椭球体。
八、电磁质量与引力质量的统一问题
量子论与广义相对论(引力理论)难以统一的问题,我在前面已说了,需要补充的是,对于时空流形不能只考虑引力的收缩作用。宏观地讲,还要考虑电磁力(光子)的作用,引潮力的分散和膨胀作用,还要考虑度作用的离散化、频谱化。微观地讲,还要考虑短程力。所以,时空流形不可能为黎曼几何所正确描述。还是要用幺正群,要用拓扑空间几何。统一场理论理所当然地应该是宏观几何和微观几何的统一。
“分立学说认为:自然统一于物质,物质是由基本粒子构成,空间是物质运动和变化的场所,他没有任何物理意义。连续学说认为:自然统一于某种连续变化的存在,物质和空间是这种存在的运动和变化的表现形式。”——此说不符合事实,牛顿力学是建立于微粒说的,但他还是使用连续介质观,而他的时空观是时空独立于物质的。量子论是分立学说,但它奉行时空是与物质关联的观念。
“时空是物质存在的根本形式。当我们感觉到物质存在的同时也就感觉到物体间的相互邻接关系,以及在同一地点事件发生的先后次序,即有了时空的拓扑概念。”——正确!
“最近法国一个研究小组证明,在重力的作用下运动的物体不会毫无阻碍地下落,而是摇曳的、跳跃式地下落。”——不带电微粒子(如中子)在低真空度的管室内,在地球引力场的自由下落,不是沿下垂线连续落下的,而是阶梯式下落的。这表明引力场实际上也是像原子内的电磁场那样,也有能级的,是离散的。行星、卫星稳定轨道的不连续分布早就表明了这点,只是人们没从这一观点上去认识而已!
圈量子理论是从相对论出发的统一场理论,超弦理论是从量子论出发的统一场理论,还有黑洞热力学派,我自己把我的正交的多度规多宇宙时空理论就归结为黑洞热力学派,三者殊途,但会同归的。统一场理论就是成功了,也不会是最终理论。实践会再度突破任何看似“非常成功”的已有理论,迫使人们修正和发展已有的认识、观念和理论,这个进程永远不会终止!
“七” 光学问题
一、光的本性的认识过程简要回顾
“激光出现以后,曼德尔等人进行了独立光束干涉试验。他们用两只脉冲式红宝石激光器作为两个独立的光源。为了保证条纹的可见度,采用了光电符合技术以消除各种频率漂移使信号产生的干扰。结果获得了条纹可见度为15%的干涉图样。经过改进,完成了高度减弱的两束独立激光之间的干涉。在这一试验中,高度减弱的两束独立激光每一束中一次只能有一个光子入射。也就是说,当一束激光发出一个光子时,另一束激光发光子的几率仅有万分之一。1971年,拉德罗夫又用另外的方法完成了类似的试验。独立光束干涉试验给光的粒子说带来一个致命的问题。因为独立光束的‘单光子干涉’发生的是双光干涉,当第一个激光器发出的光束中仅有一个光子奔向控制器时,第二个激光器还未发出光子,第一个光子就已经与第二个尚未到来的光子发生了干涉效应。然而,当把一束激光关掉时,这种干涉就消失了。”
我对这一现象的解释是:两台激光器之间的相互作用属于度作用,度作用是以真空光速(C∞=80万公里/秒)传播,但光子却以相光速(C=30万公里/秒)传播。从而,我们看第二台激光器的光子还没从激光器发出,它却已与第一台激光器发出的光子通过度作用发生了干涉效应!事实上,第二台激光器的光子已经产生,只是还没从激光器发出而已。用这个实验也可检验真空光速C∞是否是80万公里/秒。这就要建立一个自动的高速光电计时器或高速摄影器,测定干涉发生与第二光子到达干涉点的时间差(也即度作用的超前量Δt)以及第二台激光器发生光脉冲到第二光子到达干涉点的时间t。r/C∞=t-Δt, r/C=t,C∞=Ct/(t-Δt),Δt/t=5/8,或t=1.6Δt。从而,这个实验可以用来检验我的理论正确与否。
“一束频率为υ的光便是一束单个粒子能量为h光子流”——应是一束频率为υ的光便是一束单个粒子能量为hυ的光子流。
“hυ=1/2mv 2+ E”——还是写成:“hυ=0.5mv 2+ E”,或“hυ=mv 2/2+ E”为好。
“1963年Ready等人用激光作光电发射实验时,发现了与Einstein方程偏离的奇异光电发射。1968年Teich和Wolga用GaAs激光器发射的hυ=1.48 eV的光子照射逸出功=2.3 eV的钠时,发现光电流与光强的平方成正比。按Einstein方程,光子的频率处于钠的红限频率以下,不会有光电子发射,然而新现象却发生了,不但有光电子发射,而且光电流不是与光强成正比,而是与光强的平方成正比。于是,人们设想光子间进行了‘合作’,两个光子同时被电子吸收得以跃过表面能垒,称为双光子光电发射。后来,进一步的实验表明,可以三个、多个,甚至40个光子同时被电子吸收而发射光电子,称为多光子光电发射。人们推断,n光子的光电发射过程的光电流似乎应与光强的n次方成正比。因此,光电效应的粒子的解释有如下两个困难:(1)电子是如何吸收光子的能量的,它的物理过程是怎样的?光子的频率是如何转化成电子的速度?(2)为什么某些激光不遵循Einstein方程?为什么非激光光源不会产生多光子光电发射?”
钠原子的价电子吸收了GaAs激光器发射的hυ=1.48 eV的光子,齐步到达一个亚稳的激发态,再吸收第二批光子,越过逸出势垒,发生光电流。从而光电流不是与光强成正比,而是与光强的平方成正比。对于,吸收n光子的光电发射过程的光电流应与光强的n次方成正比。如果不用激光,而用普通白光,由于是宽频光,各个价电子吸收了,是杂乱地进入激发态,这些杂乱步调的电子相互影响、干扰,从而谁也无法越过逸出势垒,不能发生光电流。是光子的能量扣除越过逸出势垒所需的能量(相当于势能)后,余下的就成了光电子的动能了。不是光频转化为电子速度!
二、光子的静止引力质量问题
光子无静止质量而有动质量,它有电磁效应而无电荷量和磁荷量。光子是无形物质。
三、光的物理本质
“尤其明显的是,从宇宙线的探测到高能加速器以及对撞机的应用,几乎高能物理实验的各个方面都要涉及狭义相对论效应,可是随着加速能量的不断提高,现在已经确认在小到约为一个质子半径百分之一的距离内,没有观测到狭义相对论的破坏。有人进行了静止光子质量的实验及光速测定的实验,还有人进行了大量有关运动介质的电动力学实验和直接检验尺缩钟慢的相对论效应实验,甚至有人用高速喷气飞机上的原子钟验证运动时钟变慢的效应。所有这些实验都表明,无论在微观尺度还是在宏观尺度,还没有发现狭义相对论有破坏的迹象。”——科学实践已经证明并将继续证明中国的那些反相者的荒谬和注定失败!
“弱相互作用存在于除光子外所有基本粒子之间的一种短程作用。光子不参与引力相互作用,而参与电磁相互作用,存在于一切带电粒子或具有磁矩粒子间的电磁相互作用过程中,说明光子的引力静止质量为0,能量由电磁质量携带。”——“光子不参与引力相互作用”之说并非正确。因光压而掩盖了它的引力效应。光子的静止质量为0,动质量就是电磁质量,它乘以光速的平方就是能量。质量与能量都是由物质携带的!质量与能量之间不存在谁携带谁的问题!
“现代物理学认为光子不带电荷是错误的,只是其电荷的电量非常小,现代物理学的实验观察不到。”——我不认同此说。无论从经典的麦克斯韦方程,还是相对论电动力学,早已有人算出:带电物体在运动速度达到光速时,电量衰减为零。光子能例外?!
“如果光子呈现电中性,那么它是如何表现为电磁场的排斥和吸引的性质的呢?”——光子不仅具有电作用,还有磁作用,是否还应认为它有磁荷,或“带电的光子旋转”;它不仅有“光压”这种动量,还有旋转角动量,那它还不是点粒子,应有大小?如此,问题越来越荒谬!光子也是电磁波,它有旋转的电矢量和与之正交的磁矢量,因而,既有电作用又有磁作用。光子是兼有波和粒子二重特性的无形物质。单纯地看作粒子或波,这种机械式的思维是不对的!
“物质与场构成的系统是如何保持能量守恒的呢?”——有形物质与无形物质之间的转化遵循质量和能量守恒!在上一章节中我已论述过,包括引力质量与电磁质量相互转化的问题和事实。
“类星体发出的光”——类星体发出的光的速度不小于40万公里/秒,在传到地球时速度减为30万公里/秒。
“光子频率的变化与它在引力场中运动的距离有关。”——这不是说明光子有引力效应吗?引力质量与电磁质量存在等效性。这一点连爱因斯坦都提到过。
“由于光子不具有引力质量,因此光子space-time属性,它在绝对space-time中静止,在相对space-time中以光速运动。”——错!在绝对静止坐标系中光速是60万公里/秒,在我们所在所见的宇宙——这个相对坐标系(它在旋转和以30万公里/秒的速度相对这绝对静止坐标系运动)中光速才是30万公里/秒!
“另外space-time也是能量存在的方式”——时空是物质存在、相互作用和运动的方式,而物质具有质量和能量。
量子色动力学对强相互作用的分析显然不同于靴袢理论。
“正负electric charge辐射的光子应该不同,光子的频率也应当存在正负。”——这些观点是错误的。不要说正、负电荷辐射的光子不会有正负之分,正、反物质辐射的光子也无正负之分!光频没正负,只有相位有正负。
系统处于平衡态(最低能量态)附近时,自然的倾向是系统趋于最低能量态(稳定态)。在远离平衡态时,它如能从外界获得能量,将维持其远离平衡态,维持、产生或发展新的有序结构。此时,它不是处于最低能态,而是处于一种高能平台。一旦没有外界能量的供给,系统就可能崩溃,向最低能量态过渡。生命体就是这样。
“光子速度为定值,电子速度可变。”——光子的速度可变,连先生文中都有实例。
对于光线在恒星附近的弯曲,频率红移,我认为,不能仅考虑引力的作用,还有恒星电磁场的作用。另外,我不认为是“空间弯曲”这种几何结果,几何的本源还是相互作用!时空几何并非仅由引力决定的。因而,用广义相对论来解释,遇到了不相符合的情况是不奇怪的。
四、光速的测量
“假如在某一时刻在两个不同的地方看到同一颗星,这就是所谓‘魅星’。”
一般情况下不一定同一颗A星在轨道两端出现,但只要光速依赖于光源速度,则我们预期总能看到“魅星”出现,并且会观察到双星轨道有明显的畸变。
事实上,天文观察到的双星系统都很正常,从未看到过“魅星”,这表明图2.2中A星在a和b点发出的光相对地球的速度是一样的。
所以根据观察,人们断定光速与光源的速度无关。
“4.河外星系与恒星的校差光行差 由于地球有环绕太阳的公转速度v=29.75 km/s,按照光行差角的公式,可求出光行差角的最大值为α=20″.47。对各种恒星进行观测,所得到的光行差角都与20″.47相符合。如果光速与光源速度有关,则α=tan- 1v/c,也应与光源速度有关,即α不再是常数。考虑到河外星系有很大的退行速度,有人认为,如果光速与源速有关,则应观察到α值的变化,但观察结果不能发现这个变化。因此,这个现象被认为是光速与源速无关的证明。”
光速与发光源的运动速度无关,并非仅是相对论的理论结论,也是天文观测的实际结论。可是,中国的反相者仍闭眼拼命反对,说他们是不顾事实的反科学狂徒,一点不错!
五、光速不变性原理的实验基础
“美国东部时间2005年10月15日(北京时间10月16日)消息:10月16日,美国杜克大学丹尼尔—高希尔等人将在《自然》发表研究文章。他们进行了设计最完美的实验,希望用比光速更快的速度传输信息,结果失败了,从而也提示Einstein的速度极限理论无懈可击。在过去的几年里,科学家采用量子作用、特制镜片、和充满钾蒸汽的腔室进行“超光速”实验,结果表明,比光速更快的观念并不合适宜。人们曾经猜想,是否存在着违背Einstein相对论的超光速,并且可以采用这些超光速技术,以比光速更快的速度传输信息。最为著名的超光速实验,鉴用了含有著名“异常色散”原理的气体腔室。当将一束重叠光波所组成的脉冲,照射穿过该腔室时,腔室内的气体使光波漂移,从而使得光脉冲的速度看起来比光速还快。高希尔等在所进行的实验中,就是采用了这种超光速实验腔室,其腔室充满的是钾蒸汽。结果初看起来,好像是光脉冲的传播时间比光速快了大约270亿分之一秒。但是,当高希尔等通过改变光脉冲振幅,从而加载1或0的数据信息,以快于光速的速度传输信息时,则加载信息所修饰的光脉冲,通过钾蒸汽腔室的传播速度比光速要慢。而且,既使光脉冲本身以比光速更快的速度通过腔室时,结果也是如此。”
我对这个实验的见解是:所谓看到的比传输光更快的光脉冲,并非是“被加速”的传输光的光脉冲,而是钾蒸汽在度作用下发的光脉冲,所以,它超前于传输光的光脉冲,但它不包含传输信息。包含传输信息的光脉冲实际上并没被加速,仍按相光速传播。因而,信息传输没有能“超光速”。但通过此实验可以配合曼德尔的单光子干涉实验验证爱因斯坦的真空光速是个有限值的假设和我的理论是否正确:如果光在此充满钾蒸汽的腔室传播的相速度是C2,耗时t2,腔室宽为r,那个“超光速”的光脉冲较t2提前Δt,若它是由度作用瞬时激发的(没有延迟),则其传输速度C1=C∞,t1=t2-Δt。那么,r=C2·t2=C1·t1=C1(t2-Δt)=C∞(t2-Δt),C∞=C2·t2/(t2-Δt)=r/ (t2-Δt);若那个“超光速”的光脉冲由度作用激发而有所延迟,则C∞>r/(t2-Δt)。这一实验和曼德尔的单光子干涉实验相结合,如果都表明C∞的确都仅为80万公里/秒左右,则就证实爱因斯坦的假设和我的理论是正确的。
“剑桥大学天文学院的迈克尔·墨菲教授说:‘我们将在这里宣布一些惊人的发现。这些发现暗示出宇宙间存在一种关于光和物质相互作用的更基本的理论,而狭义相对论作为它的基础实际上是错误的。’Einstein认为光的速度是恒定不变的,而这一前提支撑了他的许多伟大的理论包括狭义相对论,同时也是现代物理学的根基。但是墨菲却认为光的速度不是恒定不变的。”——我的理论给出的:C=C∞exp(-σ1ξ+σ2E 2),ξ是有静止质量的物质的分布密度(对星际空间而言,是天体、星云、尘埃、气体、粒子流),E是场强(对星际空间而言,是引力场,电磁场),σ1、σ2就是相关的作用因子,这就是“光和物质相互作用的更基本的理论”。光速可变是生活(如折射现象)和科学的事实。历史上,宇宙的星际光速是由低变快,从而宇宙加速膨胀。相对论是建立在“真空光速是个不变的有限值”这一假设上的,不是建立在“光速不变原理”上的。按我的理论,宇宙的星际光速在今后非常漫长的岁月内仍将继续缓慢地加快,而不是减慢;对应地,宇宙在今后非常漫长的岁月内仍将继续缓慢地加速膨胀,而不是收缩。
六、光速不变性原理的提出
“时间和空间不是别的正是运动着的物质本身,进一步说是物质本体通过运动所表现出的现象形态。……从表面上看,相对论是一关于时空坐标变换的理论,其实坐标变换仅是一种数学处理手段,还是表象的东西。”——对!
“严格讲,相对论是一个关于运动着的物体或粒子与真空相互作用的理论。”——正确地讲,相对论是一个关于运动着的物体或粒子(有形物质——有静止质量物质)与场物质(无形物质——无静止质量物质)相互作用的理论。
“牛顿力学是一种经验科学,但它在本质上也是一种物体或粒子与真空相互作用的理论。”——牛顿力学是一种经验科学,但它无场这种无形物质的观念,故它的时空是可以脱离物质而独立存在的。
“引力、物体的惯性、质量等无一不与物体或粒子与真空相互作用机制有关。”——不!物体的惯性、质量、能量及相互作用与物质(有形的与无形的)的特性有关。
“光速不变原理”——应该是“真空光速是个不变的有限值”的理论假设。这一假设就像几何中的平行线公理一样,不可能直接由其他理论导出,至今还未能直接由实验实证。只能由验证其一切推论来间接验证它。
“光在空虚空间里总是以一确定的速度c传播着,这速度同发射体的运动状态无关。”——爱因斯坦的话已很明确,他说的是真空光速为定值,与发光体的运动状态无关,并非是任何空间的光速都不变,不可谓:“光速不变原理”!
“1.在所有的宇宙空间中,光速都是不变的,都是以均匀的速度c,匀速传播。”——错!这就是“任何空间的光速都不变”的说法,既非爱因斯坦的话及本意,也与客观事实不符!不要说固体、液体中光速与气体中不一样,就是等离子气体中光速也与中性气体中也不一样,而宇宙空间中等离子气体有的是!
“Einstein的‘光速不变’假设,和‘以太’假设是等效的。”——错!“以太”是臆想物,光是实在之物;“以太”被设想为传输光的特殊弹性介质,它可相对于绝对空间静止,也可被带动;而光子不是特殊弹性介质,它可为物质吸收,但并非能静止!并非是哪个较直观的问题。除了可见光和具有热感的红外线、微波外,其余频率的光对人体而言,也并不直观。真空光速为定值与绝对时空风马牛根本不搭界!
“2.‘光速’相对于宇宙中所有的光源物体的传播速度都是c,都是光速。显然可以把‘光’的传播速度视为c,而把光源的运动速度视为零,视为静止的;同时又可以把‘光’的传播速度视为零,即相当于‘以太’,那么就可以把光源的运动速度,视为c。”——错!即使光源的运动速度为c,它发射的光的速度仍是C,数学上已论证。而且,我的理论指出,我们所在所见的宇宙的整体运动速度就是C。而在此宇宙中,光源有各种各样的运动速度。而且,对具体的发光天体而言(例如,类星体和黑洞),所发光的速度并非都为C,只是传到地球附近的空间时,都成C了!
“3.‘光速’相对于宇宙中所有的非光源物体的传播速度都是c,都是光速。显然可以把‘光’的传播速度视为c,而把物体的运动速度视为零,视为静止的;同时又可以把‘光’的传播速度视为零,那么就可以把物体的运动速度,视为c。”——错!真空光速为定值,并非光对宇宙中所有的非光源物体的传播速度都是c。
Einstein的狭义相对论作为出发点的基本前提是:在我们所在所见的宇宙内找不到建立绝对静止坐标系的参照物,为了正确地描述物质和物体的运动只能采用相对运动坐标系,而彼此之间作匀速直线运动的参照系(惯性系)中,运动和动力学关系将是一致的。
“不管光离开其光源时速率多大,由于媒质的介入,一个新的扰动来替代他,这个扰动的频率与光源光频率相同,但却以媒质的特征相速度来传播。这时,对媒质的光学性质进行修正以后,相对于媒质静止的观测者测得的光速都将等于这种媒质中的光速,使得源的运动和光相对于源的速率无关。”——正确!问题的实质就在于此!
“只有引力场才具有传播‘光子’的能力。而其他任何具有质量的介质只能改变光的传播方向,并不能改变光的传播速度,因为具有质量的介质没有传播光子的能力。”——错!如果电磁场没有传播“光子”的能力。还会有电磁波吗?!任何具有静止质量的介质也同时有其引力场(可能还有电磁场),而且,介质可能吸收、折射、反射光,其也使光速改变至其相光速,这是理论和事实都有根据的。
七、光速不变性原理的解释
“物理学可以使用假设,并在假设的基础上,建立理论,然而用实验检验其非假设成果的正确性,进而间接验证假设的正确性.之所以这样做,是因为在假设时代,该现象还得不到合理的解释,这说明假设的现象比当时物理能解释的东西更基本.因此,如能在以后对假设作出科学的解释,就是对物理学的重大突破。”——说得对!
“光速相对于不同观察者不变,那么相对于介质也不变,因为介质不过是一个特定观察者。”——这里偷换了概念!介质是光的“媒质”,观察者是光的接收者!两者是不等价的。观察者终止了光的历史,吸收了它的能量;作为“媒质”的介质则不具有这些功能,它甚至没改变光的能量,也没终止光的历史进程!
“根据沙比罗等人已完成的所谓‘雷达回波的延迟’实验,证明了太阳的引力场能影响光速。爱丁顿等好几组科学家观察到通过太阳附近的星光会发生弯曲,也直接证明了太阳引力场会影响光速。”——这就证明“引力不改变光速,只改变方向”之说是不对的。用引力场(电磁场也一样)改变光速的观点同样能解释光程线弯曲,使空间看似弯曲了!
“光子与中微子没有相互作用,ether不影响光速,光子与引力场没有相互作用。”——中微子没有电荷,不参与电磁相互作用。ether不存在,当然不存在影响光速的问题。引力场能影响光速,光子与引力场必有相互作用。
“实物运动时,能且只能带动属于它自身的万有引力场”——不!还带动其周围的电磁场。
“地球与其自身的引力场永远保持相对静止”——否!天体对其周围的引力场和电磁场起较差拖曳作用,只有紧靠天体的那部分是同步的(相对静止的),越远差动越严重。
迈克尔逊—莫雷实验仅仅表明,光速与坐标系——测量的参照系无关,与真空中光速是否是常数,完全是两码事。
“物理学中的光速不变性原理是指在仅有引力场的条件下,是有引力场的运动速度决定的,而在电磁场中光速是可变的,例如在介质中光速小于C,这也符合相对绝对论的观点。”——引力耦合系数比电磁耦合系数小1036倍,所以,除非是大质量天体附近的引力场才会对光子的运动有影响,一般的引力对光子的运动影响微乎其微到难以观察的地步。
“这19个实验都证明了光速可变,且可从c变到0;也证明了光子的静质量并不是0,其中最小值是4×10- 59 g,从而证明了光静质零定理错误。”——光速可变是铁定的事实,与真空光速是有限常数,也完全是两码事。光速可由C∞到近乎零与光子有无静止质量也是两码事。倒是与光子的电磁质量也具有引力效应有关。
“光在一种势垒中的速度是真空光速的1.7倍。”——应该说是星际空间相光速的1.7倍,比C∞=80万公里/秒还是慢了许多。有静止质量的物体运动速度大于或等于相光速是可以的,但不会达到真空光速C∞!
在相对运动速度不同的惯性系之间,同时性破坏,他们各自的时钟和量尺不会是一致的,这在相对速度不很大时,是不明显的;在相对速度很大,与相光速可比拟时,就明显了。非惯性系中,引力或转速(或加速度)差异不大时,时钟和量尺的不一致也不明显;引力或转速(或加速度)差异很大时,时钟、量尺甚至称量的不一致就会明显了。
八、关于超光速的争论
“英国科学刊物New Scientist 7月3日说:美国科学家S. Lamoreaux对在西非的核反应堆的实验数据所作分析表明,在过去20亿年中精细结构常数(α)减小了4.5×10-8,故在过去的光速c比现在略大。”
精细结构常数α=e2/2hc,现在的α值比20亿年前小,应该是现在的C比20亿年前大!(我的理论证明h不随宇宙演化改变,与运动也无关)这也与宇宙仍在加速膨胀及我的理论结论——“光速在变大”一致。
“切伦科夫效应媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速,此时会发生辐射,称为切仑科夫效应,但这不是真正意义上的超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。”
——正因为切伦科夫效应,达到相光速(甚至超相光速)的物体或基本粒子就会辐射出光子(切伦科夫辐射),物体或基本粒子就会减速或蜕变(如无能量补充的话),直到其运动速度低于相光速。
“距离足够远的星系可能以超过光速的速度彼此分离,但这是相对于第三观察者的分离速度。”
——至今人们还没有发现这种情况。
“虫洞是弯曲space-time中连接两个地点的捷径”——这是广义相对论的黎曼几何的结论,但时空不是仅由引力决定的,因而,不是黎曼几何可以正确描述的,我不认为会有“时空虫洞”。有“时空空隙”,但那是普朗克胞元级的。
“美国新泽西州NEC研究所做研究员的王力军站出来澄清了,所谓‘超光速’是媒体以讹传讹的报导。他的实验只是利用铯原子气体的反常色散现象,成功地在实验中使激光脉冲群速度达到真空光速的310倍之多。”
如果文中那些关于类星体的超光速报道和一些实验的超光速数据是正确的(是C=30万公里/秒的数百倍,而非介质中相光速的数百倍),则我的理论就有问题。
前面我说了,美国杜克大学丹尼尔——高希尔等人的实验和曼德尔的单光子干涉实验相结合,可以实测真空光速以及检验爱因斯坦的相对论和我的理论正确与否。如果表明C∞的确都仅为80万公里/秒左右,则就证实爱因斯坦的假设和我的理论都是正确的。若C∞≥C1但远远大于80万公里/秒,则我的度作用理论及对这二个实验的解释是正确的。但对真空光速的推导有问题。因为,我在推导时,假定宇宙大爆炸时的尺度是普朗克尺度,而后来推导出宇宙大爆炸临界尺度比普朗克尺度大得多。另外,我的理论也发现爱因斯坦的相对论是统一场理论的低能近似,与超弦理论的结论相同。但我除了采用自己的光速公式和G式(G随光速和物体运动速度而变)外,并没进一步探讨在高能情况下,相对论的数学形式还需要怎样的修正。如果第二个实验得到的C1比第一个实验得到的C∞还大,则表明我对第二个实验的认识还欠缺。再则,我的黑洞理论是把黑洞产生之瞬间(t=0时刻)视其尺度为零,而实际无论何种黑洞产生之时都有相当的大小,这也必然对建立于黑洞理论的类星体理论会造成误差。另外,应该指出的是:现行类星体的距离计算,其谱线红移全部以多普勒红移计,没扣除引力红移,而类星体的引力红移是很大的。因而,现有的类星体的距离计算大多偏大。从而,其(它应是第三类类星体)内的星体相对分离速度也会算得过大。可按我的类星体距离计算方法校正后再检验。
附:
我原导出真空光速C∞=2L PL/α02t PL,若以宇宙大爆炸的临界尺度R C=1.6×10-13 m取代普朗克尺度L PL,宇宙大爆炸在Δt<2×10-22 s内发生,以Δt取代普朗克时间t PL,α0=(3)1/2/2,α02=3/4。则C∞≥(4/3)×1.6×109 m/s>213万公里/秒。
九、太阳能的本原
“测量太阳中微子的工作首先有戴维斯着手进行,而多年测量结果表明,测量到的中微子数值,只是理论值的四分之一,其余四分之三的中微子失踪了,这就是有名的中微子失踪案。”
关于中微子问题,我在评论先生的第五章节中已谈过,这不能成为否定太阳能源的标准模型的理由。氢弹和可控热核反应实验也都是太阳能源的标准模型的佐证。太阳内部时有爆发,不能排除部分的热核爆炸现象。
红巨星只是恒星演化的一个中间阶段,既不是早期星,也不是恒星的晚年。球状星团含重金属稀少,属早期星团。(见《天体物理学》李宗伟、肖兴华著)恒星能量机制问题也可见上书。电磁能不可能提供如此大的太阳辐射能。核能只能是强相互作用能的释放!之所以我们只能看到的只是光能,一是在强相互作用去耦后,胶子转变为光子和引力子,二是引力子能量太弱,至今我们还无力测定它。
“八” 引力质量的物理特性
一、引力的传播速度
“引力的速度应当严格地等于光速,……引力波也只有横波。”——对!
二、中微子问题
“中微子虽然具有引力质量,但仍然以光速运动,静止质量为0。”——中微子的静止质量不为0,其数据可见《近代物理学》(北京大学,王正行著第8页)。三种中微子的衰变,我在评论先生的第五章节中已作了阐明,我认为反向的演变是不可能的。当然,这应该由实验来检验。
“中微子就是Einstein广义相对论中的引力波”——我不认同此观点,因为,即使是电子中微子的能量也比引力波的能量大多了,更别说μ、τ中微子了。而且,中微子的自旋为1/2(费米子),引力子的自旋应为2(光子是- 1,胶子是1,它们都是玻色子)。
“日食期间月球在地球与太阳之间,从而减弱了太阳形成的引力场。”——对!月球的引潮力作用。与中微子无关。
三、万有引力定律的推导
引力场问题,包括电荷、磁场、运动带电粒子的引力场和引力效应(可详见《引力理论和引力效应》,王永久、唐智明著)。
四、暗物质、暗能量与宇宙常数问题
“‘引力佯谬’还可引申出‘密度佯谬’,即那片密度较小天区的物质会被四周大密度区的天体吸走,而留下一片密度趋于0的‘真空’天区。而原先宇宙密度较大的天区会出现一个质量超大的星球,并把周围天区的星球全部吸归己有,成为一个质量与密度无穷大的天体。如果考虑到万有引力与弱相互作用是反作用力,则佯谬便不复存在。”——宇宙大空洞就是没有任何物质的物理真空“天区”,现已发现很多,大的达十亿光年尺度;黑洞就是不断将周围天区的物质吞噬的天体,当然其质量与密度并非无穷大,也不会成无穷大。万有引力与弱相互作用决不是互为反作用力!弱相互作用会统一引力和电磁力。引力不仅有吸引作用,由其引起的引潮力则有排斥作用。地球与月亮的吸引使月亮绕地球公转,引潮力的排斥使月亮越来越远离地球(同时地球的自转越来越慢,直到其自转与月亮的公转同步,过程再逆转),不仅引起面对月亮一面的地球水层涨潮,也同时使背向月亮一面的地球水层涨潮。所以,每个天体周围的时空流形不是单纯由引力的吸引,还有引潮力的排斥,再加电磁场的排斥作用,这种排斥类似于反引力(另外,根据我的多宇宙理论,与我们的宇宙对应的反物质宇宙对我们有反引力作用),所有这些综合效果形成各个天体时空的洛希面层层叠叠,成为疏密相间的天体集团的分层结构。
“广义相对论有三点困难:1.引力场的量子化至今尚未解决,如使引力场与描述其他相互作用的规范场的统一尚未做到。2.彭罗斯和霍金提出的奇性定理,产生有奇性困难,如时间有开始与终结。3.相对论与热力学的不协调。如整个物理学、天文学中只有广义相对论中的时空是弯曲的,但它没有考虑时间方向性。量子理论同样也没有考虑时间方向性问题。热力学是物理学中唯一考虑时间方向性的一个分支,认为真实的物理过程不应该处在绝对零度,但它没有考虑时空弯曲的特性。”
我的正交的多度规多宇宙时空理论中明确界定:时间也是矢量,时间与空间地位对等(平权)。就每一个具体事件、具体过程而言,时间都有方向(从起始指向终了),都有始有终,不存在永恒。只有物质的存在(但存在形式可以转化)、运动(运动形态也是变化的)才是永恒的。
“《自然杂志》19卷第4期的‘探索物理学难题的科学意义’的97个悬而未决的难题:1.自然界是否存在五种以上的基本作用力?……5.负引力存在吗?”
我的正交的多度规多宇宙时空理论中明确指出:存在一种普遍的全程相互作用力(宏观和微观都起作用)——度作用力,它以真空光速传播,它是量子波粒二象性及遵循统计律而非因果律的力学根源。自然的演化是五种相互作用力的综合效应,根本不需上帝的第一推动力和选择,也无所谓什么“人择原理”。负引力即反引力,是正反物质之间的万有引力。万有引力是同性相吸,异性相斥,与引力质量成正比,与间距的平方成反比。
“广义相对论不可能是物理理论的终结,寻求一个包含广义相对论基本特点的更普遍的理论,是一种合乎逻辑和经验的努力。”——超弦理论、圈量子理论、黑洞热力学(正交的多度规多宇宙时空理论就是其中之一)就是这种努力。
我是反对所谓的暗能量说的。绝无脱离物质的能量,能量是从属于物质的。说除了暗物质外还有暗能量,而且还有排斥作用的引力效应,这是符合物理科学观的吗?!试问:正常物理现象中,哪种能量具有吸引作用,又有什么能量具有排斥作用?!只有物质间的相互作用力才谈得上吸引与排斥的问题!能量具有做功的能力,但不能说具有什么吸引与排斥的问题。能与力是不同量纲的物理量,暗能量说违反最基本的物理概念。任何一种正常物质,其相互作用都既有吸引又有排斥的,没见其只有吸引或只有排斥的。电荷或磁荷是同性相斥,异性相吸;万有引力是同性相吸,异性相斥,与电磁作用相反但又相仿。即使正引力,它引起的引潮力就起斥力作用。费米子是同性相斥,异性相吸;玻色子可凝聚,但也有简併压力。光子就既有引力又有光压(包括与温度有关的膨胀压——在2008年11月27日的《自然》杂志上,在美国耶鲁大学从事研究的中国学者发表文章,首次证实在纳米世界里,光真的可以驱动“机器”——由半导体做成的纳米机械)。只有进入我们视野的光子我们才“可见”,其他的光子我们是看不见的,这就是太空背景为什么是黑的缘故。除了已被物质吸收了的光子,太空内应该具有相当数量的光子,即宇宙内除了有形物质的质量外,还有相当大的质量是为无形物质所携带(包括光子和引力子)的。中微子虽然会衰变掉,但恒星是如此之多,又时时在辐射中微子,中微子也携带着宇宙中相当大的质量,而它是明显地具有引力的。忽视这两种物质的作用,天文中的一些现象当然难以理解了。于是,设想暗物质来帮忙,暗物质帮忙还解决不了问题,再闹出个“暗能量”,这是“以太”之外的上帝的影子!至于不发光又离我们太远从而看不见的“暗物质”当然有的是,褐矮星,太阳系外大多数恒星的行星及其卫星都是看不见的,大量的黑洞也难以“看到”,星际气体和电磁流体,没有进入我们视野的辐射(光和中微子)再多,我们也是不知道的——否则太空背景就不可能是黑的(我们只看到星星射向我们的光,但看不到它射向其他方向的光)。是否还会有与正常物质相异的物质,人们正拭目以待。
至于量子场论的“真空激发”说也是个物理学悖论,场物质明明是物质,已为物理界所公认,只是无形而已,再把它说成是真空,不仅是不符物理概念之严密性原则,也是思维之混乱。此说的某些历史成就不过是物质转化思维的成功,而非“真空激发”说之正确。
“无论宇宙是准球形,还是准椭球形,按此理论,宇宙总是处于一个有限的空间……按W·泡利的说法:‘宇宙空间是有界的。’”——我的理论研究表明这些观点是正确的。而且,宇宙由五种自然力不断地演化和更新,既不需要上帝的操劳,也不会走向死寂。没有考虑暗物质和暗能量,就是考虑了无形物质的引力和膨胀力及正反物质的反引力而已,得出了宇宙早期暴涨(迅转)、后来快涨(也是快转),现在和将来漫长岁月的缓涨(也是缓转,并且空间几乎是平直的)的结论,随后宇宙会进入收缩期、蒸发至临界尺度,再度发生新的宇宙大爆炸,旧宇宙“毁灭”,新宇宙“重生”!
“由于精细结构常数决定着谱线的结构,研究者据此认为,该常数自宇宙大爆炸以来增大了约0.001%。但2004年另一组物理学家说,他们用原子钟对精细结构常数进行了很高精度的测量,并未发现它随时间变化的证据。2005年4月墨菲小组用夏威夷凯克天文台的世界最大光学望远镜研究了143个类星体的光谱,新研究的精度比2004年原子钟实验精度高10倍;这项研究显示精细结构常数的确在增大。”——与前面的资料矛盾!
“看得见是什么意思呢?除了眼睛看得见,也包括用电磁波、红外光可以测量。看不见的暗物质不放可见光、红外光或电磁波,但它也有万有引力。”——这就说得很清楚,看得见就是进入我们视野——眼睛和探测器的辐射,没进入视野的辐射,即使客观存在,我们也是看不见的!
“宇宙中光子大约是每个立方厘米为400,其光子能量对应的质量是1.1×10- 36克。它对宇宙平均质量密度的贡献是很小的。”——错误就来自这种估计,它是按进入我们视野的光来估算的,应该按星体和星际电磁场的辐射来估算。
“1975年,S.Malin把宇宙膨胀与物质静质量变化联系起来,指出随着宇宙的膨胀,静质量约按10- 10/年的比率而减少。”——质量的减少是被宇宙的中心黑洞吸走了。
“宇宙膨胀不仅有大爆炸发生后的余力,还有一种根本不了解的反引力存在。”——这是与我们所在所见的宇宙对应的反物质宇宙给予我们宇宙的反引力。
“a)宇宙年龄是137±2亿年”——我的理论给出的是:宇宙目前的年龄是200亿年,而宇宙目前的尺度为:150亿光年>R>138.59亿光年。(《引力理论和引力效应》中第467页给出的宇宙目前的年龄理论计算值是190亿年,由宇宙背景辐射温度对应的伽莫夫宇宙大爆炸理论计算值是200亿年左右。)
“暗能量更接近能量,而非物质。”——能量能脱离物质而独立存在?那么,按此“质能转换”,“物质可生又可灭”,“真空生出物质,物质灭而成为真空”,都可变成“科学”观念了!
“在宇宙时t=0处奇异,这也不是由于坐标选取不当带来的。在时空等于零时,广义相对论的引力方程就出现一个奇点,在奇点处包括相对论在内的一切物理定律都失效。”——我的理论指出:物质不可能压缩到奇点零!任何天体和基本粒子内部都是空心的!
五、万有引力与弱相互作用的关系
“科学家们一直不理解,同样是真空中,引力常数为什么会有区别呢?1981年7月,澳大利亚昆士兰大学的斯特塞和图克在实验室里做了一系列实验,也声称实验结果证明万有引力定律在近距离是失效的。科学家们在矿井、钻孔或海水内的真空中进行地球物理实验,来测定物体间的万有引力常数,得出的引力常数都高于地表实验室中的测定值。实验室测得,G0=6.672 59×10-11 m3 kg-1 s-2,而地球物理测得的平均值为,G= 6.730×10-1 m3 kg-1 s-2。”——首先,就是把明明是物质时空看作和说成是“真空”,当然就搞不清问题所在了。其二,引力场(包括中微子流)是不可能屏蔽的!置于矿井、钻孔或海水内的真空室内的引力场是矿井、钻孔或海水内的引力场,它与地表实验室中大气的引力场不同是不难理解的——越靠近物质密集的地方引力场越强。
“1992年,芬兰一位物理学家制造了一个直径为145 cm、厚度为6 cm的超导盘。他将超导盘温度降到零下233℃,然后将其置于一个交变电流产生的旋转磁场中超导体产生感应电流,感应电流受到电磁力的作用,从而使得超导盘跟着磁场旋转。一切原本都挺正常,但是,当超导盘的转速达到5 000转/分钟时,一个奇怪的现象出现了:置于超导盘上的物体丧失了1%的重量,而且旋转速度越快,物体的重量丧失得越多。经研究,这位物理学家认为,这是由于‘重力屏蔽’作用减少了地球对物体的引力,从而使得物体重力丧失了。1923年,一位科学家发现,大量充电的电容器,当电容器极板间的电压达到7万伏至30万伏时,整个电容器就会沿着正极方向移动,电容器的移动速度甚至可达每小时几百千米。这是怎么回事呢?经过一系列研究,科学家才明白,原来高压带电的电容器自身形成了一个人造重力场,这个重力场在抗衡地球重力,从而使电容器在没有动力的情况下移动。1958年,这位科学家利用这个原理,在一个直径为38 cm的碟形模型上,成功地使其带动重物快速移动。这个碟形模型既没有推进器,也没有喷射装置,更没有任何移动装置,只是利用电场在自身周围产生了一个‘人造反重力场’。”
这些正好表明电磁场可以“改变和抗拒”引力场,看来利用这一作用,可以制造“反引力”的场效应飞行器。虽然,UFO现象中还没有外星人的飞碟的明确的证据,但这种“反引力”的场效应飞行器作为外太空飞船还是有科学的现实性的,这种飞船辐射电磁波,如果在可见光波段,就显现光环甚至光彩夺目,而如变为可见光波段之外,就目不可见了。
“在日蚀时单摆的运动规律反常。原来,单摆的运动平面按顺时针缓慢转动;日蚀开始后,单摆的运动平面急剧地按反时针旋转;日蚀结束后恢复正常。”——这是太阳及月亮对地球的引潮力叠加的效应。
“‘DI海格立斯双星进动’问题”——此事已由我国台湾学者崔思珑博士的《解析时空理论》正确、完美地解决。
“提丢斯—波得(J.D.Titius-J.E.Bode)法则”——这正说明太阳引力场也是离散化、频谱化的结果。
“水星进动是受弱相互作用的结果。”——弱相互作用是短程力,在太阳与水星这样大的间距下不可能显现的。
“4.太阳角动量的逃逸问题,……行星的轨道运动具有共面性、近圆性和同向性,只有水星和冥王星稍有偏离。太阳的自转方向也与行星的公转方向相同。”——对于太阳系的形成问题,我国学者黄金钟提出了一种新学说。简言之,是星云先形成太阳,太阳震荡远离平衡态时的(占原太阳质量的0.5%——书中是5%,我认为过大了)喷发物形成行星及其卫星,其中一颗地处小行星带的类火星行星的爆炸,两个大的,一个成了冥王星,一个成了月亮,其他碎片留在小行星带。(黄金钟:《太阳系自组织进化论》,中国科学技术出版社,2000年6月)
“关于飞船移动的数据显示了引力偏差,引力偏差只有在非常大的距离上才会出现。同时有人指出,此引力看来与在宇宙中起作用的两个物理常数有关:光速和宇宙膨胀速度。”——这应该是与我们所在所见的宇宙对应的反物质宇宙给予我们宇宙的反引力的显现,也可能是比邻恒星系的引潮力的显现。
总之,万有引力不可能与弱作用力互为反作用。上述种种都与弱作用力无关。
“九” 量子力学基础的思考
一、量子力学基础的思考
“对应于电动力学的两个解:推迟解相当于发射光子,超前解相当于吸收光子。这两个解的线性组合相当于量子力学中态函数的组合,在这种状态下,两个解的波函数组成了一个驻波。因此既不对外辐射能量,也不吸收,处于动态的平衡状态。这样才能够圆满地将电动力学和量子力学协调起来。而且对应于超前解的违反因果律的结果对于ERP悖论验结果也就有了完整的合理的解释,不但如此,对于原子核的电子跃迁中的卢瑟福质疑和薛定鄂非难也就有了明确的答案。”——量子问题并非都能用经典物理解释的。
“测不准原理反映了微观世界的客观实际。”——零真空的客观存在是测不准原理的物理根源:ΔS≠0,度规张量S=r+ iC t,r和t都是矢量。从而,δr·δt>0。这不是测不准,而是测量不可能绝对精确。
“任何观测都要干涉到现象的进程,〔并需要〕最终弃绝因果定律的经典理想和根本改变我们对物理现实这个问题的态度。”——这是测量仪器的度作用以真空光速传播,而实际测量又是在相光速下实现的缘故。
“A.暗能量的本质是什么?B.怎样调和黑洞蒸发与量子力学?C.是否存在额外维度?”
问题A,我已在上一章节中谈了;B和C在我的两本书中都论述了。
“多粒子系统的量子理论必然是量子场论的或系综诠释的;凡多粒子系统,凡相对论性理论,凡与经典场有关的量子力学,必然应当是系综诠释的。”——对!是多度规(多时钟)的系综问题,不是单一时钟的系统问题。
量子波粒二象性和统计律是度作用以真空光速传播,并使实际测量区的时空量子化、频谱化,具体的粒子(或粒子流)又是在低于(至多以)相光速下运动,实际测量又是在相光速下实现的缘故。
“假设现在有两个粒子在t=0到t=T的时间之内相互作用,但在t>T之后分开,不再有任何交互作用。”——但是,分开以后,两粒子间仍有以真空光速传播的度作用,两粒子的运动仍不是独立的。
“玻姆认为(10.3)和(10.4)两式启示人们:在微观领域,微观粒子具有实在论意义。即理论中的粒子应视为实实在在的连续运动着的粒子,它具有动量p=2S,不仅受经典势U的作用,还受到量子势Q的作用。”
“在玻姆的理论中,作为质点的粒子,其运动具有经典的轨迹,并由其哈密顿——雅可比方程描述,但对于一个具体的粒子,它走哪一条通道却是随机的,每个通道中粒子密度的变化宏观上遵从几率密度平衡方程的描述。”
玻姆的理论和观念是合理的。经典势U就是粒子间的相互作用势,量子势Q就是粒子所受的度作用势。粒子的运动路径应该是实实在在具体的路径,但其路径不仅由相互作用势决定,还由量子势Q决定,其结果符合最可几率。
“如果把玻姆波函数的形式
理解为曲率解释中的曲率函数,那么玻姆量子势的物理意义就很清楚了。量子势
中的R,正包含有我们定义的曲率因子。量子势反映了电子运动过程中自身空间结构的变化,正是空间结构的这种变化,决定了‘点’电子运动的状态。量子势就是曲率‘势’。”
这种时空结构不是光由粒子间的相互作用决定,还由度作用决定的。
“争论的焦点在于定域性原则上.只要承认这个原则,似乎不可避免会得到EPR的结论。”——爱因斯坦的定域性原则就是错在:(1)以为星际空间相光速就是真空光速;(2)不知道除了以相光速传递的四种相互作用之外,还有以真空光速传递的度作用。
“Einstein就一直坚持这种观点。他坚持认为,ψ函数所描述的无论如何不能是单个体系的状态,它涉及的是许多体系,是统计力学意义上的‘系综’。”——对!量子问题是多时钟的“系综”问题,不是单时钟的系统问题。
“玻普尔对量子力学和物理学理论的主要观点可概括如下:
(1)量子力学像牛顿力学,玻尔兹曼的气体理论一样,包含客观的、实在的性质。
(2)量子力学本质上是统计的理论,它并没有超出经典物理学的任何新的认识论意义。同量子力学一样,经典物理学也是非决定论的。整个物理学都是非决定论的,统计性原则上是整个物理学的基础。
(3)量子力学解释中几乎所有现存困难,都来源于对概率论的误解,尤其是来源于物理学中自拉普拉斯至马赫、Einstein及现今业已存在的对概率进行主观主义解释的古老传统,以及对相对的或条件概率计算的忽视。所以,哥本哈根学派不得不在概率的主观主义解释和客观主义解释之间摇摆。
(4)通常解释中的不确定关系没有任何特殊的认识论意义,它并不表征某种对我们的知识的局限性,它们只是一种统计的散布关系,海森伯对测不准关系的解释是错误的。
(5)迄今为止,波与粒子之间的关系还未得到充分的探讨,波与粒子之间的二象性,是一种不负责任的说法;波与粒子之间并不具有“互补性”的特征,‘互补性’不应是一种科学理论应具备的特征,它最多是一种意识形态。我们应该放弃“互补性”这个概念。
(6)量子力学不是一个超距作用的理论,‘波包收缩’不是量子理论应有的效应特征,它是某种在任何概率理论中都会发生的事件。”
玻普尔的第一个观点是正确的。第二个观点虽还算是对的,只是属于表象的认识。量子力学本质上是度作用的表象理论,度作用才是量子力学的物理本源。度作用使粒子间的相互作用的场(时空域)离散化、频谱化,粒子的运动路径虽然是实实在在具体的路径,但其路径不仅由相互作用势决定,还由量子势Q决定,其结果符合最可几率,这就是量子统计律的本质。他的第四点认识是错误的。不确定关系是零真空的客观存在,使度规张量(或多维相空间胞元)不可能取零值。相互作用的场(时空域)离散化、频谱化,使波或粒子在这种时空域中呈现其运动似“波”,互作用时为“粒子”,这就是波粒二象性的物理本源。量子力学虽不是一个超距作用的理论,但度作用以真空光速传递,而四种相互作用以相光速传递,这就是“超光速”现象的实质。
“玻普尔把整个物理学都划入非决定论,看来有些偏激。因为牛顿力学中的统计行为具有决定论基础是肯定无疑的。初始条件的无法把握是牛顿力学中统计行为的根本原因。统计系综解释,把量子力学中的统计行为看作与热力学完全一样,这无疑是混淆了非连续作用机制与连续作用机制的根本区别,忽视了量子测量在机制转换中的作用,轻易将统计系综解释划归非决定论的做法。”——虽说玻普尔把整个物理学都划入非决定论,看来有些偏激。但牛顿力学中的统计行为并非仅仅是“初始条件的无法把握”,而在于牛顿力学是将一个客观的多因素问题突出主要矛盾,进行理想化的处置。经典物理的许多定理(物理规律)都是经统计分析而被认识和确立的。量子力学的“平行的多世界”解释确有滥用数学的现象,引入了远离现象世界的“其他世界”的问题。但多世界的确是客观存在。宏观地讲,地球不会是我们所在宇宙内的唯一文明,存在众多的智慧文明,有许多会优于地球文明,这不是科学幻想,而是科学推理。外星人的语言、数学、物理和哲学与我们不同是很自然的事,与我们完全相同倒是不可思议的事。即使他们也以其所居行星的自转周期为日,以它的公转周期为年,那他们的时钟与我们一致也是不太可能的,除非其所居行星的自转周期和公转周期与地球完全一样!所以,他们的时空度规对我们而言,是独立的。从酉空间和么正变换的角度而言,他们的时空度规与我们的时空度规就是正交的。从相对论的观念而言,相对运动和引力破坏了同时性,所以,任一天体的时钟都是独立的,各天体的引力场以洛希面为界,相邻天体的洛希面相切于拉格朗日点,也就是它们的时空度规是正交的。所以,我提出的是正交的多度规多宇宙时空理论。从微观世界而言,根据麦克斯韦速度分布律,粒子间都有相对运动,更不要说许多粒子的质量也不同。所以,微观世界是个多时钟系综,而非单时钟系统。从这一角度来看,微观世界也应该是个正交的多度规多宇宙时空!
“类圈体似的超弦观念,以及物质能向点内陷落,点内不但存在平面、球面,而且也存在环面;点内的虚数世界是一种虚拟生存;点也可是一个观控相对界,是一个类圈体。在类圈体似的超弦观念看来,Einstein的相对论和玻尔的量子论的統一已经得了较好的解决。”——物质不可能压缩到一个点内!所以,“点内的虚数世界是一种虚拟生存”。超弦理论并非是点内的虚拟理论,而是一个多维的缠绕弦空间理论。
二、量子力学的Copenhagen解释
“现在,我们已发现了量子力学所描述的粒子的真实运动——量子运动,它的存在将令人信服地证明几率是基本的这一结论,因为量子运动的规律本质上是非因果、非决定论的,这由量子运动的非连续本性所决定,而与观察者和理论无关,从而量子运动将为Copenhagen解释的第二条断言提供更本原的物理解释。”
度作用和四种相互作用的不同步,使单个量子所受合作用的大小和相位就具有不确定性,其运动就显现非确定的。从总体上(或多次重复)看来,就是呈几率型的。
测量仪器就是依靠与被测客体发生某种相互作用(多半是电磁相互作用)来探测被测客体的。因而,它与被测客体间必有度作用,而度作用超相光速的传播,在我们看来,测量仪器“提前”改变了被测客体的时空环境,测量仪器参与了被测客体“命运的选择”。这的确是宏观与微观交互作用的问题。
“一切描述和概念本质上都是人类的自由创造,它们的有效性和适用性必须随时接受检验,不存在先验的一成不变的东西。”——说得对!旧有的“经典”观念,不应该成为束缚我们对新事物的正确认识和合理解释,更不应该成为我们因循守旧的辩护词。
“观察中的不可逆过程对于解释量子测量过程的特异性,例如对于解释测量投影过程的发生并无帮助。”——批驳得对!客观的量子现象必然是可以重现的,也只有在多次出现后才会被人们重视和认识。
“正是对这一过程描述的缺乏导致了目前量子理论在物理上的不完备,并且由于这种缺乏Copenhagen解释本身同样不是一个完备的解释。”——说得对!
“互补性质不能被同时观测这一特征实际上反映了粒子客观运动状态的某种特异性”——说得对!互补性质不能被同时观测并非是测量问题,而在于量子相空间或度规空间不可能取零值——存在物质及其运动不能进入的零真空,这个客观存在的零真空的尺度不为零。正是这个客观存在导致互补性质的波动,也即量子在多维相空间里位置和动量之类的互补量不具有同时严格确定的值。因而,任何绝对精确的测定成为不可能,不存在无误差的测量。
“明显地,上述结论的一个直接后果是微观粒子的运动形式不可能是经典连续运动,因为对于经典连续运动粒子的位置和动量可以被同时精确地测量。”——说得对!微观粒子的运动形式是跃迁(从原来的能级跃迁到新的能级)或转化(旧的粒子形式转化为新的粒子形式)。
“很明显,Copenhagen解释所拒绝的实在图景只是经典的粒子和经典的波,那么它有什么进一步的理由拒绝所有可能的实在图景呢?没有!”“我们为什么一定要用这些经典概念来直观地描述微观过程呢?经典连续运动的存在直接来自于我们的宏观经验……但是它明显不适于描述微观客体的行为,那么我们凭什么认为经典连续运动是唯一可以存在的客观运动形式呢?我们凭什么断定关于微观客体的实在运动图景不存在呢?……实际上,量子力学规律的存在已经强烈暗示了存在一种与经典连续运动完全不同的新的运动形式,甚至是更基本的运动形式,它将为我们提供一幅单独的实在图景,并且它可以自然地表现出在经典框架内看来是互斥的性质。”——说得对!跃迁(从原来的能级跃迁到新的能级)或转化(旧的粒子形式转化为新的粒子形式)就是微观粒子运动的实在图景。
“其中比较重要的有1998年,美国加州理工学院(CIT)的科学家利用纠缠态,使两个相距甚远的微观粒子竟如孪生,相互影响。2001年9月27日,Nature杂志发表了引人注目的文章‘宏观物体的量子纠缠态’,报道了丹麦物理学家把两个宏观物体(有数亿万个原子)形成纠缠状态。2001年,中国科技大学郭光灿研究组取得了普适量子克隆实验成果。去年,澳大利亚国立大学华裔物理学家林平奎领导的研究小组把“在光学通信系统的一端把一束激光信息‘毁灭’,然后在一米外的另一端,将它重新现形。”——应该是度作用将相距甚远的微观粒子纠缠在一起,或发生了宏观距离的“跃迁”。这种纠缠或跃迁的传递速度应该是真正的真空光速,应是个有限的定值。否则,爱因斯坦的相对论假设:真空光速是个有限的定值,就是错了!
“‘粒子的运动遵循几率定律,而几率本身按因果律传播’。这里,几率的出现并不是由观察者的无知或理论本身的无能所导致的,而必须看作是自然本身的一种本质特征。于是,量子力学一般只预言一个事件的几率,而对这个事件的发生不作任何决定论的断言。”——的确如此!
“笔者认为出现这一现象的根本原因在于观察者所用的测量仪器激发的场——相对space-time影响了绝对space-time的结构,Einstein忽视了相对space-time的影响。”——去掉“相对space-time”和“绝对space-time”,说是“观察者所用的测量仪器激发的场(度作用力场)影响了原先的(四种相互作用力——引力、电磁力、短程时的弱力和强力)场。这种认识就对了!
“由某个原因导致粒子选择一条路径,放弃其他路径。博姆的理论就是这样的理论,他把这个未知的原因叫作隐含序。博姆认为:粒子并不具有波粒两重性,而是真正的粒子。波动性是导引波作用于粒子的结果,而这导引波是由隐含序产生的。”——这个隐含序就是我说的度作用。这种度作用使原有的时空离散化、频谱化,使粒子呈现波动性,使波呈现粒子性。
三、实证哲学观的局限性
“既然,每一次观测都具有统计性,那么所有根据实证主义得到的物理理论都不可避免地深深蕴涵着一种本性:即统计性。”——的确如此!
“在物理上坚持物理实在的场论纲领,先统一引力场和电磁场以达到统一场,再用这种统一场去把量子力学也统一起来。”——正是这样。
“相对论与牛顿力学的因果观,从根本上讲是相同的,它们共同的一致的基础是因果性的绝对概念,因此,用时间和空间的形式来描述物体(即质点)的运动就成了它们惟一的途径和方法。这样看来,相对论与量子力学的矛盾,也可以说是传统物理理论与量子力学的矛盾,在这一点上讲,相对论属于传统理论,而我们应该称量子力学以外的理论为经典物理学。如此看来,相对论的两个方向的发展目标,特别是相对论与量子力学的融合,如果不改变传统的绝对的因果观念,显然是无法达到的。”——仅从因果观念而言,这些说法是对的。但传统物理理论一是时空与物质相独立,二是没有场物质——无静止质量的无形物质这一理念。但爱因斯坦的相对论突破了这二点,在这二点上是与量子论一致的。因而,相对论不属于传统理论,不是经典物理,而是现代物理。并且,实际上相对论与量子论还都是复数的相空间理论,而且又都具有非线性偏微分的数学形式,而经典物理是实数时空理论,基本上是线性常微分的数学形式。实数的线性常微分问题,要么无解,要么有限的确定的解,具有简单的因果律。复相空间本身就隐含波动和不确定性(相分布几率和频谱化),非线性偏微分问题,不仅与初始条件有关,还与边界条件,甚至与路径有关,也就隐含统计的多样性。所以,相对论与量子论具有内在的可统一性(我国台湾学者崔思珑博士在上世纪末就揭示了相对论与量子论具有内在联系)。我在正视了相对论的同时性破坏结论后,引入多时钟(多度规时空)理念,并将量子论的不同自由度间的交换力的观念推进到度作用的观念,即不仅不同自由度间有相互作用,不同度规间也有相互作用。这样一来,时空的离散化、频谱化就自然地发生了,相对论与量子论的时空几何就统一了。
“现在卡尔·赫斯和沃尔特·菲力浦提供了有力的证据证明Einstein的怀疑是正确的——在量子理论背后的确有另一套规律在起作用。在1935年,Einstein与另外两个物理学家一起做了一个‘思想实验’,通过这次试验他们发现,根据量子理论可以推导出一种奇怪的长距离作用——对于一个粒子的测量会影响到另外一个粒子,不论它们的距离有多远。由于这一奇怪的现象,Einstein认为有更为基本的理论隐藏于量子力学背后。”
这种“奇怪的长距离作用”就是度作用!根据这种作用的超相光速特征,我在确认物理界原来以为的真空光速实际上应是星际空间相光速后,根据不存在瞬时的超距作用的理念,即相互作用以有限速度传递的理念,明确地认定度作用以真空光速传递的观念。在这一点上我还是秉承了爱因斯坦的思想。
客观的实在的世界就是没有了人类的存在,它的确是会依然存在的。但人类的存在和活动也在影响着、改变着这个客观的实在的世界,这也是个不容置疑的事实!人类不仅对地球陆地的表观进行了相当大的改变:将许多森林、草原变成了农田、城镇;水电站和水库改变了河流的旧貌,矿山油井又改变了某些地区地壳的结构;大量的车辆在人类开辟的道路上行驶,而海轮和海上油井则改变了海洋的景观,各种飞行器改变了大气层的景观。数以万计的生物因人类的活动而灭绝,海陆空的环境被污染,臭氧层受破坏,近地球太空新添了许多“太空垃圾”。如今太阳系里平添了许多地球人的太空飞船和星球探测器,如果控制不当,还可能将地球生物污染了可能繁衍生命的星球。就是微观方面,我们不仅大量制造着微米级的集成电路,广泛地用在计算机和影视器械中,又在开发纳米级的器件和薄膜超导体;大量的核反应堆、加速器在进行人为的核子或量子反应。所以,仅仅承认“客观的实在的世界就是没有了人类的存在,它会依然存在。”不正视“人类的存在和活动也在影响着、改变着这个客观的实在的世界,”就不能说是辩证唯物主义的!同样也不能说“观测者和测量仪器的介入影响到量子的运动”就是反唯物主义的。恰恰相反,这种观点反倒是辩证唯物主义的!观测者和测量仪器的介入不可避免地给量子的相空间带来了新的度作用影响。这种度作用对于宏观物体如此大的质量来说是无关紧要的,但对质量如此小的量子就举足轻重了。在太空中,不同度规(不同时标)空间的天体间的度作用就很大了,它使天体引力场离散化、频谱化,从而使较大天体的稳定运行轨道不可能随意的、连续地分布了,只有微天体的运行随意性较大,但稳定性也就差了。
“根据量子力学Copenhagen解释,动量和坐标测不准关系是引起Quantum decohernce的一个重要原因,但最近德国Rampe小组的冷却原子布拉格散射实验表明,测不准关系不是Quantum decohernce的唯一起因,而测量仪器和被测系统通过相互作用,形成的量子Entangled state是问题的核心。”——测不准关系显示量子的多维相空间(或多度规时空)不可能取零值,也即客观存在着物质及相互作用都不能进入的零真空,这个零真空的尺度不为零(此尺度与宇宙的演化阶段有关),我将此空间的包络面(是个多维曲面)称之为相对零真空,这是物质可以进入的最小区域,这个包络面所包围的时空称之为绝对零真空,那儿不存在任何物质和相互作用。从而,一切基本粒子和天体的中心都是空心的,物质不可能无限分割,物质具有极限的量子尺度和时标。无视这一客观存在,将量子积分区域的下限定为零,是量子论和相对论发生零奇点困惑的根源;也是量子发散(量子积分无穷大)的根源之一(另一根源是将量子积分区域的上限定为无穷大,而有限质量的时空不可能为无穷大,从而发生∞奇点困惑)。实际上,在接近极限的量子尺度和时标之前(例如,11 L PL之内),色胶子就会进入凝聚态。换句话说,会发生量子纠缠现象。而这些确实与测量的介入与否无关,完全是客观的。测量的介入只可能影响量子态的分裂。
“仪器也是客观实在,仪器和微观粒子间的相互作用也不过是客观世界中的相互作用。”——对!
先生介绍了冯劲松先生的“原子内电子运动瞬时速度和轨道半径测量方法及其测量设备测得的结果”,这些数据表明了原子内电子运动瞬时速度的确小于星际空间的相光速。对于冯劲松先生的具体的测定技术和方法,文中没有介绍,可能是技术专利保护之故。但任何测量都有精度范围,每一个数据都不会是一次测量就能定的,往往是多次测量的平均值,无论是电子运动瞬时速度,还是轨道半径值。因而,就表中数值而言,说电子运动瞬时速度值与轨道半径值一一严格对应,则是不确切的。应该是这两种测量平均值的一一对应。不过,我对冯劲松先生的科学实验及其探索精神是很敬佩和赞赏的,包括他对加热改变引力质量的探索。加热也好,增加电磁能量也好,都应该引起物体质量的相应增加,这在理论上是确定无疑的,我在引力质量与电磁质量的论述中就说了。但作为改变常人以为引力质量与电磁质量无关的认识是有价值的,还有实证引力质量与惯性质量是否同步改变,更有理论价值。另外,冯劲松先生的上述测量如果再对Δp·Δr>h/4π作具体的检验,其学术意义更为重大。
“所有负能态被填满的状态相当于真空,负能态上因跑掉一个电子而留着的空穴就相当于出现了一个正能粒子。”——正粒子是“空穴”?那仅是“真空激发”论的说法!并非是客观真实。“真空激发”论的另一种说法是“真空具有无穷多的电子”,有了那么多的电子还能是“真空”?!
“根据测不准关系,物理实在(绝对space-time)永远测不到。”——测不准关系仅仅限制了测量的精度和深度,限制了微观分割的极限,并非是物理实在的不可测!而物理实在并非是绝对时空,应是物质及其相互作用和运动,以及相关的能量、质量等物理量。绝对时空则是可求而不可及的哲学思维。
“科学家全部活动的支柱是他们对世界图景的实在性深信不疑。”“有一个独立于知觉之外的客观世界是一切自然科学的基础。”——正确!
“人择原理可以释义作:‘我们看到的宇宙之所以这样,乃是因为我们的存在。……最终导致走向唯心主义的泥坑。’”——的确,人择原理是典型的唯心主义论调。
量子物理学家对量子现象进行了不懈的探索和不屈不挠的理论解释的努力,使人们对微观世界以至对宇宙的认识有了长足的进展,现代科学技术的巨大进步是与他们的卓越贡献(包括对相对论的验证和阐发)分不开的。的确,在他们许多的真知灼见之外,也有不少错误的提法和观点,如人择原理,真空激发论,虚光子(虚粒子论),比无穷大温度更高的负温度,奇点理论,点空间(包括从0空间拖出个∞空间)论,独立于物质的能量说,等等。但我们决不能以此而否定量子物理学家们的杰出功绩,我们不可能跳过他们的工作而去进一步认清微观世界以至宇宙的奥秘。我们是要去除物理学学术界中的一些非科学的提法和观点,创建科学的新观点,完善旧理论、发展新理论。那是去伪存真、去芜取精,而不是全盘否定或推倒重来。那种打着“唯物主义观”旗号,“捍卫”和“发展”其所谓的“牛顿物理观”,妄图否定和推倒以量子论和相对论(甚至包括现代控制论)为代表的现代物理学的那种叫嚣,企图利用纠集的社会力量将彼此打扮为科学大师的活动,不仅是无知妄为,又都是徒劳无益,注定要失败的。
“十” 宇宙学思考
一、Big Bang Cosmology浅析
“在任何一点的观测者都会看到完全一样的膨胀,从任何一个星系来看,一切星系都以它为中心向四面散开,越远的星系间彼此散开的速度越大。”——当观测者或观测器面对星空时,他(或它)就位于R= C(t)d t的球心位置,C(t)是星际空间的光速,T就是他(或它)观测星空的时刻,以C(t)Δt为半径的球面处的景象是在T时刻前Δt时发出的光带来的景象映射,TC(t)为半径的球面处的景象是在观测前T时刻(也就是0时刻)发出的光带来的景象映射,这些景象是在T时刻同时映射到他(或它)的观测点的。可见在他(或它)的面前展现的是一幅时间间隔为0到T的宇宙景象的历史画面。离他(或它)越近的是时间越接近其观测时刻的景象,离他(或它)越远的是时间越遥远时的景象。近期的景象信号越强又最接近,故细节观测得越清楚;遥远的信号传输的时间和距离越久远,信号就最弱,越难分辨其面目。所以,任何观测者在任何地点、任何时候面对星空时,他都感觉自己是处于宇宙的中心,离它观测的时刻越久远,它看到的宇宙的范围就越宽广;离它观测的时刻越近,它看到的宇宙的范围就越窄小,他永远也看不到宇宙在他观测时刻的实时全景!从而,不同的观测者在任何地点、任何时候看到的宇宙景象,只有时间越久远的,才看得越一致;时间越近的,各人看到的差别就越大。就全景而言,各人的观察是不全相同的。一个人在平地上平视的视野不超过3 km,站在200 m的高塔或山顶上,视野不超过30 km,这样的范围内他接受到的光信息时间差不足0.1 ms,而通常人视觉的时间分辨率仅为10 ms(如果一个人对距离一米处的图像能分辨1 mm的细节,那他对1 km外的物体,3 m大小内的景象就无法辨明了,只有靠望远镜来提高空间分辨率)。从而,人们都以为在他视野中看到的一切都是瞬间发生的,都是他在观测的时刻发生的,是与他同时存在的事物。而以此经验去观测星空,他也以为离他多远的星体只是距离问题,没意识到时间上的差异。这也说明观测实际上已包含着光的性质(光速),如果光速是无穷大的,就没此问题;如果光速与声速一样,也只每秒数百米,那么信息传输的延迟现象就会非常明显了。我们也就不会先见闪电后闻雷声,或先见超音速飞机后听到飞机的轰鸣了。
“如果我们回溯今日可见的宇宙膨胀历史,当宇宙的年龄为10- 35 s的时候,宇宙将被压缩到一个半径3毫米的区域中。但是从宇宙膨胀开始到那时,光能行进的距离只有3×10- 25 cm。这是任何信号能传播的距离。根据暴胀理论的推算,宇宙的平均密度应为2×10- 29 g/cm3。但人们观测到的宇宙中发光物质密度至多为这一密度的0.1。就是说,宇宙中有90%以上的物质我们至今几乎一无所知。科学家把它们称作暗物质。”
矛盾出于以为宇宙自古以来的星际空间相光速一直是30万公里/秒之上!实际上大爆炸初宇宙的膨胀速度是真空光速,以此观点,不必人为地引入暴胀假设,自然地得到大爆炸初是暴胀的。后来光球宇宙内产生正、反粒子,当时宇宙还小,物质密度就很大,场强也极大,其内的光速就很小。但弱作用去耦及中微子去耦,CPT对称使宇宙分裂为正、反宇宙,并使大爆炸中心处的物质被压缩为中心黑洞,正、反宇宙间强烈的反引力斥力,使正、反宇宙高速分离并迅速转动,这样一来,星际空间相光速又开始加速;这过程中心黑洞也在不断膨胀,使正、反宇宙间的距离不断加大,反引力作用逐步减弱,星际空间相光速的加速度也越来越小,直到正、反宇宙间的距离远到反引力作用不能达到为止。此时宇宙的膨胀结束,在中心黑洞的吞噬下不断缩小,直到被中心黑洞完全吞噬。按此观点并不存在宇宙物质丢失的问题,也不必引入暗物质假设。
“当物质半径R→0时,曲率K→∞,能量V+ U→-∞,其中动能V→0,势能U→-∞。R→0时的物质状态就是没有质点(没有大小)的奇点。”——其实物质和宇宙都不可能收缩到0点。宇宙收缩(实际是蒸发)到临界尺度R C≈1.6×10-13 m时,就再次发生宇宙大爆炸。绝对零空间的最小尺度r 3为0.425 9 L PL,L PL是普朗克长度。我的建立于正交的多度规多宇宙时空理论上的大爆炸宇宙学与迦莫夫—固斯、霍金—图罗克、萨莫林等人的不同。其一,我把黑洞与白洞结合了起来,认为具有极高物质密度和强大的膨胀力的白洞既不能独立存在,也没有自行形成的机理,它是黑洞将物质压缩到它的中心区域而形成的,并由黑洞的强大收缩力约束于其中心区域的,也就是说,白洞是由黑洞孕育而成,且是黑洞内部的一种物质形态,是黑洞的一个组成部分。其二,黑洞是在与其周围物质相互作用中演化的,演化阶段的不同,黑洞的特性也不同,黑洞有多种类型。其三,把黑洞视为耗散结构系统,其内部具有膨胀压的白洞具有正熵,黑洞的其他部分具有收缩压,因而具有负熵。黑洞可以从周围吞噬物质时,其质量和尺度增大,其内的白洞虽也在增大,密度也增大,其正熵增大,但比黑洞的负熵增大得少。所以,黑洞保持稳定。当黑洞不再能从周围吞噬物质时,此时它的视界光速达到真空光速,它与周围的物质时空不再发生相互作用,它成为裸黑洞,将不断地蒸发(物质只出不进),即其内的物质不断转化为黑洞外的无形物质,其质量和尺度不断减小,而密度反增大,但内部的白洞不变(正熵不变),故黑洞的负熵减小,是个熵增大的不可逆过程,直到体系的熵为零(尺度达临界尺度R C),黑洞内部的白洞爆炸,黑洞被粉碎,宇宙大爆炸再次发生。其四,在对黑洞进行数学分析时,我将黑洞视为连续介质系统。用连续函数的微积分方法处理。这虽然是近似方法,但却得到黑洞的温度公式和熵公式,表明了霍金的黑洞温度公式仅是黑洞的视界表面的温度公式,而霍金的黑洞熵公式是不合理的。还得到了黑洞内部的分层结构,证实黑洞内部仍然是个因果律起作用的区域,而这原来仅是一些物理学家的猜测。
二、大爆炸理论的困难
“德国天文学家奥尔勃斯在1826年提出了这样一个天文学命题。他假设:宇宙无限;宇宙中充满物质,星数无限;恒星的密度不变,平均光度也不变;星光照度与距离平方成反比。则会导致:黑夜和白天一样亮。这就是著名的勃斯佯谬问题。”——勃斯佯谬不在于恒星分布是否均匀,也不在于星空中有无吸收光的物质,而是定域积分的必然结果。星空背景是黑的,是宇宙还在膨胀的必然结果,即宇宙时空是不定域的,边界在向外不断扩展。一旦,宇宙不再膨胀,甚至收缩,它就是定域的,宇宙时空内光就会形成驻波,那时星空背景不仅会是亮的,还会是闪烁的。
“1894年德国的另一位天文学家西利格尔指出:如果星球无限多而且均匀分布,那么宇宙中任一有限区域的物质(质量有限)将被区域外的物质(质量总和为无限大)所吸引,有限区域内的物质无法依靠自身的引力收缩成星体;然而实际情况并不是这样。这就是所谓的‘引力佯谬’。笔者认为在宇宙中除了考虑万有引力外,还应当考虑它的反作用力,应当重新进行分析。”——即使在有限宇宙中,对任一星体或星系而言,“引力佯谬”还是存在的。笔者的观点对了一半,就是不仅要考虑引力的作用,还应考虑引力以外的作用,例如光压作用,虽然这并非是反作用。还有由引力引起的引潮力,以及正反物质间的反引力。
“大爆炸理论认为能量、物质(质量)、空间、时间已经被一个无限小的点爆炸创造,并且是在四大皆空发生的。”——这是对大爆炸理论的曲解!在大爆炸发生的那个近乎一点的空间(例如,我算出R C≈1.6×10-13 m)内物质高度密集,不过是无形物质,不是有形物质而已。在我的理论计算中始终保持着宇宙总体质量与能量的守恒。
“如果宇宙存在一个开端,那么这个开端便是时间坐标轴的原点,如何确定这个坐标原点呢?那我们不得不采用绝对时间概念,但是,如果采用绝对时空观念,那样由相对论等高等物理理论推导而来的大爆炸理论岂不成了废纸一张?”——我的理论研究已经解决了此问题:大爆炸起爆点就是绝对静止坐标系的原点,它现在是在宇宙中心黑洞的中心,不在我们所在所见的宇宙内,我们所在所见的宇宙是大爆炸形成的多宇宙体系中的一部分,它相对中心黑洞有平动和转动。所以,它内部没有建立绝对静止坐标系的参照物,只能建立相对运动坐标系。由于当今我们的宇宙体系处于缓慢的加速膨胀期,星际空间相光速近乎不变,从而相对论可适用。
“如果宇宙起源于大爆炸,那么宇宙的边缘部分的星体密度应该比靠中心的部分更为稀疏,这好比烟花爆炸一样,可为什么我们测量到的宇宙在大尺度下是如此均匀?”——前面我已经指出了,我们看到的是一幅时间跨度是0到T(200亿年)的宇宙的历史画面,其中越远的宇宙的面貌越全,越近的宇宙的面貌越缺,它根本不是当今宇宙实际面貌的全貌!例如,当今距我们一光年的天体,它在当今发出的光要一年以后才能传到我们这儿。我们如今看到的距离我们一光年的天体,都是在一年前发出的光,它们都是一年前距离我们一光年的天体传给我们的光学映像!
“由广义相对论,我们可以得知,每个星体由于其速度及引力场的不同,会导致时间的快慢程度不同,也许有个星球上的智慧生物认为宇宙的存在只有15亿年,也许另一个星球上的生物认为宇宙已有1 500亿年了。因此,我们永远也不知道宇宙的年龄。”——的确,每个星体由于其速度及引力场的不同,会导致时间的快慢程度不同。适合智慧生物的行星,其质量最大相差四个数量级(王正行:《近代物理学》第536页),就是按牛顿观,这样大的差异引起的重力加速度的差异大约不到22倍,其摆钟走时差别约4.5倍,原子钟由于振荡频率减小计时也变慢。同样材质制作的量尺,在大质量行星上因原子、分子的间隙减小会变得短些,就像人平卧时身长会比站立时长些一样。在论及“引力质量与电磁质量的关系”(读李文之五)中,我已指出,高能态比较同物质的低能态,质量要大些,这些对于从事科学研究和学了物理、化学的人都是容易认可的,而普通人平时是不注意,也无经验的。有人称了人在死前和死后的重量,发现死后少了几克。相信灵魂客观存在的人,说灵魂是客观存在,其质量约有几克。但这仅是高能态比较同物质的低能态,质量要大些的一个实例而已。科学家现在利用动态核磁共振,已能部分地解读大脑思维内容与脑的动态电磁图像的对应关系,今后有可能完全解读大脑思维。所以,灵魂是不存在的,思维、意识和情感仅是大脑神经的电磁活动而已(化学也是电磁活动)。活人才有大脑神经的电磁活动,死了,这种活动就结束了。高速运动的物体其能量也大,其质量也大,这是可以理解的。所以,高速运动导致时钟走慢及量尺缩短,也是可以理解的。一些反相人士攻击和非议相对论的高速运动和引力会引起尺缩钟慢,实在是无知妄为,再吹嘘自己是物理大师和哲学大师,在捍卫“唯物主义”和“科学真谛”,真是既可笑又无耻了!虽然,不同行星上的智慧生物测得的宇宙的年龄和尺度会不相同,但他们在比较彼此的星球的运动和引力后,计及了运动和引力引起的尺缩钟慢后,他们会发现宇宙的年龄和尺度的确是客观实在的,可以得到统一的认识。所以,对宇宙的年龄和尺度的研究是具有科学意义的,是必要的。
“事实上,在广义相对论中,这些物理量的测量和定义依赖于狭义相对论,特别是依赖于狭义相对论闵氏空时中的平移。然而在广义相对论的局部闵氏空时中却并不存在这种平移。”——着眼于时空弯曲就会进入这种困境!现在测量引力波也是从时空弯曲着手,从而至今没有进展。从引力场强改变光速的角度着眼,就可走出困境。
“l1835IR1916星系相对的另一侧也应该有距离在130多亿光年甚至更远的星系。也就是说,在大爆炸发生后10~20亿年左右,宇宙中竟然产生了相距超过260亿光年的星系!”——这是错误的分析!这只能说是经过180亿年,这些大爆炸后二十来亿年产生的一些星系已经分离到260亿光年的范围(形成之初,这两个星系并不是紧挨在一起的!)而已。
“当我们将真空能与引力耦合在一起时,场方程中宇宙学常数项便产生了。……宇宙学常数是量子涨落的结果,等效于真空能量密度。”——这里有三个错误:(1)能量能脱离物质存在吗?!何种能量不具有物质性?!(2)具有物质及其能量的地方还能是真空吗?!(3)引力场与能量而不是与物质耦合,是何概念?!算何种相互作用?!真空成了上帝的百宝口袋,某些无奈的物理学家就从那儿找些宝贝来解困!
“根据大爆炸宇宙学说,星系、星系团等超大尺度结构应该是早期等离子体的不均匀性增长演化而成,而这种早期等离子体的不均匀性,应该在微波背景辐射的小角度(1″~1°)各向异性上有所反映,而宇宙整体的不均匀性应表现在微波背景大角度上的各向异性。多年来,不少观测宇宙学家和天文学家都在致力于探测这种各向异性,迄今为止,还没有得到所期望的结果。”——现在根据测得的各向异性数据,已经确定我们所在所见的宇宙是个椭球体。
“同一类星体有不相同的红移谱线,这明显与速度红移理论相矛盾,因为同一个类星体不可能以几种不同速度远离我们而去。另外,有些类星体的红移量相当大,用哈勃红移理论解释,这些类星体应处在极遥远的地方,且有几乎趋近光速的退行速度。这说明星系红移是不能完全用多普勒效应来解释,必然还有另外因素影响波长的红移,但到目前为止,还没有人提出可令人信服的物理机制对星系红移现象作出圆满说明,星系红移现象已向整个物理学提出严峻的挑战。”——我的理论指出,类星体有三类,第三类类星体是一个正在形成新星系甚至星系团的星云,其中会有原黑洞被粉碎后的碎块形成的小黑洞,它们会环绕新的中心黑洞旋转;星云中还会有许多的微黑洞,它们有强烈的辐射(驻波辐射和霍金辐射,是个强烈的γ辐射源),一些微黑洞会成为形成新恒星的星子,它使恒星中心温度迅速升高,达到核反应温度,这些恒星也会发光。所以,第三类类星体不是一个单独的星体,而是一个具有新的中心黑洞的新星系甚至星系团的星云。其中有些星体(可能是小黑洞或新恒星)向我们奔来(光谱兰移),有些星体(也可能是小黑洞或新恒星)背离我们而去(光谱红移)。还有些星体背离我们而去的速度各不相同,于是光谱红移不一。星体的光谱红移既包含相对运动的多普勒红移,又包含引力红移。引力红移可由广义相对论计算,但需得知星体的质量,否则无法估算。而许多星体的质量难以确定,所以,引力红移难以确定。于是,将光谱红移全算作多普勒红移,往往将星体离地球的距离算得偏大(少数大质量,因而引力红移特别大,但向我们奔来的星体扣除多普勒蓝移后仍显红移,结果算得的离地球的距离又偏近)。而类星体的质量特大,全按多普勒红移算,许多的离地球的距离是不正确的。对此,我有一个计算类星体离地球的距离的公式,对报道的红移量最大(Z=5)的类星体,旧理论算出它离地球189亿光年,在我们的宇宙之外,还能见到?!显然不合理么!按我的计算方法,它离地球119.9亿光年,在我们的宇宙尺度范围内,这就合理了么。红移量最小(Z=0.035)的类星体(MARK509),旧理论算出它离地球6.73亿光年。类星体是古老的星系或星系团成为黑洞后的发光体,它能离地球那么近吗?!也不合理,按我的计算方法,它离地球58.5亿光年,而且是在向着我们奔来!
“地球是非常普通的一颗行星,它可能正好处在而且一直处在宇宙爆炸的中心吗?显然不会。那么,与地球反向运动的恒星相对于地球的速度较大,在地球上观测这些恒星的谱线红移会非常明显,与地球同向运动的恒星相对于地球的速度较小,在地球上观测这些恒星的谱线红移会很弱;也就是说,在地球上观测宇宙中各恒星的谱线红移会有明显的方向性。然而事实并非如此,谱线红移没有方向性,在各个方向上都是等价的,它与恒星到地球的距离是成正比的。”——地球观察者误以为地球在宇宙的中心的问题,我在第一点中已经阐明了。因此,上述分析的错误不必再解释了。但宇宙中星体对地球谱线红移问题是多种多样的,并非都与距离成正比。上一条就有了例举。
“如果宇宙本来就是无限的,则爆炸发生在空间的每一点。如果宇宙是有限的,则Big Bang Cosmology的宇宙范围比现在小得多。”——这种观点也是错误的。大爆炸只能发生在物质高度集中了的某一点,不可能在任意一点。依我的理论算得的大爆炸宇宙体系就很大,我们所在所见的宇宙只是这个宇宙体系中一个很小的部分,但它的尺度现在就已达到138.59亿光年以上。对于这个宇宙体系来说,宇宙是有限的;但这样的大爆炸宇宙体系可能有多个,也是很合理的,但是彼此相距一定很大,应该比宇宙体系的尺度大得多(恒星间的距离就远比恒星大得多,星系间的距离就比星系的尺度大得多,星系团间的距离就远比星系团的尺度大得多)。这些宇宙体系是否有无限多个,无从得知。因而,宇宙是无限的只能算是人们的一个哲学理念,既无法否定,也是无法实证的。但是,至少我们所在所见的宇宙是有限的,不是无限的,却是可实证的。
“兰茨伯格提出,如果把宇宙的膨胀作为时间箭头,则宇宙的收缩就会使观察者有时间倒流的感觉,但如果宇宙、观察者本人和用来量度的尺都同时发生收缩,由于缺乏一个参照系,观察者就无法知道宇宙是否在收缩。”——这个观点也是错误的。宇宙一旦停止膨胀,甚至收缩,宇宙内的光就会形成驻波,此时星空背景不再是黑的,而是亮的,且发生闪烁。星体光谱将普遍蓝移,星系的碰撞和吞并将变得愈来愈多见;甚至星体的碰撞,黑洞的吞噬将不罕见;甚至有智慧生物的行星将发生越来越频繁的地震、火山爆发和电闪雷鸣!观察者怎会不知宇宙在收缩?!
“距银河系中心仅32光年的射手座星云的光谱,结果发现氘的丰度比按照Big Bang Cosmology理论标准模型计算出的结果高出约10万倍。”——如果那儿有强烈的中子辐射,使氢转化为氘,那有什么不可理解的!
“目前我们观测到近处的星系并没有相互分离的趋势,并且也没有证据表明近处的星系在以某一个中心为起点向外膨胀。”——我在前面已讲了,我们看不到与我们相近的天体的实时相对运动情况,更看不到宇宙的实时全貌,我们根据不同时间不同距离的历史映射怎能作这样的武断呢?!
“背景辐射严格地各向同性的情况只存在于一个惯性系中”——事实是宇宙背景辐射是各向异性的!
“当宇宙年龄小于10- 36秒时,宇宙间不仅没有星球,没有化学元素,甚至连任何基本粒子也没有,有的只是时间、空间和物理的真空。”——胡说八道!那时宇宙是(无形的)物质高密度高场强的状态,是四种相互作用还没分离的色胶子凝聚的极高温光球宇宙!只是还没有夸克和轻子,更无其他基本粒子,但有色胶子!
光球宇宙内的能量密度为w=w0 ln(R/r),R=C∞(tt0/2),w0≈1.79×10 52t-3(J/m3)=1.117×1062t-3(GeV/m3)=1.117×1056 t-3(GeV/cm3)。C=C∞r/R=r t-1=C∞e-w/w0。t0=5.39×10-44 s,C∞是真空光速。
光压P(r,t)=w/3=5.968×1051t-3 ln(C∞t/r)(Pa);辐射场温度T(r,t)=(w/ε0)=1.456×1017[t-3 ln(C∞t/r)](K),光子(色胶子)能量e(r,t)=∏4k B T(r,t)/36.06=5.43× 10-6[t-3 ln(C∞t/r)](J),其频率v(r,t)=e(r,t)/h=8.195× 1027[t-3 ln(C∞t/r)](s-1),其波长λ(r,t)=C∞/v(r,t)=9.762×10-20[t-3 ln(C∞t/r)](m),r是距爆心的距离,t是大爆炸后所历时间。
“它们的意义是:我们无法造出一种‘尺’和‘钟’,用来测定小于l p的长度和小于t p的时间。一个量在原则上不能测量,就不会有物理意义。”——谬论!技术上无法造的事物多着呢,地球、恒星能造了吗?!可是客观存在啊!从理论上讲今后技术上可造微黑洞(现在还远不可能),但永远无法人造可吞噬四周物质的非裸黑洞,但星际有着众多的黑洞啊!即使科学家可以破解一种病毒的DNA,可目前还没能用化学方法去合成DNA,从而人工制造病毒,可病毒和更高级的生物是大量地客观存在啊!量子色动力学指出存在多种基本粒子,当时人们还没发现,可后来高能物理实验中逐步发现了它们!不要说恒星内部的温度,就是地球内部的实际温度,我们不仅实际上无法直接测量,恐怕原则上也无法直接测量,那它就不具有物理意义了?!宇宙无限也是原则上无法测量,也无法实证的,那它也不具有物理意义了?!
三、宇宙无限论的再生
“94.宇宙会一直膨胀下去吗?95.宇宙大爆炸的量子起源是什么?96.大爆炸之前可能存在什么?97.我们的宇宙是否有兄弟姐妹?”
建立于正交的多度规多宇宙时空理论上的大爆炸宇宙学可以回答这些问题:(1)宇宙不会一直膨胀下去,这种膨胀是正、反物质宇宙间的反引力造成的。当将正、反物质宇宙隔开的宇宙中心黑洞膨胀到使正、反物质宇宙相距太远,无法再传递反引力时,膨胀就终止了,正、反物质宇宙被宇宙中心黑洞所吞噬,宇宙中心黑洞通过蒸发而日益收缩,最后其内的白洞爆炸。新的宇宙体系又在大爆炸的烈火中凤凰涅槃地重生了!黑洞不仅是旧宇宙的毁灭者,也是新宇宙的孕育者。(2)宇宙大爆炸的量子起源是宇宙中心黑洞通过蒸发,其负熵日益减小(熵增大),当其总熵为零,也即其内的白洞正熵等于黑洞剩余的负熵时,黑洞的收缩压力难抵其内白洞的膨胀力,从而宇宙大爆炸就发生了!(3)大爆炸之前是宇宙中心黑洞通过蒸发而日益收缩,而其内的白洞却保持不变。(4)我们所在所见的宇宙仅是宇宙大爆炸而形成的宇宙体系中一个很小的部分。这个宇宙体系有众多的类似我们所在所见的宇宙,以及它们的反物质宇宙,这些宇宙环绕宇宙中心黑洞而运动,且不断被其吞噬,故宇宙中心黑洞比周围的宇宙膨胀得更快。最终会全部被宇宙中心黑洞所吞噬。而类似的由大爆炸形成的宇宙体系也可能不止一个,也可能有很多。
“理论模型必须给出可供观测的预言。”——正交的多度规多宇宙时空理论的大爆炸宇宙学在2001年得到宇宙仍在加速膨胀的结论,2002年上半年得出我们所在所见的宇宙的尺度现不大于150亿光年,不小于138.59亿光年,2004年终稿时得出我们所在所见的宇宙是个旋转椭球体,这些都在2006年10月12日之前一一被证实。它关于类星体的理论也可以为天文学所检验,关于真空光速的理论值和光速公式可由物理学实验来检验,它关于中微子衰变的观点也可由物理实验来检验,它关于两个以超光速分离的星系的解释也可由天文观测来检验。
“宇宙背景辐射只在一个独一无二的参考系中各向同性,在这个意义上,那个参考系代表‘静止’。”——这个观点和结论已被宇宙背景辐射的各向异性所否定!
“在观测中,宇宙是高度均匀的。物质的物理性质和分布都是均匀的。”——严重违反客观事实!从原子、分子的结构到恒星系、恒星集团和星系、星系团、本星系团到我们所在所见的宇宙,都是微粒物质高度集中又被远比微粒物质所占的空间大得多的场物质空间所联系!就是我们的地球也是不均匀的,越近中心密度越大,所有的大星体都这样。近来天文学发现我们所在所见的宇宙中有许多大空洞,最大的尺度达十亿光年以上,其内什么物质也没有,甚至连某些科学家说的“暗物质、暗能量”也没有,也无背景辐射,应是真正的物理真空!均匀分布论完全是胡说八道!
“宇宙学常数可以看作宇宙真空能量密度的一种量度。”——量子真空论的又一谬论!
“Big Bang Cosmology的起点在何处?”——大爆炸起点在宇宙中心黑洞的中心,不在我们所在所见的宇宙内。
“按照Big Bang Cosmology理论,地球与太阳之间的距离应当越来越大,太阳的辐射频率应当越来越小。”——这是大爆炸理论的结论?!我的理论研究中可得不出这样的结论啊!宇宙内既有爆炸也有收缩和吞并,既有大尺度的膨胀,也有小尺度的收缩,也有相当长时间的相对稳定。宇宙内显示着多样性么!不过,地球和太阳间的距离的确在增大,那是两者间的引潮力的结果。太阳的辐射正越来越强,这是其日益收缩及核心温度越来越高,热核反应越来越迅猛的缘故。
“在宇宙的Big Bang Cosmology过程中,温度和密度随着时间的流逝而下降。”——这是膨胀期内整体的总趋势。但局部地有新星系、新恒星的诞生,那儿会有局部的温度和密度的升高。
“温度的实质是何?”——温度也是物质能量的一种度量。
“能量是物质与space-time的相互作用”——错!时空和能量都是从属于物质的。时空是物质运动演化的外在表现,能量则是物质运动演化的内涵特性。
“现代天文学测得宇宙的扩张速度正在加快,像有一股普遍的推动力持续将space-time结构向外推,原因在于正负引力质量间相互排斥。”——这就是我所说的正、反物质宇宙间的反引力问题。
“类星体就被解释成一个远离地球、且相对地球高速退行的天体。从而引发了远距离与大能量的矛盾。”——类星体是远离地球的古老星系(或星系团)演化成的黑洞或这种黑洞的爆炸产物。远距离与大能量没矛盾啊!
“一种密度和温度无限大的‘奇点’”——不会有这样的“奇点”!就是在白洞这样物质高度密集,温度奇高的地方,密度和温度仍是有限的,不可能为无限大!
“物质与space-time在初始奇点创生,在终极奇点消灭,这两种奇点也许存在一个准确的时间对称。”——在正交的多度规多宇宙时空理论的大爆炸宇宙学看来,物质既没有创生,也不会消灭,只是存在形式的转化而已,但伴随它的时空时涨时缩,总体演化具有时间周期。不存在奇点,也就没有所谓“所有已知的科学定律在Big Bang Cosmology奇点处失效”的问题。
“整个宇宙的正引力质量为无穷大,空间和时间可能会共同形成一个在尺度上有限而没有任何边界或边缘的面,所以绝对空间弯曲为一个半径为无穷大的封闭的球形空间。”——这种说法是明显的悖论!既然无限,没有任何边界或边缘的面,何来封闭?还说是“球形空间”呐!?
“宇宙是完全自足的,而不被任何外在于它的东西所影响,它既不能被创生,也不能被消灭,它就是存在。因此宇宙不存在起源问题,宇宙应当是时间上无始无终、空间上无边无缘,造物主无所事事的宇宙。”——这正是正交的多度规多宇宙时空理论的大爆炸宇宙学的结论啊!总体上是时间上无始无终、空间上无边无缘,但对其中的每个宇宙体系及其内部的每个星系甚至每个星体而言,它们的存在、运动和演化都是在有限的时空中进行的,就像我们人类中的每个人一样。这就是总体和各别,无限和有限的对立统一。只抓住一点,强调一点,不是辩证唯物主义的态度。
“对整个宇宙来说,宇宙既没有来,也没有去。关于大爆炸理论,它可以是宇宙存在过程中的一个环节,而决不可能是宇宙的起源。如果说是起源也只能说是某个阶段的起源,宇宙是不存在一个绝对开始的那种“起源”的。”——此话说得正确!
四、黑洞的存在性问题
“在黑洞的中心是一个奇点,那里所有的物质都被无限压缩,时空被无限弯曲。”——这种说法是想当然!正交的多度规多宇宙时空理论的计算指出:单靠引力,物质甚至进入不了11L PL以内的时空!在色胶子的凝聚(色电色磁耦合)削弱了强核力的斥力强度后,物质才能进入普朗克尺度L PL以内,但也绝对进不了0奇点!无论多强大的黑洞,其中心都存在一个空域,物质和相互作用都是无法进入的。这个空域大小既跟黑洞的质量有关,还与黑洞的演化阶段有关,但最小尺度是0.425 9L PL。所以,奇点论是错误的。它是只考虑引力,而未考虑物质高度压缩时,内部发生的抗压应力(强核力斥力)之故。
“按照广义相对论,黑洞并不是通常意义上的物质实体,而是一个区域,一个极度弯曲了的空间。”——错!黑洞是种客观存在的特殊的天体!正交的多度规多宇宙时空理论和天体物理理论和天文学发现都证明了这一点。
“微型黑洞”——这是黑洞爆炸后在它周围的辐射场内形成的微小的裸黑洞,初始它的尺度为8×10-14 m,质量约3.833 66× 1014 kg,表面温度约1.265×1010 K。可见其温度很高,故其霍金辐射很强,且是γ射线;由于它是尺度很小的裸黑洞,它的驻波辐射频率很高,也是γ射线,因而它是γ射线源。它是存在于第三类类星体的星云内,成为宇宙内强大的γ射线源。也可以在此星云中成为新恒星的星子。但不可能在宇宙间四处游荡,甚至光顾太阳系。由于它们辐射得越来越强烈,所以寿命不会很长的。大多数黑洞的表面温度很低,甚至比宇宙背景辐射的温度还要低,故其霍金辐射是很弱的。物质落入黑洞时一部分转化为声辐射和光辐射(约50%的物质转化),另一部分进入黑洞,增加其质量、尺度和负熵。此时黑洞本身不发光,黑洞本身是黑的,发光区在黑洞的外围。这种黑洞是克尔黑洞,恒星黑洞都是克尔黑洞。星系中心黑洞(天文学发现这种黑洞很普遍)最初也是克尔黑洞,晚期才转化为史瓦西黑洞,这时星系的89%的物质已落入了黑洞,它的视界光速达到真空光速的一半。此时,它开始收缩,发生驻波辐射,也即本体发光,它将是亮的,它就是第一类类星体。它的周围还是有星际物质的。当它吞噬了全部星系(或星系团)的物质时,它就成为裸黑洞,它的视界光速达到真空光速,它将不再与外界发生相互作用,从而它将单调地向外辐射(驻波辐射和霍金辐射),而不可能再吸入外界的物质,它就是第二类类星体。它的周围不会有星云。
“演化到晚期的星体只要还有两三个太阳的质量,就会迟早变为黑洞。”——四倍以上才能塌缩成黑洞,否则只能成为中子星。
“黑洞还要不断坍缩到时空奇性。时间停止了,空间成为一个点,一切物理定律,包括因果律都失去意义。”——错!黑洞中心都存在一个空域,不可能坍缩到时空奇点。黑洞内部具有分层结构,因果关系和物理定律仍成立。
“68.黑洞何时可以露真容?”——成为史瓦西黑洞后。
“黑洞辐射并不含有任何黑洞内部的信息,在黑洞损失殆尽之后,所有信息都会丢失。”——霍金的观点基本上是对的。克尔黑洞的辐射是外围物质跌落入黑洞所发生的,有声波也有电磁辐射,从中长波到韧止辐射的X射线,但黑洞本身无辐射,当然不会含有任何黑洞内部的信息。史瓦西黑洞本体发光,其辐射波长与黑洞的尺度成正比,还会因黑洞本身的胀缩脉动和转动而发生辐射频率的脉动及辐射的扫描特征,从而揭示了此黑洞本身的部分信息。这种黑洞的初期(第一类类星体),周围还有其星系残留,故仍有克尔黑洞的辐射特点,但当成为裸黑洞时,那种克尔黑洞的辐射特点就没有了,而且不会有反映黑洞本身的胀缩脉动的辐射频率的脉动,辐射频率是单调地越来越高,辐射强度比早期的史瓦西黑洞强了1014倍。所以,它的寿命很短,常误认为是超新星爆发!裸黑洞爆炸后成为第三类类星体,它是个新的宇宙体,它的中心是个新的中心黑洞,周围的星云中有大量的微黑洞,还可能有几个小黑洞绕中心黑洞旋转。它的中心辐射频率越来越低,强度越来越小,但星云中的辐射(γ射线源)倒是越来越强,频率频率越来越高,与克尔黑洞及第一类类星体的辐射明显不同。所以,黑洞的辐射还是带有了黑洞的一些特性。黑洞毁灭后新形成的星系会保留黑洞最强大时的质量,甚至是它的角动量,并非所有的信息全部丢失。
“引力就不可能把这颗中子星压缩为黑洞了。”——质量小于四倍太阳质量的恒星只能演化为中子星,不可能演化为黑洞;已演化为中子星后也不可能再转化为黑洞。质量大于四倍太阳质量的恒星只能演化为黑洞,不可能演化为中子星。这是天体物理学计算的结论。
“静态黑洞不存在。”——黑洞从来不可能是静止的!它的诞生是物质运动和存在形式的急剧转化,它诞生后在与周围物质的相互作用中不断演化,在终止与周围物质的相互作用后,不断蒸发直到其内的白洞爆炸而终止其一生。但新的宇宙体系又出现了。以静止的观点怎能得到这些动态结果呐!黑洞的客观存在的天文学报道已经很多,主观否认是没有用的。客观的态度是看看有关说明黑洞存在的资料,是否符合黑洞的特性,是否可用别的机理来解释。
“霍金辐射,亦称黑洞蒸发。”——这种辐射不是黑洞普遍都有的,至少对视界温度远低于周围环境温度时这种量子辐射是极其微弱的。黑体辐射在黑体温度高于周围环境温度时发射多于吸收,温度一致时发射与吸收平衡,温度低于周围环境温度时吸收多于发射。黑洞蒸发仅在黑洞成为裸黑洞后才发生,在这之前是不可能发生的!而驻波发射在黑洞成为史瓦西黑洞(第一类类星体)之时就开始了。
“根据量子力学的定律,信息是不可能被彻底抹掉的。”——对于生命体来说,生命终止,其生命信息也就终止了。你吃了水果、蔬菜、肉类和粮食,你能追踪身上哪些细胞(或者它的哪种组分)是由哪种食物组成的?!就是人造建筑或器物也不会永存,自然之力将日益抺去它的存在信息!列维彗星落向木星时,被木星引力撕碎,落入木星大气层时,发生猛烈的爆炸,激起木星表面的强烈闪光和扰动。但这么多年过去了,我们还能追索到列维彗星残骸的信息否?信息是由物质所携带的,物质的存在形式都会转化,旧的存在形式消失了,新的存在形式产生了,旧形式所具有的信息会全部保留到新的形式中去吗?!正负电子对湮没为γ光子,正、负电荷还保留在γ光子内?!正、负电子的静止质量、经典半径、自旋还保留在γ光子内?!保留的仅仅是能量守恒和动质量等于两粒子静止质量之和!物质是不灭的,既不能产生也不能消灭。但信息是可以产生也可以消灭的。两者不能等同而言!
“用虚黑洞的方生方灭,来理解纯态向混合态的演变。”——就物理学而言,虚数态就是不确定态,甚至是失控态,不能与实态等价的。引入虚态本身就是增加了系统的不确定性,平添了信息的产生和消失的新机理!白洞并非是什么虚宇宙或虚黑洞,它是黑洞中近中心处的高温高密度物质态,它意味着黑洞孕育着产生新宇宙的胚元。
“存在一位宇宙监督,它禁止裸奇点的出现。”——你看又在请上帝来帮忙了!不去好好研究客观的物理世界上是否有奇点,甚至裸奇点,被数学上的奇点搞得失魂落魄,没了方寸!
“但量子力学主要是描述细微空间中的物理现象,因而它只有在‘宇宙时间’的前提下才会体现其理论价值,否则就没有任何意义。”——量子问题中粒子的运动速度按麦克斯韦分布,也就存在不同的粒子运动速度,即粒子间有相对运动(布朗运动就是实例),何况不同的粒子还有不同的质量,所以量子问题同样存在相对论说的同时性被破坏的问题。因而,爱因斯坦说:“量子问题是系综问题,不是系统问题。”是非常正确的。所以,卓别林的认识和处理方式并不可信可行。
“美国宇航局9月9日宣布,钱德拉X射线太空天文台监测到来自距地球两亿五千万光年的英仙座星系巨大黑洞声波的证据。”——我的理论中早就指出了这点(见2006年3月出版的《大爆炸形成多宇宙时空》)。
【注释】
[1]1:
发件人:学生(xiandaiwulixue@21cn.com)
发送时间:2009年2月3日21:12:13
收件人:jh.lv66@hotmail.com
尊敬的吕老先生:
您好!您的邮件我已经收到,我非常感激,20年来您是第一位从开始全面分析我的文章,并提出了许多宝贵的建议,我一定会认真学习您的观点,对于文章认真修改,现在把2009年的修改稿发送过去,恳请您对于后面的文章提出宝贵的意见,感激涕零,不知所言!!
一位慕名求教者:李学生
2:李学生:山东省济南市长清第一中学数学教师。
博客:http://sea3000.net/lixuesheng/
http://www.phyw.com/wytk/xtwzh/lixuesheng/lixuesheng.htm
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