《物質(zhì)場理論是運用狹義相對論對引力場和電磁場作深入研究的理論.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物質(zhì)場理論是運用狹義相對論對引力場和電磁場作深入研究的理論.doc（6頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、 狹義相對論方面，第3個問題：“狹義相對論的出發(fā)點是兩個基本假設(shè)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(shè)就可以減少一個基本基本假設(shè)，狹義相對論就更加簡潔、優(yōu)美，這樣理解是否可以？”的確，在1905年以前，經(jīng)典的麥克斯韋理論對于所有的慣性系就已得出真空中光速均為c，伽利略變換只對經(jīng)典力學(xué)方程協(xié)變，對電磁學(xué)的方程不協(xié)變，光速經(jīng)伽利略變換后會改變。但當時經(jīng)典力學(xué)的保守勢力很強，認為一般不帶電的運動物體，仍可以用伽利略變換。狹義相對論愛因斯坦為此寫了題為論動體的電動力學(xué)

2、，就是要把經(jīng)典力學(xué)向電動力學(xué)靠攏，把光速不變原理提高到基本原理的高度，建立了狹義相對論?；驹碛袃蓷l：1. 相對性原理：所有慣性參考系等效，物理規(guī)律相同。2. 光速不變原理：光速既與觀察者所在的參考系無關(guān)，也與光源的運動速度無關(guān)，真空中任意慣性參考系的電磁波傳播速度均為c。狹義相對論是一個嚴密，完善，自恰，普適的理論。過去不少學(xué)者，由于理解不透，以及殘留經(jīng)典力學(xué)概念，對其作了很多保留和限制。本人認為，對狹義相對論作的任何保留和限制都是沒有根據(jù)的，任何所謂佯謬都是由于對狹義相對論理解不透，以及殘留經(jīng)典力學(xué)概念產(chǎn)生的。經(jīng)典的電磁場理論中，電磁場存在一對場：電場和磁場。庫倫定律和畢奧-薩伐爾定律是

3、兩個完全獨立的定律。狹義相對論在兩個定律之間建立了聯(lián)系。當對庫倫定律進行洛倫茲變換時，方程的形式發(fā)生改變。正是這種改變，可以從庫倫定律導(dǎo)出畢奧-薩伐爾定律。當電荷運動時，在周圍可產(chǎn)生磁場。電場和磁場互相關(guān)聯(lián)，這是狹義相對論的必然結(jié)果。牛頓引力定律與庫倫定律結(jié)構(gòu)上完全一樣，可對其進行洛倫茲變換，是與狹義相對論相容的，可以直接納入狹義相對論，作為引力理論的出發(fā)點。對牛頓引力定律進行洛倫茲變換后也會改變方程的形式，正是這種改變，可以從牛頓引力定律導(dǎo)出一條新的規(guī)律：“當物質(zhì)運動時，在周圍還可產(chǎn)生一種類似于磁場的場，可對其它運動物體產(chǎn)生作用力，稱為動引力場”。引力場與動引力場形成一對場，合起來稱為引動場

4、。引力場與動引力場互相關(guān)聯(lián)，這也是狹義相對論的必然結(jié)果。為什么電磁場很早就被發(fā)現(xiàn)，而動引力場一直沒有發(fā)現(xiàn)它的存在呢？那是因為電磁場比引動場強得多，容易被發(fā)現(xiàn)。又因為電荷運動的速度很快，產(chǎn)生的磁場較強。此外，在自然界存在鐵磁性物質(zhì)，磁力可加大很多倍，磁場容易被發(fā)現(xiàn)。物體的運動較慢，動引力比靜引力還小v2/c2倍，因此動引力不易被發(fā)現(xiàn)。廣義相對論狹義相對論的創(chuàng)建者，在引力問題上背離了它，而另尋別的途徑。由于牛頓引力定律經(jīng)洛倫茲變換后會改變其形式，他錯誤地認為，引力定律不符合狹義相對論，并由此建立了廣義相對論作為狹義相對論的推廣。把具有引力場的時空，表示成黎曼幾何的彎曲時空，物體沿著彎曲時空的短程線

5、運動。物理學(xué)中，物質(zhì)之間的相互作用通常是采用“場”的概念，而不用時空的彎曲來描述。如果當時牛頓采用彎曲的三維空間和一維時間來描述引力，天體力學(xué)不可能發(fā)展得如此迅速。既然牛頓萬有引力定律可寫成與庫倫定律結(jié)構(gòu)上完全一致的形式，經(jīng)洛倫茲變換后都會改變其形式，為什么愛因斯坦可以在狹義相對論中接受庫倫定律，而不接受牛頓萬有引力定律。或者是因為他對電動力學(xué)的偏愛和信任，但對牛頓引力定律不具有洛倫茲不變性橫加指責，認為不符合狹義相對論，而不能接受呢？他故弄玄虛地認為，引力具有更復(fù)雜的性質(zhì)：三個等效原理和引力場的非線性，并由此建立了廣義相對論。愛因斯坦提出廣義相對論作為狹義相對論的推廣。把具有引力場的時空，表

6、示成黎曼幾何的彎曲時空，物體沿著彎曲時空的短程線運動。廣義相對論是愛因斯坦把引力納入相對論的一個重大課題，它的基本依據(jù)是等效原理和引力場方程的非線性。引力場導(dǎo)致時空要用曲線坐標系展開。愛因斯坦運用張量分析和黎曼幾何作為數(shù)學(xué)工具，終于在1915年建立廣義相對論。由于數(shù)學(xué)上的巨大困難，愛因斯坦把引力與電磁場相結(jié)合的嘗試歸于失敗。把引力場與量子力學(xué)相結(jié)合也存在很大困難。三個等效原理和引力場方程的非線性不能成立慣性質(zhì)量不等于引力質(zhì)量牛頓力學(xué)中，引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等。在相對論中，引力質(zhì)量是否與慣性質(zhì)量仍嚴格相等？有人曾做過很多精確的實驗。但其所證實的，實際上是“引力作用下運動規(guī)律與其質(zhì)量無關(guān)”，而不是

7、 “引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等”。愛因斯坦認為，引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量在相對論中仍然相等，當慣性質(zhì)量隨著物體運動而增大時，引力質(zhì)量也隨之而增大，為等效原理之一。場從其分布特點可分為：有源無旋的場和有旋無源的場兩類。引力質(zhì)量mg是引力場的源，靜引力場為有源無旋的場。當粒子運動時，周圍可增加一些場。增加的場都是有旋無源的場，不會增加有源無旋的引力場。因此在狹義相對論中，當進行洛倫茲變換時，引力質(zhì)量為不變量，為四維標量。慣性質(zhì)量不是引力場的源，它表征物質(zhì)周圍所有場（包含電磁場）的能量。當物質(zhì)以速度 v 運動時，場增加了，能量也增加，從而慣性質(zhì)量也增加。慣性質(zhì)量和能量一樣，是三維標量，不是不變量。因此在相對論

8、中引力質(zhì)量不等于慣性質(zhì)量。引力場不等效于加速度在狹義相對論中，電磁場是四維二階反對稱張量的分量，經(jīng)洛倫茲變換后各分量相互轉(zhuǎn)變，但不能消失。愛因斯坦設(shè)計了升降機理想實驗，認為引力場與電磁場不同，在地球引力場作用下，自由降落的升降機中的人感覺不到重力，地球的引力場被升降機的自由落體加速度完全抵消了。換句話說就是：加速度等效于引力場，為等效原理之二。引動場也是四維二階反對稱張量的分量，經(jīng)洛倫茲變換后各分量相互轉(zhuǎn)變，但不能消失。當物質(zhì)粒子運動時，粒子中心的引力場變化可感生出一個動引力場。當粒子作加速運動時，動引力場變化可感生出一個反引力場，作用到粒子本身，為反作用力。升降機中的人感覺不到重力，是因為地

9、球的引力作用被這個反引力場的作用抵消了。反引力場只存在于粒子中心附近一個很小的區(qū)域，而地球的引力場均勻存在于空間。二者只是對粒子的作用力抵消，物理狀態(tài)并不完全抵消。此外運動粒子周圍還存在動引力場，物理狀態(tài)不能完全抵消。引力場不等效于時空彎曲愛因斯坦又設(shè)計了一個轉(zhuǎn)盤理想實驗，轉(zhuǎn)盤的邊緣由于旋轉(zhuǎn)運動，圓周長會因尺縮效應(yīng)變小，但半徑不變，轉(zhuǎn)盤必然會彎曲變形。轉(zhuǎn)盤上各點由于旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生加速度，這等效于轉(zhuǎn)盤上各點受到引力場的作用。于是得出，引力場等效于時空彎曲，為等效原理之三。引力場等效于時空彎曲也不成立。時空是物質(zhì)粒子在其中運動的一個平臺，不是單為引力場設(shè)置的。如果說引力場等效于時空彎曲，而電磁場不能

10、，當對引力場與電磁場作統(tǒng)一研究時，就會出現(xiàn)極大的困難。狹義相對論認為，慣性坐標系中的四維時空是平直的。物質(zhì)在平直的四維時空中運動的軌跡，稱為世界線。當物質(zhì)在慣性系中作勻速運動時，物質(zhì)在四維時空中運動形成的世界線為直線。當物質(zhì)的運動受到外力作用時，其運動速度不是勻速的，使世界線發(fā)生彎曲。當物質(zhì)在引力場作用下作變速運動時，四維時空仍是平直的，但世界線為曲線。引力場只是使物質(zhì)粒子運動的世界線彎曲，而不是使時空彎曲。同樣，當物質(zhì)粒子在電磁場作用下作變速運動時，世界線也為曲線。當引力場與電磁場共同作用時，二者都在同一個平直的時空中，作用力可以疊加，使世界線彎曲。彎曲的世界線也可以用時空度規(guī)來描述。時空度

11、規(guī)所描述的，不是彎曲時空的幾何特性，而是物質(zhì)在平直的時空中運動，形成彎曲世界線的幾何特性。引力場方程應(yīng)是線性的愛因斯坦認為，物質(zhì)產(chǎn)生引力場，引力場本身也是物質(zhì)，從而又會產(chǎn)生引力場。因此在包含引力的廣義相對論中，引力場方程應(yīng)該是非線性的，而電磁場方程是線性的。相對論的引力場方程，不能模仿電磁場方程那樣建立，應(yīng)該有更為復(fù)雜和精確的形式。他建立了名為愛因斯坦方程的非線性引力場方程，該方程的線性近似與電磁場的方程有相近的形式。這個觀點也是錯誤的，因為引力場本身雖然也是物質(zhì)，具有能量，但它只對慣性質(zhì)量有貢獻。引力場本身并不形成新的場源，換句話說引力場不會產(chǎn)生新的引力場，對引力質(zhì)量沒有貢獻。因此引力場方程

12、與電磁場方程一樣，應(yīng)該是線性的。牛頓引力理論在天體力學(xué)的計算中，已達到了很高的精度。根據(jù)行星軌道微小的偏差，可計算出軌道外存在其它天體的質(zhì)量及其運行軌道。但在光線的引力偏轉(zhuǎn)和行星軌道近日點進動等問題上，尚有一定誤差。廣義相對論在天體力學(xué)的計算中，達到的精度比牛頓引力理論更高。用彎曲世界線的時空度規(guī)來計算，達到的精度不低于廣義相對論?？梢缘贸?，有心引力作用下彎曲世界線的時空度規(guī)，它的弱場近似與史瓦西度規(guī)形式上一致?？磥?，史瓦西度規(guī)只適用于較弱的引力場，不能用于強引力場情況，更不能用來研究例如黑洞等問題。物質(zhì)場理論可建立微觀粒子的駐波方程德布羅意認為基本粒子可表示為有周期性振動的駐波，當粒子以一定

13、速度運動時，運用洛侖茲變換，駐波變?yōu)橄嗖?波，其相速大于光速。 波的振幅不僅具有幾率解釋，而且應(yīng)具有實際的物理意義。駐波的振幅應(yīng)該包含一個奇異點，遠離奇異點處振幅要逐漸衰減。所謂駐波是指，空間各點振動的相位只隨時間作周期性變化，不隨距離變化；而行波是指空間各點振動的相位既隨時間，也隨距離作周期性變化。過去認為，駐波是行波在一定的邊界條件下形成的，例如兩端固定的弦形成駐波?；玖Ｗ拥鸟v波并不是由行波在一定的邊界下形成的。過去還有另一種觀點，認為粒子是有一定大小的“波包” 。它是由一組頻率相近的行波疊加組合而成。“波包”在行進過程中會發(fā)散，不穩(wěn)定，因而是錯誤的。量子力學(xué)的正統(tǒng)學(xué)派，只承認波函數(shù)的

14、統(tǒng)計結(jié)果，不承認波函數(shù)有實質(zhì)性的物理意義，為純幾率解釋，這與德布羅意的本意相違背。物質(zhì)場理論是運用狹義相對論，對引力場和電磁場作深入研究的理論，電磁場和引動場總稱為物質(zhì)場。庫倫定律與牛頓引力定律有極強的相似性。選用適當?shù)膯挝恢疲⒁胩摂?shù)引力荷，可消除二者之間的差別。電磁場與引動場可用統(tǒng)一的公式表達，建立統(tǒng)一的物質(zhì)場理論。物質(zhì)場分為電磁場和引動場兩大類，兩者具有統(tǒng)一性。物質(zhì)場理論認為，宇宙中的物質(zhì)都是由物質(zhì)場及其振動構(gòu)成的行波和駐波。過去的麥克斯韋方程組，只適用于電磁場的靜態(tài)、恒穩(wěn)態(tài)和行波態(tài)，缺少駐波態(tài)。為了擴大研究，把物質(zhì)場包括電磁場和引動場，分為兩種狀態(tài)。物質(zhì)場第一種狀態(tài)靜態(tài)、恒穩(wěn)態(tài)和行波

15、態(tài)，仍保留麥克斯韋方程組。物質(zhì)場第二種狀態(tài)駐波態(tài)，除滿足真空條件外，其微分方程組需改變麥克斯韋方程組中的一個符號。 按物質(zhì)場第一種狀態(tài)，可建立物質(zhì)場的波動方程，并得出物質(zhì)場行波。物質(zhì)場行波對應(yīng)于電磁場為電磁波，相應(yīng)的粒子為光子，是電磁相互作用的媒介；對應(yīng)于引動場為引力波，相應(yīng)的粒子為引力子，是引力相互作用的媒介。物質(zhì)場理論中，引力子的自旋與光子一樣為1。物質(zhì)場行波只有單一的相位關(guān)系，這說明光子和引力子是中性的，不存在正反兩種粒子。兩天體在引力相互作用下作旋轉(zhuǎn)運動，可激發(fā)出四極輻射的引力波，其振動模式與上述的引力波并不相同。按物質(zhì)場第二種狀態(tài)，可建立物質(zhì)場的駐波方程，并得出物質(zhì)場駐波。物質(zhì)場理論

16、認為，所有的基本粒子是由物質(zhì)場的振動形成的駐波，各種基本粒子的存在方式，就是物質(zhì)場駐波不同的振動模式。駐波解顯示出德布羅意對基本粒子提出的駐波的特點。駐波指數(shù)函數(shù)的變量為復(fù)數(shù)，虛部為時間項，實部為空間項。相位只隨時間作周期性變化，而不隨空間坐標作周期性變化。時間項可區(qū)分出兩種相位關(guān)系，對應(yīng)正反兩種基本粒子?？臻g項為負實數(shù)，表示振幅隨空間距離增大而衰減，即離駐波源越遠振幅越小。存在一種以矢勢縱向分量和標勢構(gòu)成的波，是一種駐波轉(zhuǎn)變成的相波，稱為矢勢縱波。其矢勢與波矢有同向和反向兩種狀態(tài)，對應(yīng)正反兩種粒子。沒有物質(zhì)場與它相伴，靜質(zhì)量接近于零。有振動就有能量，粒子必然接近于光速運動。粒子之間的相互作用是依靠場來實現(xiàn)，因此這類粒子與其它粒子的相互作用很弱?？梢月?lián)想到，這就是中微子。對物質(zhì)場和勢的駐波方程在球坐標中求解，可得出 場和勢在駐波中的分布情況。駐波解中除了給出振動相位隨時間作周期性變化以外，還給出振幅隨空間距離的分布函數(shù)和衰減的信息，以及振幅隨空間方位角的分布函數(shù)。陳其翔 2023.9.1