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挑战相对论的两个误区

曾富

 

   
    1
、把微观世界当作宏观世界处理

    有人说:质量如同电荷一样,是物体的固有属性,高速物体质量增大是因为它获得了外界其它物体给它的质量,而不是什么相对论效应。比如光子弹进电子,就不仅增大了电子的动能,还增加了电子的质量。可是因电子有稳定的内部结构,电子就适时的耦合着光子,并弹出体外。狭义相对论关于质速关系的推论,是想当然的错误。 狭义相对论首先假定光速是不可渝越的,然后又假定了一个恒定的有无限能力的外力,那么,这个无限恒力既然不再增加物体的速度,那它还能干什么呢?就只好去增加物体的质量,于是质量就变成了无穷大。 若说物体的质量随速度的增大而增加,那也是只有一种情况可以做到,就是当一个物体使另一个物体加速时,是以一定的速度投入这个物体的怀抱,这样就不仅增大了这个物体的速度,也增加了这个物体的质量。

    此判决狭义相对论是错误的实验,是当观察者相对实验室参照系运动,检验高速粒子的质量是否仍然符合狭义相对论推导出的质量-速度关系式,例如,实验室中正负电子对撞机,两个高能质子相碰撞,究竟是两个高能质子对撞还是一个高能质子撞击另一个静止质子呢?如一个高能质子A撞击另一个静止质子B,其中一个质子飞向了一边,另一个质子则产生新粒子,这就产生一个奇怪现象:按照狭义相对论,观察者站在不同角度,看到的结果完全相反。如果他想让A牺牲,他只需站在实验室系就可以;如果他想让B牺牲,只要他改变自己的运动速度就可以了!

    以上误区是把微观世界当作宏观世界作处理。在微观领域,当物体的速度接近光速(每秒30万千米)的时候,经典力学必须让位給量子力学。这些修正的影响,就像量子力学一样,在日常生活中并不明显。根据狭义相对论,一个粒子的能量E,和动量p,有如下关系:

                   EE=ppcc+mmcccc                        5-1

    这里c是光速,m是粒子的静止质量。关于能量E和动量p,当粒子的速度比光速小得多的时候,相对论关系的一个近似式是:

                   EE=pp/2m                              5-2

    这个非相对论能量表达式中,不包含静止能量项mcc1926年虽从相对论质能关系出发推导出量子力学的薛定谔方程,但却不能用来研究高速运动的电子。而狄拉克推导出的相对论性电子狄拉克方程,则能正确地给出能量E和动量p的相对论关系。但是,对于一个给定的动量p,能量E有两个可能的解。一个解的能量E是正的,但第二个解能量E却是负的。用狄拉克的负能量海图像描述,一个光子能产生一个电子-正电子对。正电子是电子的反粒子,它们质量相同,电荷相反。相对论性电子狄拉克方程关于反物质预言得到证实,发展出了量子场论、量子电动力学、费曼图和虚粒子等理论。而通过量子力学,发现虚数是用来描述过去和将来的影响,统计的点集域。所谓“点内空间”一个直观的几何形象是一个空心圆球收缩成一个庞加莱猜想点,它与无论是对过去事件的时间描述,还是对现在事件描述的未发生的---指“将来”事件的时间描述等价,其直观的代数形象类似虚数。表达式是:无穷小量能量(对应点外空间)×无穷小量时间(对应点外空间)=普朗克常数,即

                       (△E)(△t=h                  5-3

    该公式也称为“时空质能守衡律”,等价于已称的不确定性原理,即海森堡测不准公式。虚过程的费曼图,(△E)(△t=h 意味着,一个光子可以借到足够的能量产生一个虚电子-正电子对。无论有多么复杂的高能粒子对撞反应,用费曼图描述不仅直观,而且费曼都能给出精确计算任何量子振幅的具体方法。时间与空间是物质的存在形式,它们的大小完全由物质的性质和状态所决定。有科学家提出宇宙时空是超流体,时空是相对的,当物质流速增大时,其空间(体积)缩小,其时间膨胀。

   2、把物质基本单位的个数当作经典处理

    还有人说:质量就是物体所具有的原始物质基本单位的个数,并且,物体以固有的物质基本单位的个数去分摊外部投入的能量,反映出质量有保持原来运动状态的个性。因此,所谓惯性质量,是由于物体做机械运动所体现出来的原始物质基本单位的个数;而引力质量,是由于引力相互作用而体现出来的原始物质基本单位的个数,它们都是一样的,没有任何分别。所谓光速极限,并非是物体的运动不能超越光速,是由于在可观测宇宙中的物质运动,以电磁波、光子和高能射线的速度最快,在常规方法下,即使是用光子对物体加速,也只能是使物体的速度接近光速;因为,当物体的速度接近光速时,光子已无力对物体进行有效加速,如果在条件许可的情况下,物体在引力场的作用下,其速度完全有可能超越光速。但是,即使是物体在引力场中超越了光速,其质量也不会有所改变,因为引力作用是相互的,所谓力和速度都不具备改变物体质量的机制;外力只能改变物体的速度,而速度只是物体的动能因子,只具有体现物体活性的意义,不具有质量的任何内容。物体的质量是固有的、是先天的。 

    此判决的证据是:速度是描述物体运动快慢的物理量,速度的快慢体现出物体的活性大小,一个物体的动能增加了,增加量为E=1/2·mVt2-1/2·mVo2.。狭义相对论却认为,当物体高速运行时,物体的惯性质量不再是一个定值,而是一个随速度变化的量。当物体的速度趋近于光速时,惯性质量趋向于无穷大。能量守恒所规范的力,反映出物体单位时间内速度的变化量,满足公式F=ma=m·(Ve-V)/t。但从上面的两个式子可以看出,在外力作用下,所能改变的只有物体的速度和动能,而动能的改变也是由于速度的改变而产生的。所不能改变的是物体的质量,因为质量是先天的,是力和速度的本体,离开了固有的质量也就无所谓受力和速度。

    物体的质量是固有的、是先天的吗?以上的误区是,即使我们假定这个观点对的,那么物体所具有的原始物质基本单位的个数是多少?是一个很深的学问。因为它有五个层次:A、一切物质都是由原子构成的;B、原子是由电子包围着的原子核组成的;C、原子核又是由质子和中子组成的;D、每个质子和中子被认为是由三个夸克组成的;E、虽然暂时还没有证据表明,夸克和轻子有任何内部结构,但目前科学家普遍相信弦是组成物质的最基本单元;在极小的尺度下观察,自然界的基本单元不是像电子、光子、中微子和夸克等等这样的粒子,这些看起来像粒子的东西实际上都是一些小而又小的振动的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦),所有粒子都可由闭弦的不同振动和运动来得到,从本质上讲,所有的粒子都是质地相同的弦。

    物体在原子层次以上所具有的原始物质基本单位的个数,从玻尔兹曼方程的“原子”先验图式可以知道,但在原子层次以下却是不确定的。在原子层次以下的粒子,它的质量和能量的匹配情况大致是:原子系统的总质量是1011次方eV,组元的动能是103.5次方eV;原子核系统的总质量是1011次方eV,组元的动能是107次方eV;质子系统的总质量是1010次方eV,组元的动能是1010次方eV;夸克或轻子系统的总质量是1010次方eV,组元的动能是1015次方eV。从质量起源的希格斯机制和物质族质量谱计算公式可知,质量微单元的最小单位,应该说有两个,一个就是0;另一个就是0.0110-11次方GeV。前者如光子的静止质量是0带来的“单位”;光子也属于匹配能量大于质量一类的粒子。

    后者这个希格斯粒子的质量微单元的最小单位,对以上误区给出的解释是,物体所具有的原始物质基本单位的个数,惯性质量由物体做机械运动所体现出来的原始物质基本单位的个数,引力质量由引力相互作用而体现出来的原始物质基本单位的个数,是一个天文数字。它所说明的是如玻尔兹曼方程对多粒子系综复杂性运动,所给出的统计力学熵流表达的时间之箭。而从以色列魏兹曼科学院院长、高能物理学家哈热瑞,提出了一种判定无质量粒子的手征性办法,把光速、自旋、球面和手征性很好地结合在一起,已能对质量的本质给出数理的说明。

                                           Email:y-tx@163.com

 

 (学术动态№2528北京相对论研究联谊会学术委员会 主办

主编:吴水清        2006/09/15  p.11481-11482

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 





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