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粒子的存在与参照系有何关系？
chenfap 2012-12-21 08:17
粒子的存在与参照系有何关系？ --- 物理学关于时空与物质 之 概念 及 规律 中的一些疑难与争论（ 5 ） 本博曾经讲过，弯曲 时 - 空的量子场论对引力场不进行量子化，只对位于弯曲时 - 空或弯曲空间的物质场进行量子化。这种量子化理论只是一种初步和近似的，因而是不彻底的量子理论。除了这个缺点外，在把粒子概念推广到 弯曲 时 - 空的量子场论时也遇到很大的困难 。 狭义相对论性的 平直时空量子场论 关于 粒子 的 诠释取得了巨大的成功，以至于人们很 自然联想 并 试把这种 诠释 和其研究方法推广到 弯曲时空量子场论 。可是 ，平直时空量子场论 关于 粒子的定义 依 赖于Minkowski时空中的时间平移对称性， 而在 弯曲时空中， 不具有这种对称性，因之，在 弯曲时空中，“粒子”这一概念该如何定义 ？ 远不是显而易见 和简单 的 事情 。 研究表 明 ， 在Minkowski时空中，当量子场处于普通的真空态时，一个 匀 加速观测者 可以观测 到粒子。 按照 平直时空量子场论 来考虑，当 量子场处于真空态时 ，应当不存在粒子 ， 怎么 一个匀加速的观测者将会看到粒子 的出现呢？要知道，在加速参照系中有引力出现（惯性力与引力等效），引力使时空弯曲，使得这个问题变为弯曲时空的问题了。 研究弯曲时空量子场论的著名学者 Wald R.M. 在文献 中写道：“ 进一步的研究表明，除了稳恒时空(及其它一些具有非常特殊性质的时空)外，弯曲时空量子场论中不存在一个优越的(preferred)真空态，相应地，也就不存在优越的(preferred) ‘ 粒子 ’ 概念。 困 难的所在并不是真空态这一概念不存在，而是存在许多，从而在一般时空中无法选出具有优越性质的唯一真空。因此，哪怕仅仅出于这一原因，将弯曲时空量子场论表示为不依赖于指定真空态或 ‘ 粒子 ’ 概念的形式也无疑是上策。 ” 因之， Wald 主张 在不求助于 ‘ 真空 ’ 或 ‘ 粒子 ’ 观念的情况下 来研究 弯曲 时 - 空的量子场论 。 本作者赞同 Wald 的上述看法，但还认为，应当对 弯曲时空量子场论开展一些实验研究；例如用探测器探测在加速参照系中所出现的粒子 。在这里我们可做个对比，物质的能动张量将引发出引力， 在加速参照系中将出现惯性力，初期的广义相对论曾认为，惯性力与引力等效；可是实验事实肯定了引力与参照系无关，惯性力则随参照系而变，从而肯定了惯性力同引力的区别。另一方面，引力的量子化将出现粒子，在加速参照系中也出现粒子，这两种情况所出现的粒子是完全相同？还是有所不同？也必须经由实验事实来确定。这种实验还很少做过，应当大力开展。 不难推断，进行实验所得到的结果有可能出现两种不同的情况： 1、加速 参照系中出现的粒子与由引力的量子化出现的粒子在特性上不相同，对于前者，粒子的存在将随参照系变化，对于后者，粒子的存在与参照系无关； 2、、加速 参照系中出现的粒子与由引力的量子化出现的粒子在特性上完全相同，这又可分为两种情况，一为粒子的存在均与参照系无关，另一为粒子的存在均要随参照系变化；究竟如何？需要等待实验的结果和理论分析的判断才能得出结论。 参考 文献 Wald R.M., 卢昌海译，《 弯曲时空量子场论的历史与现状(上) 、（下 ) 》， 2008， 卢昌海个人网站.
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时-空联络系数的浅显解释及其物理意义（2--新版）
热度 1 chenfap 2011-8-14 08:04
时-空联络系数的浅显解释及其物理意义（2--新版）
时-空联络系数的浅显解释及其物理意义 （ 2--新版） （物理学上的时空与物质4 7 ） 第 五 章 广 义相对论关于时空的基本概念和基本规 律 时 - 空联络 ( 系数 ) 的浅显解释及其物理意义 (2 -- 新版 ) 在 4 维弯曲时 - 空中， 于全 时 - 空不 存在整体的正交座标系，只在 时 - 空中的 局部区域中 近似地 存在 正交座标系；虽然 4 维 向量 u 也可局部地表示为示为 我们讲过， 在 ‘弯曲’ 时 - 空的 局部区域（即一 4 维时 - 空点附近的很小范围内 的 4 维 时 - 空中 ） 狭义相对论近似成立 ，这也就是说，这个 很小范围 的 局部区域可 以 近似地 看成是平直的， 即 近似地 存在 ‘ 平行线’， 可以 近似地 存在‘ 向量 的 平行 移动’。这可打个比方来说明，地球是个椭球体，从大范围来看，地球的表面是 ‘弯 曲’的，但人站立处的小 范围地面，却可 近似地看成是平面。 因之，在一 时 - 空点附 近的很小范围内 ，可以近 似地把 向量 ‘ 平行 移动 ’使它的大小和方向近似地保持不变。 可是，这种在 弯曲 时 - 空的 局部区域 近 似地把 向量 ‘ 平行 移动 ’毕竟是有限度的，若 局 时 - 空联络系数是个非常重要的几何量和物理量，有了它，可以计算协变导数，还 可算出时 - 空的曲率和挠率；如同通过度规张量可定义能动张量密度，通过联络系数也 可定义自旋密度；在有挠时 - 空中，度规张量与联络系数都是独立的引力场场量，它们 各自都有彼此独立的引力场场方程。广义相对论中的爱因斯坦引力场方程只是无挠的 ‘弯曲’ 时 - 空中一种最简单的引力场方程；广义相对论中的独立的引力场场量仅是度规 张量， 在 广义相对论中联络系数不是独立的引力场场量。对这些关系 本书以后还将进一 步 作些介绍。 第五章 参考文献 刘辽，赵峥。2004，“广义相对论（第二版）”，高等教育出版社，北京. LandauL.D.andLifshitzE.M. ， 1975 ，“ TheClassicalTheoryof Fields ”， TranslatedbyHamermeshM. ， PergamonPress ， Oxford. CarrollS.2004,“SpacetimeandGeometry”,AddisonWesley,HongKong. YvonneC.B.Ce'cileD. M. Margaret D.B.,1977,“Analysis, Manifoldsand Physics”,North-HollandPublishingCompany, Amsterdam.
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