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[请教] 非惯性系里，能量守恒定律成立吗？: 热度 3 zlyang 2019-8-11 20:09; 汉语是联合国官方正式使用的 6种同等有效语言之一。请不要歧视汉语！ Chinese is one of the six equally effective official languages of the United Nations. Not to discriminate against Chinese, please! 非惯性系里，能量守恒定律成立吗？对经典物理学的一点偶发感想，未经深思熟虑：一、问题与困惑如下图，不妨设太空深处有 3 个质量很轻的参照系（即，该思想实验里忽略万有引力的作用）。其中伽利略参照系 G 为静止的惯性系。参照系 A 相对于于 G 做匀速运动（也是惯性系）； B 对惯性系 G 以加速度 a 沿着图示直线加速离开（非惯性系）。因为忽略了万有引力的作用，所以机械能里只有动能，即引力势能都是 0 。不妨假设 A 里有一个静止的小球。该小球在 A 惯性系里机械能为 0 ；在 G 惯性系里机械能为固定；在 B 非惯性系里机械能，在不断增加？所以，怎么在 B 参照系里确定自己的性质（惯性系？非惯性系？）？怎样在非惯性系里应用能量守恒与转化定律？二、相关的物理实验与思想实验或问题在著名理论物理学家霍金的零重力飞行体验中，飞机内部的人，怎么确定自己的参照系性质？就像爱因斯坦的著名思想实验——“升降机实验”：设想一个人在自由下降的升降机里，那会发生什么呢？参考资料：新浪，2007-04-28，霍金实现零重力飞行体验 https://tech.sina.com.cn/d/2007-04-28/09181489085.shtml Stephen Hawking zero-gravity flight https://www.age-of-the-sage.org/scientist/stephen_hawking_zero-gravity.html 这不会是张假照片吧？三、可能的应用前景重新检验 100 多年之前法拉第、安培等人的经典物理实验，首先需要确定我们所在参照系的性质（偏离惯性系的程度）。这些性质会引起怎样的系统误差？相关链接： 2019-03-05，宏观点电荷发出的磁场、电磁波判定实验原理 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1165792.html 2019-03-03，物理学里的“惯性系”无法定义吧？ http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1165369.html 2019-03-02， TA能发现这个电磁波吗？ http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1165197.html 2018-08-28，关于电磁场“场”概念的局限性、电荷能量的偶感 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1131501.html 2016-10-13，电磁学（物理学）的基础：磁场的起因 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1008502.html 2015-09-06，rainsnow 老师：我的担忧并没有消失！！ http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-918874.html 上面的素材卡通下载自互联网，感谢原作者！感谢您的指教！感谢您指正以上任何错误！感谢您提供更多的相关资料！; 5467 次阅读|12 个评论

[悖论] 物理学里的“惯性系”无法定义吧？: 热度 5 zlyang 2019-3-3 14:24; 汉语是联合国官方正式使用的6 种同等有效语言之一。请不要歧视汉语！ Chinese is one of the six equally effective official languages of the United Nations. Not to discriminate against Chinese, please! 物理学里的“惯性系”无法定义吧？如下图，不妨设伽利略参照系 G 为静止的惯性系。另外两个参照系 A 、 B 对惯性系 G 以加速度 a 沿着图示直线加速离开。显然，在惯性系 G 里，参照系 A 、 B 都不是惯性系。但是，在参照系 A 里，如何确定谁是惯性系呢？ 1971年 Williams、Faller 和 Hill 以相对误差小于 (2.7±3.1)×10 −16 验证了库仑定律（Coulomb's Law）。他们在实验中发现了地球自转、公转等引起的磁场、电磁辐射吗？尽管在月球上应该可以检测到。另外：加速运动的非刚体固体或液体，由于惯性力的作用，也是出现“潮汐”现象。爱因斯坦开始不是这样想的。伽利略：（1）一切推理都必须从观察与实验得来。（2）追求科学需要特殊的勇敢。（3）科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。真正的哲学是写在那本经常在我们眼前打开着的最伟大的书里面的。这本书就是宇宙，就是自然本身，人们必须去读它。相关链接： 2019-03-02 ， TA能发现这个电磁波吗？ http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1165197.html 惯性参照系_百度百科 https://baike.baidu.com/item/%E6%83%AF%E6%80%A7%E5%8F%82%E7%85%A7%E7%B3%BB Inertial frame of reference, From Wikipedia, the free encyclopedia https://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_frame_of_reference New Experimental Test of Coulomb's Law: A Laboratory Upper Limit on the Photon Rest Mass, E. R. Williams, J. E. Faller, and H. A. Hill, Physical Review Letters. 26, 721 – Published 22 March 1971 https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.26.721 G o del completeness theorem. Encyclopedia of Mathematics. http://www.encyclopediaofmath.org/index.php?title=G%C3%B6del_completeness_theoremoldid=23310 The following statement on the completeness of classical predicate calculus: Any predicate formula that is true in all models is deducible (by formal rules of classical predicate calculus). The theorem proves that the set of deducible formulas of this calculus is, in a certain sense, maximal: it contains all purely-logical laws of set-theoretic mathematics. G o del incompleteness theorem. Encyclopedia of Mathematics. http://www.encyclopediaofmath.org/index.php?title=G%C3%B6del_incompleteness_theoremoldid=43438 G ouml; del's first incompleteness theorem states that in any consistent formal system containing a minimum of arithmetic (+,?, the symbols ?,?, and the usual rules for handling them) a formally-undecidable proposition can be found, i.e. a closed formula A such that neither A nor not;A can be deduced within the system. G ouml; del's second incompleteness theorem states that if certain natural completeness conditions are met, one can take this formula A to be the formula which expresses the consistency of the system. 上面的素材卡通下载自互联网，感谢原作者！感谢您的指教！感谢您指正以上任何错误！感谢您提供更多的相关资料！; 个人分类: 基础数学-逻辑-物理|4922 次阅读|25 个评论

牛顿马赫关于惯性力的猜想: 热度 1 kyt1965 2018-4-6 22:20; 牛顿马赫关于惯性力的猜想我认为，马赫的真正伟大，就在于他的坚不可摧的怀疑态度和独立性。 —— 爱因斯坦自述，1946. 引言清楚记得徐迟先生发表《哥德巴赫猜想》的盛况，大家都在争阅各类报刊上登载的《哥德巴赫猜想》，陈景润成了家喻户晓的英雄人物。四十年过去，再读徐迟先生的《哥德巴赫猜想》，重温陈景润先生在严酷环境中艰难前行的历史，依然令人热泪盈眶。哥德巴赫猜想被证实或证伪，本身的数学价值是有限的；但要证明哥德巴赫猜想，极其困难，在证明过程中发展起来的数学理论和数学方法具有重要的科学价值，挪威、德国、英国、意大利、苏联、匈牙利的数学家和中国的数学家王元先生、潘承洞先生作出了重大的贡献；陈景润先生的贡献尤其巨大。本文要讨论另一个科学猜想，牛顿和马赫关于水桶实验的猜想。许多广义相对论的教科书清楚地认识到：想不到这样一个人人都可以做的，看起来毫不起眼的水桶实验，竟然隐含着至今尚未解决的物理学基本问题—惯性效应的根源是什么。这个猜想，关系到时空和惯性系、惯性力，关系到绝对运动和相对运动，涉及宏观物理学的根基，三百年来无定论，当然是一个天大的猜想。这个猜想被证实或证伪，即到底是牛顿的绝对运动观正确或是马赫的相对运动观正确，或者是两者都不完全正确，是决定物理学发展方向的根本性指南针。一、牛顿关于水桶实验的猜想在《自然哲学之数学原理》中，牛顿提出了著名的水桶实验，试图证明他的绝对时空思想。牛顿猜想： N1 —宇宙中心是不动的，是一个惯性系； N2 —物体对于这个惯性系的运动是绝对运动，只有绝对运动才是真实的运动； N3 —水相对于宇宙中心的转动是绝对的，是真转动，水面凹陷所表现的惯性力源于相对于宇宙中心的绝对转动； N4 —水对于水桶的相对转动是表观转动，不是真转动。二、马赫关于水桶实验的猜想马赫，在巨人牛顿面前，只是无名后辈，却敢于系统地批判牛顿的名著，不只是勇气可嘉，其追求真理的精神值得每一位科学家尊敬和学习。一方面，马赫充分肯定牛顿建立力学原理的贡献，另一方面，他很不同意牛顿对水桶实验的解释，他猜想： M1 —不存在惯性系，没有绝对运动； M2 —所有运动都是相对的，相对运动是真实的运动； M3 —水转动的本质是对远处星系的相对转动，相对转动是真转动，水面凹陷所表现的惯性力源于对远处星系的相对转动。 M4 —水和桶之间的转动是相对的，对等的。让水不转，令水桶增厚至几公里并转动，效果相同，水面也应凹陷。马赫的完全相对性思想，被爱因斯坦总结为马赫原理 : 加速度是相对的，一切物体的惯性效应来自宇宙空间物质作相对加速运动时的引力作用。三、对牛顿-马赫猜想的初步评述牛顿水桶实验是一个简单的实验，人人可做，随时可做；三百多年前和一百多年前，牛顿和马赫已分别觉察到实验的本质是惯性力的起源，并考虑到惯性力与遥远的星系及整个宇宙有关，不能不令人敬佩他们卓绝而深刻的思辨能力。牛顿猜想和马赫猜想的共同点是：水面凹陷所表现的惯性力与遥远的星系或整个宇宙有关。主要的不同点是：牛顿认为，只有对于宇宙中心的绝对运动才是真实的运动，水面凹陷所表现的惯性力是由水对于宇宙中心的绝对加速运动引起的；马赫认为，不存在绝对运动，所有运动都是相对的，水面凹陷所表现的惯性力是由水相对于遥远星系的相对加速运动引起的。对于水桶实验，牛顿解释的主要功绩在于强调了绝对运动的客观性和重要性，马赫解释的主要功绩在于强调了相对运动的客观性和重要性。伟大而狡黠的牛顿，勇敢而深刻的马赫，天才而诚实的爱因斯坦，就像已登上山顶，在凉亭中摇扇品茶的神仙，作为后辈的我们，只是仍在山腰挥汗攀登的小卒，没有资格对他们一生的成就评头论足。但是，作为一个有良心、有尊严的科学人，我们应当以平等之身对待伟人，以平视之眼看待伟人，以平常之心量度伟人。深思熟虑之后，如果认为确有与伟人不同的观点，公开出来，供科学共同体讨论，是有意义的。即使错了，也会有所得：知道错了，就会纠错得真。实际上，对于同一个水桶实验，马赫与牛顿的看法截然不同，至少有一位伟人说了某些错话，也许两位伟人各有正确的成分，也各有错误的成分；但是，正是由于马赫对牛顿的争论，将科学概念上的差别，逻辑辨识上的差别暴露出来，帮助后人及早深入到问题中，及早发现其中的矛盾，他们的争论，如同爱因斯坦与玻尔关于量子力学的争论，具有重要的科学意义。我们只是按照爱因斯坦推崇的马赫精神，在尊崇伟人的基础上，以科学的名义，也以坚不可摧的怀疑态度，具体地分析伟人或大师的具体结论。希帕索斯、欧几里得对于毕达哥拉斯，伽利略、牛顿对于亚里斯多德，马赫对于牛顿，爱因斯坦对于牛顿、马赫，都是这样做的，这是后辈对前辈最好的继承和尊崇。本文暂不打算全面评判牛顿、马赫对水桶实验的猜想，暂不给出我们对牛顿水桶实验的全面解释。仅仅先就牛顿和马赫猜想之非核心概念，作出我们初步的逻辑判断。所谓逻辑判断，就是完全不再提出任何新的猜想，只用逻辑法则作评判；所谓非核心概念，指暂不对惯性系的存在和绝对加速度的概念作具体论证。第一，惯性离心力与宇宙或远处星系的关系。牛顿水桶实验中的水面凹陷，可在几秒之内显著实现，并可随时显著地重复；但是，在几秒之内，宇宙或远处星系都没有显著的变化，所以，牛顿水桶实验中的水面凹陷，水面凹陷所表现的惯性力与宇宙或远处的星系都没有关系。在这一点上，牛顿和马赫的猜想都是不正确的。第二，惯性离心力与引力的关系。在几秒之内，地球的引力，宇宙或远处星系的引力都没有显著的变化，所以，水面凹陷所表现的惯性力与地球的引力，与宇宙或远处星系的引力都没有关系。第三，水桶的转动相当于魔术表演中的道具。在马赫的猜想中，水相对水桶的转动不但被认为是真实运动，而且被认为是惯性力的源头。马赫认为，如果将水桶放大至几公里厚，让水不转而让巨桶转动，同样会出现水面凹陷。我们不同意上述看法，我们认为，水桶转动的功能，仅仅在于通过摩擦力，使水获得转动的动能，与惯性离心力无关。我们不妨稍稍改变水桶实验的结构，但可保证水面实现同样的凹陷：首先，将水桶改为完全光滑的玻璃桶，摩擦力为零，无论水桶如何转动，都不会带动水转动，水面自然不会出现凹陷。其次，另用一块板子快速搅动水，水面将很快出现凹陷。可见，桶的转动对水面的凹陷没有本质性的作用，水相对于轴的转动才是决定性的，是真实的转动。总之，水桶的转动，相当于魔术表演中的道具，并没有实质性的作用。这里，马赫的猜想是不正确的；而牛顿认为，水相对于水桶的转动不是真实的转动，有一定道理。结语许多广义相对论的教科书清楚地认识到：想不到这样一个人人都可以做的，看起来毫不起眼的水桶实验，竟然隐含着至今尚未解决的物理学基本问题—惯性效应的根源是什么。我们的基本看法是：水绕桶的转动轴转动，转动轴随地球自转，地心绕太阳公转，太阳质心绕银河系质心转动，银河系绕子宇宙质心惯性系转动；水的绝对加速度是一系列相对加速度之矢量和。其中，每一项相对加速度都对应一项真实的作用力，而每一项真实的作用力都对应一项虚拟的惯性力。这些真实的作用力和惯性力，有些与引力有关，有些与引力无关，必须分别对待，不能简单地认为‘惯性力一定源于引力’，更不能简单地认为‘惯性力一定与引力抵消’。我们清楚，本文的认识肯定不是对牛顿—马赫猜想的最后答案，期望年轻的科学家像马赫那样，对本文的认识提出尖锐的科学批评，在理性的争论中共同推动物理学的发展。参考文献： 1. 牛顿，自然哲学之数学原理，北京大学出版社，北京 , 2006. 2. 郑永令，牛顿运动观的探讨，王福山主编：近代物理学史研究，复旦大学出版社，上海 , 1983. 3. 汤克云，绝对惯性力定律和相对惯性力定律 , 国家科技图书文献中心预印本， 20180323. 4. 汤克云，引力的作用半径 -- 宇宙的火龙果模型 , 国家科技图书文献中心预印本， 20180311. 5. 刘辽赵峥，广义相对论，高等教育出版社，北京 , 2004.. 6. Ohanian, H. C., Gravitation and Spacetime, W.W. Norton Company, Inc. New York, 1976. 7. H.C. 瓦尼安 , R. 鲁菲尼 , 引力与时空 , 向守平 , 冯珑珑译 , 科学出版社 , 北京 , 2006. 8. S. 温伯格，引力论和宇宙论，邹振隆张历宁等译，科学出版社，北京， 1984.; 1930 次阅读|4 个评论

我恰好证明了拓扑相变是对的: jiazhang55 2016-10-24 18:19; 这几天仔细想了想，其实单位圆与单位1，恰好是一个拓扑变化的过程。而（1，c）恰好可以将拓扑相变数字化，这样我们就可以用数据来印证拓扑相变的结果。拓扑相变提出了多少年了，今年才获得诺贝尔奖，真的不容易。不过我的理论当中，拓扑相变只是一部分，还有不确定性、惯性系、对称破缺，甚至是曲率变化等很多因素，其实，越看我的理论，越像一个现代物理学理论的统一整体。只是，这些都对吗？; 个人分类: 交流感受|345 次阅读|0 个评论

对张天蓉老师的博文”相对论与黎曼几何-6-相对论的诞生“的评论: 热度 4 gordonliu 2014-9-13 01:34; “当年，牛顿力学和麦克斯韦电磁理论各自都取得了巨大成功，但两者似乎不相容。牛顿力学建立在伽利略变换的基础上，对所有的惯性参考系都是等价的，符合相对性原理。而麦克斯韦经典电磁理论却似乎要求有一个绝对静止的“以太”参考系存在。” 从伽利略、牛顿到爱因斯坦，所有的物理学家对“相对性原理”的理解和表述都是含混的！如果把“相对性原理”理解成参照系的等价性或平权性，即，在相对运动的惯性参照系中，各自的观测者做同样内容的物理实验会得到相同的物理定律，或通俗点说，在地球实验室和火车上的实验室做类似的物理实验，可以得到相同的物理定律，那么牛顿力学和麦克斯韦电磁理论都是满足相对性原理“的。之所以认为两者不相容，是认为两者满足不同的时空变换。可是时空变换是什么？时空变换所反映的是两个参照系对同一物质运动的物理量的观测上的差异。物理方程对于时空变换的协变性所涉及的是两个参照系对”同一类“物质运动的物理量的观测关系，所以根本就和前述的”相对性原理“不是一回事。比如，静电学的高斯定律，它满足”相对性原理“的参照系平权的意义，但仅它一个泊松方程是不满足洛伦兹变换的。以往所有的物理学家把惯性参照系的平权性和物理方程的协变性混为一谈，实在令人费解！我的看法是，正确的时空变换是洛伦兹变换，牛顿力学（包括牛顿引力理论）之所以不满足洛伦兹变换，是因为它们不是”狭义完整的“，或者是没有表述成”狭义完整的“形式。有关”狭义完整要求“的表述，鉴于这里篇幅限制，请见我的博客和论文“一个得到狭义相对论的新途径”。; 个人分类: 物理评论|4136 次阅读|32 个评论

《量子力学中引力场与能量》: w2644078219 2014-6-19 20:59; 作者；郑智聪内容摘要；在量子力学中用逻辑的角度去分析，引力场与能量转换和光量子性质等，这会带来全新的看法与见解。关键词；核场，正负轨道电子，正负自由电子，磁矩，光量子，中子，引言；探索已久的引力场与核场有着怎样的关系，能量是怎样释放与转换的，一个过程而对一些粒子新性质也一一分析。正文；在牛顿中，力是相互的（作用力，反作用力和相对惯性）在伽利略中物体之间的空间位置（惯性系或非惯性系）也是相对的，所以包括引力（比如一个物体相对太空中重量为0，月球上重量是地球1/6等）能量传递（相对温度大小等）也都是有主观的对比，产生力或场的相对倾向变化，引力，物体的重力越重引力场越强影响的范围越大，正如地球相对与月球.M 地＞M 月，质量对比所以月球的运动轨道在地球的引力场上会公转着，反之月球惯性运动轨道被地球的引力改变了，而这种宏观的物理现象，目前科学家还很难用微观的量子力学去解释，当然我们要找出一对质量比较悬殊的相对物进行分析，太阳（恒星）质量约为1.989×10^30 千克，和最小元素氢1.67×10^-27千克，当太阳强大的引力下，聚集大量的氢原子这时我们可以根据受力的氢原子进行分析，氢是有一个质子和两个可以忽略质量的电子而这时引力场改变了质子的运动状态，而量子力学中能改变，质子的运动状态只有两种力场，第一种是磁场（质子带正电荷）第二种是核场（质子带核场，核力）第一种磁场是电流，运动电荷，磁体，或变化电场，周围空间存在的一种特殊形态的物质，且具有两极性吸引与排斥，而引力场即不存在吸引与排斥，（坠入引力场是因为运动方向被改变了形成惯性周期运动，可根据洛仑兹力F=qv×B（B为引力场）不做功动量不变，向量发生变化）而第二种核场，原子核的核场与核力，两个概念有些不同核场是指以质子为中心场即包括了核内，与核外，而核力是指两个质子或中子粒子之间作用力比如两个或多个质子或中子之间的作用力（短程力），所以核场也包括了核内核外的正负轨道电子，（在原子中可被测出有固定的轨道的电子，文中称为轨道电子）的运动范围，即轨道电子都是受核场作用，核场为长程力，同样太阳的表面，的氢元素中的质子也受到这种核场的作用而改变运动状态，所以物质原子中只要质子运动发生改变，整个原子物体的运动都会发生变化，即向量变化，所以受引力场的作用，地球像轨道电子一样绕太阳公转，太阳和地球的引力场只是看成两个较大的核场相互作用，比如地球引力场改变月球的运动轨道，而月球的引力场改变地球上海水的潮汐。但原子中的核场其实要比引力场复杂，因为原子携带电子让整个原子核充满电磁场。通过元素的化学性质可以了解，原子核除核场外还有正负轨道电子的电磁场，电磁场也是能量的来源电磁辐射（光量子）热辐射等，原子里都是充满能量的电子，而能量电磁波都必须经过电子转化而辐射出，那我们用逻辑的方式去加以分析原子内粒子，的分布与一些粒子的性质。原子的大至结构为，核内中有带正电荷的质子，和不带电显中性的中子，而核外是负电子，但核内外还游离着正负自由电子（电子云）但我认为因为正负自由电子相互湮灭波动，所以原子空间内都会辐射出电磁波。而研究中物体或原子，本身温度大于绝对零度都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体或原子，而这对于不断有着热辐射的原子，我们要疑问能量是如何转换的跟正负自由电子有怎样关系，例如原子的正负轨道电子个数，核外电子数只有通过化学反应电子个数才会发生变化，相对形成分子相反，即使经过高温或自燃释放能量形成分子核外的电子总数依然，没有变化那能量是怎样转换的?所以我们这时更要对正负自由电子分析，正负自由电子与正负轨道电子都是有磁极的正负电子，唯一不同在于质量，由于正负轨道电子有质量受核场作用，形成固定的运动轨道，而正负自由电子在核场力，下不仅保持活跃自如的运动，且还可以游离导电，其传播电流的速度接近光速（3×10^8m/s）所以从以上几个现象与各自性质，我们可以下结论；自由电子是无质量且带磁极的粒子，自旋1/2，磁矩为g/2，即看成一份一份电子云当然无质量的正负自由电子只能用磁场将它留在原子上，同样跟宏观的磁极一样显示正极电场（既聚集一份一份的自由电子）所以内部核内质子带的电子为负极，轨道电子相反吸引正极自由电子形成正极电磁场（正电荷），反之核外的正极轨道电子周围吸引着负极自由电子形成负极电磁场（负电荷），所以单个轨道电子只吸引一份份自由电子才能形成一定范围的电磁场，如图1；图2；犹如一对异性磁极一样，同样当我们感觉到N极磁场时，那么另一端绝对是S极磁场，这个世界无法找出单极的磁场或电场，都是一对对出现，所以感受到外面是N极场，那么里面绝对是S极场，所以无质量的正负自由电子才会吸附在原子上（无重量不受核场核力）当然按这样分析，那么原子内质子带负轨道电子显正电场，而核外正轨道电子显负电场，所以了解了原子内部新的结构后，我们又将进一步了解，正负自由电子对能量转换变化的过程。电能；先从最常见的第一种电能开始了解，在闭合的导线内，受磁场的切割导体电场发生波动形成电流定向运动，（电流为导体横截面的电荷数）在正磁极（N极）切割排斥导体内原子核内正电场产生定向电流波动，同时负磁极在导体另一端切割原子核外的负电场产生波动形成定向电流（排斥产生波动是力的相互作用，比如吸引作用力；往河水里取一块石头，而排斥作用力；往河水里投一块石头，前者产生很少水波，后者产生大量水波），所以磁场N极（正极）切割排斥产生的是正极电荷的电流，同样磁场S极（负极）切割排斥产生的是负极电荷的电流，而现实中我们都只会去用直观的检测出只有一条，正极电流，为什么N极磁极能够产生一条正极电流（核内）而S极却为什么不能产生一条负极电流（核外），如图3中；当磁体切割闭合导体时正极电流与负极电流经过钨丝灯时，钨丝内原子核内空间变小，通过变窄，这时正极电流（核内）经过时产生更强的波动频率（电压U=I.R），当正电场（自由电子）波动与轨道电子同时跃迁（波动频率较强而跃迁）至核外与负电场的自由电子相结合，这时无质量的正负自由电子相互结合，湮灭转化为光量子（电磁波）辐射出去。能量转化，还可通过第二种途径，化学自燃，当碳原子与氧原子相遇时，在加热到可燃烧的温度的下，这时碳原子的核外轨道电子带负电场（负电荷）跃迁，而跃迁的轨道周期短范围小，当与氧原子相结合时碳原子的负电荷（核外轨道电子带负自由电子）进入了氧原子的核内与核内正电场的正电荷（正自由电子）相结合转为能量，辐射出光量子。同样碳原子的轨道电子也获得动量，形成更长的轨道周期，并成为二氧化碳CO2，核外电子共价键。而有些化学反应，如；氧化铁，氧化铜等，则因核外轨道电子相对周期长没有进入氧原子核内，所以不会发生自燃现象，所以很明显自燃释放能量后，从中又看到了正负轨道电子没有消失，还在原子上形成了分子，更加进一步证明无质量带磁极的自由电子是组成能量（光量子，电磁波）的重要粒子，如果要是把原子上的自由电子榨干，那么会释放出更强大的能量----聚变。聚变是所有恒星能量来源，不仅可以释放强大的能量，而且同时也产生了，除氢以外更多的新元素。而聚变重要的产物是中子。当四个氢原子在高温下靠很近时，四个质子会撞到一起时，其中两个会发生衰变，即中子都是两个两个形成的，因为在离子的情况下a氢原子核外电子与b氢原子核内电子相互湮灭，而同样b 氢的核外电子会与a氢核内发生湮灭（交叉）释放出两个反中微子和正电子，榨干电场的自由电子，形成了显中性不带电磁场的中子所以如果恒星质量够大瞬间形成更多中子时元素会出现很多同位素（具有相同质子数，不同中子数，化学性质几乎相同），相对形成的中子个数越多，释放的能量越多，比如科学家发现中子星一样，当质量没有达到可以形成黑洞的恒星在寿命终结时坍塌形成的一种介于恒星和黑洞的星体其质量相当大，这时大量物质中原子核内核外挤在一起核外轨道电子挤进，核内形成中子释放能量，这时能量辐射是太阳的100万倍，它在一秒钟辐射的总能量都转为电能可供地球用上几十亿年，但它能量消耗快所以它寿命，只有几亿年左右，所以聚变是宇宙中，能量释放最强大的方式之一。而由正负自由电子组成的光量子，还存在着一些粒子未知的性质，这光量子的一些特性，我们可以从无重量带磁极的自由电子和一些大自然的宏观现象进行分析，光量子的一些物理现象----折射，衍射，绕射等。能量转换中，当带正负极的自由电子湮灭转化为自旋为1的光量子（玻色子），其带磁矩；g=1（g为数值因子）但对外不显电性，同样在光电效应中光量子照射到物体表面也会转化为一对自由电子，产生热辐射，且带磁矩的光量子，在大自然中会出现，比较特殊的自然现象，目前科学家还未对，光线的折射与衍射等，做出更好的解释（正常的情况光是以直线传播的）。当带磁矩的光子通过凸透镜时，受到氧化硅（玻璃的材料）内的原子的电磁场影响导致光线运动方向发生改变偏离直线，如同加热，总是最薄的局部吸热最快，所以一份光量子经过时镜片最薄的地方折射最明显，相对情况下，（而光量子是没有质量，不受核场作用的）发生聚光，又比如水杯中的筷子，河流中的鱼，等一些关于折射的现象，而衍射和绕射等同样，当光量子穿过狭缝，小孔等受物体原子表面，即核外电磁场干涉，发生不同程度的弯散传播，产生明暗相间的衍射花纹等，所以从这些物理现象与光量子的结构（由自由电子组成）更加证明了无重量的光子，还具有自旋磁矩。结论；量子力学中我们通过逻辑的方式重新去分析了引力场，核场，能量及粒子的性质，从而我们更加深入认识了宇宙。; 3583 次阅读|1 个评论

惯性系与非惯性系: 热度 1 tyctyc 2013-2-24 08:06; 先看惯性定律：自由粒子永远保持静止或匀速直线运动的状态。这个现实中不存在。一个坐标系中如果惯性定律成立该坐标系才是惯性系，否则是非惯性系。一个坐标系只有在远离星系的真空中引力和摩擦力非常小接近于零，在其中惯性定理才成立，也许宇宙边缘才存在。惯性系是理想的产物，现实中不存在。任何有物体的坐标系都存在摩擦力和引力，在其中惯性定律不成立所以是非惯性系。地球是一个非惯性系，月球表面是真空但有引力也是非惯性系，太空舱中有微引力可以作为局域近似惯性系，这也是人能找到的最接近惯性系的地方。物理是要用实验来验证的，实验只能在非惯性系中进行，所以讨论物理问题时不要用惯性系来胡扯。; 个人分类: 相对论|1910 次阅读|2 个评论

狭义相对论告诉我们什么？: 热度 4 wliming 2013-2-22 23:55; 我想，要跟反相对论的人把相对论辩清楚是绝对不可能的。所以，我在这里不打算讲道理，反正讲了也没用，我只讲相对论告诉我们什么。这是物理学经过一个多世纪的艰苦论证和实验检验得出的结论。你选择不信我也没办法，正如有人一定要选择信邪教一样。我把狭义相对论的主要论断列表如下： 1. 真空中光速是个定值，大约30万公里每秒。 2. 所有惯性系中物理规律是一样的，比如在匀速飞行的宇宙飞船上，或者在静止的飞船上观察同样原子发光或者化学反应或者种子发芽，是没有区别的。 3. 同一地点同时发生的两件事情无论在哪个惯性系来观察，都是同时的，这是同时的绝对性。比如同一医院两个孕妇同时生了两个BB（忽略两孕妇之间的距离）, 无论你在哪个惯性系观察，两BB都具有相同的出生时刻。 4. 但是，不同地点同时发生的两件事情，在不同惯性系来观察，就不一定同时了。这是同时的相对性。比如一个孕妇在北京，另一个在纽约，同时生下两个BB,在高速运动（高速到接近光速，下同）的惯性系来观察，两BB的出生时刻是显著不同的。谁先谁后依赖于你运动的方向。 5. 同一地点发生的一个过程经历了一段时间，在高速运动的惯性系观察，这段时间会显得显著地长一些。这叫时间膨胀。比如，某人A在高速飞船上过了一年，但B在静止的惯性系来观察，他已经过了多年了。当然，对于飞船上的A来讲，他总是觉得自己是静止的，而对方B是飞行的，所以，B过一年的时候，A也过了多年了。外行可能觉得这很矛盾。但是，物理学有充分的理由可以论证，没矛盾。 6. 一把高速飞行的尺，在静止的惯性系观察，它长度比它原来的长度显著地短一些。这叫长度收缩。所以，一列火车，高速运动起来，就可能掉进小水沟里去。同样，对于火车上的观察者来讲，小水沟更窄了！外行要问，更窄的小水沟，火车怎么掉进去了呢？有矛盾！但是，物理学也有充分的理由论证，没矛盾。 7. 只要没有超光速，时间就不会逆行。; 个人分类: 物理学|1501 次阅读|23 个评论

薛定谔方程不可能适用于非惯性系: 热度 1 wliming 2011-4-26 09:18; 曹天德在博文里说，薛定谔方程也适用于非惯性系。这样的论调太荒唐了。物理学发展到今天这个程度，都建立在惯性系的基础上。不知老曹怎么突然糊涂起来了，而且还听不进劝告。我在这里重新做一个解释。 1. 加入非惯性力，任何参照系等价。当我们在一个非惯性系考虑一个物理问题，我们只要加入惯性力，就跟在惯性系考虑问题完全一样。这是很显然的。正如老曹写的公式： F - ma' = ma，这里 ma' 就是惯性力，加进这个力，牛顿第二定律就恢复了。 2. 在不加惯性力的前提下，非惯性系当然就不能跟惯性系等价了。 3. 伽利略变换，洛伦兹变换，虽然在两个相对匀速运动的非惯性系之间成立，但是，这说法没意义。我们必须注意：我们首先是，只在一个惯性系有一个物理定律，然后经过伽利略变换或洛伦兹变换得到其他惯性系中的物理定律。薛定谔方程首先是在惯性系成立，于是经过伽利略变换到其他惯性系成立。但我们无法在不加惯性力的前提下变换到非惯性系。; 个人分类: 物理学|1600 次阅读|1 个评论

薛丁谔方程也只适用于惯性系吗？（有感微博2）: 热度 5 chenfap 2011-4-24 06:09; 薛丁谔方程也只适用于惯性系吗？（有感微博 2 ）大家知道，牛顿力学理论只适用于惯性参照系；描述这些理论的方程都具有伽利略变换的不变性。薛丁谔方程与牛顿力学理论的关系密切，它是否也只适用于惯性参照系呢？看来它也具有伽利略变换的不变性，但如何阐述薛丁谔方程以至量子力学理论也只适用于惯性参照系呢？; 5715 次阅读|21 个评论

暗宇宙、马赫原理和惯性运动（转贴）: zhulin 2009-4-29 14:54; 从牛顿力学到爱因斯坦狭义相对论，惯性运动、惯性系和相对性原理起着突出的作用，具有极其重要的意义。然而，有关惯性运动、惯性系的起源问题一直没有解决。近年来，观测分析表明我们的宇宙是暗的，在加速膨胀、渐近于宇宙常数为正的德西特时空，而不是平坦时空。相对论体系面临前所未有的挑战；并且涉及到以狭义相对论和量子理论为基础的物理学在大尺度的正确性。不过，也恰恰是暗宇宙的观测，可能为我们揭开惯性运动和惯性系起源之谜提供契机，并为大尺度物理学应有的基础给出启示。牛顿绝对空间和水桶实验伽利略相对性原理对于牛顿力学具有重要意义，牛顿第一定律就是叙述作为这个原理基本概念的惯性运动。然而，爱因斯坦指出：惯性原理的弱点在于它含有循环的论证：如果一个质量离开其他物体足够遥远，它就作没有加速度的运动；而我们却又只能根据它运动时没有加速度的事实才知道它离其他物体足够遥远。（《相对论的意义》）为了解决惯性运动的起源问题，也为了体系的需要，牛顿引进绝对空间和绝对时间。然而，在牛顿定律中并不出现相对于绝对空间的绝对速度；这是相对性原理与绝对空间之间的矛盾。为了论证存在绝对空间，牛顿提出水桶实验：把盛有水的水桶挂在拧紧的绳子上。一松手，水桶立即旋转，但水面滞后、仍保持平面，因而水与水桶有相对运动；水渐渐跟着水桶一起转，向桶壁挤压，水面逐渐下凹，直到二者没有相对运动；再让水桶马上停止转动，水则仍在旋转，水面仍然下凹。牛顿认为，在开始和最后，水与水桶都有相对运动，但开始水面是平的，最后水面下凹；在中间和最后，无论水与水桶是否有相对运动，水面都下凹。什么造成水面下凹呢？牛顿认为，水与水桶的相对运动不是水面下凹的原因，水面下凹的真正原因是水在空间受到惯性离心力的绝对转动。因此，这表明存在着可以观测物体作绝对运动的绝对空间，加速度是绝对的。但是，牛顿完全忽略地球和星体及其引力。其实，绝对空间无法与简单的宇宙图像相容：牛顿理论无法解释夜晚的天空为什么是黑的，即奥伯斯佯谬；也无法建立在引力作用下稳定的宇宙图像，即纽曼 - 希林格佯谬。因此，对于水桶实验的论证，也无法考虑所有星体的存在。这些佯谬也表明，在牛顿体系中伽利略相对性原理无法与真实的宇宙图景协调。如果把伽利略平稳行驶的大船作为惯性系，在进行力学试验包括水桶试验时，就必须效仿伽利略把人们请到大船甲板下的主舱里面，不能向外张望；一旦向外张望，就会出问题。但是，既然天地同质，既然牛顿理论适用于天体，为什么不能向外张望？而且，一旦用于天体，就不得不想象一个把天体容纳在内的惯性系，一艘在太空中平稳行驶的伽利略大船。然而，仍然不能向外张望。尽管并没有有力的证据，随着牛顿力学和万有引力定律当时的成功，绝对空间和绝对时间观念也占据着主导地位。马赫的批判及其假定对于这些观念，一直有人提出异议。代表人物有莱布尼茨、贝克莱和马赫等。马赫的分析和批判相当具体而深刻，他针对水桶实验指出：牛顿旋转水桶的实验只是告诉我们，水对桶壁的相对转动并不引起显著的离心力，而水对地球和其他天体质量的相对转动才产生这一离心力。如果桶壁愈来愈厚，愈来愈重，厚到几海里，那时就没有人能够断言实验会得出什么样的结果。马赫问道：能把水桶固定，让所有恒星旋转，再来证明离心力不存在吗？这样的实验是不可能的，这种想法也是没有意义的；因为，这两种情况从直觉看来是不可区别的。所以我认为，这两种情况其实同属一种，而牛顿的区分是荒谬的。按照这一观点，包括旋转的所有运动都是相对的；没有绝对空间，水的旋转是相对于远方星体的总和或宇宙的质量中心的相对运动。世界上的一切事物是相互联系、相互依赖的。马赫强调，认为那种一方可影响另一方而不被另一方所影响的事物不存在，是虚构的。因此，他认为：由于运动的相对性，物体的引力和惯性力应该由宇宙中其他物质所决定。应该排除时间和空间为主动原因。针对惯性运动和惯性系，他提出：如果我们说，物体保持其在空间的方向和速度不改变，我们的这一断言只不过是相对于整个宇宙的简称。我们怎么能够确定这样的参照系？只能参照与宇宙中的其他物体。（《力学史评》）显然，马赫不仅涉及到绝对空间是否存在，而且涉及到他认为与之相关的惯性质量的起源、运动的相对性、惯性运动和惯性系的起源，等等。但是，他的分析大多停留在思辨上：和牛顿一样，依赖于超距作用；也无法说明，宇宙中所有质量如何计算，如何决定粒子的惯性质量、惯性运动和惯性系等。而且，尽管马赫的批判包含着深刻的因素，具有启发性，但并非没有错误。著名学者迈斯纳（ C.Misner ）、索恩（ K.Thorne ）和惠勒（ J.A.Wheeler ）在名著《引力》一书中就尖锐地指出，几十亿光年之外的星体何以能够决定这里、现在的惯性？按照马赫，如果一个粒子的加速度来源于引力，那就应该来源于所有星体，而且也应依赖于附件的质量分布。于是，在巨大天体附近的核与电子的质量就会有所改变，从而成为除了引力红移之外改变原子特征谱线的又一原因。然而，实验和观测对此并不支持。关于转动是否纯属相对也有问题。一个物体如地球对于星空旋转，或许好说；地月系统就难说了，何况太阳系、银河系内，既有自转又有公转等；如何判断这两种情况其实同属一种？当然，诸多星体相对于宇宙背景的转动，并不能证明绝对空间存在；但也并不表明就存在等价的运动：诸多星体静止，而宇宙背景在转动。不妨把有关惯性运动与惯性系起源的观点区分开来。即使如此，马赫的观点仍隐含着假定：理论应该给出自恰的宇宙图景，并与惯性运动和惯性系所满足的伽利略相对性原理相容；前者应是后者的保证或起源。否则，马赫的观点就毫无意义。不过，这样一来，这个图景还会在满足相对性原理的所有惯性系中，区分出相对于这个图景静止的一类惯性系。显然，马赫的时代不存在这样的理论。广义相对论和爱因斯坦的马赫原理受马赫的影响，也试图排除空无一物的时空作为引力场方程的解，爱因斯坦在基本建立广义相对论之后，又提出马赫原理： G 场全部由物体的质量决定。按照狭义相对论的结果，质量和能量是同样的，并且能量在形式上由对称能量张量描述，因此这就导致 G 场由这一能量张量所限制和决定。（《广义相对论的一些原理性问题》）这里， G 场是度量场，即引力场。这个原理摆脱了马赫的含混之处和超距作用，也超出了马赫的原意。而且，在广义相对论中，本来就不再区分惯性运动和局部惯性运动；按照这个原理，又要把它们的起源和惯性质量的起源全部归于由能动张量决定的度量场。其实马赫的一些思想与广义相对论并不一致。如前所述，按照马赫，在一大质量天体的近旁，检验物体的惯性质量应有所不同；但这与观测不符。不仅如此，按照等效原理，在局部惯性系中运动规律和质量等仍是狭义相对论的形式，并不显示邻近大质量天体的影响。正如温伯格在《引力与宇宙》中所指出，马赫关于惯性质量的观点与等效原理是直接对立的。其实，引力场方程无法做到关于没有物质就没有时空度量。而且，这个原理对于广义相对论的实质并没有什么关系。到了晚年，爱因斯坦放弃了这一原理。他甚至认为马赫与牛顿一样，都以质量及其相互作用为出发点，这与他主张的场论不一致，也应该放弃。笔者曾经提及，柏格曼（ P.Bergmann ）和邦迪 (H.Bondy) 等早就指出，在相对论体系中，相对性原理与宇宙学原理之间并不协调。其实，二者的对称性完全不同；在相对论体系中也无法解决这个问题。因此，尽管这个体系能够建立在某种程度上自恰的宇宙图景，由于这些不协调，无法给出惯性运动和惯性系的起源。暗宇宙的马赫原理、常曲率时空和惯性运动不妨先考虑惯性运动和惯性系的起源，与其他问题尽量有所区分。其实，质量的起源一直是没有解决的基本问题。观测并不支持马赫关于惯性质量起源的观点；物理学，特别是量子物理的发展，对质量起源的一些认识表明，其起源并非全然来自相对运动和引力。在具有引力势的薛定谔方程中，惯性质量与引力质量地位不同，其起源也应有所不同。三代夸克 - 轻子谱中，对应的夸克或轻子，除了质量之外的所有其他性质都相同，质量的不同怎么会仅仅与相对于宇宙的运动和引力有关呢？弱作用中间玻色子的质量来源于对称性的某种破缺。超导中库珀对的有效质量和能隙，虽然与环境的相对运动和相互作用有关，但同样与引力并不相干。因而，在通常的能量下，惯性质量应与物质自身的内在性质、与环境（包括真空）的相互作用等相关。惯性运动却不然，质量不同的粒子，可以小于光速的相同速度进行惯性运动；静止质量为零的光子，则以光速进行惯性运动。惯性运动和惯性系的起源与局部惯性运动和局部惯性系的起源，也应有所区别。笔者曾指出，描述引力的时空，应该时时处处局域地存在（狭义）相对论。这应是等效原理的实质，也不违背爱因斯坦的原意。换言之，局部惯性运动和局部惯性系应该是惯性运动和相应的惯性系局域化的结果。没有引力时有什么惯性运动，存在引力时就应该有相应的局部惯性运动；前者对应于具有最大对称性的相对性原理，后者对应于该对称性的局域化。在广义相对论中，测地线运动就是局部惯性运动；不过，广义相对论的局域化不完全，没有考虑局域平移对称性。考虑到关于暗宇宙的观测及数据分析，并把惯性质量的起源问题，与惯性运动和局部惯性运动的起源问题区分开来，有关惯性运动和惯性系相对于整个宇宙的观点，以及我们对于惯性运动和局部惯性运动基于对称性及其局域化的认识，可以表述为一个原理，不妨称之为暗宇宙的马赫原理：惯性运动和惯性系，以及相应的局部惯性运动和局部惯性系，应该主要由暗物质、暗能量或宇宙常数决定；在大范围内，星体和通常物质的作用极其微小。作为引力场的源，后者与暗物质一起，对局部惯性运动和局部惯性系应起更大作用。如果仅仅考虑惯性运动和惯性系，就有一个关于惯性运动及其起源的推论：对于没有任何物质，仅仅存在宇宙常数的空的常曲率时空，应该存在遥远天体和光讯号作为检验粒子的惯性运动和惯性系，而且，具有宇宙常数的宇宙背景就是这类惯性运动和惯性系的起源。由我国著名学者陆启铿开创的研究表明，常曲率时空恰恰具有这样的性质。德西特相对论及其宇宙学意义德西特不变的相对论陆启铿早在 1970 年就建议，应该把相对性原理推广到常曲率时空；他与合作者开创了这类相对论的研究。最近，受到观测的推动，又取得一些结果。其实，相对性原理可以推广到这两种常曲率时空；与具有庞加莱不变性的狭义相对论相应，可以建立具有德西特或反德西特不变性的相对论。对应于狭义相对论的两个基本原理，也有两个基本原理：陆启铿提出的相对性原理和普适常数原理。相对性原理的表述与庞加莱 - 爱因斯坦相对性原理一样，只是惯性系之间的变换或物理规律的不变性不再是庞加莱群的变换，而是相应的德西特群 SO(1,4) 或反德西特群 SO(2,3) 的变换。普适常数原理要求：存在光速 c 和常曲率时空的曲率半径 R 两个普适常数。应该指出，爱因斯坦光速不变原理关于光速与光源运动速度无关的要求，应该是存在光速作为不变普适常数这一基本原理的推论。其实，与欧氏几何基本平权，存在罗巴切夫斯基几何和黎曼（球）几何。这三种几何都有点、线和面，都存在直线；具有在相应的变换群下的变换性质。不同仅在于第五公设。贝尔特拉米给出了罗氏几何的解析模型，克莱茵将其完善，用来描述非欧几何。既然几何源于测量，那么物理测量中的刚尺以及标准钟的固有时，既可能服从欧氏几何，也可能服从贝氏模型表述的非欧几何。爱因斯坦假定了前者。如果放松这一假定，要求通过实验和观测来确定刚尺以及标准钟的固有时服从的几何，那么就应该有与这三种基本平权的几何相对应的三种相对性原理。由于这三种几何分别是零、负和正常曲率空间的几何，前者对应于闵氏时空，后二者分别对应德西特和反德西特时空。因此，都应存在相对性原理。其实，按照克莱茵的埃尔朗根纲领，几何学的实质是变换群的不变性。从 4 维欧氏空间以及非欧空间的贝氏模型出发，经过场论中常用的反维克转动，欧氏空间成为闵氏时空，直线成为直的世界线，对应的运动是惯性运动，具有庞加莱群 ISO(1,3) 的对称性。同样，非欧的贝氏模型在反维克转动下分别成为德西特和反德西特时空的贝氏模型，直线也成为直的世界线。那么，相应的运动是否也是匀速直线运动呢？答案是肯定的。因此，在德西特和反德西特时空中的确存在惯性运动，相应的贝氏（坐标）参考系就是惯性系，它们在德西特群或反德西特群的变换下相互变换。于是，几何学的埃尔朗根纲领就相应于物理学的相对性原理。然而，按照广义相对论，却不是这样：时空一弯曲就出现引力，常曲率时空的惯性运动和惯性系丢失了。宇宙背景作为惯性运动的起源在这两种相对论中，相对性原理和宇宙学原理之间存在着内在联系，具有宇宙常数的宇宙背景恰恰起着惯性运动起源的作用。其实，这是二者具有相同的对称性的体现。这里具有两种同时性：与贝氏时间坐标相应的同时性和对于标准钟固有时的同时性，二者彼此相关。前者描述惯性运动和惯性系，符合相对性原理的要求。后者则与德西特不变的宇宙学原理一致：如果取该固有时为时间坐标，贝氏坐标系就变为满足宇宙学原理的罗伯孙 - 沃克型坐标系，其中同时类空空间是半径为 R 量级的加速膨胀的 3 维球面。这样，两种同时性的关系就给出相对性原理和宇宙学原理之间的联系。只要能够与观测相联系，后者就成为前者的惯性运动存在的保证，换言之，描述具有宇宙常数的宇宙背景的罗伯孙 - 沃克型度量，成为贝氏坐标中惯性运动的起源。于是，这里的观测者具有一类刻有两种时标的计时器：贝氏坐标时和标准钟的固有时，并有两种相应的非欧刚尺。进行局部实验时，采用贝氏坐标时、采用相应的贝氏刚尺，因而一切与相对性原理吻合，他们是惯性观测者。当对遥远天体作为检验粒子，并通过光讯号进行观测时，他们用标准钟的固有时和相应的非欧刚尺，于是他们就从惯性观测者变为共动观测者。这样，惯性观测者就可以按照上述规则向外看，一旦向外看，就成为共动观测者。由于闵氏时空是曲率半径 R 趋于无限的退化情形，因而，具有优越惯性系的理论或爱因斯坦狭义相对论应该作为极限情形，包含在上述两种相对论中。然而，一旦回到极限情形，这两种同时性就合而为一，相对性原理与宇宙学原理之间的关系也成为平庸的。其实，闵氏时空的宇宙学原理及其度量，就是 3 维欧氏空间与 1 维欧氏时间的直乘及其度量，并不能与暗宇宙的观测事实相联系。这是为什么暗宇宙的挑战，同样涉及到闵氏时空的时空理论能否成为大尺度物理基础的重要原因。由于暗宇宙在加速膨胀，渐近于德西特时空，德西特相对论就应该是描述大尺度物理的出发点。这样，暗宇宙应该渐近于一个膨胀的 3 维球面，不过与平坦的偏离很小，与曲率半径 R 平方的倒数同一量级。这一点，与 2003 年美国发射的威尔金森微波各向异性探测器 (WMAP) 的数据相符，并可进一步检验。进而，暗宇宙也会渐近地在满足相对性原理的德西特时空中，挑选出一类相对优越的惯性系，亦即时间方向与暗宇宙演化方向一致的惯性系。有趣的是，如果此时再取 R 趋于无限时的极限，回到闵氏时空，相对优越的惯性系仍然会存在，从而回到具有优越参考系的理论，而不完全是爱因斯坦狭义相对论。不过，并没有以太，洛伦兹收缩仍然是运动学效应，而不是动力学效应。正如邦迪和伯格曼等所指出的那样，相对论体系的时空观念并不协调：狭义相对论的相对同时性与宇宙学对宇宙演化时标的同时性之间不协调。为了协调二者，需要引进局域时间与宇宙时之间的区别和联系。而这里，由于对称性相同，对于常曲率时空而言二者是一致的。一旦与暗宇宙的渐进行为相联系，二者之间的区分虽然出现，它们之间的联系仍然存在于暗宇宙的渐近行为之中。温度、熵界与全息原理由于暗宇宙渐近于德西特时空，那么后者的视界就应该作为暗宇宙未来视界的极限。按照德西特相对论，与贝氏坐标对应的罗伯孙 - 沃克型坐标中视界的熵，就为暗宇宙的演化提供熵界。其实，在贝氏坐标系中德西特时空及其视界的温度应该为零，没有必要引进熵的概念。这是与在贝氏坐标系中存在惯性运动相一致的：作为个体基本运动形式的惯性运动，是热力学的基础，谈不上存在描述多体系统达到热平衡的温度或熵。对于无限多自由度系统的物质场及其相互作用，一个简单的论证也表明，在贝氏坐标系中温度应该为零：由于贝氏时间轴是直线，虚时轴也就没有周期性，或者周期为无限大。如果有限温度场论仍然正确，系统的温度正比与虚时周期的倒数。那么，贝氏坐标系中物质场及其相互作用的温度就是零。然而，按照广义相对论的处理，静态德西特宇宙的视界具有温度和（面积）熵。这正是有关德西特时空的视界疑难：为什么空无一物、没有奇点的德西特时空会像黑洞那样具有温度？如何解释视界熵的微观起源？德西特相对论对此则有不同观念。在贝氏坐标系中存在惯性运动，因而没有引力；同时，视界没有温度，也没有熵的概念；这样，静态德西特宇宙和罗伯孙 - 沃克型的德西特度量中也没有引力，只有惯性力，所有的引力效应应该是惯性力效应；温度和熵也一样。因而，德西特宇宙与黑洞完全不同。事实上，从贝氏时间到静态德西特宇宙的宇宙时的变换表明，后者的虚时恰恰具有周期性，其倒数正好给出视界温度。从贝氏时间到相应的罗伯孙 - 沃克型度量的共动时间的变换同样如此。于是，这些热力学性质应该与非惯性系统有关，而与引力无关。如果暗宇宙在加速膨胀，趋于德西特时空，那么，暗宇宙最终的未来视界就应是与贝氏坐标系相应的罗伯孙 - 沃克型坐标系中的视界，而且后者（具有非引力起源）的（面积）熵恰恰给出具有引力的暗宇宙的熵界。由于视界可以作为是否具有因果联系的边界，这就在因果联系的意义上与全息原理关于边界上的非引力物理全息地反映内部的引力物理的猜想一致。当然，这些都有待深入的研究。显然，德西特相对论及其宇宙学意义已超出爱因斯坦体系。相应的引力理论和具有物质与引力的宇宙论也有待进一步建立。局域德西特不变的引力理论和宇宙论如何建立有关的引力理论和具有物质与引力的宇宙理论呢？前面提到，按照札记二的观点，等效原理的实质在于狭义相对论的局域化。这样，在等效原理的基础上，加上狭义相对论对称性的局域化要求，可以提出相对论局域化原理。在德西特相对论的基础上，就应该有具有局域德西特不变性的相对论局域化原理：在宇宙中，时时处处都存在局域德西特时空，除了引力之外的物理规律都具有局域德西特不变性。同时，为了避免爱因斯坦场方程的戈尔迪结，应该要求引力场方程满足的动力学的局域对称性原理：作为描述引力场的时空几何量，应该由具有相同局域对称性的物理量来决定。这两个原理对于局域对称性的要求当然应该是一致的。这样，在相对论局域化原理中，除了引力之外应该去掉；也就是说，引力也应该具有局域德西特不变性。局域德西特不变的引力理论应以这两个原理为基础。而且，引力场方程有所不同，其作用量应是局域德西特不变的相应的宇宙论，同样应该在具有局域德西特不变性的意义下，满足宇宙学原理。笔者曾指出，一种引力的德西特 - 洛伦兹模型的初步分析表明，这是可行的。当然，建立比较完整的局域德西特不变的引力理论和宇宙论，还有许多工作要做。应该再次强调，在德西特相对论以及局域德西特不变的引力理论中，宇宙常数起着基本常数的作用。其实，由这个常数、光速、牛顿引力常数和普朗克常数，可以构造出一个无量纲常数 g ，其平方的数量级大约为 10-122 ；其实，这个常数的平方就是普朗克尺度的平方与宇宙常数之积。值得注意，这个数量级恰恰就是把宇宙常数作为量子真空能量的估算中观测值与理论值的巨大差异。换言之，如果把这个无量纲常数作为表征局域德西特引力的基本常数，那么，这个常数就反映着极小尺度与宇宙尺度之间的物理，通过引力相互联系的某种对偶关系。应该如何考虑贝氏坐标系中的量子效应？这是值得进一步研究的问题。当然可以探讨，什么是作为基本常数之一的宇宙常数的起源？什么是那个无量纲常数的起源？这些问题与物理学中其他基本常数的起源，或其他无量纲常数的起源一样，是更为根本的问题。我们在札记一中简单涉及到这个更为根本的问题，这里不再重复。总之，对称性及其局域化在物理学的发展中起着极其重要的作用。对于惯性运动及其起源，暗宇宙及其渐近行为，大尺度物理的基础等，完全有可能同样起着极其重要的作用。作者：郭汉英; 个人分类: 问题讨论|2109 次阅读|1 个评论

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标签: 惯性系

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