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寻找普适物理常数的一种途径 精选

已有 3498 次阅读 2021-1-3 15:54 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记

有些同行常问我:“寻找普适物理常数有没有途径可循?”回答这个问题难度很大。不过,既然不少人关心这个问题,谈点自己的看法或许对别人的科研有所裨益。鉴于此,我将参考以前大师的研究并结合我们的实战经验,勉力为之。

物理学的一些基本概念、基本规律建立在严格的物理常数不变性基础上。海森堡认为:“一种新物理理论的出现经常同新的普适常数发现联结在一起”,普利高津曾指出“ 普适常数的发现标志着一个根本的变化”。譬如,万有引力定律与万有引力常数G同时诞生,光速c的发现导致了相对论的产生, 普朗克常数h的发现导致量子力学的建立。人们甚至用Gch来标志物理发展阶段。1718世纪,牛顿力学为主线, 用G表征;19世纪,电磁理论为主线,用c表征;20世纪后,量子理论为主线,用h表征。由此可见,发现或确定物理常数,具有极其重要的意义。

我读科学史时注意到,有些常数可通过理论推导直接得到,而有些常数则需通过实验、观测资料间接确定。我们研究锁固段破裂行为时,发现的常数1.48是根据理论推导得到的。推导步骤是:(1)根据重正化群理论确定体积膨胀点处应变,根据损伤理论确定峰值强度点处应变,进而得到应变比与Weibull分布形状参数m的关系;(2)由于锁固段具有强非均匀性与低脆性的属性,可进一步对应变比关系简化,简化后的应变比为该常数。

我们知道,压缩或剪切下,岩石变形破坏过程通常存在5个力学特征点:(1)裂纹闭合点;(2)裂纹起裂点;(3)体积膨胀点(损伤应力点);(4)峰值强度点;(5)残余强度点。自体积膨胀点起,岩石的破裂行为有了质的变化,因为此时即使停止加载裂纹也将自发扩展、丛集、贯通。因此,该点是破裂自组织行为的起点或质变的起点。自组织行为的出现,标志着破裂从无序向有序发展,力学行为从线性或近线性向非线性发展,在发展过程中后续特征点与体积膨胀点的应力比或应变比,可能出现与尺度无关的比值不变性。例如,大量岩石力学实验结果表明,一定围压下较大尺度岩样(硬岩类)体积膨胀点与峰值强度点的应力比在80%左右 ,支持这一认识。反之,包括体积膨胀点在内的后续特征点与体积膨胀点之前(无序阶段)特征点的应力比或应变比,则不大可能出现比值不变性。

我们发现的常数1.48,是根据峰值强度点与体积膨胀点的应变比得到的;无独有偶,费根鲍姆研究混沌现象时发现的常数4.66920,也是根据相邻倍化分岔点间的距离比得到的。因此,根据某事物演化质变过程中某些特征点处物理量的比值寻找常数,可能是一条前景光明的途径。

恩格斯曾从量变质变规律来分析物理常数的实质。他指出“ 物理学的所谓常数,大部分不外是这样一些关节点的标记。在这些关节点上,量的变化会引起该物体状态质的变化,所以在这些关节点上, 量转化为质。”我们的研究表明,此言不虚。

参考(略)

相关:

科学发现之旅:常数“1.48”的由来

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1125441.html

1.48=

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1027106.html



http://wap.sciencenet.cn/blog-575926-1265503.html

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