7.相对论与量子力学之间的问题
7.1希格斯粒子解释了宇宙质量之源,是否具有反粒子,说明宇宙质量消失的途径?能量守恒定律、质量守恒定律和希格斯机制是否矛盾?根据希格斯机制存在没有质量的粒子,这些粒子的能量是否为0,质能方程是否需要修改?希格斯机制显然违反了质量守恒定律,如果质量可以产生,那么质量增加是否也是希格斯机制的作用?一个微观粒子以接近光速变速率运动,根据狭义相对论其质量不断变化,那么该微观粒子是否不断吸收或者释放希格斯粒子?
7.2量子力学中的真空并非一无所有,它们和光子之间根据现代物理学理论应当有相互作用,可是狭义相对论认为在真空中的光速是不变的,显然存在着矛盾。如何理解这些关系?量子力学认为宏观物体存在物质波,显然这与广义相对论是矛盾的,如何理解这些关系?
7.3在牛顿动力学中,暗含着将以下一点视为当然的事,即同时测量(即知道)一个粒子(一个质点)的位置和动量在原则上是可能的。这种可能性隐含在运动定律本身中:运动的二阶微分方程的解要求知道x和px的某个同一时刻的初始值,但是这种可能性在量子力学中从根本上被否定。牛顿动力学中运动方程是决定论的和因果律的,即从一个由系统的粒子之坐标和动量所规定的已知初态出发,运动方程以一种决定论的方式导致一切其后时刻的确定状态。导致拉普拉斯宣称:一旦给出了某一瞬间宇宙中所有星星的位置和动量,那么宇宙过去和未来的状态都将完全被决定,但这种决定论和因果律在量子力学中基本上被否定。
7.4对于一个宏观物体来说,P=h/λ,当物体静止时,P=mv=0,此时λ为无穷大?对于运动观察者而言,动量不等于0,λ为有限值,具有波粒二象性。因此一个物体是否具有波粒二象性,与观察者有关,与相对性原理矛盾?
E=mc2=hν=hc/λ,所以λ=h/mc≠0。假设P=MV=h/λ=h/(V/ν)=hν/V,则hν=MV2。这与E=mc2是矛盾的。这说明宏观物体的能量不仅仅是物质波的能量,它们之间的关系是什么?
7.5目前物理学认为物质之间相互作用不可能隔空传递,只可能借助一种中介物质(信使粒子)来完成。例如,强力作用于原子核内,而传递强力的信使粒子就是胶子;弱力体现在亚原子粒子的放射性衰变上,而传递弱力的信使粒子就是W及Z玻色子;电磁力作用在一切电磁现象中,而电磁力的信使粒子就是光子。爱因斯坦的广义相对论是引力理论,把引力场量子化给出引力场的量子成为引力子,它应具有自旋为2,和电磁场的量子——光子性质很不相同。近年来理论上对超对称性的探讨提供了新的可能性,超对称性在自旋不同的粒子间建立了联系,因此就有可能把引力相互作用和其它相互作用联系起来,通过超对称性建立的四种相互作用的统一理论称为超大统一理论。但是根据对称的相对性与绝对性原理,超对称的工作是没有止境的。超对称要求除引力子外,还应当有自旋3/2的引力微子存在,但是实验上并没有发现它的存在。
7.6根据质速关系引力质量可以连续变化,而电荷和电磁场呈量子化分布,现代物理学未让量子力学进入的唯一领域是引力和宇宙的大尺度结构,将引力场量子化遇到无穷大的困难。重整化可以消除无限大的问题,但是由于重整化意味着引力质量作用力的强度的实际值不能从理论上得到预言,必须被选择以去适合观测,因此重整化有一严重缺陷。目前要取得进展,能够建议采用的最有力的方法,就是在企图完成和推广组成理论物理现有基础的数学形式时,利用纯数学的所有源泉,并在这个方面取得每次成功之后,试着用物理的实体来解释新的数学特色。如何把量子论和弯曲时空(即广义相对论)结合起来却是十分困难的事情。到现在为止,虽然学术界在电磁场、电子场等各种物质场的量子化中取得了极其成功的进展,但引力场量子化的工作却遇到了意想不到的巨大困难。到目前为止,所有试图把引力场量子化的理论(包括超弦和圈量子引力理论)都存在问题。在物理学发展过程中,量子论引起的疑义始终多于相对论。量子论留给了人们太多的争议。爱因斯坦曾经说过,我思考量子论的时间几乎是思考相对论的100倍,但是我还是不清楚什么是光量子。
7.7广义相对论是非线性局域的,而量子力学是线性非局域的。所谓“量子宇宙论”,它涉及“量子力学的多世界解释”,与广义相对论在哲学上在物理上存在更大的冲突。狭义相对论是描述真实的物理空间中的理论,而量子力学则是定义于抽象的组态空间或位形空间中的理论。
7.8测不准关系和光速最大这二条禁戒线分别与量子力学和狭义相对论这二大全新的物理原理相关联,如今对于非线性科学中所揭示的新现象,如分叉、突变、混沌、耗散结构、分形等等,尤其是对于其中的不可积、长期不可预测等禁戒线,人们自然会问,它们是否也与某种全新的基本原理相关联?
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