朱林
中国有能力在物理统一理论、量子时空与引力理论、狭义与广义相对论理论、宇宙膨胀理论、太阳系及地球演化理论方面取得全面突破
2021-8-4 21:33
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七、系统归纳与讨论

        物质粒子辐射空间本底量子新概念及其质量时变关系,既有思想和观念传承,又有理论与实验以及大尺度时空观测这三方面结果支撑。由此揭示了物质粒子质量与时间和空间这三个最基本物理概念的内在联系,其逻辑前提简单、物理图像清晰、符合动量守恒定律、自洽性和融合性强、解决问题广泛、理论推测及检验证据较多。

 1、物质粒子空间本底量子辐射十个物理效应

 1)物质粒子内在周期性因素与其空间本底量子辐射相生相伴,满足动量守恒。

 2)使得物质粒子自然伴生康普顿波和德布罗意物质波。

 3)物质粒子自身质量持续衰减,形成自发、单向、均匀流逝与统一普适时间之矢。 

4)使得物质粒子具有动态的空间广延性,物质粒子以恒定光速c不断地辐射空间本底量子形成动态的空间本底以及具有物理过程的四维时空。 

5)当物质粒子受外力作用加速运动时,其德布罗意物质波的运动形态将同时发生改变,物质粒子便出现与外力作用大小相等方向相反的波性力,即为惯性之源。 

6)物质粒子不断辐射空间本底量子,其数量密度及能量和动量密度均与物质粒子质量成正比,与距离平方成反比,产生球形对称分布的量子化空间,形成量子引力场。

 7)各物体的空间彼此作相对运动,其中任何两个物体中的每一个物体,都出现由对方提供向外方向的空间本底净动量流而受到向内方向作用,表现为万有引力。

 8)使得星系或天体自身质量衰减引力随时间减弱,导致在相对稳态下,星系间或天体间的距离甚至天体自身半径都按r=roeHot的形式逐渐增大,谓之宇宙统一膨胀。 

9)天体系统或物质体系在不断辐射空间本底量子的同时,还受其自身辐射空间本底的反作用,以致星系旋转出现所谓疑难现象、先锋号宇宙飞船加速度出现“异常”。 

10)光速c是空间本底和引力场速度,是物质粒子运动速度的极限,运动物体的时空相对于静止观测者发生偏转,使得时空在观测上具有相对论的一些效应。

2、由空间本底量子辐射及质量时变关系推得以下主要结果 

1)爱因斯坦—德布罗意关系:E=Mc2=hν、p=MV=h/λ 

2)薛定谔方程:iћ∂ψ/∂t=-(ћ2/2M)▽2ψ+Uψ

3)牛顿第二定律:F=dp/dt

4)牛顿万有引力定律:F=GMm/r2

5)哈勃定律:V=Hor

6)普朗克长度:Lp=(hG/c3)1/2 

7)Jeans变质量二体问题的解:M(t)r(t)=const

8)与德西特相似的宇宙任一空间膨胀模式:r=roeHot    

9)哈勃宇宙整体膨胀加速度:au=Hoc~10–10m/s2
10)星系退移红移量Z随时间变化关系:Z=ZoeHot  

11)天体公转周期和自转周期及星系自转周期随时间变化关系:T=Toe2Hot

12)星体绕星系中心轴旋转速度与距离关系:Vθ={η[(GM/r)+Hocr]}1/2

13)Vθ呈现的极大值:Vmax=(4η2GMHoc)1/4

14)空间本底量子能量:ε=hHo

15)空间本底量子质量:μ=HoMτ=HoMpTp=ε/c2 

16)哈勃宇宙半径:ru=h/μc=c/Ho  

17)哈勃宇宙质量:Mu=c3/GHo   

18)哈勃宇宙惯性之和:GMu/c2ru=1   

19)物质粒子空间本底量子辐射作用强度:ao=Mc3/h=GM/Lp2

20)物质粒子空间本底量子辐射能量密度分布:Jρ=(Hoc/4π)M/r2 

21)引力场强度:g=σJρ,其中对应系数σ=4πG/Hoc=4πLp2/μ=4πru2/Mu

22)普朗克质量:Mp=(hc/G)1/2=(μMu)1/2    

23)特征质量与尺度比值关系:Mp2/μ2=Mu/μ=ru2/Lp2=c5/GhHo2~10120    

24)引力红移量:Z≈GM/Rc2

25)引力波角频率:ω≈c3/GM

26)霍金黑洞熵和温度公式:S=4πR2k/4Lp2、T=hc3/8πkGM

27)精细结构常数:α=e2/2εohc=2π(e2/4πεo)/GMp2=2π(e2/4πεoru)/ε 

28)引力质量即是惯性质量。  

29)光速c是空间速度,是物质粒子运动速度的极限。 

30)推得洛伦兹变换以及符合广义相对论结果更具普遍性的时空变换关系。

31)哈勃宇宙及无限宇宙引力势均为c2,与质量M物体的引力能为Mc2。

32)哈勃常数既是宇宙膨胀率,又是质量时变常数,也是空间本底量子频率,还可能是哈勃宇宙视旋转角速度:Ho=v/r=dr/rdt=-dM/Mdt=μc2/h=c3/GMu 

3、物质波粒二象性的物理图景 

       自从光的波粒二象性尤其是物质的波粒二象性提出以来,一直都难以想象其物理图像。粒子和波表现为两种不同的存在形态,粒子属于实物,波属于场。粒子可以分成一个个微粒,波是可叠加的连续的能量分布;粒子可以平动、振动和转动,波却能同时向四面八方运动;粒子可以停留在一个固定位置上,波则是动态地在空间传播。物质粒子(包括光子)辐射空间本底量子新概念,把粒子和波这些特征自然地贯通起来,揭示物质波粒二象性的物理图景:粒子处于与其空间本底量子辐射相伴的振荡状态,不断地生成动态的广延性空间本底,粒子呈现出以其较高质量和能量密度为核心稳态的康普顿波包结构,并在粒子运动过程中由其不断辐射的空间本底量子的脉动形态形成具有物理实在性的物质波。由此可窥见物质空间广延性的形成和空间是动态的、物质存在导致时空弯曲与牛顿的物体质量中发射“精气”和爱因斯坦的光子伴随着鬼场以及德布罗意的粒子骑在波上这三大设想的共通之处。

 1)双缝干涉:通过双缝一条缝的粒子受其通过双缝两个伴生波干涉(波性力)作用,粒子以较高概率前行在两伴生波波程差为波长整数倍的波长稳定合振加强区域,逐个撞上屏幕累积形成明纹。粒子若受侦测扰动,将使通过双缝两波失去稳定的相干条件。

 2)测不准关系:微观上的测量受物质波粒二象性的影响和测量过程对被测量粒子的扰动较为明显,测量波动的粒子位置时,势必干扰其动量,测量与波动相关的动量时,则会扰动粒子位置。这两方面同时测量的偏差之积约为普朗克作用量h的大小。

 3)量子纠缠:两个粒子或多个粒子之间的纠缠主要通过其伴生波相互联系和相互作用,对其中任一粒子的测量,会扰动处于纠缠的每一粒子的状态。

 4、物质粒子质量时变问题的讨论

1)除了上述从三种途径推得质量时变关系外,也可以通过对Jeans变质量二体问题的解rM(t)=const求时间导数,得dr/dt=—rdm/mdt,再结合哈勃定律,从而更简洁地推导出质量时变关系。还可以把这一最简单形式的质量时变关系作为独立的基本假设而给出。 

2)物质粒子质量真的随时间衰减吗?对此也可以反问:物质粒子质量真的不随时间而变吗?受质量测量精度与方法及原理所限至今还尚未有直接检验结果,因循传统孤立静止地认为物质粒子质量恒定其实也是一种假设。以物质粒子质量时变为基础,把物质粒子质量恒定仅仅视为经典理论描述下的一种表像,能够发现更多的物理联系和系统地解决很多甚至根本性问题,包括由质量恒定带来的问题,即保持了原有物理规律不变,又能探究其物理机制,尤其是通过万有引力定律与哈勃定律可以推得质量时变关系,所作出的一系列推测和推广得到了相应检验证据的支持。在物质粒子质量能量不断地趋向空间本底及引力场的过程中,其质量和能量在总体上是守恒的。由质量时变关系推得的哈勃定律蕴含着宇宙加速膨胀。

 3)有哪些类比似乎能联想到物质粒子质量衰减?根据E=Mc2=hν,物质粒子质量与能量和振荡密切相关,从深入分析其内在机制上,能够很自然地构建质量时变关系。从能量趋于平衡与均分来看,物质粒子的能量必然要向场能量转移。类比于加速电荷产生电磁辐射,物质粒子内在周期性加速运动伴随空间本底量子辐射。或类似于霍金辐射,按物质粒子所处真空不断地产生虚粒子对,其中一个进入物质粒子使质量减小,另一个逃逸远离则相当于发射。还有广义相对论物体质量影响时空、物体处于某种加速状态将以光速c辐射引力波形成时空涟漪以及放射性物质衰变规律可供比较和参照。

 4)如果物质粒子的质量随时间衰减,那经过极长时间后,质量不就趋近于零吗?这里,质量时变只是定域于我们所能够观测到的时空范围,不宜无限地外推。也许宇宙达到某种状态,物质粒子质量随时间衰减也可能反转变为质量随时间增大和空间收缩呢,或如同唐孝威院士的基本粒子演化假说中电子静质量随时间增长M=MoeHot模式。宇宙现阶段物质能量从高密度向低密度扩散、温度或热量自高向低传递、时间从过去流向未来以及孤立系统的熵增加都是自发的过程,这些自发过程在极遥远的将来是否一直延续下去,还有待于对质量、时间和空间及其关系更深入的认识。

 5)一些粒子,例如电子,它们的质量都是一样的,如果物质粒子质量随时间而变化,那么在不同时期产生的电子质量可能应该不同,但观测上怎么没发现这种情况?这也正好说明质量时变关系亦即时间之矢dt=-dM/HoM=-dE/HoE的普遍性以及宇宙中所有物质及其物质体系在深层本质上均处于统一演化之中 依据物质粒子空间本底量子辐射及质量时变关系,确立一种动态具有物理过程的物质时空新观念,可以解决物理学中时间反演不变性同宇宙星系在较大时空跨度上显露出膨胀演化的矛盾,说明“宇宙膨胀及加速度”和“星系旋转曲线”等疑难,为统一揭示物质粒子)的波动性、惯性、时间之矢、空间本底和引力场的起源以及宇宙与天体系统膨胀演化的自然机制提供了一种全新的认识。
 

 八、结束语

       本文所做的这些研究,力图按爱因斯坦所言:“寻求一个把观察到的事实联结在一起的思想体系,它将具有最大可能的简单性”;“寻找一个关于所有这些学科的统一的理论基础,它由最少数的概念和基本关系所组成,从它那里,可用逻辑方法推导出各个分科的一切概念和一切关系”;“得到关于自然界的一个逻辑上前后一贯的摹写”。
       综合德布罗意提出的物质粒子内在周期性因素、牛顿关于引力可能来源于物体质量发射精气的猜想、爱因斯坦广义相对论时空观以及时空探索新观念,从物质相互作用与动量守恒方面,把物质粒子的内在周期性因素与其空间广延性的形成联系起来,提出物质粒子辐射空间本底量子新概念,推得质量时变关系dM=-HoMdt,自然地阐释了爱因斯坦---德布罗意关系和牛顿第二定律,推导出薛定谔方程、哈勃定律和牛顿万有引力定律,使相应居于微观、宏观、宇观核心地位的这五个基本物理公式密切联系和统一起来。揭示了物质粒子在不断地辐射空间本底量子的过程中产生了时间之矢,生成以光速c广延扩展的空间本底及量子引力场,构成具有物理过程的四维时空,从而确立一种动态具有演化特征的物质时空体系,使经典力学和量子力学及宇宙膨胀学说乃至狭义与广义相对论有了共同的物理基础。表明诸如物质粒子的波动性、惯性、时间之矢、空间本底及量子引力场的起源、光速极限、引力质量等于惯性质量、万有引力的形成、宇宙膨胀及加速膨胀、星系旋转疑难曲线、先锋号宇宙飞船异常加速度、太阳系行星轨道演变、月球远离、月球公转周期的变化、地球膨胀和地球自转周期的变化等,归根究底都是物质粒子空间本底量子辐射及其质量时变的自然结果,所作出不同方面的一些推测和推广得到了相应检验证据的支持。

        在理论体系构造、巧合性或蕴涵深刻本质方面,质量时变关系、空间本底量子质量及其与物质粒子振荡周期关系、普朗克长度、哈勃定律、牛顿万有引力定律等均可由不同途径推导或构建出来,推得E=Mc2=hν,并自然地给出了一些相关理论的核心点,解决了许多重大疑难问题。推得物质粒子辐射空间本底量子的速度为光速c,空间本底量子即是构成引力场的基本量子,空间本底量子半径正是普朗克长度Lp,其波长恰为哈勃宇宙半径ru=c/Ho,其能量ε=hHo与传递核力的π介子固有能之比恰约等于引力作用强度与核力作用强度之比;推得物质粒子辐射空间本底量子初始作用强度恰与普朗克距离下的牛顿引力场强度等同,物质粒子辐射出的空间本底量子在薄球壳中能量密度等于空间本底量子辐射力在球面上的分布,其与引力场强度的对应系数σ恰为基本物理常数组合σ=4πG/Hoc;推得星系间距扩张的相对变化率等于星系质量衰减的相对变化率,宇宙以临界速度各向同性地膨胀,宇宙及天体系统共同遵循的自然膨胀演化模式r=roeHot趋同于德希特宇宙膨胀模式;推得哈勃宇宙引力场强度和天体系统及物质体系受到自身辐射空间本底的反作用强度均与哈勃宇宙整体膨胀的加速度Hoc等值,与先锋号宇宙飞船显露的异常加速度相当;推得哈勃宇宙惯性之和GMu/c2ru=1,哈勃宇宙质量Mu=c3/GHo,哈勃宇宙物质平均能量密度和空间本底量子平均能量密度与“目前观测的真空能量密度”具有同一数量级;推得哈勃常数既是宇宙膨胀率,又是质量时变常数,也是空间本底量子频率,还可能是哈勃宇宙旋转角速度;推得一些特征量关联式以及最小普朗克时空和最大哈勃宇宙时空存在着两极相通的对应关系,普朗克时空和哈勃宇宙乃至无限宇宙其引力势均为c2,与质量为M的物质粒子相应引力能恰等于Mc2。

       物质粒子辐射空间本底量子新概念及质量时变关系,深化了物质粒子波动性与质量、能量、时间、空间、引力和惯性的认识,作为把物理学三个最基本概念、五个基本物理公式同解决一系列重大的基本的物理学疑难问题以及各种推测与检验证据厘清和统一起来的逻辑关系纽带,可能反映了物质世界最基本的普遍的自然演化规律。 

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