洛伦兹不变性破缺和普朗克能量观察者无关性问题的

共同来源和深入检验

钱 大 鹏

摘  要: 依据测不准原理和时间、空间的基本对称性，建立了粒子的内禀四维时空圆柱体模型，由此出发推导出一系列与狭义相对论各方程相对应的新方程^[1]。这些满足测不准原理要求的、完备化的新方程既能兼容经典的狭义相对论方程，又导出后者不具备的特殊结果，例如：(i) 当粒子以光速运动时，其能量并非无穷大而是达到一个与观察者无关的有限的最大值；质子的能量最大值等于普朗克能量E_P与常数因子(2/π)^1/2之积，表明普朗克能量的观察者无关性并非猜度性的“原理”^[2]而是一个更基本的理论的导出结果。(ii) 直接显示存在“洛伦兹不变性破缺^[3]”并给出计算破缺系数ξ的理论公式，对能量≥3×10¹⁹eV的质子，算出|ξ|≤5.9×10^-30，通过与一些作者的拟合计算结果^[4][5][6]比较可以看到，该破缺效应极其微弱，不会明显改变极高能宇宙线能谱的GZK截断，这与HiRes^[7] 和Auger^[8]的观测结果一致；另外新方程还指出，虽然微小的破缺系数允许GZK截断，但并不排除有极少数超过GZK截断能量的宇宙线粒子到达地球的可能性，而这种小概率事例的出现完全是随机的，不构成单一的幂律谱，这也与Auger的观测相符^[8]。(iii) 推导出哈勃常数与若干基本物理常数之间的关系式，由此式算出哈勃常数的理论值H₀=70.688km·s^-1·Mpc^-1，与目前公认的观测值^[9]符合的很好。(iv) 预言了一个超越现有理论的未知效应，该效应在电子储存环上引起的一种异常现象是可以进行实验探测的，利用NSRL800MeV电子储存环进行了初步实验，结果显示有疑似预期的异常现象存在的迹象^[1][10]。应该指出，针对该现象做进一步严格精确的实验研究是非常必要的，这是因为新方程的预言一旦获得验证，那么不仅洛伦兹不变性破缺和普朗克能量的观察者无关性问题将从根本上得到阐明，而且可以揭示质量概念的更丰富的内涵，有助于人们对某些物理现象的重新认识并解答更多的问题。作者希望相关领域的实验家有兴趣参与这项工作。

关键词：新狭义相对论; 测不准原理; 洛伦兹不变性破缺; 普朗克能量的观察者无关性; 超高能宇宙线UHECR; GZK截断; HiRes; Auger; 电子储存环; 实验验证. 

参 考 文 献

[1] 钱大鹏, 吸纳了测不准原理的新狭义相对论及其验证与应用, 前沿科学,第5卷总第17期, p49-      67 (2011), 电子文本看http://blog.sciencenet.cn/blog-648126-550144.html

    [2] J. Magueijo and L. Smolin, Lorentz invariance with an invariant energy scale, Phys.Rev.Lett.88,

        190403(2002) [arXiv:hep-th/0112090v2]

    [3] S. R.Coleman and S.L.Glashow, High Energy Tests of Lorentz Invariance, Phys.Rev.D 59, 116008(1999) [arXiv:hep-ph/9812418v3]

    [4] S. T. Scully and F. W. Stecker, Lorentz Invariance Violation and the Observed Spectrum of Ultrahigh      Energy Cosmic Rays, Astroparticle Phys. 31 (2009) [arXiv:0811.2230v4]

    [5] XiaoJun Bi, Zhen Cao, Ye Li, Qiang Yuan, Testing Lorentz Invariance with Ultra High Energy Cosmc    Ray Spectrum, Phys. Rev. D 79, 083015 (2009) [arXiv:astro-ph/0812.0121]

[6] BoQiang Ma, Lorentz Violation from Theoretical and Phenomenological Perspectives (2011)

[7] HiRes Collaboration, First Observation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin Suppression, Phys. Rev. Lett. 100, 101101 (2008) [arXiv:astro-ph/0703099]

    [8] Auger Collaboration, Observation of the suppression of the flux of cosmic rays above 4×10¹⁹eV,

    Phys. Rev. Lett. 101, 061101 (2008) [arXiv:0806.4302]

    [9] http://blog.sciencenet.cn/blog-648126-675168.html

     [10] 钱大鹏, 在800MeV电子储存环上探测到38GeV异常电子出射的迹象, 辽宁大学学报（自然科学版）, Vol.37,No.3(2010)