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凌龙庄专栏 >> 连接《相对论》与《量子力学》的桥梁

凌龙庄 (linglongzhuang@yahoo.com.cn) 2007.11

一、量子力学的产生

量子理论通常视为创立于1900年,普朗克在研究黑体辐射时发现光的发射与吸收过程中,必须假设物体的能量变化是不连续的。其能量的交换是从跳跃的方式进行,能量可以划分成几个相等的小份子,每个小份子叫做“量子”。能量的大小与量子的频率成正比。这样才能消除经典物理中的“紫外灾难”。他把这一发现用“作用量子”的概念发表在科学杂志上,由此普朗克于 1918 年因发现基本作用量子而对物理学的巨大贡献而获得诺贝尔奖。这就是量子理论的起源。

二、《量子力学》与《相对论》的斗争

在今天来说很多人都会认为:量子力学与相对论是两个水火不相容的理论。这对于现代科学来说,实在是一个自相矛盾的话题。

从量子力学的兴起来说,爱因斯坦是量子力学的奠基人,是他将普朗克的“作用量子“运用到解释光电效应中去,成功地解释了经典理论不能解释的现象,并精确地将光电效应用方程式表达出来,成为推动粒子物理理论研究的原动力。由此,量子力学经历了三个阶段:古典量子论 ; 量子力学理论和相对量子力学理论的发展以后,成为了现代科学的主流科学。

由于量子力学的概率理论和测不准原理,使爱因斯坦拒绝接受量子力学理论。由此,爱因斯坦说:“上帝是不会玩掷骰子”的。爱因斯坦与坡尔在量子力学的发展过程中的争论和斗争进行了长达几十年之久。最终爱因斯坦不得不承认,“量子力学确实给人深刻的印象”。

三、连接《相对论》与《量子力学》的桥梁

什么是科学理论?当代科学天才霍金告诉我们:“理论只不过是宇宙或它的受限制的一部分模型,一些连接这模型中的量和我们的观测的规则。它只存在于我们的头脑中,(不管在任何意义上)不再具有任何其他的实在性”。

爱因斯坦的后半生,毕全功于一役地在设计一种描述整个宇宙的理论----大统一论。但他拒绝接受量子力学的“测不准原理”。他认为:“一个完备的科学理论,不应该是一种由几率起作用的统计理论。这种物理理论缺乏因果性和确定性。只能作为权宜之计的过渡理论。”

我个人认为:《相对论》与《量子力学》理论的矛盾,主要是由于在宏观理论与微观理论的中间缺少连接的桥梁,《广义相对论》是描述引力和宇宙的大尺度结构,而量子力学是描述粒子的精微结构,在两种理论中,宏观理论没有解决万有引力起源的问题;在微观理论中量子力学又没有揭开质子的内部结构。两种理论在没有共识的前提下各自形成自己的体系,导致现代科学缺乏全局观点。特别是在物理学科的基础理论研究方面,更是滞后了科学发展的需要。现举几则众所周知的普通问题进行讨论;

1、万有引力是怎样产生的?

2、光速为什么会不变?

3、为什么光速是一切运动物体速度的极限值?

4、电磁波为什么能在真空中打击报复传播?

5空间为什么会是弯曲的?

6、光线为什么是直线传播,而天体运动则是作轨道的循环运动?

7、“测不准原理”为什么是量子理论的基本原则?

8、为什么一个质子的正电会等于一个核外电子的负电?

9、能量的激发传输为什会呈量子态?

10、为什么科学家一直没有测量到“引力波”?

这些基础问题常常被人们忽视,恰恰又是现代科学发展进程中的栏路虎。

科学家霍金告诉我们:“科学的终极目的在于提供一个简单的理论去描述整个宇宙。”“如果它满足以下两个要求,就算是好理论:它必须在只包含一些任意元素的一个模型的基础上,准确地描述大批的观测,并对末来观测的结果作出确定的预言。”《一能大论》提出建立空间“同步量子引力场”的假设,运用量子引力理论对上述问题作出了圆满的解释。现简单推演三例:

1、光速不变原理

根据《一能大论》的量子引力理论,宇宙空间充满着由“引力子”构成的“同步量子引力场。”这些“引力子”就象作旋转运动的自由电子一样,布满在时空中,由于“引力子”的自旋运动,使旋转磁矩产生出相互吸引力,因此这些引力子成为天体运动,物质演化能量传输的路径。这里所说的同步是指在没有激发能量辐射的情况下,“引力子”自旋运动的角动量变化的统一性。物质原子中核外运动的电子,在基态时因轨道角动量变化不能达到整量子倍的辐射条件,从而使场中的引力子产生出微弱的振动,这种振动通过引力子互相传输。从而把整个宇宙集合在一起,形成“同步量子引力场”的引力系统。这就是《一能大论》所推演的“万有引力”产生的原因,由于同步量子引力场的存在,使得宇宙物质演化中每一个电子与电子之间的运动变化,通过场中引力子的路径互相传输,形成物质与物质间的能量交换。由于引力子的能量传输是通过两个引力子的相互吸引而产生位移,与导线中的电子运动一样性质。所以光线、电磁波、电子运动的速度都是相同的。(每秒钟 30 万公里)同时,天体运动的物质都是处在同一个引力场中,因此光线在任何方向和任何状态下传输速度都是一样。这就是光速不变的原理。

2、为什么光速是一切运动物体速度的极限。

因为宇宙一切物体都是由原子构成,而任何最微小的物体直径都大于两个电子的位移直径。所以宇宙中运动物体的速度永远超不过光速。

3、为什么说光子是“波粒二象性”。

因为光线的传播是‘引力子“的路径振荡。一个光子就是一个“引力子”能量,而“引力子”是一个独立的、运动的能量子,它具有中心磁轴和旋转磁矩,所以光子是粒子性。同时,在任一原子的核外电子的运动轨道中,由于电子的绕核运动存在着速度与时间的变化,从而产生了能量传输的周期。这种周期就是光量子的频率。同步引力场是光量子传输的载体。而运动电子相对于场中某一参考点的引力子路径所产生的激发能量就象脉冲信号一样被加载在传输路径的“引力子”上,所以形成了光线传输的波幅。这就是光量子的能量与频率成正比的原因,也就是光量子具有波的特性的道理。以上是《一能大论》的简单推演,因此,我们认为:建立空间同步量子引力场理论是架起《相对论》与“量子力学”连接的桥梁,是完成大统一理论必不可少的理论构思。

                                                                                                                       

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