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五、电磁质量的量子分布
摘要：本文首先说明了夸克禁闭问题的实质在于电磁质量的量子分布，圆满地解释了在自由降落的升降机内部观察不到静止电荷的辐射，使广义相对论的基础更加牢固，最后引用彭国良先生的数学推导，说明了理论的正确性。
关键词：电磁质量、量子分布、夸克禁闭、坡印廷矢量公式、电磁场的能流密度矢量
“Einstein的脑力实验正是歌德所明确定义的，打开科学大门的钥匙：‘科学上的任何成就取决于对事物现象本质的直觉，而具有这种直觉会有无限收获的。’”【1】
一个质子甚至一个电子，都可能是这种（振动的）原始体互相叠加的组合。
——怀特海
在物理学中，我们也不得不承认有某种——对物理学的考察来说——最小的粒子；它们的排列制约着物体的形态和内聚力，它们的振动表现为热等等。
——恩格斯
依据我们今天的见解，物质的基本粒子按其本质来说，不过是电磁场的凝聚，而决非别的什么。整整50年有意识的思考还没有使我更接近光量子是什么这个问题的答案。
——Einstein
（一）电磁质量在实数集上量子分布
现代物理学认为：同一能级内做加速运动是同一能级的电子交换能量，不能引起辐射电磁波；若跃迁（在加速且不在同一能级）加速运动的电荷能够辐射电磁波…。经典电动力学并非总是认为加速运动的电荷能够辐射电磁波。比如，电荷在稳恒磁场中受洛伦茨力的作用作加速运动——即匀速圆周运动，此时带电粒子并不向外辐射电磁波。只有当我们改变磁场大小，电荷被迫作径向运动时才做功向外辐射电磁波。这个经典图像可以作为理解原子的核外电子为何只是在能级跃迁时才会发射或者吸收光子。等势面的环路积分为零，是保守力场，无能量损耗，无论是天体的开普勒运动，还是同能级的电子运动，都是这样。但电子在加速器中的回旋运动，是非保守力场的运动，其加速获得的能量和电磁辐射（同步辐射光）的能量都来自于加速器。定态的量子力学并不明确阐述电子是否在同一能级内做加速运动。其实，不要任何其它假设，只需海森堡的一个假设——即测不准关系，也可以很好地诠释氢原子的稳定性。根据 △E△t≥h/2 ，稳定的氢原子能级没有跃迁时有稳定能级，表明△E=0。这就意味：△t=∞。氢原子的稳定性和时间变化无关。这些都说明了经典电动力学的局限性。在同一能级内作加速运动的电子，很可能处在电磁“辐射”与“吸收”的动平衡之中。虽然在总体上并没有表现出电磁辐射的存在。在加速器中运动的电子都要辐射,但辐射频率是连续的,有各种光子.在原子内只能辐射特定的光子.自由态的额电子可以发射各种频率的光. 从电磁辐射这方面来说，电子在做圆周运动的时候，有一个加速度：径向：a=mv²/r,切向：a=mdv/dt，根据麦克斯韦的经典电磁理论，可知电子在运动中将辐射出电磁波，从而损失能量，这种能量的损失叫做辐射损失，当做匀速圆周运动时，辐射的功率等于：p=4.22*10e-24*E^4/R，上式中的p的单位为eV/s,E是电子的能量，单位为eV,R是轨道的半径，单位为米，电子回旋一周的能量损失为:W=8.85e-32*E^4/R，从上面可以看出，电子的辐射损耗随电子能量的增加而迅速增加。1947年4月16日，在美国的通用电气公司的实验室中，当科学家在调试一台能量为70MeV的电子同步加速器的时候，有一个技工从特制的透明真空室（为了方便观察七种装置）中某个反光镜看到了在水泥防护墙内的加速器发出强烈的“蓝色的弧光”。 后来经过科学家的验证，发现这并不是气体的放电，而是有加速运动的电子所产生的。随后的研究表明这种辐射光的颜色可以随电子的能量不同而不同，例如，电子能量为30时为黄光，为40时为红光，再低就什么都看不到了，进入了红外区。因为这种光是在同步电子加速器上发现的，所以它就被命名为了“同步辐射光”。
通过电磁质量的量子化，实际上已经把Maxwell,s equation与Bohr的原子模型统一在一起，周期性变化的electric field辐射electromagnetic field的实质是电磁质量的能级发生变化。在一个参照系中，如果电荷是静止的，那么电荷的电场是空间稳定的电场，不会发出辐射，如果电荷在某个参照系中有加速运动，那么电荷将会发出辐射。在自由降落的升降机内，虽然相对地球升降机是一个非惯性系，但是根据广义相对论的“所有参照系等价”原理在升降机这个参照系中，电荷是静止的，那么电荷不会发出辐射，这是符合经典电动力学的。而按照狭义相对论，电场和磁场本质是统一的，因此在升降机参照系电荷具有稳定静电场，而在地球参照系中电荷具有辐射，。传统的非惯性系电动力学无法证明，在自由落体的升降机内，测不到静止电荷的辐射，说明传统的非惯性系电动力学没有抓住电磁辐射的本质。有人认为在自由降落的升降机内不能观察到静止电荷的电磁辐射，与经典电动力学和广义相对论都不冲突——因为经典电动力学是处理平直空间中的电磁辐射过程的。实际上，静止处于引力场中的荷电粒子并非作测地线运动，严格地将，存在电磁辐射，只不过在弱引力场（如地球）中的表现可忽略而已。可是在原子内的同一能级内为何不存在电磁辐射？科学理论的唯一出路是，物理理论必须处处成立，包括宏观与微观(因为二者没有绝对的界限)，这才能满足对应原理，电磁理论才具有和谐性，著名的理论物理学家Abdus Salam认为：“我认为我们的理论只是引向内在和谐的阶梯、、、。对内部和谐的信仰过去曾带来过好处。我相信，将来也会是这样。”Newton认为：“科学的终极基础，就是关于大自然将在相同条件下，显示出相同效应的预期。”Bohr认为：“科学解释的本意，就在于 将比较复杂的现象解释为比较简单的现象”。 引力质量在实数集上连续分布造成space-time弯曲，电磁质量在实数集上量子分布使空间结构表现为不同的能级。电磁质量的速度只有0与光速两种状态，带电体在electric field中加速运动的本质是电磁质量的能级发生变化，这样可以解释原子核外的电子一般不辐射electromagnetic field，只有能级降低时才辐射electromagnetic field，能级增加时吸收electromagnetic field，例如光电效应。 电子从高能级跃迁至低能级，释放电磁质量（光子），从而保持电磁质量不变。在同一能级内作加速运动的电子，很可能处在电磁“辐射”与“吸收”的动平衡之中。虽然在总体上并没有表现出电磁辐射的存在，但是并不表明根本没有电磁辐射与吸收的过程存在。
下面的理想实验用现代物理学理论无法解释，而用上面的理论很容易解释：假设一个带电体在引力与电磁力作用下匀速运动，按照Maxwell电磁理论带电体不会辐射electromagnetic field，但是它的能级发生了变化，应当辐射electromagnetic field；相反一个带有大量 electric charge的带电体围绕另一个带有大量相反 electric charge的带电体做圆周运动，由于能级没有变化，也不会辐射electromagnetic field，这一现象可以运用实验证明。电磁感应与量子跃迁本质是一致的，一个带电体在匀强电场中垂直于电力线方向作加速运动，由于能级没有变化，也不会辐射电磁波。现代物理学认为同一能级上的电子不辐射电磁波是一种误解，兰姆位移就是电子在同一能级上加速的结果，笔者认为此时并非真正的同一能级，而是几个不同的能级，只是差别太校
作自由落体运动的带电物体，可以辐射电磁场的现象是一个熟知的事实，这个现象是可以用实验观测的。笔者认为这是因为带电物体在电磁场中运动的结果，如果屏蔽掉地磁场，则不可能观察到。
《量子力学》认为两个电荷之间通过交换“虚光子”作用的，即加速运动的电荷向外辐射出“虚光子”（能量为零的光子）——其实根本不辐射任何粒子。这也证明，加速运动的电荷不辐射能量。《电动力学》当然知道其中的困难，并把这称为“自身的局限性”，但又无法抛弃这个观点（即加速运动的电荷向外发射能量），这是因为，如果抛弃这个观点的话，它将面临一个更大的困难—电磁波是如何产生的呢！在“量动”下，“地球观察者认为电子相对于自己有加速运动”并不一定会得出电子一定就发射“光子”的结论，他还要考察这个电子联系的场函数的变化。比喻在量动中，用“虚光子”概念，推导出两个电子的散射公式。其中虽有“电动“概念下的“加速运动”，但却并没有“实光子”的地位，但也和实验符合的很好。
电子的动量仅指引力质量的动量，此时电磁质量无动量，引力质量的速度为0；因为电磁质量在度量空间中运动，它的能级没有变化，所以一个系统的总电磁质量不因带电体的运动状态改变，电磁质量不满足Lorentz transformation，电磁质量的动量是数量，等于QC；electric field的动量是向量，是电磁质量动量在引力场中观察到的space-time量子形式。
1881年，J.J.Thomson在《哲学杂志》上发表一篇论文《论电体运动产生的电和磁效应》，文中根据Maxwell的电磁理论，提出一个运动的带电物体的（引力）质量随速度的增加而减小，因而第一次提出了电磁质量的概念。但是这一现象与狭义相对论显然矛盾。倘若引力质量相等、电磁质量不同的粒子能量相等，无法解释下面的理想实验 ——假设真空中有两个物体，一个不带电荷，另一个带有电荷q，它们的引力质量都为m，分别位于A、B两点，观察者位于A、B中点，两个物体同时由静止出发相向运动，它们所受的力相等，加速度均为a。按照狭义相对论，它们的引力质量在任何时刻都相等，引力能量相等，可是由质子组成的物体将不断地辐射electromagnetic field，那么能量从何而来？如果能量守恒把物体辐射的电磁波考虑在内，由于对于电磁力宇称是守恒的，电磁波向空间各个方向辐射是等可能，因此电磁波的动量应当为0。按照经典的电磁理论，带电体每秒辐射的能量为E=2q2a2/（3c）×10-1J.s-1，根据狭义相对论经过时间t，带电体的质量为由质子组成的物体速度应当大，能量仍然不守恒。有人认为引力质量相等是有条件的，在某参照系中A,B两质点的静止质量相等，那么要A,B运动起来质量仍然相等，需要它们在该参照系中运动速率相等。如果由质子组成的物体B做加速运动，向空间辐射电磁波，那么它的运动能量将会减小，即它的速率会减小，向空间辐射的电磁波的能量来源于B的动能，或者如果有某种驱动B运动的机制，那么能量将进而来源于该机制，但总的能量是守恒的。那么这种机制又是什么呢？根据上面的理论，电磁质量在引力场中运动，它的能级没有变化，所以不辐射electromagnetic field。在地球的表面磁场近似认为均匀，原子在地磁场中运动但是并非连续辐射electromagnetic field，这一现象证明了上面观点的正确性。 由此可知，在自由落体的升降机内，测不到静止 electric charge的辐射，进一步验证了广义相对论的正确，因为这一问题是众所周知的广义相对论正确与否的一个悬案。王仁川先生区分了space-time变量和space-time参数，常规可测量和广义量，在此基础上圆满地解决了这个问题【2】，因此它实际上验证了上面的理论的正确性。正如Bohr所讲的：“一切矛盾的消除，是由表述形式的数学一致性来保证的，而这种描述在它自己的范围内的详尽无遗性则由其对于任意可设的实验装置的适用性指示了出来。”
粉碎电磁波【3】是一种新的电磁波，是由无穷个源以无穷个相位在一个局部范围有限空间内发射的波，它与普通电磁波有完全不同的性质，波动性几乎已消失，而以粒子性为主。当粉碎电磁波谐振子能量小于导体内局部电子浓度起伏能量时，导体就不会接受粉碎电磁波谐振子能量，这样它穿透导体的能力几乎大了一百倍。同时它的传播是以粒子扩散方式进行的，因为粉碎电磁波是一团在空间自我碰撞的电磁波谐振子，使它具有一种保持在地球原来位置的特性，因此它具有与运动载体反方向运动的趋势。粉碎电磁波的存在进一步验证了电磁质量的量子化分布的特性。
(二)运动电荷辐射电磁波的普遍规律（彭国良）
1．电磁场的能流密度矢量及坡印廷矢量公式
我们在空间取一任意体积V，设其表面为Σ，在此体积内的电磁能为【4】：
ｗ＝ｗｅ+ｗｍ＝(D·E + B·H) dv（１）
在非稳恒情况下，各场量随时间变化，体积V内的电磁能W也将随时间变化，其变化率为
= = (D·E + B·H) dv
= (D·E + B·H) dv
因D＝εε０Ｅ，Ｂ＝ｕｕ０Ｈ，则：
(D·E + B·H)＝εε０(Ｅ·E)+ｕｕ０（Ｈ·H)
＝２εε０ Ｅ·+２ｕｕ０Ｈ·
＝２Ｅ·+２Ｈ·
利用麦克斯韦方程组：
＝▽×H－J０ ，= －▽×E
于是有：
(D·E + B·H)＝２（Ｅ·▽×H－Ｈ·▽×E－J０·E）（2）
根据微分方程的性质有[2]：
▽·(E×H)＝Ｅ·▽×H－Ｈ·▽×E
于是有：
(D·E + B·H)＝－２▽·(E×H) －２J０·E
即：Ｅ·+Ｈ·＝－▽·(E×H) －J０·E
得：▽·(E×H)＝－Ｅ·－Ｈ·－J０·E
＝－Ｅ·（+J０）－Ｈ·（3）
引入一个矢量S，其定义如下[3]：
S＝E×H
它叫坡印廷矢量．
利用矢量场论的高斯定理，可将（3）式左端化为面积分，最后得到
▽·(E×H)dv=∮¶V(E×H) ·dΣ
= －［Ｅ·（+J０）+Ｈ·］dv （4）
由（4）式表明，在空间闭域（体积）V内的全电流（+J０）在电场中所做的功率（Ｅ·+Ｅ·J０））与位移磁流（变化的磁场）在磁场中所做的功率（Ｈ·）之和等于坡印廷矢量的面积分（空间闭域V的表面积分）。
由（4）式，我们还可以发现，电磁波辐射有三个来源（即三种波源），包括传导电流在电场中作功的功率体密度（J０·E），位移电流在电场中作功的功率体密度（Ｅ·），位移磁流（变化的磁场）在磁场中作功的功率体密度（Ｈ·）．
考察一个全电路；全电路中有电阻元件，电感元件与电容元件，由（4）式我们可以发现传导电流J。主要存在于电阻元件上，所做的功率密度（J０·E ）主要在电阻元件中产生；位移电流主要在于电容元件中，位移电流所做的功率密度（Ｅ·）也主要作用于电容元件中;而位移磁流（变化的磁场）则主要存在于电感元件中，位移磁流所做的功率（功率密度Ｈ·）主要集中在电感元件中产生。
2.运动电荷辐射电磁波的功率公式
根据电磁能流密度公式(4)式，坡印廷矢量公式的积分式可表示为[4][5][6]：
▽·(E×H)dv=∮¶V(E×H) ·dΣ
= －［Ｅ·（+J０）+Ｈ·］dv
= －(Ｅ·+Ｈ·) dv －Ｅ·J０ dv （5）
当用电荷体密度ρe及电荷在电场中的运动速度V，共同来表示电流密度矢量J０时，有
J０ =ρeV，则（5）式可化为:
∮¶V S·dΣ = ∮¶V(E×H) ·dΣ
= －(Ｅ·+Ｈ·) dv －ρeV·Ｅdv (6)
当闭合域V内（即闭合表面Σ所包围的体域），只有点电荷q时，由于点电荷q所占点空间极小，其各部分所受电场可看作相同，故有：
Ｅ·J０ dv =ρeV·Ｅdv =qＥ·V (7)
将（7）式代入（6）式中得：
∮¶V S·dΣ = ∮¶V(E×H) ·dΣ
= －(Ｅ·+Ｈ·) dv －qＥ·V (8)
由（8）式，可以发现，空间闭合域内所辐射的电磁波功率等于闭合域内运动电荷在空间电场所做的功率以及位移电流在空间电场所做的功率与位移磁流（变化的磁场）在空间磁场所做的功率之和的负值，由（8）式还可以得出结论，电荷只有在电场中运动才会辐射电磁波，脱离电场无论电荷如何运动，包括作加速运动，都不会辐射电磁波。
如果我们把（8）式的积分范围缩小到以点电荷q为中心的一个半径为δ 的小球体 kδ内，其闭合表面为无穷小封闭曲面Σδ;当 δ→0 ,在kδ范围内, (Ｅ·+Ｈ·)可以看作不变的，其值显然是有限值，而不是无穷大，则:
dv = 0
(Ｅ·+Ｈ·) dv = (Ｅ·+Ｈ·) dv = 0
则（8）式可化为：
∮ Σδ S·dΣ =∮ Σδ(E×H) ·dΣ = －qＥ·V (9)
由（9）式可以发现，沿点电荷q无穷小闭合面辐射（或吸收）的电磁波功率等于该运动电荷在所处空间电场所做功率的负值;由此可见，运动电荷只有在空间电场中运动才会辐射电磁波，任何认为脱离电场作加速运动电荷会辐射电磁波的理论都是与坡印廷矢量公式相违背的，从而也是与麦克斯韦方程组相悖的。
3.电荷的电势能与坡印廷（pointy）矢量公式
由(8)式可得:
∮¶V S·dΣ = ∮¶V(E×H) ·dΣ
= －(Ｅ·+Ｈ·) dv －qＥ·V （10）
如果将空间电场E看作由库仑电场E库和感应电场（或称涡旋电场）E感组成
即E = E库 +E感 , 则（10）式可表示为：
∮¶V S·dΣ = ∮¶V(E×H) ·dΣ
= －(Ｅ·+Ｈ·) dv －q (E库 +E感)·V （11）
不失一般性，假设库仑电场仅由电荷Q激发产生，令电荷q位于电荷Q在周围空间所激发的库仑电场E库中所具有的电势为U，电势能为q U，则有：
U =
E库 = －▽U = （12）
（12）式中，r = r场 －r源 , r源= xi + y j +z k , r场 = xi + y’ j + z’k ; 其中r场为电场q所在空间的位置矢，r源为源点电荷Q所在的位置矢量，r为源点指向场点的是矢径，则有：
= （ ）= －
= － (r ·V) = －E库·V （13）
将(13)式代入(11)式得：
∮¶V S·dΣ = ∮¶V(E×H) ·dΣ
= －(Ｅ·+Ｈ·) dv －q E感·V + q
得: ∮¶V S·dΣ + q E感·V = －(Ｅ·+Ｈ·) dv + q
= －[(D·E + B·H) dv － q U ] （14）
由(14)式可以发现，在闭域V内的电磁能由三部分能量组成，包括空间电场能，空间磁场能和自由电荷的电势能的负值组成，当闭域内三种电磁能量的总量发生改变时，总能量的改变量等于闭域V内自由电荷在感应电场中所做的功与闭合曲面流入（或流出）的电磁能流的和。
如果将电荷q所处空间电场E看做仅由库仑电场E库组成，E感等于零。则(14)式可化为：
∮¶V S·dΣ = －[(D·E + B·H) dv － q U ] （15）
由(15)式可以发现，在闭域V内的电磁能由空间电场能，空间磁场能和自由电荷的电势能的负值三部分能量共同组成（三种电磁能量相互转化），当自由电荷q只受到库仑电场作用时，闭域内三种电磁能量的总量发生改变时，电磁能的改变量等于闭域V的闭合曲面流入（或流出）的电磁能流，因此，我们由此发现电磁能量的转化和转移完全符合能量的转化和守恒定律。
如果流入（或流出）闭合曲面的电磁能流为零，即∮¶V S·dΣ = 0,则(15)式可划为:
[(D·E + B·H) dv － q U ] = 0
得: (D·E + B·H) dv = q U = q（16）
由(16)式可以发现，当空间电磁能(电场能与磁场能)发生变化时,闭域v内电荷的电势能发生相应变化;电荷之间的电势能qU是定域于空间电磁场之中的，空间电磁场的电磁能包含电荷之间的电势能。
4.电磁场的能量转化与守恒定律
在一闭域内v内只有电磁能W（包括电场能ｗｅ= εΕ2 ，磁场能ｗｍ= μH2）和运动电荷的动能Ek，除此之外,没有其他形式的能量的转换或变化;其中运动电荷的动能Ek满足：
Ek ＝ΡV2dv＝ΡV·Vdv （17）
(17)式中，Ρ是闭合域v内电荷的质量密度，V是电荷的速度，则在闭域v内的总能量w总满足
w总＝ｗｅ+ｗｍ + Ek
＝(D·E + B·H +ΡV·V ) dv （18）
假设在闭域v的闭合曲面上，没有电荷或物质的流动，只有电磁能流的传递，而没有其他形式能量的流入（或流出），则根据(18)式有：
w总＝(ｗｅ+ｗｍ + Ek)
＝(D·E + B·H +ΡV·V ) dv
= －(Ｅ·+Ｈ·+Ρa·V) dv （19）
(19)式中，a为运动电荷的加速度a = ; 将(10)式代入(19)式得：
w总＝(ｗｅ+ｗｍ + Ek)
= (Ｅ·+Ｈ·+Ρa·V) dv
= [－▽·(E×H) －J０·E+Ρa·V] dv
= －∮¶V(E×H) ·dΣ + (Ρa·V －J０·E) dv （20）
因为能量仅在空间电磁能与运动电荷的动能之间相互转化，根据能量守恒，
可令=0 , 则(20)式可化为:
∮¶V(E×H) ·dΣ = (Ρa·V －J０·E) dv （21）
由（21）式可以发现，空间闭合曲面∑上所辐射的电磁能流等于闭域内电流J０在电场E中所做的功率减去闭域内运动电荷的动能变化率。当闭合域内（即闭合表面∑所 包 围的体域）， 只有点电荷q时，令点电荷q的质量为m；由于点电荷q所占空间极小，其各部分所受电场可看做相同，点电荷q各部分的加速度a及速度完全相同，故有：
Ρa·V dv = a·V Ρdv = m a·V （22）
J０·Edv = peV·Edv
= V·Epe dv = q E·V （23）
(23)式中，Pe为电荷密度，将(22)与(23)式代入(21)式中得：
∮¶V(E×H) ·dΣ = m a·V －q E·V （24）
由(24)式可以发现，空间闭合域内（电荷q）所辐射的电磁波功率（电磁能量）等于闭合域内运动电荷在空间电场所做的功率减去运动电荷的动能的时间变化率（即对运动所做的功率）.由（24）式还可以得出结论，电荷只有在电场运动才会辐射电磁波，脱离外加电磁场的一个孤立电荷，无论它如何运动，包括作加速度运动都不会辐射电磁波；脱离外加电磁场，一个孤立的运动电荷是不可能将自身的动能转化为电磁能的;运动电荷只有处在外加电磁场中，才能将自身的动能与空间电磁能耦合在一起，才能互相转换并实现电磁能流（电磁波）的辐射。
由(24)式也可以发现，运动电荷只要处在外加电场中运动，无论电荷是做匀速直线运动，还是做加速运动，都可能会辐射或吸收电磁波。任何认为运动电荷只有作加速才会辐射或吸收电磁波而匀速直线运动电荷不会辐射或吸收电磁波的理论都是与坡印廷矢量公式相违背的，从而也是与麦克斯韦方程组相悖的。
如果将空间电场E看做由库仑电场E库和敢于感应电场（或称涡旋电场）E感组成，即
E = E库 + E感，则(24)式可表示为
∮¶V(E×H) ·dΣ = m a·V －q (E库 +E感)·V
得: ∮¶V(E×H) ·dΣ + q E感·V = m a·V －q E库 ·V （25）
将(13)式代入(25)式得
∮¶V(E×H) ·dΣ + q E感·V = m a·V －q
= －q = （mV2－q U）
= （Ek－q U） （26）
由（26）式可以发现，当闭域内运动电荷的动能与其电势能的差值发生改变时，其改变量等于闭域V内运动电荷在感应电场所做的功与闭合曲面流入的电磁能流之和。如果将电荷q所处空间电场E看做仅由库仑电场E库组成，E感等于零，则（26）式可化为：
∮¶V(E×H) ·dΣ = （Ek－q U） （27）
由（27）式可知，在空间闭域V内，当自由运动电荷q 只受到库仑电场作用时，闭合曲面上辐射的电磁能流等于运动电荷的电势能与电荷动能之差的时间变化率。我们由此可以确信，电磁能量的转化和转移完全符合能量的转化和守恒定律。
由（27）式还可发现，当电子q环绕原子核作匀速圆周运动，电子的动能Ek为常量，电子的电势能q U也为常量，因此（Ek－q U）=∮¶V(E×H) ·dΣ = 0，故电磁波辐射功率为零，既不辐射电磁波，也不吸收电磁波，因而是非常稳定的，量子理论的定态假设在此得到科学和严格的逻辑推证；以前人们认为电荷做变速运动就一定辐射电磁波的结论是不符合实际的。
5.结论
从本文的前述推导可知电子围绕原子核做匀速圆周运动是不会辐射或吸收电磁波的结论，就解决了这一矛盾和困惑。从前述推导我们可以看到，由麦克斯韦理论及坡印廷公式所推导出的运动电荷辐射电磁波的结论是与现代量子理论的定态假设相符合的。
麦克斯韦方程组是经过无数实验检验的正确的电磁理论，是人类探索自然世界的一个著名的规律性总结，是人类智慧的结晶和探索自然规律达到一个相当高度之高峰的体现。但是在历史上由于人们对麦克斯韦电磁理论的认识和理解的局限性与偏差导致了人们对电磁理论的运用与实际产生偏差。真实的麦克斯韦的电磁理论（由坡印廷方程得到）告诉我们：运动电荷只有处在外加电场中才会辐射或吸收电磁波，并且只要运动电荷处在外加电场中，无论电荷是作匀速运动还是加速运动都可能辐射或吸收电磁波；但电荷围绕原子核做匀速圆周运动是不必然会辐射或吸收电磁波的。
参考文献
参考文献：
【1】《Einstein传》 49页【美】A•弗尔辛 著薛春志遥遥 译时代文艺出版社出版，1998年10月第1版
【2】王仁川 著.《广义相对论引论》中国科学技术大学出版社 1996年版
【3】朱永强等，粉碎电磁波的性质和应用、物理学报，2001年5月，P832—836
【4】赵凯华、陈熙谋.电磁学（第二版）.北京:高等教育出版社,1985年版.
【5】 虞福春，郑春开.电动力学.北京：北京大学出版社，1992.10。
【6】戈鲁（Guru , B.S）赫兹若格鲁( Hiziroglu , H.R）著；周克定等译.电磁场与电磁波.北京：机械工业出版社，2000.8。
附录：欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）预计年内竣工，这确是2007年世界科技界的一件大事。物理学家对于它运转后可能获得的一系列重大发现，满怀着美好的憧憬和急切的期盼。因为理论上的突破、建树、延拓，离不开实验实践的步步深入；尤其是一些标志性仪器的创制，对实验探索和理论研究至为关键。凡大型的加速器，往往是粒子物理发展的必要凭借，也是其发展水准的标志之一。LHC当然如此，它预示着：由相对论和量子论之百年辉煌所造就的现代物理学，还会在本世纪迎来其基本理论深层发展的热潮。
LHC是世界上迄今最庞大、最高超的加速器。27千米周长的环形隧道中安装两个粒子（质子等强子或重离子）束流管道，又配有四个非常精致、灵敏度极高的探测器（左图即为最大的探测器Atlas），中国科学家也参与其研制。两质子束分别沿两管道反向穿行，加速后对头碰撞；质子-质子相互作用的速率为109个事件/秒，而每个事件又会产生106信息组的数据。筛癣分析如此大量的数据，要求目前已相当发达的电子信息技术“更上一层楼”。再者，那么长的环形管道四周置有能产生甚强磁场的超导电磁铁，须用1.9K的液氦（有70万升之多）冷却，如此大规模的极低温设施实属罕见。建造这台“顶级”加速器，不仅是粒子物理高度发展的标志，也称得上是当今高科技、“大科学”的一个里程碑式宏伟工程。
窥探大自然奥秘
众所周知，绝大部分微观粒子是在加速器里发现的。经过加速和碰撞，实现粒子反应，产生新粒子，并探测粒子的性状、结构以及相互作用机制。利用加速器，不仅会发现新粒子，而且可验证，并由此修缮、扩充相关的理论模型。
譬如说，CERN的超质子同步加速器（SPS）于1983年发现了传递弱相互作用的中间玻色子W和Z0，这便证实了弱-电统一理论；美国费米实验室的太电子伏（TeV）质子-反质子对撞机（Tevatron）于1995年发现了第六种最重的夸克——顶夸克（t），由以扩充了夸克模型，并确认物质的“基底”粒子层次——夸克-轻子共有三“代”。这两台加速器的能量标度分别高于W、Z玻色子和t夸克的质量。后来，在Tevatron等加速器里，没有产生质量比t更大的夸克和其他特异粒子。 LHC里的质子束可加速到极其接近于光速、质子的碰撞能量高达14TeV，此标度比Tevatron提高了约10倍。其束流达到1034个质子/厘米2的甚高亮度，质子-质子相互作用的速率为109个事件/秒，而每个事件又会产生106信息组的数据。筛癣分析如此大量的数据，要求目前已相当发达的电子信息技术“更上一层楼”。再者，27千米长的环形管道四周置有能产生甚强磁场的超导电磁铁，须用1.9K（即约为-271℃）的液氦（有70万升之多）冷却，如此大规模的极低温设施实属罕见。由此可见，建造这台“顶级”加速器，不单是粒子物理高度发展的标志，也算得当今高科技、“大科学”的一个里程碑式的宏伟工程。 LHC即将运转。物理学家对它期望颇高，主要有如下几项。其一，或许会有质量大于t夸克的新夸克产生，那末，已发现的三代夸克-轻子的“代”数就该突破，抑或有四代或更多代？其二，致使W、Z玻色子等粒子获得质量的假设希格斯场的量子——希格斯粒子，其质量预言值正在LHC所达到的能量范围，似当出现。其三，所有已发现粒子的超对称对偶粒子隐蔽很深，不仅质量较大，而且有特异的性状和相互作用机制，LHC能否使其崭露其容、即便只是寻觅到间接地证明其存在的隐约踪影？其四，与以往已实现的粒子碰撞反应相比，LHC对撞反应所产生的物质气泡，其密度会更大、温度会更高，能量达到103TeV以上，可能与大爆炸后一瞬间的早期宇宙状态相仿佛。其五，LHC或许会产生多种新的特异粒子（包括超对称对偶粒子），并披露其特异相互作用机制，则为所谓的暗物质、暗能量乃至真空背景的微观机理提供较为确切的解释。凡此种种，都联系着大自然的深层奥秘，涉及宏观、微观、宇观各个物质层面；LHC乃是窥探这大自然奥秘的新窗口。
扩展粒子世界疆域 通过高能粒子反应产生重粒子，其实是量子场论与狭义相对论的质能相当原理相结合的推理结论。基于此，加速器工程的改进和增建，不断地提高其能量标度，则便使有目的地搜索、扩展粒子世界的宽阔疆域成为可能。仅凭这一点，就足以证明，相对论和量子论有无限深厚的物质基础和真理涵容，尚待进一步探索、更充分地展示。诚然，这两个伟大理论之形式结合的结晶，不限于上述之推理结论，相对论量子力学、量子场论本身、量子统一理论等皆然；的确，现代物理的基本理论研究已趋于深入。然而，所谓“形式结合”者，意指这两个理论的概念基储基本观念相互抵牾。
就量子统一理论而言，从1960年代起，弱-电统一理论和强作用、弱作用、电磁作用的“大统一”理论先后告捷，后者又称为粒子物理标准模型。虽然成功，却有美中不足之处，比如所假设的希格斯粒子等尚未发现。进而，包括引力在内的四种相互作用的“超统一”理论以“超弦-超膜”理论为首选模型，也受到普遍关注。该理论还被有些人称作“万物论”，因为它将所有已知的实物粒子及其相互作用场都囊括无遗，甚至还导出引力场和黑洞的量子性状。那末，本已容纳狭义相对论一些原理的量子场论与广义相对论亦便结合一体。所谓“超”者，假设每种粒子都有其超对称对偶粒子；又假设直观的三维空间扩张成非直观的高维超空间，弦和膜即为其中的量子客体。看来，LHC首先要承担的重任是，搜索希格斯粒子和超对称对偶粒子、尽可能辨认从高维空间紧缩并呈现为三维空间的“蛛丝马迹”。 LHC倘若搜索到比t夸克更重的新夸克，因“夸克禁闭”之故，谅必以强子喷注的形式显示。物理学家希望有很多未知的强子露面，希望LHC展现一个品种增添而繁富得多的“粒子动物园”；最期盼出现的是特异粒子和特异相互作用机制，因为这关系到对宇宙早期的具体面貌以及对宏观尺度的真空背景的物质构成这两方面的细致探讨。其实，标准模型和弦-膜模型已预言数量可观的未知粒子和未知相互作用（包括非常规的粒子和相互作用）可能出现。所以，无论从基本原理还是具体理论模型，从理论研究结论还是实验探索成果，从微观层面还是宇观和宏观层面来看，粒子世界的疆域必定不断扩展、越来越宽阔。而唯有了解更宽阔的粒子世界，才能充分揭示大自然的深层奥秘。
物理学理论发展趋势
20世纪初叶起始的现代物理学，以相对论和量子论为理论支柱，成就了无与伦比的辉煌功业；无疑，这辉煌会延续到21世纪，现代物理的理论支柱更显稳固。这两个伟大理论依然充满着蓬勃向上的生命活力，表现在两个方面。一是应用：它们对于现代科技的应用非常广泛，新应用的生长点层出不穷，在新生长点上并形成新的学科和科技前沿领域，如量子信息论即是前景看好之一例。二是理论本身，且就此稍作评述。其一，两理论有深厚的真理涵容，有待进一步挖掘和阐发。例如，20世纪末叶由天文观测确定宇宙因暗能量驱使而在加速地膨胀，并测出暗物质、暗能量对于物质总量所占的比例数值，这就促使对广义相对论重作考查，深入研究后已得到满意的理论诠释。而LHC运转后的新发现，也会促成对粒子物理标准模型中尚存疑难深入探讨后予以适当解释。其二，两理论体系在继续拓展。例如已延拓出的相对论宇宙学标准模型、相对论天体物理、黑洞理论、粒子物理标准模型、超统一理论以及与技术应用联系较密切的量子电子论、量子光学等等，都尚待进一步充实、修缮、拓展。其三，两理论的结合体系还会延拓出新的理论领域，例如量子宇宙学、量子黑洞理论、量子真空理论等。其四，量子统一理论探索会取得更大进展，此探索或许会成为新世纪（以至更晚）物理学基本理论深层研究的主流。超弦-超膜理论的缔造者之一威腾说得明白：“弦论是21世纪的物理学，它是出于偶然才闯入20世纪的”。有人以其无实验验证而质疑之。但是优越的实验条件要待21世纪高科技总的水准一再提升以后才可逐步创造；而LHC或许会使近十余年来粒子实验搜索的（相对）冷落景况有所转机。超弦-超膜理论是粒子物理标准模型的逻辑拓展体系，采用优美的对称性数学表述，属于量子规范场论范畴。它虽然没有化解相对论与量子论的观念抵牾，却从原则上实现了引力场的量子化，并推导得出广义相对论的一些结论。而圈量子引力论是另一种超统一模型。它更推崇广义相对论的基本观念，从时空量子化着手实现引力场量子化，以达成其引力理论与量子场论相结合的结果，并可望部分地解除观念抵牾所造成的统一困难。不同的超统一模型都旨在使相对论与量子论进一步结合；这是现代物理基本理论研究最重要、也最棘手的课题，此难题从20世纪遗留到21世纪。解决此难题或许宜以解析真空本质作为切入口。当然，此难题不是短时间所能解决的，因为这归结到对一些最基本概念（诸如时空、量子场等）之认识的革命性转变。然而，本世纪的探索者或许会尽量避开上述观念抵牾的障碍，依然着力于构建一个比现有超统一模型更巧妙、更圆满的高级统一理论体系，把两个理论作为适用于不同场合的特例包容其内；这不失为一种聪明而气度非凡的设想。尚须指出一点，LHC的能量标度与实现大统一、超统一所需的甚高能量尺度相去很远，故而它还只能为弦论等模型提供间接的验证。甚至可能连希格斯粒子和超对称对偶粒子的隐约踪影也搜索不到，则便至少表明这些粒子具有比理论预言值更高的质量下限，抑或就需修改理论模型；即使如此，也算得是一项进展。可见，困难终究不小；但Einstein所倡导之统一场论的壮美建树，毕竟是现代物理基本理论之深层研究的最高目标。所幸者，相对论、量子论及其诸多延拓体系，在21世纪将会显示愈益强大的应用能力；反过来，或可另辟蹊径，亦即为基本理论本身开发多样化的深入探讨和有效验证的途径和手段。因此，以后可能会掀起大统一、超统一研究的新热潮；这研究热潮将会带来基本理论体系的卓越创新和巨大发展，而无数新奇应用更会出乎意料、出神入化。所以说，相对论和量子论还会再创新的百年辉煌，新世纪物理学必定精彩异常、前程似锦。
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李学生 （lixueshenglxs@21cn.com） 上传2009.05.11
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