读李学生先生的《现代物理学基础的思考》中的“广义相对论的时空观”

一、 相对性原理的发展回顾中“定律Ⅲ：每一个作用都有一个相等的反作用。”

上述牛顿第三定律的叙述不完整，极易造成误解。完整的叙述应该是：“二物体在相接触处发生相互作用，甲物体给乙物体一个作用力时，乙物体同时给甲物体一个反作用力。作用力与反作用力大小相等，方向相反，分别作用于二个不同的物体上。”所以，作用力与反作用力不是作用于同一物体上的，是不能相互平衡、相互抵消的！而上面那种不完整的叙述就会造成这种错误的认识（例如夏日鼎先生就是这样）。另外，第三定律明确指出：相互作用发生在二物体的相接触处，从而排除了超距作用！二个物体没有直接接触而发生相互作用时，只能是通过场物质的媒介而建立的，或者说是通过交换媒介子而实现的。所以电磁场、引力场观念的引入和光子是电磁相互作用的媒介子，引力子是引力相互作用的媒介子，都说明了相对论和量子论（强相互作用的媒介子是胶子，弱相互作用的媒介子是中间玻色子）在相互作用问题上是坚持和继承了牛顿第三定律，因而，一些人拼命攻击和否定相对论和量子论，实在是滑稽可笑和愚昧无知！

“引力质量的惯性”——先生的这一提法很有意义。一个物体（或物质）在与别的物体（或物质）相互作用时表现其作用力的强度与物体（或物质）本身的某一种特性成正相关，这种特性在引力相互作用中称为引力质量（引力荷），在静电相互作用中称为电荷量，在静磁相互作用中称为磁荷量，弱相互作用中称为弱荷，在强相互作用中称为强荷，又称色荷，因为强相互作用又称为色相互作用。从基本粒子的质量看来，其惯性质量主要由强相互作用和电磁相互作用决定的，而非引力相互作用。中子引力干涉实验表明：中子在引力场中的干涉行为与它的质量有关，这与爱因斯坦广义相对论之弱等效原理的论断：“质点在引力场中的行为与它的质量无关”不符！表明：在微观量子行为中引力质量和惯性质量并不相等！基本粒子的质量都是测定能量，再由质能关系得到的，这应是惯性质量！电子的荷质比实验（1897年的J.J.Thomson实验）：evB = mv²/r ，e/m = v/rB 。表明m 是惯性质量，而非引力质量！在宏观现象中，由于强、弱相互作用不起作用（它们只在核物质的短距内才起作用），只有引力、电磁力和度作用力起作用，度作用力主要对引力场、电磁场起量子化、频谱化作用。因此，在电中性和电磁场不太强的场合，引力起了决定性作用，从而，引力质量等同惯性质量就可以理解了。

“物体的结构与坐标系的选择无关”这是在刚体角度的观念下才成立的，即参照物可抽象为质点时才成立。

“在第一种情况我们假定场是给定的，与所论质点的运动无关，第二种情况是假定质点（即场源）是给定的，并且同场无关。”—— 对，这就是经典物理的观念和基本的处理方法。

“在物理学中我们运用空间的连续图景，场的连续图景或是那种假设的连续介质的图景，在此图景中不研究离散存在的成份，并且忽略其坐标和速度，即不考虑那些只在涉及到参照系的选择才有意义的量。但是力学的概念仍然同时出现在物理学中。”—— 对！从牛顿到爱因斯坦，都是这么做的。

“既然忽略了离散存在质点和场的相互作用，所以场方程和运动方程都是线性的。”——这点认识非常正确！这样一来，问题的处理就简单化了，数学解就可能了，结果是因果决定的，但这种解只是对实际的近似。事实是离散存在的质点和场之间存在相互作用，于是，场方程和运动方程都是非线性的，这样一来数学解不仅困难，而且可能有多种解，解不只于初始条件相关，还与边界条件甚至路径有关，于是因果决定可能就成了统计关系了！

二、 引力质量与惯性质量的关系回顾

“（1）狭义相对性原理一切参考系都是平权的。基物理规律在任何坐标系形式下都不变——广义协变原理。”

应是“一切惯性参考系都是平权的。基本物理规律在任何坐标系形式下都不变——广义协变原理。”

“（2）任意参考者测量光速都是c。”应是“一切惯性参考系内，任意参考者测量光速都是c。”

在宏观条件下，检验惯性质量与引力质量是否相等，一是将物体（不是微观粒子！）加以强电场（充至高电压）或强磁场（超强磁化），然后在屏蔽状态下用精密天平（防止天平被磁化或带电）测定其质量是否与未充电和磁化时相同？现代技术已能做这样的测定。其二，在真空室中，对充至高电压的物体加强电场，对超强磁化的物体加强磁场（去屏蔽！），与引力平衡，处悬浮态，以判别其惯性质量与引力质量相等否？并在强电场或强磁场下，给予横向电场或磁场，使之作无磨擦运动，以测定其惯性质量，与天平测量值比较。对于国内已在从事这方面实验的人，我很赞赏。虽然，我也赞赏加热对物体质量影响的实验，但这种加热必需在绝热和密封的情况下进行，测量也必需在绝热和密封的情况下进行，否则实验结果很难说明问题。另外，不仅要用精密天平测量加热对物体质量影响的实验，还要仿照上述检验电磁影响的实验方法，测定对惯性质量的影响，才能最后说明问题。

“他创立广义相对论是因为光线在引力场中变弯的事实证明，光速不变原理不能成立，”——这说明爱因斯坦也意识到场强能改变光速！

宏观物体在地球周围引力场和电磁场不太强的环境中惯性质量与引力质量相等是正确的。但在磁星附近恐怕就不一定。

“在引力场中任一时空点，惯性力场与引力场的动力学效应等效。”——在纯粹的引力场中，这是对的。

三、广义相对论的实验验证（三）空间弯曲问题

“电动力学中自然地含有限光速c＝（εμ）^-1/2 ，再画蛇添足地外加一个光速c的相关项到方程中必然出错。”这也很对。这个就是相光速，它的上限就是真空光速。

爱因斯坦说时空弯曲，而按我求得的光速公式：C =C_∞ exp（-σ₁ξ-σ₂E²），C_∞是真空光速，ξ是微粒物质密度，E是场强（在星际空间是电磁场和引力场的场强，ξ是中微子、星际气体等密度，σ₁ 、σ₂ 是相关系数），光速只跟时空的本征特性（微粒物质分布密度和场强）有关，与光源速度无关。于是，也可用在强引力场处光速减慢，从而光程线弯曲，光走的路程变长，费时变多来解释。唯象地说，由于天体对电磁场和引力场的拖曳作用，不仅光程线变弯曲，另外也造成光的多谱勒（纵向和横向的）效应。

由于天体对电磁场和引力场的拖曳，天体附近的电磁场和引力场跟随旋转，由于光子气体（电磁场可视为“光子气体”，而引力子在我看来是内禀宇称为2的“光子”，普通光子的内禀宇称为-1）的“粘滞性”极低，比普通气体低得多，所以，这种较差拖曳使：（1）电磁场和引力场的跟随旋转在强引力和高速旋转的天体（如中子星和黑洞、类星体）周围才比较明显；（2）这种跟随旋转随远离天体而迅速减弱，因而呈“框架式”随动。由于这种场的随动，时空呈现着偏转和扭曲。这又说明：时空与物质是紧密联系的，时间和空间是紧密联系的。“时间与空间相互独立及与物质无关”的牛顿时空观是错误的，相对论与量子论说“时空是与物质紧密联系的”观点才符合客观现实！

五、真空不空

“绝对空间这一最基本的物理概念不仅没有被物理学至今为止的发展所抛弃，相反，却越来越接近于被证明。”——这不符合事实！“至今为止我们对绝对空间这一实在到底是什么还没有确定的认识，”——这句话倒是实话。如果将物质时空与它还没占有的真空（物质时空内的绝对零真空及宇宙内的大空洞及物质时空外面它还没来得及占据的无穷大真空）合起来算作绝对空间的话，那么，绝对空间还是真实存在的。

“视真空为某种基态的量子场”——这是量子场论的观念，我并不认同这种观念，尽管我在大学中学过这门课。我也不认同“真空涨落、极化”和“虚光子”之说。真正的物理真空是没有任何物质的，并且也是客观存在！

对于“以太”我在上一节已说过了，这里不再重复。“相对论假设一经引入，把以太看作实物的概念就要从物理理论中排除出去。”“当光的电磁理论取代了光的固体弹性理论以后，以太这一机械的概念实际上已变成多余的障碍物了。”——这一观点已否定了“以太”说！场是无形物质，不是“以太”！有场物质的地方不是真空！“兰姆的微粒氢原子光谱实验和日本的朝永振的计算都证实了这一点，”——这种实验都不是在物理真空中进行的！

“广义相对论“是一种场论”，”——说得很对！

“量子力学中的许多现象，例如测不准原理、粒子运动的波函数、几率性等，如果不借助真空的物质属性，人们很难理解。”——错！我用绝对零真空的客观存在，⊿S≠0，从而δγ·δt > 0 ，说明了测不准原理的物理根源；用度作用使场量子化、频谱化，使粒子运动和光子运动呈波粒二象性，不需要假设真空的物质性和“以太”！另外，会有统一场理论，但不会有终极理论，只会有一个个更好的理论！

“实际的可观察粒子，不论是粒子衰变的弱作用，还是高能碰撞的强作用，它们都产生于受激发真空的特定位置。”——错！这些实验都是在地球环境中做的，都是在人造的技术真空中进行的，不是在物理真空中进行的！

只要把场看作是无形物质，就完全不必要“以太”来帮忙！既然电磁场看作光子场已是可信的，那么引力场是引力子场，今后还是可以实证的。关键是要搞清楚引力子的动质量和能量的计算方法，引入引力荷可能是将人引入了思维误区，一是引力荷不是引力子的属性，它是天体（或微粒物质）的物质属性；二是电荷和磁荷只与静电场和静磁场对应，动场还是与光子对应，电磁相互作用还是与光子对应。一个运动的天体产生的引力场也应该是个动场，可我们还是停留在牛顿引力的静场思维中。引力子的动质量和能量计算方法没有搞清楚之前，人们也不可能发现引力子和引力波！

“狄拉克在其一篇论文中写道：“最近正电子的发现， 又重新复活了旧的负动能的理论，因为到目前为止，实验发现完全和理论相符.”他建议人们应当去“发现负能态的物理意义”

虽然，狄拉克有许多真知灼见，但我并不赞同他对真空的见解，例如“真空激发，真空涨落，真空极化”，“真空具有无限大负电量和负能量”及“虚光子”之说。我倒是把反粒子看作是“负质量粒子”，它的场强是与正粒子的场强相反的，但能量仍是正的（能量与场强的平方成正比），反粒子的光子与正粒子的光子是一样的！所以，我不认为“宇宙的总能量为零”的观点，更不认同“零能量能产生物质及其能量”的观点。物质及其能量既不能创生也不可能消灭，只能是从一种形态转化为另一种形态！

“时空是物质的时空，时空是物质世界的表象，物质本体改变了，其表象必随其变。空间与时间在表述物质时，各有侧重：空间侧重于表述物质相对静止的状态，时间侧重于表述物质相对变动的过程。物质的存在是相对变动中的存在，静止是变动中相对的静止，从这一角度可以认为：物质是变动与静止的统一体，是时间和空间的统一体。”——这些说得不错。

“……现在必须记得，空间有无限多个，这些空间彼此作相对运动。”“各类天体及其天体系统（即各不同级别的星系）实际上是带着其周围的空间一起运动的。”——爱因斯坦的这些话说得很对！相对运动和引力破坏了同时性，从而，宇宙不是可用单一时钟就能够正确描述的，宇宙是个多度规多“宇宙“的时空。爱因斯坦没有从他已经打开的这扇门走出去，否则，他应能理解量子的统计律和测不准律，并完成量子论和相对论统一的了。

“时空弯曲从数学抽象还原为物理形态是以某种场的存在为基础的。”——这一认识非常正确！

“充满“有质物体”的实体空间变成了充满了非物质形态的常”——这一说法不对，应该是：有形（有静止质量）物质和无形（无静止质量）物质（场）形成了时空！

“物理现象也必然是以连续的场为基础的，舍此物理学研究就无方向可循。”­——这种认识是错误的！首先，由于度作用的存在，场被量子化、频谱化，场实际是离散的！不仅微观世界是这样，宇观世界也是这样！例如，恒星系中各个行星的轨道就象原子内的电子能级那样不连续的，而且没有二颗行星会处于同一轨道中，甚至没有一颗行星的卫星会有二颗处于同一轨道中！就象量子现象中费米子那样，同一量子态不存在二个粒子（小行星带和行星环可能象量子的玻色子态）。其次，现在发展起来的离散数学就是用来解决离散现象问题的。

六、引 力 场 的 space-time 本 质

爱因斯坦在“以太”问题上的矛盾心态，就象他既是个执着地探究宇宙运动和演化的客观规律的伟大而杰出的物理学家，又是位信仰上帝的宗教徒那样，这一点牛顿与他也一样。

物质分布和场都是离散的，这已是无法强辩的事实，把它作为连续介质来处理只是一种近似而已！

“统一场论（亦即纯引力场论）”——这一说法不妥！统一场论是五种相互作用（引力、电磁力、度作用力、强力和弱力）统一的理论，也是相对论与量子论统一的理论。

“Einstein生前即已提出时空既是弯曲的也是运动的，”——我的正交的多度规多宇宙理论指出：我们所在所见的宇宙仅是一个多宇宙体系中的一个，它现在是个椭球体（长短轴比为4︰3，短轴长约138.59亿光年）它一面绕短轴自转,一面以每秒约三十万公里的速度(即我们测到的星际光速)膨胀着（这种膨胀速度还在缓慢加速）,并绕这多宇宙体系的中心黑洞公转。以我们所在所见的宇宙内的时钟计，经二百亿年已转过了30⁰（公转） 。与我们的宇宙对应的反物质宇宙在中心黑洞的另一侧，它们是对于中心黑洞的CPT映射对称。当我们所在所见的宇宙转过了45⁰ 时，它的膨胀达到最大限度（中心黑洞和这个多宇宙体系的膨胀也同时达到最大限度）耗时约2.35×10⁸百亿年。此时，它的89%的物质已落入中心黑洞之内（中心黑洞已集中了这个多宇宙体系的89%质量的物质）。随后，我们所在所见的宇宙随中心黑洞和这个多宇宙体系同时越来越快地收缩，经5.631×10⁷百亿年，中心黑洞和这个多宇宙体系转过了90⁰，这个多宇宙体系的物质全进入了中心黑洞，它成了裸黑洞，它表面的光子帘内光子速度达到C_∞=80万公里/秒，通过越来越强的驻波辐射和霍金辐射，中心黑洞内的物质迅速蒸发为无形物质——光子，中心黑洞迅速收缩，经1.653×10⁷百亿年,蒸发到尺度为1.6×10^-13米(不足万分之二纳米!可见，宇宙的大爆炸确实是在几乎“一点”发生的!)时，其内的白洞发生爆炸，旧的那个多宇宙体系终结了，新的多宇宙体系又将如凤凰涅盘似的在新的宇宙大爆炸后逐步演化出来,二次宇宙大爆炸的时间间隔约为3.079×10⁸百亿年(这些计算都是在假定宇宙大爆炸的总能量为：1.28×10⁷⁹焦耳下算得的)。这一理论和计算是建立在相对论与量子论统一的努力上的。而我们人类无法判定我们所在所见的宇宙是哪一次大爆炸的产物！

“决定宏观世界中物质的分布状态仅与引力作用有关，其他形式的相互作用力只存在于“量子理论”描述的微观世界中。”——决定宏观世界中物质的分布状态不仅与引力作用有关，引力还有个类似于反引力的引潮力作用（它与间距的三次方成反比）。另外，还有电磁相互作用（光压）和度作用（也包括引潮力），它们都是长程相互作用！但它们都类似于反引力（斥力——膨胀力），是与引力相抗衡的力，在大尺度或微小质量物体时，这种效应就较明显，只是引力作用为最显然而已。以地球为例，它不仅受引力作用，还受星际电磁场的作用（首先是太阳的），还有度作用（特别是月球的引潮力），地球的引力场以其洛希面为界，与月球的引力场洛希面相切于拉格朗日点（该点距月面约3.8万公里）。地球的磁场不仅取决于地球的自转，还受太阳辐射的影响。反之，太阳辐射与月球的引潮力（当然还有太阳的引潮力，但它比月球的引潮力小得多）又影响着地球的自转、地震（地壳的板块运动）、潮汐（水层的运动）和气候变化（大气层的变动）。

“引力场的本质是space-time，是相对space-time，Einstein的相对论反映了这个问题。”——这一认识有片面性！电磁场和胶子场也同样具有时空，微粒物质也具有时空，当然，物质（微粒和场）时空是相对时空。

“在广义相对论中，物理真空的观念被彻底排除了。ether概念重新获得了一定的内容......广义相对论的ether是本身失去了任何力学和运动学性质的介质，但同时它能决定力学（或电磁学）过程。”——这一结论也是错误的！不要说我的理论中的绝对零真空和绝对无穷大真空，就是天文界发现的宇宙大空洞（它大大小小不止一个）就是实实在在的物理真空——其内无任何物质（包括所谓的暗物质和宇宙背景辐射）！有何种物质本身可能没有任何力学和运动学性质？那它以什么来决定力学（或电磁学）过程？！这不是上帝吗？！上帝无处不在，不受任何支配，却支配着一切。ether概念实在是上帝观念的转化！

“绝对space-time是由理论推理得到”—— 这一认识也不对，绝对时空实在是一种哲学思维！没有任何物理理论的推断！

“物质和场是能量在空间的对称的分布形成的，如果不是这样，则物质和场构成的系统不稳定，对称是物质和场稳定存在的必要条件。因为这个对称使得物质和场在空间的能量的分布不发生变化，或者说与时间无关。”——这一认识也有片面性！微粒物质和场在空间既有对称的分布，也有不对称的分布；对称确是微粒物质和场稳定存在的必要条件，但正是对称的破缺，使微粒物质和场在空间的能量的分布发生变化，才有微粒物质和场的运动和演化！正是这种对称与对称破缺的对立统一才使世界变得那么丰富多彩又千变万化，而且永远不会停留在一种永恒不变的状态！

“空间的能量处于一种均匀的状态”“局部的对称性破坏了，但从物质和场的整体来看，他依然满足整体对称”——这二点也是不正确，不符合事实的！

“所有基本粒子原始都无质量，”——应该说是：所有基本粒子原始都无静止质量，对称的自发破缺使某些基本粒子具有了静止质量。

“空间和物质统一于纯粹的能量”——此说又错！应该是能量、质量和时空统一于物质（有形的、有静止质量的微粒物质和无形的、只有动质量而无静止质量的场物质）！能量是从属于物质的，而非反之！物理真空无物质，当然也无能量。物质时空也是从属于物质的，有物质分布才有能量分布，绝对不会有独立于物质的纯粹的能量和时空！

“能量是物质与space-time的相互作用”——这一说法不妥！按此，似乎物质与时空是可以相独立的。另外，能量是物质运动的属性（惯性质量也一样，故惯性质量与能量是相关联的），而运动是由物质间的相互作用决定的。因而，归根到底，能量和惯性质量都是物质间的相互作用的产物，只有物质之间才有相互作用。所以，惯性质量与引力质量相等，仅在引力起决定性作用的情况下才成立，并非是无条件地、任何情况下都成立的普遍规律！