齐绩 （qiji8111@yahoo.com.cn）　2007.09

第六部分：对一些物理问题的粗浅看法

在此对一些物理问题谈一些粗浅的看法，希望能起到个抛砖引玉的作用，如果能使您对物理学有更深入的思考！如果能有幸使您在物理学领域开拓出一片崭新的天地！我将非常欣慰！

6. 1 宇宙是在大爆炸吗？

宇宙是在大爆炸吗？要想了解这个问题，还得从头说起.

人类为什么认为宇宙是在大爆炸呢？

在地表上对遥远的恒星进行观测，都会发现有谱线红移，人们把这个现象

与多普勒效应联系在一起，认为恒星都在远离地球向外跑，所以都产生谱线红移.

在观测中离地球越远的恒星的谱线红移量越大，红移量和恒星到地球的距离成正比. 这说明越远的恒星向外跑的速度越大，也就是说越远的恒星向外跑得越快.

向回一逆推，则所有恒星都是在某一时间从同一点爆炸出来的.

这就产生了宇宙大爆炸的思想.

有人提出疑问：

1、在大爆炸之前宇宙是什么样的呢？ （时间问题）

——宇宙大爆炸理论者认为，在爆炸之前，没有时间.

2、爆炸这一点在什么位置？ （空间问题）

——宇宙大爆炸理论者认为，在爆炸之前，没有空间.

3、 如果整个宇宙的质量都集中在一点，它的密度该多大呀！（质量问题）

——宇宙大爆炸理论者认为，在爆炸之前，没有质量.

4、在爆炸之前，所有的质量都集中在一点，这时的动能为零，而物体相互强烈地吸引，这时势能很小；爆炸了，整个宇宙的动能增大了，势能也增大了，这些能量从哪来的呢？ （能量问题）

——宇宙大爆炸理论者认为，在爆炸之前，没有能量.

宇宙大爆炸理论者认为——在爆炸之前，既没有时间，也没有空间，既没有

物质，也没有能量. 就是那么一个时空奇点，一下子就爆炸出了时间、空间、物质、能量，一下就爆炸出了宇宙.

疑问？

1 、地球会处在宇宙中心吗？

地球是非常普通的一颗行星，它可能正好处在而且一直处在宇宙爆炸的中心吗？！

显然不会.

如果宇宙是大爆炸的话，也就是说如果谱线红移是由于恒星运动引起的多普勒效应，那么我们来看一下.

根据多普勒效应，地球上观测到的恒星的频率

其中，是地球相对于宇宙中心的速度，是恒星相对于宇宙中心的速度. （为了便于探讨，我们理想化地认为宇宙无形态物质相对于宇宙中心静止. ）

下面我们根据恒星与地球在宇宙中的不同分布状态，来判断一下地球上观测到的恒星光的频率.

如图6. 1，如果恒星与地球在宇宙中心两侧向外面跑，地球上观测到的恒星光的频率

(6. 1)

如图6. 2，如果恒星与地球在宇宙中心同侧向外面跑，并且恒星在追着地球跑，地球上观测到的恒星的频率

(6. 2)

如图6. 3，如果恒星与地球在宇宙中心同侧向外面跑，并且地球在追着恒星跑，地球上观测到的恒星的频率

(6. 3)

显然，图6. 1所示情况，与地球反向运动的恒星射来的光频率减小值较大，也就是说在地球上观测这些恒星的谱线红移会比较明显；图6. 2、图6. 3所示情况与地球同向运动的恒星射来的光频率减小值较小，也就是说在地球上观测这些恒星的谱线红移会较弱.

这说明，如果谱线红移是由于恒星运动引起的多普勒效应，在地球上观测宇宙中各恒星的谱线红移会有明显的方向性.

然而事实并非如此，谱线红移没有方向性，在各个方向上都是等价的，它与恒星到地球的距离是成正比的.

2 、星系不旋转吗？

如果谱线红移是由于运动引起的.

地球以30km/s的速度在围绕太阳运动，太阳带着地球等以250km/s的速度围绕银河系的中心运动. 其他恒星也在围绕各自星系的中心运动，恒星和地球有的趋近，有的远离，在地球上观测各个恒星的谱线红移应该是比较复杂的，谱线红移绝对不会简单的与恒星到地球的距离是成正比的.

最简单地说，即使是地球停止在宇宙中心，由于星系的旋转，到地球距离相同的恒星，有的也趋向地球旋转，有的也背离地球旋转；如果谱线红移是由于运动引起的，这些恒星的谱线红移也绝对不会相同.

然而，实际上谱线红移与恒星到地球的距离是成正比的.

我们进一步来计算一下，据说大爆炸是在100多亿年（有的说120-130亿年，有的说140亿年左右，有的说150亿年左右）发生的，假设恒星飞离宇宙中心的速度等于太阳这颗恒星绕银河系中心旋转的轨道速度250km/s，那么它现在飞离宇宙中心多远呢？——约1250万光年.

银河系的直径约为8万光年，我们比较一下，这是什么概念呢？

假使我们地球是宇宙中心，这说明离我们地球这个宇宙中心距离在1250万光年之内的恒星向外跑的速度要小于甚至远小于它绕星系旋转的轨道速度！（假如它和太阳这颗恒星一样都以250km/s的轨道速度绕星系中心旋转. ）

而且，大爆炸理论认为：

——宇宙创生的那一刻，当时宇宙体积为零，而膨胀速度为无限大. 随着时间的推移，体积越来越大，膨胀速度越来越小. 这就是大爆炸.

这更说明离我们地球这个宇宙中心距离在1250万光年之内的恒星向外跑的速度要小于甚至远小于它绕星系旋转的轨道速度！

那么当这些恒星趋向我们旋转的时候，它就不是在远离我们，而是真正在奔向我们，尤其是当太阳带着地球也趋向它时，这些恒星就更是奔向我们了！

朋友们，这告诉我们什么呢？我们观测这些恒星绝对不再是什么谱线红移了，而应该是谱线蓝移（紫移）.

然而，实际上对河外星系观察，红移是一种普遍现象，谱线红移与恒星到地球的距离是成正比的.

3 、谁见过无中生有吗？

我们从没见过无中生有. 有谁见过无中生有吗？

所以，我最不理解的是，怎么会在一个什么也没有的奇点，即爆炸出时间又爆炸出空间、即爆炸出物质又爆炸出能量呢？！怎么会无中生有呢？！

如果能够无中生有的话，我们附近有无数个点，为什么没再爆炸出一个宇宙呢？即使不是很大，有篮球那么大也可以呀 ！！！

……

而且，时间会是爆炸出来的吗？？爆炸之前就没有时间了吗？？？

空间是独立于物质之外的，空间会是爆炸出来的吗？？爆炸之前就没有空间了吗？？？

4、谁的年龄大？

……

1994年，美国卡内基研究所的弗里德曼等人，用估计宇宙膨胀速率的办法计算宇宙年龄时，得出一个80～120亿年的年龄计算值. 然而根据对恒星光谱的分析，宇宙中最古老的恒星年龄为140～160亿年. 恒星的年龄倒比宇宙的年龄大. 显然荒谬！

……

长期以来，“大爆炸”宇宙诞生理论一直被天文学界普遍认同，近期哈勃太空望远镜拍摄的宇宙深处的照片却让科学家们对“大爆炸”理论打上了一个重重的问号. 哈勃太空望远镜本次拍摄到了一些宇宙深处的星体，这些星体大概形成于宇宙诞生后的5亿年内(约130亿年前). 然而，这些星体的数量却远远少于科学家们原来的估计.

……

近年来，大爆炸理论已经不止一次地遭受科学家们的种种怀疑.

5、一些天文观测结果

大爆炸理论认为恒星的谱线红移是多普勒效应引起的.

但是，现在天文观测中却发现一些红移现象，若用运动的多普勒效应解释就存在许多困难，这促使人们考虑到必然还有其他机制能产生红移，这里列举几种观测结果.

　　①多普勒效应对同一个天体，其红移量与光谱线的频率无关，因此观测每个星系中不同谱线的红移量，比较它们是否一致，就是鉴别红移是否由多普勒效应产生的一种依据. 如果一致，就表示有可能是由多普勒效应产生的；如果不一致，就肯定它至少不完全是由多普勒效应产生的. 1949年威尔逊对星系NGC4151的观测结果表明，虽然不同频率的红移量差别不大，但也超出了观测的误差范围，频率越高，红移量越小. 这样至少可以认为宇宙红移不完全是由多普勒效应产生的.

　　②从太阳中心到边缘各点发出的同一种谱线，在扣除了各种已知的运动效应后，越靠近边缘的地方红移量越大，在太阳半径90％左右的地方，红移量急剧增加. 这意味着太阳上还有某种未知的因素在产生红移.

　　③先驱6号宇宙飞船发射的遥测信号中心频率为2292兆赫，当飞船绕到太阳背面经过太阳边缘时观测到异常红移现象.

　　④类星体红移量一般都很大，如果把这都归结为多普勒效应，算出的距离一般在100百万秒差距以上. 由此推算出它发出的总光能力为银河系的100倍；射电能为银河系的10万倍.

　　而由光变周期算出它的直径只有一光年左右，这意味着类星体的辐射密度非常高，但目前一直找不到产生这样高辐射密度的物理机制. 有些天文学家认为，类星体的红移中至少有一部分不是由多普勒效应产生的，因而类星体离我们的距离较现在推算的要近得多.

　　⑤星系、类星体相互之间都有成协的现象，即这些天体两两或更多相距较近并有物理联系. 观测表明，有些成协天体间红移值相差较大，有些类星体光谱中的吸收线与发射线互不相同，而且不同的吸收线有各不相同的红移值，称为多重红移.

……

坦率地说，无中生有的宇宙大爆炸学说有很多荒谬的成分.

那么，谱线红移是怎么产生的呢？

我认为恒星的谱线红移主要是由能量衰减产生的.

光子的能量在传播中不会是绝对的永远不变的.

光子传播时会使无形态物质产生轻微扰动，也就是说光子会极其微小地损失一点能量，传播的距离越远光子损失的能量越大.

当光在近距离传播时，这种能量的减少不会表现出来，当光传播的距离很远时，这种能量的减少就会表现出来.

光子能量 ，当光子传播的距离非常遥远时，损失的能量会在频率上表现出来. 所以对所有遥远的恒星观测都会有谱线红移，而且恒星越远产生的频移越大. 红移量与距离是成正比的.

——如果，信号经过的空间中无形态物质密度较大，对能量的衰减会产生较大影响；例如，太阳边缘无形态物质的密度较高，所以，信号经过太阳边缘时观测到异常红移现象.

6. 2 对近代物理波粒二象性的简要探讨

下面我们看一下近代物理对粒子波粒二象性的一些看法.

爱因斯坦解释光电效应时，提出了光子的思想. 认为光子能量和动量满足下面两个方程.

（6. 4）

（6. 5）

（6. 5）式是由能量和动量的关系式演化来的. 相对论认为光子的静止量为零，则 ，代入（6. 4）式即得出 .

德布罗意认为具有波动性的光具有粒子性，反过来具有粒子性的实物粒子也应具有波动性，实物粒子也应满足上面（6. 4）、（6. 5）两个方程.

动量为P的实物粒子对应的波长为

（6. 6）

这就是著名的德布罗意公式.

一道例题的思索

程守洙主编的《普通物理学》中有这样一个例题.

例：一质量的子弹，以速率 运动着，求其德布罗意波波长.

解：由德布罗意公式得

结论说，由此可见，对于一般的宏观物体，其物质波波长非常非常小，很难显示波动性.

……

下面我们深入剖析一下.

首先我们计算一下该物质波的频率

可见，该物质波的振动频率非常高.

假设振幅为A ,则其振动方程

该物质波的振动速度

速度的幅值为，

假设振幅 ，代入得

这已远远大于光速了，很不合理.

可能是我们把振幅A选取得太大了，一般来说，可能振幅和波长的数量级相同或相近才合理.

我们令 ，代入得

这时，虽然子弹的振幅和波长小得不可思议，（比原子的尺寸还要小得多）但计算出的速度还算说得过去.

下面我们看一看子弹的振动加速度

振动加速度的幅值

当 ，即 时，

加速度真大呀！

我们再计算一下子弹的最大受力

飞行的子弹最大受力为牛顿！

—— 一吨物体所受的重力为，子弹所受的最大力约为吨物体所受的重力.

好大的力呀！这些力是哪来的？

子弹（实物粒子）要产生波动，必然要有加速度，必然要受到力的作用，请问这些力是哪来的？

实物粒子产生波动，是谁给它提供的作用力？

是什么物理机理使得实物粒子具有波动性？

为什么实物粒子和光子一样，都要满足（6.4）、（6.5）式那样的方程？

我们笨想一下，如果子弹像蜗牛一样慢，甚至比蜗牛还要慢很多的话，根据德布罗意公式，子弹的波长该长很多了；当子弹慢到一定程度就该显现出明显的波动性了.

——子弹越慢，波长越长！就显示出越强的波动性！

朋友们，您认为会是这样吗？

一维无限深势阱

我们再进一步看一下，薛定谔在德布罗意假设的基础上推导出了薛定谔方程，并讨论了自由粒子在一维无限深势阱中的运动问题.

如图6. 4所示，设想一个粒子处在势能为的力场中，并沿轴做一维运动. 粒子的势能满足下述边界条件：

（1） 当粒子在的范围内时，

；

（2） 当及时，.

这就是说，粒子只能在宽度为的两个

无限高势壁之间自由运动，就像一个小球被

限制在无限深的平地深谷中那样. 我们把这

理想化了的势能曲线叫做无限深的方形势阱.

因为粒子限于沿轴方向运动，故这个势阱为一维无限深方形势阱.

按照经典理论，处于一维无限深方形势阱中的粒子，其能量可以取任意的有限值. 粒子在宽度为的势阱内各处出现的概率相同.

但是，量子力学却认为粒子的能量只能取离散的值.

而且，量子力学认为粒子在宽度为的势阱内各处出现的概率不同了.

薛定谔方程得出自由粒子在一维无限深势阱中出现的几率密度为

如图6. 5，当时，有三个峰值.

在处，粒子出现的几率最大.

在处，粒子出现的几率为零.

这就是薛定谔得出的结论.

我们知道根据经典物理的观点，一个一维运动恒定能量的自由粒子在0到之间各处出现的几率应该是相同的. 因为粒子的速度是确定的，它通过各处的时间是相同的，在各处出现的几率是相同的.

对薛定谔得出的结论我们不免会产生疑问？

一个一维运动恒定能量的自由粒子在0到之间各处出现的几率为什么会不相同？它时快时慢吗？

特别是，如果粒子在处出现的几率为零，也就是说粒子根本不会在这些位置出现，那么粒子如何能从一个区域到另一个区域呢？

一些基础问题的探讨

薛定谔方程是量子力学的基础，那么波函数到底有怎样的物理意义呢？薛定谔也说不清楚，也没有哪个物理学家能说清楚！

薛定谔方程的基本出发点还是（6. 4）、（6. 5）两个方程，薛定谔认为实物粒子也一定要满足这两个方程.

，

那么这两个方程本身是否相互矛盾呢？

薛定谔在推导方程时，应用到自由粒子的能量只有动能，即

（6. 7）

下面我们把（6. 5）式代入（6. 7）式

（6. 8）

这显然和直接矛盾！

我们继续看一下，对一个动能是零的实物粒子

这是什么含义呢？这说明一个静止不动的粒子，它也对应着某个频率.

一个静止在某个桌面上的实物粒子它会对应着某个频率吗？

退一步说，假使这个静止的实物粒子有频率，这个客观状态确定的实物粒子的频率应该唯一吧？！要知道势能的选取是相对的，我们选取不同的势能零点，这个客观状态确定的实物粒子的频率将会完全不同，那么，这个客观状态确定的实物粒子对应的频率到底该是多少啊？

实物粒子有没有波动性呢？有！

但是，本人愚钝地认为，近代物理使物理过于数学化了，而忽略了物理规律的客观本质.

电子、中子等实物粒子的波动性恰恰是运动的电子、中子和无形态物质作用的结果.

大家知道，（6. 9）式是描述机械波的波动方程

（6. 9）

我们以气泡为例分析一下：

气泡波（粒子波）是否还应该用（6. 9）式来描述呢？

气泡波（粒子波）不应该用（6. 9）式来描述，气泡波（粒子波）需要下面三个方程的方程组来描述.

（6. 10）

我们选取气泡波向前传播的中轴线为轴，表示某时刻沿波传播方向的位移；表示某时刻与波传播方向垂直的方向的位移，（可选取椭圆长轴为方向. ）；表示某时刻与波传播方向垂直的方向的位移，（可选取椭圆短轴为方向. ）

时间确定的时候，粒子在空间的位置就确定了.

——消掉时间项，可得到粒子螺旋前进的轨迹.

我们把粒子波和机械波简单对比一下：

1、 粒子波只有一个质点在运动；而机械波是大量的质点在运动.

2、 粒子波的主体——实物粒子沿传播方向运动；而机械波各质点在平衡位置往复振动.

3、 粒子波位移只是时间的函数；而机械波振动位移是时间和位置的函数.

4、 某一时刻，粒子波反映粒子在空间某个确定的位置；某一时刻，机械波反映的不同质点振动位移的波形图.

实物粒子波和机械波是完全不同的两类波！

薛定谔在推导薛定谔方程时，牵强地认为实物粒子的波函数和机械波的波动

方程相似，这是否背离了实物粒子波动性的本质呢？

而且，薛定谔连波函数的物理意义都不能说明，也无法说明. 这应该吗？

人类在揭示自然规律的道路上才刚刚起步！

自然界是纷繁复杂的，有时候从务实的角度去探讨自然规律是非常困难的，甚至显得很土、很笨拙！人类多么希望任由自己的思想飞翔啊！人类多么希望自然界就像是一只听话的羔羊，用一些数学公式一运算就可以尽显自然界本身的奥秘啊！

然而，世界是客观存在的，科学探索的道路也是非常艰辛、漫长的，不管这条道路多么坎坷，脚踏实地！客观务实！才是我们必须坚持的原则和方向.

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