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C是空间中的一条基本定律

(2012-02-27 06:39:54)
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文化

物理学创新

杂谈

简介:C=3×108m/s被称为光速是不恰当的,因为在传统的物理学理论中,存在着一个非常低级的常识性错误:所谓的光,指的究竟是什么?所谓的光量子ε在没有被发射出来之前算不算光?

笔者认为爱因斯坦于1924年给出的解释已经圆满解决了粒子性和波动性的问题;只需要在哲学上有所突破,即可以真正理解爱因斯坦那种解释的内涵。物理学量纲式中的M、L、T究竟指的是什么?笔者证明了L、T与空间的关系,跟M与物质的关系完全相同;物理学理论中只用L和T而不使用M的方程,所描述的是存在于空间中的规律。仅此一点哲学观念上的变革,就让我们可以肯定地说:光是波!

只有在它从粒子中发射出来的瞬间才表现出粒子性。进而在《中华科学物理宇宙图像》的基础上,笔者悟出了在粒子以“质量亏损”为代价发射ε时,无论其能量值是多大,辐射能ε的λ/T永远是3×108(m/s),被称为宇宙自组织演化之第一定

 

 

C是空间中的一条基本定律

 

 

周 吉 善

北京相对论研究联谊会《论动体的电动力学》课题组

宅电:0391-6652588    Email:jishanzhou@126.com

 

 

摘 :C=3×108m/s被称为光速是不恰当的,因为在传统的物理学理论中,存在着一个非常低级的常识性错误:所谓的光,指的究竟是什么?所谓的光量子ε在没有被发射出来之前算不算光?

笔者认为爱因斯坦于1924年给出的解释已经圆满解决了粒子性和波动性的问题;只需要在哲学上有所突破,即可以真正理解爱因斯坦那种解释的内涵。物理学量纲式中的M、L、T究竟指的是什么?笔者证明了L、T与空间的关系,跟M与物质的关系完全相同;物理学理论中只用L和T而不使用M的方程,所描述的是存在于空间中的规律。仅此一点哲学观念上的变革,就让我们可以肯定地说:光是波!

只有在它从粒子中发射出来的瞬间才表现出粒子性。进而在《中华科学物理宇宙图像》的基础上,笔者悟出了在粒子以“质量亏损”为代价发射ε时,无论其能量值是多大,辐射能ε的λ/T永远是3×108(m/s),被称为宇宙自组织演化之第一定律。

关键词:光,微粒说,波动说,作用量子h,光速

 

C=3×108m/s被称为光速已经历史很久,20世纪初爱因斯坦把它看做一个常量、并且提升为“原理”,以此为基础创立了狭义相对论;而后“光速不变”问题就成为物理学界的一个热门话题—— 把光速不变作为“原理”使用是不是可靠?超光速究竟可不可以实现?……100多年过去了,所谓的“光速不变”迄今都依旧是难得其解的谜团。

笔者认为根源在于物理学误用了“物质”这个哲学范畴,而忽略了对量纲式中的L、T问一个“为什么”。在对M、L、T这三个物理量认真甄别、区分后发现:L、T跟空间的关系,与M跟物质的关系并无二致。

于是就相信了爱因斯坦首倡提出的物质~空间系统论的自然观是正确的,依据华夏先民总结出的‘阴阳互补、有无相生“认知理念,结合400年物理学的实证成果,勾勒出了一个非常简明的《中华科学物理宇宙图像》(图像附后)。

实际上只需要改变一下自然观,承认空间是跟物质并存的另一类“物理实在”,围绕光速不变的诸多困惑,就都可以得到冰释。

 

1.  微粒说和波动说

所谓的,指的是一种物理现象。历史上从来没有对光给出过定义,但是约定俗成地都知道所指的究竟是什么。物理学家们所关注的是“光的本质”。

关于光的本质,近代物理学一开始就存在两种不同的学说:

牛顿认为光的本质是微粒,被称为微粒说,另一种观点认为光是振动波,被称为波动说。两种理论都能成功地解释一些光现象,对另一些光现象却无能为力,虽然互不相容,一直都在平行发展。

直到量子力学的创立,尤其是1924年得布罗意提出波粒二象性理论之后,二者才从表面上得到统一,“光既可认为是波,也可认为是粒子”(1—P81)

现在普遍接受的是爱因斯坦的“光量子”理论。

他通过赋予电磁场粒子性的方案;“使得光的瞬时效果表现粒子性,而时间平均效果表现波动性”;“电磁场以独立物理实体的地位,能够从源发射出来并且在空间不耗散地传播”(2—P406)。这种理论虽说能使粒子性和波动性得到统一,却又产生了新的矛盾:

如果电磁场真是能够在“真空”中传播的独立实体,其速度必须依赖发射源的速度,已知的实验和天文观测都证明光速与发射源无关;但是,只需要将光的传播视为“以太”波,其速度就可以不依赖于光源。爱因斯坦的理论对上述问题无能为力的根源,在于对“真空”的理解一直都是错误的。

20世纪60年代中期,充满宇宙空域的3K微波背景辐射被检测到,“真空不空”虽说得到广泛承认,对这种只能用能量ε计量的连续辐射与传统用质量M计量的独立实体的异同,却缺乏必要的甄别和区分。

笔者在《中华科学物理宇宙图像》中,依据华夏先民“阴阳互补有无相生体用不二”的认知理念,结合爱因斯坦首倡提出的物质~空间系统论的自然观,称用质量M计量的物理实体为Z系统,用能量ε计量的物理实体为N系统,二者呈被包容与包容关系,可以用“浸泡”在水中的物体与水的关系予以类比。据此可以使微粒说和波动说得到自洽的统一。

光量子ε被Z系统的粒子吸收或发射刹那的“瞬时效果表现粒子性”,而它在N系统中以作用量子h的振动形式传播时,则“表现波动性”;由于ε本身就是N系统的一种波,其速度当然就可以不依赖于光源。

试想:划船时,只有当桨敲击水的一刹那,能量才表现出一份一份的特性,而这些能量在水中传播时则是波,其速度与船速确实是没有关系的。

“光既可认为是波,又可认为是粒子”的说法是错的,根源在于没有跳出经典理论的樊篱,正视量子论研究的对象属于不可分隔的物理实体,即N系统中的最小作用量子h。正确的说法应该是ε只有在被粒子吸收发射时才表现粒子性,其实质则是不可分隔的N系统传递的波,当属于N系统的一种属性。

爱因斯坦“赋予电磁场粒子性”的说法是本末倒置的。原因在于当时根本不可能意识到,经典理论将物理实体隔离成单个粒子研究的传统方法,对N系统并不适用;而真正测得3k微波、证明“真空不空”的时间,却又在爱因斯坦提出这种观点五、六十年之后,人们早都把它忘到九霄云外去了。

 

2.  光是波而不是粒子

如上节所述,光的本质是波,所谓的粒子性,仅指当ε被粒子吸收或发射时,才表现为一份一份的、不能连续变化的一种性质,并非是可以将ε作为粒子对待。“爱因斯坦的理论基于分子通过辐射交换能量”(2—P383),这种说法是不准确的;放到Z、N两系统结构论的框架中,实际情况则是:

分子和原子可以通过发射或吸收ε与N系统交换能量。

因为ε总是在粒子与N系统之间交换,并非发生在两个粒子之间。

比如遥控器可以向N系统发射特定频率的ε,当电视机接收到这种ε之后,将发生调台或调音之变化。以“真空不空”为前提讨论现象时,必须意识到粒子的作用,并不直接发生在二者之间,而是由ε作为“中介”予以沟通。

“在光的波动说中,不清楚光对引力如何响应。但是如果光是由粒子组成的……引力对之可有重要效应”。1783年剑桥的学监约翰·米歇尔就发表文章,指出“一个质量足够大并足够紧致的恒星会有如此强大的引力场,以致于连光线都不能逃逸——任何恒星表面发出的光,还没到达远处即会被恒星的引力吸收回来”(3—P81)。这种观念的进一步发展演化出黑洞理论,对这种演变发挥重要作用的科学家们都忽略了两个要点:

(1)、引力是质量M对质量M的作用;

(2)、ε=hν只属于N系统中的一种波,并不能用质量M计量。

并非是他们不懂这些浅显的道理,而是他们首先做出的假定是:

辐射也有质量。直到现在依旧有人在绞尽脑汁设计称量辐射质量的实验。

可以肯定这种工作将来必然会被证实是徒劳的!

俗话说:智者千虑,必有一失。历来的科学家们都忽略了一点:

所谓的最重要用途是可以“照亮”;试问:在ε还被储存在粒子中未被放出时,能叫“”吗?故而笔者确认:

光的本质是波!因为ε尚未从粒子中辐射出来之前,根本就不能叫做光。

实际上只需要问一问受完普及教育的任何一个人,他们都会说:

光、热都是电磁波!

 

3. 所谓的“光速不变”

首先来讨论何谓“光速”。依据经典物理学对速度的定义,光速这个概念根本就不能成立。因为所谓的速度,指的是质点在单位时间内所通过的距离。

,作为由空间中的基本作用量子h所传递的一种振动能,作用量子h只有垂直于运动方向的振动,而根本就不存在在运动方向上的位移。

故而对于光的传播过程,使用“速度”这个概念本身就很不恰当。

实际上传统理论中所谓的“光速不变”,指的是光速与光源运动的速度无关,或曰:光总是各向同性的。根本就不是指“光”的“位移”每秒是多少米。

依据Z、N两系统结构论的自然观,并不难判定光属于辐射能ε=h/T,用量纲式中的时间T度量,是跟量纲式中的质量M无关的N系统的事物;依据“质量是惯性的量度”可知,“光速”C不带光源的“惯性”很正常嘛!

粒子属于物质范畴的基本存在,而光ε却仅属于能量(即空间)系统的物理现象,在ε没有从粒子中发出之前,根本就不能叫做“光”。

有了这一点观念上的准备,上述困难本来就是不存在的。

首先、光的发射(或吸收)是对Z系统粒子而言,传播是对N系统而言;

其二、光的发射总是瞬时的,即当ε从粒子中发射时,总表现为一份一份的粒子性,而不能连续变化;

其三、光ε的传播过程,则总是以波的形式在N系统中进行的。

可以通过下述事实予以类比:粒子和N系统的关系犹如小船和水,当用桨敲击水面的刹那间,对水“发射”出的能量总是一份一份的,表现出粒子性;而这种能量激起的水波在传播时,其速度跟船速自然就不存在关系了。

上述困难产生的原因,其一在于“真空”二字,现在已经承认真空不空,光的传播过程总表现为介质波并不难理解,波动理论适用于这一范畴;其二是牛顿的粒子理论先入为主,一提到粒子就总觉得它象弹球似的占据一定的3维空间,没有从ε总是一份一份被发射的角度,去理解不能连续变化的实质。

 

4. 讨论C=3×108m/S的实质

ε同样具有动量P,由ε=h/T、P=h/λ可得C=ε/P =λ/T—— 即C作为一个常量,既决定着ε的波长λ和周期T的比值是确定不变的关系,又制约着ε的动量值,属于N系统的一种规律,也是Z、N两系统的分界。

Z系统中粒子的动能和动量之比也有确定的值,但是这个值不是常数而是可变的;在N系统中,任何ε的能量和动量之比却都是同样的常数C。

高斯单位制(即厘米、克、秒制)中,在只使用电学和磁学单位时,其中就永远存在一个C=3×1010厘米/秒的量,足可以说明C与Z系统无关。

那么,C=3×108m/s这个常量的物理学意义究竟该如何理解呢?

当弄清楚了“作用量子h”是空间中最小的“实体”,所谓的能量子ε是h以振动方式传递的一种能量;再将ε=hν变换成ε=h/T,结合P =h/λ就不难发现,C=3×108m/s是存在于N系统中的一条基本规律,即

C=ε/P=λ/T=3×108(m/s).

    笔者把λ/T=3×108(m/s)称为“λ/T守恒律”,属于宇宙自组织演化之第二定律

C=3×108m/s的物理意义是:

在N系统中的“最小作用量子h”以振动形式传递能量时,必须遵从λ/T=3×108m/s这样一个铁定的法则——卫星定位理论系统中所使用的、时间间隔的长度每修正10-9秒,精确度就可以提高0.3米,既是对这个“铁则”的应用,同时也为上述推论提供了有力的佐证。

另外,在高斯制单位中,凡是同时有电学量和磁学量的公式,都含有恒量C=3×1010厘米/秒、即C=3×108m/s,同样可以证明这个常数是只跟电磁辐射相关的一种自然规律,而跟用质量M 度量的物质系统并没有关系,故而传统理论中将C=3×108m/s称为“光速”,是错误的

学界并非没有意识到这是个问题,而是创造了一个新概念“相速度”予以称谓,以显示所谓的光速C并不等同于经典运动学中的速度概念。

 

5. 依据《中华科学物理宇宙图像》中那条竖线所示,当ε从粒子中放出后,粒子就会出现“质量亏损”,反之粒子的质量就会增加,可以简明地记为:ε→M、M→ε;笔者称其为宇宙自组织演化之第一定律

据此可知,C=3×108m/s中包含的物理意义是:

ε→M、M→ε相互转化的过程中,当粒子以“质量亏损”为代价发射ε时,无论能量值的大小如何,其波长λ和周期T之比,都永远是一个定值:

λ/T=3×108m/s .

开普勒第三定律发现了R3/T2=K、即任何一个行星的轨道,只跟用L、T表述的空间结构相关,而跟质量M无关;笔者把存在于“宇观世界”的R3/T2=K叫做开普勒常量。

λ/T=3×108m/s,同样只跟空间、而跟物质无关,同理就应该被叫做存在于“微观世界”的周氏常量。

N系统中发生的现象基本上都是随机的;由N系统作用于Z系统的物体而引起的变化,也都是不确定的;唯有在质~能转化的过程中,由空间中的量子h传递的辐射能ε,却必须遵从

C=ε/P=λ/T=3×108(m/s)的唯一铁则!

 

参考书目

1、文池主编               宇宙简史                 线装书局        2003年

2、董光璧等著        世界物理学史     吉林教育出版社   1994年

3(英)霍金著 许明贤等译     时间简史                 湖南科技出版社  1995年

 

 

C是空间中的一条基本定律

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