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现代理论物理必须大变革

(2013-09-20 21:50:47)
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物理

文化

作者:谭启蔚 来源:科学时报 发布时间:2009-4-23 22:20:14
现代理论物理必须大变革
当代物理界主流普遍认为:在过去的一个世纪里,以相对论和量子力学为标志的现代物理学,从根本上改变了人类对物理世界的认识,对社会各方面作出了巨大贡献。
但研究已表明,上述对相对论的评价是不恰当的。因为相对论体系是错误的,它给人对物理世界的认识带来了混乱,这就根本谈不上有什么贡献了。对社会作出巨大贡献的是量子力学,但是,我们还必须清楚地认识到,量子力学中的“波粒二重性”概念是错误的,相对论的错误理念给量子力学的干扰也是极严重的,否则,量子力学对人类的贡献将更大。
因为相对论是错误的,且已无修补的价值,故只有被淘汰。量子力学虽极有用处,但自身仍存在上述的不足,故应作出相应修正,使其进一步完善。这就是现代理论物理必须要大变革的因由。
我们已注意到,理论物理大变革不仅是一个单纯的学术问题,同时还涉及一些社会问题。因为这场大变革主要是否定相对论,清除相对论错误理念对人类社会各方面的影响。而相对论及有关理念几乎已被人们普遍接受,被广泛传播,连普通高中的有关课程都谈到黑洞、大爆炸宇宙学等。由此可见,清理相对论的错误将涉及到社会各阶层,首先是科研界、教育界、出版界的有关人员,故实施理论物理大变革是一个系统工程,存在一定困难。但是,错误的理论终究是会被淘汰的。
本文将较详细地讨论上述相关问题,讨论相对论产生的学术背景,相对论为什么错误,相对论既然错误但它为什么能长存百年,人们以为相对论大有用处而其实是误解,应该抛弃相对论和当前理论物理变革的方向等问题。
1. 相对论是在什么学术背景下产生的
在科学史中,一种新理论的产生都往往是为了解决当时的疑难问题而在总结当时的实验结果的基础上提出来的,相对论也如此。相对论产生前自然科学就存在不少疑难,如宇宙有限或无限、空间本质、引力本质、质量本质、牛顿引力疑难、第一推动问题、洛仑兹变换的本质等,再加上当时对光速试验、光的传播方式、电磁波传播方式等的误解的情况下就产生了相对论。并试图以此去解释这些疑难。
研究已表明,相对论的两个主要假设即光速不变原理和等效原理是错误的,由此而产生的时空相对、质能互变等二级概念是最主要的错误概念。相对论欲以这些概念去解释上述疑难,但实际上达不到目的。
现在分析起来,在上述的疑难当中,只要当时能从理论上或实践上解决了其中的任何一个疑难,就能阻止相对论的产生或彻底否定相对论了。
例如,若证明了宇宙无限,即证明了空间绝对,时间的本质也就自明了。若找到了引力的本质,即证明了引力的本质就是静磁力(见笔者《关于引力就是静磁力及相对论的若干问题(II)》 一文,载(香港)《新科技》杂志,香港新科技中心,2008年第九期71~72页),则等效原理明显就错误,并可引导人们发现洛仑兹变换的本质是非惯性系与惯性系间的变换。这样,相对论的时空相对、质能互变的概念就站不住脚了。
这样,我们已看到,相对论是在人们对某些问题尚未正确认识时出现的不协调的插曲。那么,不协调的东西最终将被清除。我们后面还将谈到,若证明了宇宙无限,则相对论就将自动退出科学的殿堂了。
2.为什么相对论能长存百年
既然相对论是错误的,况且在狭义相对论产生之初,在德国已遇到强烈的质疑。至今,全世界质疑声不断,国内质疑之声也越来越强烈,但为什么能长存百年,发展成一个庞大体系,至今不少人仍在相对论的错误理念的束缚下继续将其扩展呢?
回答这个问题是相当复杂的,既有社会原因也有学术原因,但分析起来主要还是学术原因,除了前面提及的诸多疑难问题外,以后又增加了核力本质的疑难。因为迟迟未能发现全面揭露相对论的错误的新理论,人们又误以为相对论极有用处,使得它能自圆其说地扩展成如此庞大的体系,也加重了否定相对论的难度。
经验已证明,试图指出相对论的个别错误,甚至某些错误都不会见效,原因是相对论体系已太庞大,影响到量子力学、粒子物理、天体物理、宇宙学、哲学等,其自圆其说的论点太多了。
近年较流行的暗物质暗能量就是一个较典型的例子。若承认引力的本质就是静磁力和承认洛仑兹变换是非惯性系与惯性系间的变换,则时空可变、质量可变及质能互变不成立,等效原理也不成立,故四维时空无普适意义,引力方程Rμν≠0无意义,则相对论宇宙学是错误的,所谓大爆炸宇宙学只是形式逻辑上的东西,无客观意义。这样,若引入暗物质暗能量等概念来解释宇宙膨胀,就是错上加错。
诸如此类的论点,只有搞清洛仑兹变换的实质,接受引力的本质就是静磁力和存在冷核聚变的情况下,才可逐一澄清相对论本身的错误及其各种自圆其说。
但引力就是静磁力的观点,及洛仑兹变换的本质研究仅仅是近十多年才逐渐完善,这就是相对论能长存百年的主要学术原因。
3.相对论为什么是错误的
相对论虽有四个基本原理,而实质上是建立在光速不变原理和等效原理的基础上。但光速不变原理错误,并且光速不变原理与狭义相对性原理互不相容,这是世人共知的事,但爱因斯坦试图通过对洛仑兹变换的错误解释而把两者协调起来,他曾表示:“狭义相对论所依据的认识是:如果事件的坐标和时间的换算是按照一种新的关系(“洛仑兹变换”),那么,1)和2)这两个假设就是彼此相容的了。”这里1)指光速不变,2)指狭义相对性原理,但洛仑兹变换实质上是非惯性系与惯性系间的变换,物理意义和狭义相对论所解释的也完全不同,故1)和2)间的不相容性是不能消除的,而运动的速度是相对的,故光速不变原理是错误的。
因引力的本质就是静磁力,而静磁力只是惯性力中的一种,静磁力与其他惯性力的物理特性不同,特别是在引力源内部如在天体内部。故等效原理错误。只有在引力源外如天体外等效原理才可用,这才有引力红移、引力使光线偏转等,但这已属普通物理的内容了。稍后我们将从真空引力方程Rμν=0的解来讨论。
由于光速不变原理和等效原理错误,故相对论不能证明时空相对,不能证明质能互变,则引用的四维时空就没有普适性,引力方程无客观意义。故整个相对论体系是没有客观意义的,以此来解释客观世界就是错误的。
4. 相对论无实用价值
相对论能长存的一个重要原因是人们误认为它有极大用处,其实这完全是误解,故澄清相关的一些问题是必要的。
我们已谈及,等效原理的概念可用于引力源外,但这仍属普通物理的内容,在此应指出的是,整个相对论体系也仅仅有这一点可用之处,此外的所谓有用就只是误解,错误或巧合。我们不妨举出几个典型的例子。
1)相对论中的所谓高速直线运动的能量为
是错误的。我们知道,直线运动时有 。在绕质心运动时有 ,但惯性系变换到非惯性系时有 ,可见相对论的 是介于
两者之间,不是普适的,但在核物理等情况存在 ,这看来只是巧合。
2) 是由直线运动变换到有心运动的动量,而不是相对论所说的高速惯性运动时的动量。
3) 是错误的,不存在所谓质速关系。
4) 是错误的,狄拉克方程是错误的,只有V→C时有E≈CP,在高能物理的数值计算中可能有巧合。
5)高能物理中的种种瞬态粒子,因受质能互变概念之误。而实质上是某些稳定粒子如e-、p等在高能态时的瞬时堆积,所谓夸克及将来可能出现的希格斯粒子等也是这种情况。
类似这样的例子很多,相对论错在基本假设,的确是不能导出有实用价值的结果的。
我国一位著名理论物理学家曾表示:“从五十年代开始广义相对论引力论工作者用不同的条件和数学方法发表了数以百计篇的场方程准确解的论文。但是,作者们自己也不得不承认这些解的绝大多数和物理现象没有关系。”这也说明了引力方程建立在时空相对和质能互变等错误观念的基础上是不能反映客观世界的。也是相对论无实用价值之一例。
5. 为什么要抛弃相对论
一个理论之所以长盛不衰,全在于他能反映客观,且用途广泛,虽然将来或许有修补而使其更完善,但他的基本原理是不会变的。如牛顿万有引力定律,虽然存在瞬时超距作用及引力无穷等疑难,但补充了引力的本质就是静磁力后就可解决这些疑难,使该理论进一步完善,且对万有引力常数G及重力加速度g等都有进一步认识。但相对论则不然。
相对论错在光速不变原理和等效原理,已无修补的可能,既无实用价值反而制造了各种混乱的概念,束缚了人们的思维,对物理、天文、哲学等带来种种错误理念,已给社会带来危害,故只好清理它的各种不良影响,逐渐将其淘汰,使人类的思维轻装前进。
爱因斯坦在临终前八个月曾表示:“……我认为非常有可能,物理学不是建立在场的概念上,即不是建立在连续体上的。如果是这样,那末,我的空中楼阁——包括引力论在内——甚至连其他现代物理学也一样,都将荡然无存。”可惜,爱因斯坦没有时间来展开相关想法,耽误了物理学的发展。相对论是错误的,必将被淘汰,后人应该认真研究爱因斯坦的忠告。
6. 当前理论物理变革的方向
当前理论物理变革的方向首先是否定相对论,清理相对论对相关学科的影响,为达目的就需要以理服人,故必须确立新的理论,再以新概念新方法处理相关问题。
6.1 确立洛仑兹变换的本质
我们已谈到,洛仑兹变换实质上是非惯性系与惯性系间的变换。直观地可表述为在圆周曲线中以匀速运动的坐标与其在圆周切线上正投影的坐标间的变换。因证明洛仑兹变换用到了光速作惯性运动或非惯性运动都相等,而这点恰与“光速不变”巧合,使狭义相对论牵强地证明了洛仑兹变换。正因这点巧合,容易被误以为狭义相对论证明了洛仑兹变换。正因为这样,既掩盖了光速不变原理的错误,也掩盖了它和相对性理论之间的矛盾,更掩盖了时间相对、空间相对、质速关系等错误。这看来是相对论能长存百年的根本学术原因。
洛仑兹变换的证明实际上只用到运动速度相对性和光在非惯性或惯性运动速度相等这两个假设上,其证明方法可仿效一般教科书中所述的方法来证明,这仍是普通物理问题,与相对论无关。
这就表明,不存在所谓尺缩、而钟慢的实质是物理频率变慢等。当然,关于洛仑兹变换的其他数学物理问题仍很多,这是需要进一步作专题研究的,但与相对论毫无关系。需特别指出的是,从洛仑兹变换不可能推导出宇宙中光速是极限速度这一错误结论。
6.2 确认引力的本质就是静磁力
当今物理、天文、地学中遇到的种种疑难,很多都与引力的本质未明有关。特别,若能弄清引力的本质就能弄清相对论中种种错误论点,也为否定相对论提供了充要的理论依据。现已基本上证明了引力的本质就是静磁力,在前面提及的笔者的文章中已有综述,在此再谈及其主要思路。
6.2.1 引力就是静磁力有坚固的物理基础
我们已知,宇宙万物都是由电子、质子、中子等稳定粒子构成,实验已证明,他们有磁性,有磁矩,有磁极强度。因磁相互作用是长程力,又难被屏蔽,直观上就已解决了牛顿引力中存在的瞬时超距作用的疑难。考虑到星系的距离,运动速度及静磁的特性等,也可解释引力无穷的疑难。故从物理直观而论,选取引力的本质就是静磁力是有物理依据的。
6.2.2 引入磁质比的概念
为便于推理,我们引入磁质比这一新概念。某一物质i的磁极强度除以该物质的质量所得的商就称作该物质的磁质比,并以Qi记之,其计量单位是A·m / kg。这样,宇宙万物都有磁质比,有些物质的磁质比是可以由实验数据推导出来的。显然,不同物质的磁质比往往也不相同,因为我们主要讨论与引力有关的磁质比,故着重讨论宇宙天体的磁质比,显然,天体的磁质比是一个统计均值。
6.2.3 万有引力定律与天体的磁质比的关系
若引力就是静磁力,则可令牛顿万有引力定律与库仑定律相等,即 (6.1)其中G为万有引力常数,μ为磁导率 ,μ0 为真空磁导率,μr为相对磁导率,mi、mj为物质i、j的质量,qi 、qj为物质i、j的磁极强度,rij等为i、j之间的作用距离。
设有三个不同的天体i、j、k,仿(6.1)式得联立方程
(6.2)
式中的质量可由天体测量方法求得,但磁极强度则难求,注意到宇宙空间可取 ,则(6.2)式可写成
(6.3)
解此方程即得
令 ,我们就证明了如下的
引理C:凡适合牛顿万有引力定律的物质,他们的磁质比都等于Q0,反之亦然。
亦即是说,当求得某天体的磁质比等于Q0时,该天体对牛顿万有引力定律就自然成立。
这样(6.1)式就可写成
(6.4)
6.2.4 天体的磁质比的计算
由(6.4)式及天体力学,我们有
(6.5)
此处mi表主天体,mj表绕mi运行的天体或宏观物质,gi为mi的重力加速度,Vj 为mj的运动速度。
因为地球的重力加速度gi及太阳系八大行星、冥王星、月球等的运行速度可测得较准确,我们已根据相关数据由(6.5)式分别计算出上述各天体的磁质比恰等于Q0或与Q0相差极小,考虑到测试数据存在误差、故可以判断他们的磁质比实际上是等于Q0的。这样,我们就已验证了引理C是正确无误的。
6.2.5 引力的本质就是静磁力
我们从两方面来论证引力的本质就是静磁力。
首先,人类长期实践已证明,在天体力学的情况,牛顿万有引力定律是正确的,而本文的引理C也正确。那么,Q0就能如实地反映了引力的物理特性,即Q0的物理特性与引力的物理特性一致。因Q0的物理特性就是静磁力,故引力的本质就是静磁力。
其次,令天体的质量为mi,当距该天体中心r处的磁场Bi为已知时,由经典电磁理论导出该
天体的磁质比
(6.6)
我们以地球的实测磁场为例,导出地球的磁质比与Q0相差极小,考虑到测量误差,故可判断地球的磁质比也是Q0。特别应注意的是,此处的磁质比是由实测的磁场Bi导出的,和(6.5)式中用到的gi、Vj不同,又由引理C,我们又从不同的途径证明了引力的本质就是静磁力。
我们已注意到,由金星、水星等的已测磁场导出的磁质比小于Q0,这就不利于引力的本质就是静磁力。但从太阳、木星的磁场导出的磁质比大于Q0,这显然利于引力就是静磁力的结论。出现这种情况,说明目前除了地球的磁场以外,其他天体的磁场尚未测准确。
由地球的重力加速度,绕日运行速度及磁场三者导出的地球磁质比都与Q0吻合,这应足以证明引力的本质就是静磁力了。
6.3 修正量子力学
量子力学无疑已取得很大成功,但除了受相对论的错误理念影响而必须修正外,还必须正视“波粒二重性”错误。
其实,光是粒子性的,以直线传播。但当光穿越光栅如小孔、窄缝时,因受光栅的磁场影响而改变了运动方向,以至穿越光栅后出现了类似波状的映像。这就说明,所谓波粒二重性是错误的,对于粒子亦有类似情况。因此,量子力学必须修正。
6.4 加强核力本质及冷核聚变应用研究
实践证明,必须尽快搞清核力的本质。长期以来,人们多在相对论的框架内拼凑种种核力的唯象解释,忽视了实验数据与核力本质的物理联系,只注重热核聚变而忽视了冷核聚变,使核力本质的研究迷失了方向。因而也出现了不少不该出现的问题,例如有:
使可控热核聚变研究进展缓慢。
助长了相对论中关于白矮星、中子星、黑洞等错误概念的产生与发展,阻碍了核天体物理研究。
使地学研究受阻,直到目前,地球内生产热源的机理仍搞不清楚。仍以为重金属等元素是地外生成的等等。
冷核聚变已被实验证明存在,要重视其应用,这不仅对充分开发地球内部资源提供新思路,解决人类对能源的需求最终还是主要靠冷核聚变。
6.5 要重视宇宙无限的证明
宇宙无限或有限的问题,恐怕有人类以来就提出来了,虽至今无果,但宇宙无限论应是人类思维及认识自然的基础。唯物论就是以宇宙无限这一理念为基础的。
现在看来,宇宙无限的观点,应该是物理、天文、哲学的基础。这自然也是人类思维与认识自然的基础了。这样,宇宙无限观就必将影响及支配人类社会的行为。
虽然目前仍未见到任何关于宇宙无限的科学证明,但毕竟宇宙学是一门自然科学,故宇宙无限的问题完全可以通过自然科学的理念来作出证明。
初步研究表明,循引力的本质就是静磁力的理念前进,是能够证明宇宙无限的。
由于证明宇宙无限有其必要性与可行性,故证明宇宙无限应是当前理论物理变革的最重要的方向。
显然,若证明了宇宙无限,则相对论就会自动退出科学的殿堂了!这也不难理解,不少学者从哲学观点质疑相对论也是顺理成章的。
7. 问题讨论
当前理论物理大变革的核心问题是否定相对论,是一个系统工程。虽表面看来仅仅是自然科学问题,但这些自然科学问题往往都以不同的程度触及人类思维,从而决定人类的行为,触及某些人的暂时利益,甚至颠覆某些群体的根本利益。这就说明,这个系统工程还相当复杂,起动及实施这一工程显然需要勇气与智慧。即使起动这一工程的学术条件及人才条件早已具备,但起动前仍需要注意思想认识上的某些倾向,下面我们将讨论若干的有关问题。
7.1 相对论不是一个物理理论
说实在,近数十年来,理论物理界主流对相对论的信赖已达到了迷信的地步,这是世人共知的,其原因我们在前面已略有分析,现再从作为一个理论物理理论应具备的特性来说明相对论不是一个物理理论。
理论物理主要将观察、实验的结果和已有的规律作高度概括,用数学方法作为逻辑推理的工具,建立物理量之间的定量关系,进而找出反映客观世界性质的各种规律。
因为光速不变原理和等效原理都错误,则相对论体系都错误就不难理解了。现再分析一个典型例子。
理论物理工作者往往将引力方程Rμν≠0与麦克斯威尔方程相媲美,局外人也因此迷信了相对论,但该引力方程却是没有物理意义的。
当引力方程Rμν≠0时,即有边界条件的情况,这方程明显含有双重错误。一方面是右边含有所谓能量动量张量,但这一概念用到了质能互变等错误理念,故引力方程Rμν≠0无物理意义。另一方面是该方程右边不等于零,不管边界条件如何都是表引力源内的问题,但在引力源内等效原理无效,故Rμν≠0也无物理意义。这就表明,Rμν≠0只是一个形式逻辑上的表示式,也就是本文已提及的我国一位著名理论物理学家所述的引力方程总找不到实用之根本原因。这也从一个侧面说明了大爆炸宇宙学、相对论宇宙学是错误的。
若引力方程Rμν=0,即所谓真空方程,这是引力源外的问题。等效原理尚可用,才有光线引力偏移,引力红移等。此时(6.5)式中的 描述了天体绕质心运动,时间与位置有函数关系,这也是所谓“四维时空”唯一可用之处。不过应注意,这只是巧合,我们在前文已提及,这仍属普通物理问题。
设引力源的半径为r,则引力方程Rμν=0仅在r≤R之外空间可用,在r>R时,即在引力源内就不能应用了,故所谓白矮星、中子星、黑洞等是错误的,原因就是未顾及引力的本质就是静磁力,未顾及核力的本质或忽视了冷核聚变的作用。
因为相对论建立在错误的假设上,即使用尽了种种数学方法也不能掩盖他的错误本质,这样,相对论就不能是一个物理理论。
7.2 国内已有足够力量清理相对论的错误
此次理论物理大变革的焦点在于否定相对论,质疑的一方主要来自业余爱好者,像卢鹤绂、郭汉英等国内物理学家对相对论提出质疑者毕竟只是少数,否则,此次理论物理大变革早就完成了。由于这些业余爱好者遍布全国,职业多样,年龄参差,学历悬殊,经历各异。局外人对这些人的质疑往往不太在意,往往以为相对论高深,专业研究团体(包括国外研究团体)都未提出异议,则业余爱好者的质疑难有可取之处。这些论点有讨论的必要。
其一,因相对论体系的论题太庞大,由于基本假设出错,又曲解了洛仑兹变换的意义,故凡相对论所到之处都几乎有不同程度的错误,这样,业余爱好者从各方面提出质疑也是很自然的。
其二,专业研究团体条件虽好,但由于种种原因,绝大部分人都未有时间去认真推敲相对论的立论基础及引力的本质问题,故未提出异议也是可以理解的。但业余爱好者往往是自发地关注相对论有关各种问题,有的甚至已长达60年之久。看来业余爱好者的质疑大有可取之处,事实亦如此。
况且,理论物理的研究方法与实验物理研究大有差别。实验物理要巨资、物力、仪器设备等,业余爱好者显然无所作为。但理论物理却全然不同,只要业余爱好者注意充实自己的基础知识,注意已公开的实验资料,持之以恒,尽量做到知己知彼而不误入岐途,他们亦可以有所作为。因为理论上的突破往往是很奥妙的,精英的集合往往比不上一个普通的真理追求者,科学史上这种情况已不少。
其三,中国人多,社会问题也较复杂,由于种种原因,很难做到人归其位。但当今国内经济逐渐趋好,亦有一定的学术气氛,唯物论观点仍占上风,故业余爱好者中都可能出现对各种问题持独特见解的人。
就相对论而言,归于前述三点理由,它被国内业余爱好者广泛质疑以至被否定是合情合理的,有识之士,应正视这一现实。
7.3哥德巴赫猜测证明的意义与否定相对论的意义之比较
否定相对论的重要意义已谈过不少了,但现实的情况是,人们仍在相对论的框架下展开各种工作,甚至一些人抱着类似某些数学工作者对待哥德巴赫猜测的证明那样的态度,以为可作冷处理。但这两种情况是不可比的。
首先,哥德巴赫猜测是正确的,证明方法也很多,争议的要点在于证明方法。例如,对于大偶数的情况,仅笔者就已给出多种证明,甚至大偶数哥德巴赫猜测仅仅是某些更普遍定理的一个推论。但这是用古典概率结合解析数论方法来证明的,与传统的解析方法不同。故这种证法未取得数学界的共识是可以理解的。
其次,数学分支颇多,而数学也往往隔行如隔山,数学工作者也往往是各守一方,各有喜好,各有所长。一般情况下,他们对某种方法或某些论题不感兴趣也是可以理解的。
再次,哥德巴赫猜测证明的学术意义主要在于其解题方法的简单性及普适性,而这种简单性及普适性究竟有多大,有何社会效益等,这些都难预测,故一般人将其证明作冷处理、任其自然发展也是可以理解的。
但在否定相对论的问题上却完全不同,相对论的错误已严重地影响了人类社会的文明与进步、且清理相对论的错误的理论条件早已具备,否定相对论是势在必行,有关人员必须正视这一趋势,否则,他们必将在有关专业认识上落伍。
小结
以否定相对论为前导的理论物理大变革已势在必行,国内有足够的力量进行这一工作。有识之士应正视这一局势,要有民族自信心,我们能够领先世界一步,这是振兴华夏文化的重要之举,且科技自主创新也自在其中,不要错失良机。
《科学时报》 (2009-4-24 B4 专题)

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