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“引力子”的“质量”讨论

(2014-01-14 19:56:32)
标签:

时空

引力场

空间波

引力子

空间

 

“引力子”的“质量”讨论

 

杨明昆  王严学  杨昭国

 (ygyzg@126.com)

 

    摘要:变化的“空间场”产生“引力场”,变化的“引力场”产生“空间场”。空间中有电磁波,同样“对称”地,空间中也可以有“引力——空间波”,简称为“空间波”——可能就是“引力子”——“引力波”:由变化的“引力场”与变化的“空间场”相互激发而产生。正如“磁常数”(又名“真空绝对磁导率”或“真空磁导率”),是表征真空导磁性能的物理量,“空间常数”是表征“空间传导属性或能力”的物理量,也可以称为“真空传导率”。由于“空间常数”n0在数值上很小,为10-27数量级,因此,可以认为“变化的引力场”所激发的“空间场”在这种“空间传导属性或能力”上是很弱的、是不敏感的。或者,也可以说,“引力波”的频率可能一般都很低,能量都很小。所以,在“引力波”的探测上是比较困难的。这一点,与“引力子”“微质量”的观点是一致的。

    关键词:引力场;变化;空间场;空间波;引力子;空间常数;微质量

 

    1.“引力子”“无质量”

    “在爱因斯坦的广义相对论里,也就是我们目前对引力的最好理解,带有力量的力子——引力子——应该是无质量的。” [1]

    2.“引力子”“微质量”

    “英国牛津大学的马丁·萨伦(Martin Sahlén)理论里的新领域将给引力子赋予较小的质量。” [1]

    “美国俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学宇宙学家Claudia de Rham和她的同事意识到,如果假设引力子只有微乎其微的质量——小于电子伏特的10-33,引力子仍能符合所有天文观测的条件(相比之下,中微子——已知的最小的质量非零的粒子,质量相当于1电子伏特,而电子的质量约相当于51.1万电子伏特)”。 [2]

    3.“引力场”与“空间场”

    我们知道,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。

    如果“空间”也是一种“场”,称为“空间场”,那么从“时空告诉物质如何运动,物质告诉时空如何弯曲”这句话里,我们可以认识到了:“物质”——“引力场”与“时空”——“空间”——“空间场”,有着密切联系。

    “空间场”与“引力场”,是否具有“磁场”与“电场”类似的关系呢?是否存在这样的可能:变化的“空间场”产生“引力场”,变化的“引力场”产生“空间场”,并且“空间场”对在其内部运动的物质(质量)产生“作用力”——“空间场力”?

 

“引力子”的“质量”讨论
图1

    3.1 “物理量对称”

    参考“电位移”D,定义“质量位移”DO=(G/4π)m/r2,其中G为引力常数,m为中心质量,r为到质量中心的距离;参考“磁感应强度”B,来定义“空间场感应强度”BO;参考电场强度E和磁场强度H,定义“引力场强度”EO和“空间场强度”H0, 并引入“质量流”IO=m/t,其中t为质量m运动的时间;参考“电荷密度”ρ和“电流密度”j,来引入“密度”(“质量密度”)ρO并定义“质量流密度”jO

    3.2“方程对称”

    在“对称物理量”下,可以“对称地”得到关于“空间场”与“引力场”的“对称定量”方程组(微分形式)。 [3]

 

“引力子”的“质量”讨论
图2

    4.“电磁波”

    4.1方程

    在真空中(这里的“真空”,系指“经典真空”或“自由空间”,下同),没有了物质源,一切由源物质直接产生的物理量为0,并引入“电常数”(又名“真空电容率”或“真空介电常数”)εO和“磁常数”(又名“真空绝对磁导率”或“真空磁导率”)μO,其中,εO=1/(4πk)(k为静电力常量),这时的麦克斯韦方程组——“自由空间”里的麦克斯韦方程组可以表示为: [3][4][5][6]

 

“引力子”的“质量”讨论
图3

    还可以得到真空中的电磁波的波动方程:

 

“引力子”的“质量”讨论
图4

    4.2速度

    1/√εOμO为“电磁波”波动传播的速度,在真空中即为光速C=1/√εOμO。可见,C、εO、μO之间有C2εOμO=1。 [7]

    所以,真空中的电磁波的波动方程为一对齐次波动方程,还可以写成:

 

“引力子”的“质量”讨论
图5

    4.3方向

    在电磁波里,电场方向、磁场方向,以及波动传播的方向,都是两两垂直的。波动传播的方向是E×B。

 

“引力子”的“质量”讨论
图6

    4.4能量

    爱因斯坦发展了普朗克的量子说,他认为,电磁辐射在本质上就是一份一份不连续的,并称它们为“光量子”,简称“光子”。

    “光子”能量E=hf(h为普朗克常数,f为频率),能量与频率成正比。

    根据爱因斯坦的质能方程,电磁波还具有运动质量m=hf/C2(C为光速)。

    5.“空间波”

    空间中有电磁波,“对称”地,空间中也应该可以有“引力——空间波”,简称为“空间波”——由变化的“引力场”与变化的“空间场”相互激发而产生。

    5.1方程

    如果“对称”地,可以有“质量常数”s0=1/(4πG)(G为引力常量)和“空间常数”n0。那么,在真空中(同上),没有了物质源,一切由源物质直接产生的物理量为0,可以有关于“空间波”的方程组——“自由空间”里的“空间波”方程组可以表示为:

 

“引力子”的“质量”讨论
图7

    5.2速度

    同样“对称”地,可以有真空中“空间波”的波动方程。

    同样“对称”地,1/√s0n0为“空间波”波动传播的速度,在真空中也为光速C=1/√s0n0。可见,C、s0、n0之间有C2s0n0=1。

 

“引力子”的“质量”讨论
图8

    5.3方向

在“空间波”里,“空间场”方向、引力场方向,以及波动传播的方向,都是两两垂直的。波动传播的方向是EO×BO

 

“引力子”的“质量”讨论
图9

    5.4能量

    同样“对称”地,“空间波”也可以称为“波量子”。“波量子”也具有能量E=hf(h为普朗克常数,f为“空间波”频率),能量与频率成正比。但是,“波量子”的频率可能一般都很低,能量都很小。

    根据爱因斯坦的质能方程,“空间波”还具有质量m=hf/C2(C为光速)。

    6.“引力子”

    从上述的讨论中,可以知道,“空间波”是横波、携带能量、在真空中以光速传播、有两个独立的偏振态,这与广义相对论预言的“引力波”是一致的。“空间波”可能就是“引力波”。 [8]

    假设上述的“空间波”,就是“引力波“——“引力子”。

    由s0=1/(4πG)(G为引力常量)和C2s0n0=1(C为真空中的光速),在国际单位下,取G=6.67×10-11牛·米2/千克2,π=3.14,C=3×108米/秒,可得:

    n0=1/( C2s0)= 4πG/C2=4×3.14×6.67×10-11/(3×1082

=4×3.14×6.67×10-11/(9×1016

=4×3.14×6.67×10-27/9

≈9.31×10-27(米/千克)。

    可见,“空间常数”n0在数值上是很小的,为10-27数量级。正如“磁常数”(又名“真空绝对磁导率”或“真空磁导率”)μO≈1.26×10-6亨利/米,是表征真空导磁性能的物理量,所以,“空间常数”n0也应该是表征“空间传导属性或能力”的物理量,也可以称为“真空传导率”。由于“空间常数”n0在数值上很小,为10-27数量级,因此,可以认为“变化的引力场”所激发的“空间场”在这种“空间传导属性或能力”上是很弱的、是不敏感的。或者,也可以说,“波量子”的频率可能一般都很低,能量都很小。所以,在“空间波”的探测上是比较困难的。

    这一点,与本文开始的“引力子”“微质量”的观点是一致的。

           

           

参考资料:

[1]《巨大宇宙虚空或助探测暗能量 引力子或有质量》凤凰科技

http://tech.ifeng.com/discovery/astronomy/detail_2014_01/13/32953649_0.shtml

[2]《暗能量研究寄望引力子指路》中国科学报2013-9-16

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2013/9/282564.shtm

[3]《麦克斯韦方程组》百度百科

http://baike.baidu.com/link?url=f5eLc3HfHUOpjSDjy5uuGcG_yoON7cw8dqYVLuDfS-txE7Z3b-rrveGxbNx2LuGh

[4]《自由空间》维基百科

http://zh.wikipedia.org/wiki/自由空間

[5]《真空磁导率》维基百科

http://zh.wikipedia.org/wiki/真空磁導率

[6]《真空电容率》维基百科

http://zh.wikipedia.org/wiki/真空电容率

[7]《电磁波》维基百科

http://zh.wikipedia.org/zh-cn/电磁波

[8]《引力波》百度百科

(http://baike.baidu.com/link?url=BN4inDMXq8ufDJmnkF28QEbSxYnuuUsWuL099mesycN7GZRz7qiiWjK-Uw5wUBFE)

[9]相关资料请参考《“空间场”——“能量负压”》

(http://blog.sina.com.cn/u/2494755301)

(杨明昆 王严学 杨昭国期待您的交流、讨论  ygyzg@126.com)

 

 

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