引力质量与电磁质量关系新探.docx

1、引力质量与电磁质量关系新探 四、 引力质量与电磁质量的区别 科学家因“经加速器加速的两个高速运动电子对心碰撞，反应产物中找不到电子碎片”的实验结果，得出电子是一个整体、不可粉碎的结论。根据实验结果的另一细节：当电子的能量足够大时，“反应的产物中可能找到三个电子和一个正电子”。指出这三个电子和一个正电子是二个高速运动电子碰撞后的碎片。三个电子和一个正电子的静止质量和为，它的母体的静止质量至少也应是，而在加速前二个电子的静止质量和才，可见电子加速后静止质量增加了。这一方面说明电子的引力质量中的运动质量与静止质量本质是统一的，另一方面说明电磁质量与引力质量各自守恒。一、 笔者通过认真地思考后认为电子

2、的电磁质量不可能是引力质量的一部分，原因有八个方面：第一， 根据广义相对论，物理定律对于任何物理定律具有相同的形式。当电子在引力场中加速运动的时候，其电量是不变，不满足Lorentz transformation，所以其电磁质量也应该不变，电荷的电磁质量既然由电荷所带的电量决定，那么应当是电量的增函数。如果电子的电磁质量与运动速度有关，满足Lorentz transformation，那么电子的电荷具有的能量也满足Lorentz transformation，不符合广义相对论的要求。第二， 物体的静止质量是内禀的，是个常数，有人认为电磁质量是应该与静止质量有关的，电磁场的能量由电荷决定，电量与

3、带电体的运动状态无关，引力质量与运动状态有关。假设电子的静止引力质量是m,电子的电磁质量是m1,电子的引力质量另外的部分为m- m1。当电子以c运动时，根据洛伦兹变换此时电子的引力质量为2m，电子的引力质量另外的部分为2m-2m1，电子的电磁质量应当为2 m1,可是电子的电量没有变化，显然存在着不和谐。电量不满足Lorentz transformation，因此把电磁质量作为引力质量的一部分存在着不协调性只要维持电子电荷值不变的观念，这个问题不管怎么也解释不通。这中间，要么质速关系式错了，要么就是电子电荷值不变的信念错了，然而这与实验事实又高度一致。由于公式Emc2，物体的引力结合能具有(负)

4、质量，因而系统总质量不等于各部分质量之和而在麦克斯韦理论中，作为线性理论的直接结果，电荷(类比于质量)是严格可加的。第三， 电磁力存在吸引与排斥两种状态，只有物体带电时才有，而引力是永远存在的；如果电磁质量是引力质量的一部分，那么库仑力也应当是万有引力的一部分，电子、质子等带电粒子之间的电磁力远大于万有引力，电磁质量远大于引力质量，电磁质量不可能是引力质量的一部分；电子激发的电磁场的能量小于电子的电磁质量，正如物体激发的引力场能量小于引力质量的能量一样。第四， 根据质速关系引力质量可以连续变化，而电荷和电磁场呈量子化分布，现代物理学未让量子力学进入的唯一领域是引力和宇宙的大尺度结构，将引力场量

5、子化遇到无穷大的困难。重整化可以消除无限大的问题，但是由于重整化意味着引力质量的作用力的强度的实际值不能从理论上得到预言，必须被选择以去适合观测，因此重整化有一严重缺陷。目前要取得进展，能够建议采用的最有力的方法，就是在企图完成和推广组成理论物理现有基础的数学形式时，利用纯数学的所有源泉，并在这个方面取得每次成功之后，试着用物理的实体来解释新的数学特色。第五， 电磁质量具有正负，电磁质量应当相反，而物体的引力质量无此区别。现代物理学认为中子有一个上夸克和两个下夸克组成，外观上看电量为0，由于每个夸克均激发电磁场，因此电磁质量不等于0，显然存在不协调性。电荷分为正负，但电场的能量密度却总是正的，

6、所以积分得到的电磁能量总是正的，因而电磁质量也总是一个正值。根据牛顿第二定律，惯性质量是表征当物体受到外力作用的时候，物体运动状态改变的难易程度 ，即物体保持原来运动状态的本领大小的物理量。这个和电荷的正负无关，所以正负电子可以具有相同的惯性质量。当正负电荷中和的时候，电磁质量减少，引力质量没增加，但正负电荷中和会释放原来具有的电势能，即原来的电磁质量会转化为别的能量，如正负电荷中和释放两个光子，则原来的电磁质量就转化到了光子中。那么转化的机制是什么？同种电荷的电磁力相互排斥，异种电荷的电磁力相互吸引，电荷之间的作用力依靠电磁场来传递，为什么电磁场的能量都是正值？一个中性原子的电磁场的能量为0

7、，说明正负电荷激发的电磁场的能量相反。第六， Einstein的广义相对论是引力理论，把引力场量子化给出引力场的量子成为引力子，它应具有自旋为2，和lectriec field 的量子光子性质很不相同。近年来理论上对超对称性的探讨提供了新的可能性，超对称性在自旋不同的粒子间建立了联系，因此就有可能把引力相互作用和其它相互作用联系起来，通过超对称性建立的四种相互作用的统一理论称为超大统一理论。但是根据对称的相对性与绝对性原理，超对称的工作是没有止境的。超对称要求除引力子外，还应当有自旋3/2的引力微子存在，但是实验上并没有发现它的存在。另外量子化的引力理论遇到了难以克服的无穷大困难；第七， 引力

8、质量都占有一定的空间，也就是具有体积，而电磁质量没有体积，因此量子电动力学的点模型观点是正确的。第八， 电磁质量和引力质量可以分离，存在Maxwell理论中脱离物体携带能量的场。最近，法国里昂的科学家发现了有四个中子组成的粒子，又称为“零号元素”。最新的实验表明，中微子具有引力质量，大约为电子引力质量的50000分之一。中微子具有引力质量但是不带有 electric charge电磁质量。现代物理学认为除了带电介子外，还存在中性介子，其（引力）质量恰好等于或者近似等于（其实相等）带电介子的（引力）质量，性质相似。Einstein指出了波函数坍缩过程与相对论之间的不相容性，Einstein的这一

9、分析是关于量子力学与相对论的不相容性的最早认识。 或许有人会说电磁质量与引力质量是毫无关系的两部分，那么有何作用力把它们联系在一起，笔者认为靠作用力联系在一起，是引力质量、电磁质量各自联系的思想，没有任何作用力也可以联系在一起。1968年弦论的开创者维尼齐亚诺（GabrieleVeneziano），萌生用的描述核子中质子和中子及其作用力，如夸克被禁锢在质子或中子内，彼此就好似用橡皮弦把它们拴在一起作的模型。这个模型的核心概念是基本粒子并非点状物，而是无限细的一维实体，也就是弦。在基本粒子庞大的家族中，每种粒子都有自己的特性，这反映在一根弦有多种可能的振动模式上。这样一个看似与小提琴弦没两样，只

10、不过其上的振动以光速传播的“量子弦魔术”，一旦把量子力学套用到振动的弦上面，崭新的性质便出现了。首先，量子弦的尺度有限。如果不考虑量子效应，一根小提琴弦可以一分为二，再一分为二，这样一直分割下去，直至最后变成一些无质量的点状粒子。但是分割到一定程度，海森堡的测不准原理就会介入，防止最轻的弦被分割到10的-34次方米以下。这个不能再分割的长度量子，用ls表示，是弦论引入的一个全新的自然常数，与光速C和普朗克常数h并列。它在弦论的几乎所有方面都起着决定性的作用，为各种物理量设定了上下限，防止它们变成零或无穷大。其次，就算没有质量的量子弦，也可以有角动量(笔者注：此时是电磁质量的角动量)。在经典物理

11、学中，角动量是绕轴旋转的物体所具有的一种性质。计算角动量的公式是速度、质量以及物体到转轴距离三者之乘积，因此无质量的物体不可能具有角动量。但在微观世界中，由于存在量子涨落，一根微小的弦即使没有任何质量，也可以获得不超过2h的角动量。这一性质如传播电磁力的光子或者传播引子的引力子，同所有已知的基本作用力载体的性质不谋而合，而让物理学家注意到弦论中含有量子引力。量子弦在通常的3维之外，还存在额外的空间维度。经典的小提琴弦，不管时空的性质如何，都可以振动。但要使描述量子弦振动的方程能够自洽，时空必须是高度弯曲的，否则它就应该含有6个额外的空间维。在物理方程中，物理常数现在不再具有任意给定的固定值，它

12、们在弦论中以场的形式出现，就如电磁场一样，可以动态地调整它们的数值。在不同的宇宙时期或者在相隔遥远的空间区域，这些场可能取不同的值。这其中的所谓“膨胀子场”是整个弦论的关键，它决定了所有作用力的总强度。现代物理实验清楚的表明：宇宙中的基本粒子都显得具有一内禀角动量，等于h4的某一整数倍（h为普朗克常数），特别是我们最熟悉的质子、中子、电子、光子和中微子都具有一内禀角动量。在有这些粒子参与的一切相互作用和重新组合中，角动量总是守恒的。在基本粒子中，电子具有非常确定的质量和电荷，实验显示电子在10-15cm量级仍表现得像个质点，不呈现内部结构，但电子却有着某种类似于内部结构的自旋角动量，一个没有大

13、小的质点却具有旋转角动量和空间方向性。第六，质量是连续变化的，而电荷的电量是离散的；第七，电磁质量和引力质量可以分离，存在Maxwell理论中脱离物体携带能量的场。最近，法国里昂的科学家发现了有四个中子组成的粒子，又称为“零号元素”。最新的实验表明，中微子具有引力质量，大约为电子引力质量的50000分之一。中微子具有引力质量但是不带有 electric charge电磁质量。现代物理学认为除了带电介子外，还存在中性介子，其（引力）质量恰好等于或者近似等于（其实相等）带电介子的（引力）质量，性质相似。Einstein指出了波函数坍缩过程与相对论之间的不相容性，Einstein的这一分析是关于量子

14、力学与相对论的不相容性的最早认识。朱永强先生的一个实验：利用发射装置可以产生粉碎电磁波，利用放大接收装置可以显示接收到的粉碎电磁波强度，该装置已经做成精密的仪器。如果该装置静止在地表，接收强度与仪器的空间取向没有关系。但是，在运动参考系下，接收强度与空间取向有明显关系。-该实验登在物理学报2001年第5期上。如果电磁质量是引力质量的一部分，分析下面志勰先生设计的理想实验：假设一个电子在电场作用下开始作加速运动，电子的这个加速运动等效于它受到一个强大的引力场。但是电子在加速运动过程中，它会辐射出和它的加速度相对应的电磁波。这些电磁波可以给它加速的电场这个参考系产生光子的作用，但如果我们将电子看作

15、静止的，那么则是电场相对于电子作加速运动的了。理论上，这个电子参考系要接受到这个电场在加速过程中辐射的大量光子。但实际上，这个电子不会接受到大量光子的作用，电子只会受到电场的作用，而不是受到大量光子的作用。这样，电荷和电场间加速行为，则可以使等效原理失效。我们只需要在受到引力的物体和引力场上放置定量电荷，在两个惯性参考系个放置一个光谱仪进行分析就可以判断这种差别。如果把电磁质量从引力质量中区别开来，指明等效原理只适用于引力质量，那么这个矛盾自然可以迎刃而解，而且说明希格斯机制的引入是多余的，希格斯粒子根本不存在。 Einstein当时已经认识到 electric charge没有引力质量的问题

16、，指明引力场和lectriec field是逻辑上毫无联系的部分。科学迫使我们创造新的观念和理论。它们的任务是拆除那些常常阻碍科学向前发展的矛盾之墙。所有重要的科学观念都是在实在跟我们的理解之间发生强烈冲突时诞生的。【1】物理学形成了一套不断进化的逻辑的思维体系，其基础不能由任何归纳法从经验中提取，而只能通过自由创造获得。这个体系的正确性（真理内容）在于其在感觉经验基础上导出的定理的有用性，而后者与前者的关系只能直觉地理解。进化的方向是朝不断增加逻辑基础的简单性的方向迈进的。为进一步接近这个目的，我们必须决心接受下列事实：逻辑基础离经验事实愈来愈远，而从根本基础通向那些与感觉经验相关联的推论的

17、道路变得愈来愈艰难漫长。【2】参考文献：【1】Einstein和英费尔德 著 周肇威.物理学的进化 上海科学技术出版社 1962年 【2】Einstein 著 方在庆 韩文博 何维国 译.Einstein晚年文集海南出版社 2000年3月第1版附录：1、日本向解开质量起源之谜迈进一步作者：钱铮 来源：科学时报 发布时间：2007-4-26 23:42:29新华社电 日本高能加速器研究机构和京都大学4月日宣布，两家机构组成的研究小组依靠严密的计算机模拟，在世界上首次验证了量子色动力学中的手征对称性自发破缺现象，向解答“为什么物质会有质量”这样的问题又迈进了一步。科学界认为，构成物质基本粒子之一的

18、夸克虽然现在有质量，但在宇宙诞生的大爆炸之后的很短时间内并没有质量，那时的夸克以光速在宇宙空间自由飞行。研究夸克获得质量的过程，对解开物质具有质量之谜至关重要。两家机构联合发布的新闻公报解释说，以光速运动的粒子具备的固有性质称为手征对称性，因为只有质量等于零的粒子才能够以光速飞行，所以只有像亿年前宇宙刚刚诞生时的夸克这样没有质量的粒子，才具备手征对称性。按照现在的基本粒子理论，夸克获得质量的过程分成两个步骤，其一是与希格斯玻色子相关的希格斯机制，其二是手征对称性自发破缺现象，夸克通过前者获得其质量的，而后者则赋予夸克的质量。高能加速器研究机构和京都大学的研究人员依靠称为“格子量子色动力学”的计

19、算机模拟，验证了手征对称性自发破缺现象。新闻公报说，这种计算机模拟采用的理论，是一种在格子量子色动力学中能严密保持手征对称性的理想的格子理论，但其运算量是以往方法的倍以上。本次模拟采用最新型超级计算机，并改进了算法，验证了手征对称性自发破缺现象的存在，证实了夸克获得质量的第二个步骤。自牛顿力学问世以来，物质有质量看起来是天经地义的事情，但最近多年来这个问题却困扰着物理学家们，各种假说纷纷问世，至今它仍是物理研究的一个前沿课题。根据目前公认的理论，解开质量起源之谜的关键是找到自旋为零的希格斯玻色子。目前科学家已找到粒子物理学标准模型预言的各种其他粒子，但唯独没有找到自旋为零的希格斯玻色子。这一理

20、论认为，质量产生后，在宇宙中会留下这种特殊的希格斯玻色子。如果这种粒子被找到，那么物质质量之谜方能得到破解。由于这种粒子的重要性和神秘性，科学家形象地称它为“上帝的粒子”。 2、华尔街日报：粒子对撞揭开宇宙秘密 2008-09-12 00:13:46 来源: 华尔街日报 粒子物理学是一门高深莫测的科学，而且将变得更令人胆战心惊。粒子物理学是一门高深莫测的科学，而且将变得更令人胆战心惊。欧洲核研究组织(CERN)于2008年9月10日启动了全世界最强大的粒子加速器，将第一束粒子流射入位于地下330英尺深、17英里长的一个加速轨道，从而标志着近期最雄心勃勃同时备受争议的粒子物理实验正式开始。一些批

21、评人士担心，这项实验可能会引发黑洞，从而吞噬整个地球。但科学家们相信，这个“不成功则成仁”的尝试将有助于解决长期以来人类对宇宙的很多疑问。相对论和量子力学这类的宏伟理论可以解释宇宙中的一些运行规律，但彼此无法相容。爱因斯坦的理论在解释恒星这类大型物体时很有效，但在解释粒子极微小运动时却束手无策。科学家希望借助这项实验找到一些线索，将这些零散的理论融会贯通起来。这台“大型强子对撞机”(Large Hadron Collider，简称LHC) 位于瑞士日内瓦，设计目的是让质子在接近光速的速度下发生碰撞，释放出130亿年前宇宙大爆炸(Big Bang)以来从未出现过的庞大能量。第一次粒子撞击计划于2

22、008年10月进行，CERN的科学家将仔细观察粒子碰撞后的残余，找到以前未曾发现过的粒子、其他维度的空间、暗物质存在的证据，以及希格斯玻色子(Higgs boson)一种物理学家认为是其他粒子构成基础的神秘物质。物理学家们从事的这个项目事关重大，已经筹备了14年，投入90亿美元。如果研究人员未能在实验中找到游离的希格斯玻色子，那可能意味着他们在错误的道路上浪费了数十年的大好时光。除了可能出现吞噬地球的黑洞当然，CERN的科学家认为这是不可能的，让物理学家更抓狂的实验结果也许是找到了希格斯玻色子，但除此之外别无它物。这个结果将确认一些物理学家早已提出的理论，但无助于解释其他许多宇宙谜题。比如说，

23、科学家无法解释为什么重力会比其他的基本物理力弱得多，以及为什么只有5%的宇宙是可见的。此外，他们也面临尴尬局面，无法消除爱因斯坦的相对论与解释微观物理规律的量子力学之间的矛盾之处。虽然投入数十亿美元，但宇宙的奥秘有很大可能依然无法解开。“如果LHC只找到希格斯玻色子而没有其他物质，那科学家就很难说服大众再建造另一台大型粒子加速器。” 美国普林斯顿高等研究所(Institute for Advanced Study in Princeton)的理论物理学家尼玛？阿卡尼哈迈德(Nima Arkani-Hamed)说道。现在，物理学家将所有的希望都寄托于这台埋在法瑞边境地下的超大型粒子冲撞机上。这台

24、机器将反向射出两束质子流，质子流通过由超导磁体包围的两根钢管，以每秒11，245圈的近光速运行，最终在四个交点会合，预计每秒将产生6亿个粒子碰撞，从而再现宇宙大爆炸时猛烈无比的粒子浓汤。为研究这项实验的结果仿佛就像是粒子层面的火车大碰撞CERN的科学家建造了四个地下观测器，能记录撞击时产生的能量以及粒子碰撞后内部物质喷出的速度。其中有个名为Atlas的观测器，是一个七层楼高的圆柱体，由钢铁、充气铝管、液态氩和光纤制成，重量为7，000吨，和艾菲尔铁塔一样重。Atlas和其他三个观测器把数据传输到CERN的3万台电脑上，由电脑对数据进行筛选，从而发现超出传统物理学范畴的异常现象。那么，CERN的

25、物理学家将寻找哪一类奇怪的量子事件呢？他们的主要任务是找到希格斯玻色子，也叫“上帝粒子”。如果他们的计算正确，希格斯玻色子能产生一个弥漫的域场，对穿过其中的粒子施加一个拉力。物理学家相信正是通过这一名为“希格斯力”的过程，电子和其他粒子才得以产生。“这是解开宇宙构成秘密的一个关键所在。” 位于美国伊利诺斯州Batavia的费米国家加速器实验室(Fermi National Accelerator Laboratory)的理论物理学家约瑟夫？里肯(Joseph Lykken)说道。其他粒子对撞机都未能幸运地找到希格斯玻色子，但物理学家认为，LHC对撞实验所爆发的能量约为14万亿电子伏应该足以使其

26、产生。问题在于，没人知道希格斯玻色子长成什么样子，因此很难发现它，而且它也可能很快衰变为其他已知粒子，如介子和光子等。因此，CERN的科学家将通过各种形式寻找它的存在。举例而言，有一个名为“微型介子螺线管”(Compact Muon Solenoid)的探测器，配备有80，000块富铅玻璃用于追踪光子，负责操作的科学家将寻找“希格斯跳跃”(Higgs bump)即光子在对撞发生四散飞出时一种异于平滑运动轨迹的跃动。物理学家还希望从中找到支持新一代物理理论的证据，比如超对称性原理(supersymmetry)这种理论认为，每个粒子都有一个未被发现的“超级伙伴”。假使对称性理论得到证实，将使已知粒

27、子的数量增加一倍，并帮助物理学家实现一个长久以来的追求目标，也就是把几种控制物质运动的力重力、电磁力、强核力和弱核力在理论上融为一种单一的基本力。这台粒子对撞机还可能让我们发现已知四维空间以外的空间维度。当质子撞击开始时，物理学家将寻找撞击前蕴含能量与撞击后产生能量之间是否存在不平衡。根据物理学基本原理，撞击前后的能量应该是守恒的。如果能量经常性地出现流失现象，那可能意味着能量消失在另一个空间维度中。这个发现将给玄理论(string theory)提供有力支持。这个被广泛接受但无法验证的假设认为，物质是由微小颤动的玄(string)构成，并处于11或12个维度的空间中。研究人员说，最令人震惊的

28、结果可能是，实验结果毫无出奇之处。这将意味着物理学家用于解释宇宙运行规律的最佳方法、已有35年历史的所谓“标准模型”其实是一条歪路。“我们知道，希格斯玻色子一定存在。”加拿大安大略省普里美特理论物理研究所(Perimeter Institute for Theoretical Physics)的物理学家李？斯莫林(Lee Smolin)说，“否则的话，我们就一直在错误的理论根基上原地踏步。”虽然实验可能一无所获将令很多人大失所望，但另一些人认为，这个结果将最具革命性，因为理论物理学家将不得不重新思考几十年来被视为天经地义的各种问题。“在我看来，这是一件好事。”里肯教授说道。和之前的大型物理实验

29、一样，LHC引发了一系列世界末日来临的言论。2008年初，一位科学普及作家和一位辐射安全专家向法院提起诉讼，要求制止科学家启动LHC对撞机，认为它可能引发一个灾难性的黑洞或制造出“奇异物质”(strangelets)，这是一种理论假设中的致密物质，一旦形成，有可能引发连锁反应，把地球变成一块无生命的大石头。CERN的科学家认为，黑洞这类恐怖量子事件的发生概率与重力突然消失的概率差不多。“根据量子物理学理论，如果我让一支笔掉在桌上，它甚至有一定的可能性会直接穿过桌子。”Atlas探测项目的发言人彼得？杰尼(Peter Jenni)说，“我们通过LHC模拟的是137亿年来整个宇宙每时每刻都在发生的粒子碰撞，但我们不是还活得好好的吗？”