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物理学中物质的共性

已有 3431 次阅读 2011-4-7 11:19 |系统分类:论文交流| 暗物质, 暗能量, 物理学, 物质, 重子物质

  物理学中物质的共性

 

      (《物理学上的时空与物质》7

 

物理学上关于时空与物质的基本概念和基本规律

 

第一章  牛顿力学关于时空的基本概念和基本规律 

§1.1  牛顿对时间与空间的观点

§1.2  参照系与坐标系

 

第二章  牛顿力学关于物质的基本概念和基本规律

§2.1 物理学中的物质 

2.1.1  物理学中的物质指的是什么?

2.1.2  物理学中物质的共性

虽然在某些物理特性上暗物质和暗能量与通常重子物质很不相同,可是,这三类物质,仍具有相同的物质共性。为什么说,这三类物质具有相同的物质共性呢?暗物质是由于研究星系的运动才发现的。星系的运动基本上可由牛顿力学来研究,这就意味着暗物质遵从牛顿力学规律。暗能量是由于研究宇宙学、并结合天文观测才发现的,而宇宙学的理论基础是广义相对论。另外,重子物质、暗物质、暗能量的密度分布也是根据广义相对论并结合天文观测计算出来的。这些都意味着暗能量应遵从广义相对论规律,暗物质也还要遵从广义相对论规律。无论是牛顿力学还是相对论,都要研究物质的惯性质量、动量、能量等特性,这些特性就是物质的共性;重子物质具有这些特性,‘暗物质’、‘暗能量’也具有这些特性。

        在目前,物理学对物质,大致可以这样粗略地定义:物质是位于时-空中的客观实在,是一切物理现象(如光现象、热现象、基本粒子创生和湮灭现象等)和一切物理量(如惯性质量、动量、能量、自旋、电量等)的载体(例如热现象的实质是分子的无规运动,热现象的载体是一群分子,这一群分子显然是物质;又如基本粒子都有自旋,基本粒子是自旋的载体,基本粒子显然是物质;等等)。常有一种说法,认为客观实在就是物质,固然,物质必然是客观实在,但并非一切客观实在都是物质。例如,太阳光照在一个物体上所形成的影子,虽然也是一种客观实在,却不是物质(因为‘影子’无法用物理量作定量描述)。凡是物质,它必定可由惯性质量、动量、能量等物理量(对有的物质,这些量中有的可能取值为零,这是特殊情况)来描述,而且这些物理量都有严格的定义,并可以由它们导出一些数学公式,其推论可通过实验来验证。这些问题,以后我们还要详细谈论。

任何物质必定于某一时刻处在某一空间位置,因此,物质不可能脱离时空存在。可是,以后我们将要看到,在数学理论上时空却可能脱离物质而存在;亦即可以存在没有物质的时空,这就是Minkowski时空。可是,由于量子力学效应,量子振荡总是存在的,以后本书将说明, 借助于Lorentz Levi-Civita守恒定律,有可能在时空中创生出物质;因之在实际上时空总是与物质相伴而存在的。

 

现代物理的研究所得出的基本看法是,在微观上物质常以物质场的形式存在,而物质场要遵从量子力学的规律,故常叫做量子场量子场的特点是物质以一个个粒子的形式存在,这些粒子的惯性质量、动量、能量、自旋等物理量都是量子化的。在宏观上,于经典(即非量子化的)物理学的范围内,物质可以物质场的形式存在,其质量是连续分布的;物质也可以质点质点系的形式存在,其质量是间断分布的。对于通常重子物质,既可以粒子的形式存在,也可以连续场的形式存在;作者猜测,对于暗物质和暗能量,有可能只能以连续场的形式存在,也许这就是暗物质和暗能量与通常重子物质的根本差别。当然这个问题目前还没有得出结论。

目前在物理学中,牛顿力学和狭义相对论所研究的对象主要位于地面附近或太阳系中(和恒星附近)。在这些区域,暗物质、暗能量均可忽略不计,故本书在下面讨论牛顿力学和狭义相对论时,都不考虑暗物质和暗能量。

本章着重讨论牛顿力学关于时空的基本概念和基本规律。



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4 杨华磊 文双春 董焱章 zzjtcm

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