一个物理教师提出的理论物理问题.doc

4.1假设真空中有两个相对静止物体质量均为M，以系统的质心为参照系，它们在万有引力作用下开始加速运动到接近光速，根据相对论两个物体的质量都将不断增加，增加的质量应该来源于引力场，如何用数学定量表达？是否辐射引力波？

在中子星上一个物体从高处开始下落，在地面上的观察者测量物体的速度（和光速可以比拟）不断增加，由狭义相对论可以得出其质量应该不断增加，进一步根据质能方程可以得出其能量不断增加，根据机械能守恒定律其能量保持不变。如何理解这个问题？

4.2一个物体与其激发的引力场的能量之和是否为0？关于这个问题，有人认为这个之和是可以为0，如有人认为宇宙创生于无。但也有人不认同。在引力规范理论中，如果将Lagrange关于度规g_{ab}作变分，得到的张量，认作为物质与引力场的“能量-动量张量之和”，那么这个和就是0（这就是变分原理得到的结果）。为何现代物理学计算的引力场能量与质能方程计算的物体的能量不是一个数量级？引力规范理论中，拉格朗日度规还没有分清量子引力张量效应，是分为韦尔张量效应和里奇张量效应的。

广义相对论中有质点在Schwarzschild度规中沿径向下落问题的标准解答，在强引力场中重新需要定义质点的能量，如何定义呢？“将Lagrange关于度规g_{ab}作变分得到的张量认作为物质与引力场的能量-动量张量之和”，理由是什么？^【23-25】

4.3广义相对论认为没有物质时空不存在，同时认为质量改变了时空结构，这两种表述之间的关系如何理解？笔者认为引力场是相对时空，物体的质量改变了附近的时空结构，一个物体不存在时，时空依然存在（笔者称为绝对时空），其它物体产生的引力场，只有所有物质不存在时，时空才不存在（这种情况不可能存在）。这种理解是否正确？

4.4万有引力属于量子引力韦尔张量效应，广义相对论是量子引力韦尔张量和里奇张量效应结合的。黑洞是根据万有引力定律或者说广义相对论得出的结论，没有考虑到电磁相互作用（例如分子之间的斥力）、强相互作用和弱相互作用等方面，如果考虑到这些因素，是否存在黑洞？物质在塌缩到黑洞的过程中，费米子是否仍然满足泡利不兼容原理？现代物理学研究黑洞向外辐射粒子，这是否与黑洞的定义矛盾？万有引力定律对于运动质量是否近似成立？广义相对论是经典（非量子的）理论，量子引力是否可以消除广义相对论的奇点，虽然目前还没有成熟的量子引力理论？弯曲空时中的量子场论是一个非常复杂的问题，我不认为现在有可靠的方法来研究奇点附近的强相互作用和电-弱相互作用，也无法预料这样的研究可能消除广义相对论的奇点。广义相对论中的黑洞理论无法讨论黑洞内部。我们的宇宙中存在黑洞，是客观存在的事实。黑洞并不等于奇点，Schwarzschild度规的视界面并不是本质的奇点。经典的黑洞确实是绝对黑的，但考虑到量子效应（比如势垒贯穿）它就可以向外发出辐射（比如Hawking辐射）。广义相对论在弱场、低速的条件下近似过渡到Newton引力理论。

4.5根据对Seeliger佯谬的讨论看到，如果宇宙学原理假设成立，宇宙中物质是均匀分布，则在宇宙中任意一个空间点都不应当存在引力场。我们还可以换个角度来讨论这个问题：如果宇宙中引力场不为0，则根据宇宙学原理，引力场至少应当是均匀的。因为引力场是一个矢量场，如果宇宙中存在有均匀的引力场，则宇宙就不可能是各向同性。因为引力场的矢量方向就是一个特殊的方向。因此如果宇宙学原理成立，宇宙中任意一个空间点都不应当存在有强度不为0的引力场。引力场不是矢量场而是二阶张量场，引“力”不是矢量而是带3个指标的联络。

4.6爱因斯坦在广义相对论中只研究了二体问题，即开普勒问题。在经典力学万有引力定律中三体问题无法求精确解，在广义相对论中是否也存在三体问题？

4.7根据爱因斯坦广义相对论，运动方程是测地线方程。可是当粒子沿着测地线运动时，粒子会发出引力波，因此应该有一个引力辐射反作用力粒子反应。然而爱因斯坦没有发现辐射反作用力的存在，如何理解这个问题？

4.8量子力学中的算符通常是不可对易的，而相对论中的时空度规是非正定的。量子力学的发展表明，算符的非对易性非但不是理论的缺陷，恰恰是其精华所在，而度规的非正定性是否会进一步揭示相对论的某种内在的物理本质呢？

4.9现代物理学认为狭义相对论钟慢效应是速度引起的，广义相对论钟慢效应是引力引起的，两种效应独立存在、互不影响，在广义相对论里统一处理，如何统一定量表达？

4.10现代宇宙学认为宇宙钟存在暗物质与暗能量，那么在太阳系中也应该存在暗物质与暗能量，因此推导行星的运行轨道也需要考虑这些因素，得出的轨道与经典力学计算出来的椭圆轨道应该有区别？从实验观察得到的结论与牛顿力学、广义相对论计算的偏差不大可以得到什么结论？