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对物理学一些基本疑难问题的感悟

已有 691 次阅读 2021-12-21 14:16 |个人分类:问题讨论|系统分类:科研笔记

       一、物理学基本疑难问题主要有:

       惯性起源、引力机制、时间之矢、空间本底构成、粒子波动性、宇宙膨胀及加速膨胀、星系旋转曲线疑难问题。

        与之相关的基本物理公式:

        1、牛顿第二定律:涉及到质量与时间和空间;其惯性起源至今不清;

       2、牛顿万有引力定律:仅牵涉到质量与空间,未能补上在时间过程方面的缺失,引力机制至今不清;

        3、爱因斯坦——德布罗意关系:牵涉到质量和能量以及频率(时间)与波长(空间),但其物质粒子波动性的物理机制至今仍不清楚;

        4、薛定谔方程:问题是从方程中看不到相互作用,没有波速和通用波动方程形式,也不显现因果性;至今未能找到符合哪种物理机制下的方程推导过程,以致量子力学各种诠释,百年来一直争论不休;量子力学实践应用者缺乏必要理论基础的支撑,而提出异议的一大批很较真的物理学家仍沿用几十年前的老眼光看待新兴的量子技术。

        5、爱因斯坦引力场方程:问题是引力场方程左边是时空几何形式,右边是物质形式(能量—动量张量),二者存在着差异;尤其是若没有物质时竟还有空间存在,且空间是平直的,这与爱因斯坦晚年总结一生时空探索认识到,时空不能脱离物质而存在,没有物质便没有空间相矛盾。爱因斯坦晚年最后虽然认识到了问题所在,这在他本人总结一生时空探索,明确提出时空新观念,以及最后一次接受史学家采访说的一番话,都有记载,可惜爱因斯坦那时已经没有时间以此来解决时间和空间问题了,广义相对论仍未能给出引力物理机制;由于爱因斯坦后半生耗尽心血致力于统一场论未能成功,人们连他晚年提出的时空探索新观念都几乎没引起重视。

        6、哈勃定律:解释中存在一些模糊问题,引起诸多难以回答的疑问。

       以上这些居于微观、宏观和宇观核心地位的基本物理公式,实际上都由实验观测和归纳总结及猜想提升而来,尚未切实由更基本理论推导出来,更无法系统地统一推导出来。使得由物理学几百年来的发展逐渐确立的宇宙和谐统一的信念,仍倍感困惑于此。

       

      二、引力机制不清引起的问题:

                  宙大爆炸、暴胀、暗能量、暗物质等问题;地球演化缺乏坚实的基础。

        狭义相对论问题:

        涉及应该如何正确理解原理理论和没有物质本原与物理机制而引起的一些疑虑。

      

       三、这些理论之间的不协调甚至矛盾的问题:

       1、存在着粒子性与波动性合二为一引起的似乎不可调和的矛盾;

       2、存在着粒子波动性和惯性认识上的相互矛盾;

       3、存在着时间反演不变性与宇宙膨胀演化及热力学现象不可逆性的矛盾;

       4、存在着量子力学与广义相对论时空观念不同难以融合的矛盾。使得世界上一些最聪明大脑,花费几十年时光想把量子力学与广义相对论统一起来,但至今未果,超弦/M理论、圈量子引力论等仍艰难探索,观其前景似乎仍很渺茫,量子引力遥遥无期,只有霍金提出的黑洞辐射把量子力学与广义相对论及热力学联系起来看来算是初步有了一点眉目,但仍存在着似乎难以克服的困难。

        以上这些基本疑难问题,需要从根子上系统理清头绪,否则所有讨论基本物理疑难问题,就如同在宇宙“一锅粥”里翻腾,显得非常混乱,模糊不清,甚至有人经一番努力过后,竟以难得糊涂自诩。而这个根子,现在看来就是物理学三个最基本概念——质量与时间和空间的物理关系问题。 

      

       探索质量与时间和空间的关系,需要深入领会牛顿、爱因斯坦和德布罗意的科学思想。罗意罗意提出物质粒子具有内在的周期性因素,物质的波粒二象性是物质世界最为核心的本质。牛顿曾猜想引力可能是物体质量中发射精气弥漫在空间而产生的,其强度与到物体质量中心的距离平方成反比。按广义相对论,时空作为引力场的结构性质而存在,物体处在某种加速状态时将以光速c向外辐射引力波形成时空涟漪。爱因斯坦晚年在总结时空探索时指出:“空间—时间未必能看作是可以脱离物质世界的真实客体而独立存在的东西。并不是物体存在于空间中,而是这些物体具有空间广延性。空间有无限多个,这些空间彼此作相对运动,这一观念在逻辑上的确是无可避免的,但是这种观念甚至在现代科学思想中也远未起过重要的作用。” 

        李政道教授指出:“目前在原来的物理学框架上,理论发展已经很困难。21世纪的物理学发展,更强调整体统一,微观的基本粒子和宏观的真空态需统一研究。” 瑞德尼克在《量子力学史话》一书中写到:“今天,决定微观世界统一体的最深刻本质的全部问题,就是物理学所面临的尚未征服的山峰中的最高峰:物质的两种基本形式——实物和场——之间的相互关系。Lee Smolin在《物理学的困惑》一书中坦言:“我们眼下的问题不可能通过那种实用主义的科学路线来解决。为了让科学不断进步,我们要再次面对空间、时间和量子理论的基本问题。” J.Wheeler认为“应该会有一个物理学的理论从方程中把时间和空间给推导出来。只有找到了时空概念更深刻的含义,各种相互作用才有被统一的希望。”Roger Penrose推断“所要寻求的量子引力必定是一个时间不对称的理论”。John D.Barrow设想“存在着某种更深刻的原理,它使宇宙必然(或者至少是以压倒优势的可能性)肇始于某种各向同性膨胀的状态之中,这一原理也许在较为局部的范围内还有着其它应用,据此便可以揭示其自身之存在”。武向平院士强调:“19世纪末出现在物理学上空的两朵乌云,催生了相对论和量子力学。如今暗物质和暗能量(现象)这两朵新的乌云,将带来一场新的物理学革命。今天我们脑海里一个固有的东西可能或者一定是错的,也许质量会变,也许引力常数会变,也许光速会超越。”


        在认识自然真理的道路上,充满着艰辛与坎坷。量子力学、相对论和宇宙膨胀学说无论怎样争论不已(其实,当初牛顿提出牛顿第二定律,尤其是提出万有引力定律,也长期遭受质疑),但它们毕竟让人们更加全面地认识物质世界,更加趋近于自然真理。随着所面临的这些基本疑难问题的突破性解决,现已提出物质粒子辐射空间本底量子新概念及质量时变关系,建立起质量与时间和空间密切相关的物理联系,系统地推导出爱因斯坦—德布罗意关系、薛定谔方程、牛顿第二定律、万有引力定律与哈勃定律,揭示了时间之矢的物质根基和空间本底的量子构成以及惯性起源与引力机制,自然地得到宇宙膨胀及加速膨胀模式和星系旋转曲线与哈勃宇宙质量公式、星系退移红移量随时间变化关系、星系自转周期和天体公转周期与自转周期随时间变化关系,进一步阐明了爱因斯坦质能关系、康普顿波长、普朗克长度、光速是粒子运动速度极限、引力质量即是惯性质量,赋于哈勃常数普遍意义,从而给出经典力学、量子力学、宇宙和地球膨胀学说以及狭义与广义相对论共同的物理基础,初步建立起一种动态具有演化特征的物质时空体系,其研究结果和一些推测得到了理论与许多实验观测的检验验证,意味着物理基本定律统一和物理学又一次更大综合的到来。



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