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具有内在逻辑系统化物理公式及其观测验证

已有 264 次阅读 2024-9-30 12:58 |个人分类:问题讨论|系统分类:观点评述

        一、质量与能量的关系
        对质量的认识,从表示物质多少的物质之量,到描述惯性大小的惯性质量和描述引力的引力质量,以及发现惯性质量与引力质量相等,现在认识到质量是物质能量的表现形式,是能量的量度,这种表现形式和量度通过质量与能量关系M=E/c2得到了精确的数学描述。
       质量与能量的关系是物理学中最深刻最重要的发现之一。通过质能关系,让人既理解了质量的更深层含义,又认识了能量的本质。在这个过程中,见证了物理学如何将物质与能量统一在一个更加宏大的物理图景中,展现出大自然的内在和谐与对称之美。

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       二、粒子波动性的物理机制
       1900年,普朗克为解决经典理论与黑体辐射实验不符的"紫外灾难"问题,提出了关于辐射能量分立的思想,给出普朗克能量子能量与振荡频率关系的数学公式Ep=hυ;1905年,爱因斯坦为解决光电效应理论问题,把普朗克能量子概念加以推广,提出光子概念,认识到光具有波粒二象性;1924年,德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子上,指出实物粒子也具有波粒二象性,解释了1913年玻尔创建氢原子理论中电子轨道量子化的问题,粒子具有波动性很快于1927年得到了实验证实。德布罗意明确指出,物质的波粒二象性是大自然最为核心的本质。1926年,薛定谔在德布罗意物质波的基础上,从数学方面,猜想到描述物质波的数学形式,提出了关于量子力学的基本方程——薛定谔方程。          

        在物理学中,粒子与波是完全不同的两个概念,其中有些特征是相互矛盾的。例如,粒子只向一个方向运动,而波却可以同时向四面八方运动;两个粒子不能同时占居同一空间,而各种波是可以叠加的同时占居同一空间。具有惯性的物质为何还具有波动性呢?德布罗意提出物质粒子具有内在的周期性因素是怎么形成的呢?这些疑难问题至今整整一百年还未能得到完全解决。

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       根据任何物理现象都不会凭空出现,其背后总会存在某种物理作用,可以分析导致物质粒子波动性的原因可能分别主要有以下两个方面:
       1)外在随机冲击作用
       类似布朗运动,粒子受到时空剧烈抖动的作用。这一设想最早于1966年由普林斯顿大学的Edward Nelson教授提出。他注意到薛定谔方程与渗透扩散方程形式非常接近,由此提出了经典质点在时空中沿随机路径扩散的设想,并基于纯经典假设推导出薛定谔方程。这一理论虽然存在难以处理量子自旋这样的天然劣势,但极易理解的图像使其在理论物理领域不仅留下一席之地,而且至今仍活跃发展。
        2)粒子内在的周期性因素与其空间本底量子辐射相生相伴(符合动量定理与动量守恒定律和功能原理以及总体能量守恒定律)
        为了给物质粒子波动性以自发的物理性解释,我们在分析各种实验和理论研究的基础上,提出物质粒子辐射空间本底量子新概念及质量时变关系dM=-HoMdt(依据现有物理理论与实验观测结果,通过多种推导方式均可得到),既解决了粒子波动性物理机制问题,同时也解决了时间和空间的形成过程以及引力机制与惯性起源、宇宙膨胀及加速膨胀和星系旋转曲线疑难等问题。
        研究表明,从质能关系到粒子波动性、时间之矢、空间本底、引力机制、惯性起源、宇宙膨胀及加速膨胀,以及解决星系旋转曲线疑难和由量子理论计算的广义相对论引入的宇宙学常数比实际观测值大120个数量级等问题,存在一种内在的逻辑,可以通过我们揭示的物质粒子波动性物理机制而物质化与系统化地联系和统一起来。由此系统地推导出主要由大量实验观测总结提升而来的居于微观、宏观和宇观核心地位的一些基本物理公式:质能关系、爱因斯坦——德布罗意关系、薛定谔方程、克莱因——戈登方程、牛顿第二定律、牛顿万有引力定律、哈勃定律,以及普朗克长度、空间及引力场速度为光速c、惯性质量即是引力质量、狭义与广义洛伦兹变换等。

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        三、具有内在逻辑系统化物理公式及其验证

        →1.粒子在自身内在的周期性振荡中因辐射空间本底量子而出现质量时变dM=-HoMdt(可类比引力波辐射、霍金辐射、带电粒子加速运动电磁波辐射、高于绝对零度或环境温度的物体热辐射、放射性物质自发衰变等);

        →2.质能关系E=Mc2

        →3.粒子振荡E=Mc2=hυ

        →4.推得形成康普顿波λc=h/Mc和德布罗意物质波λ=h/p=h/MV

        →5.可以通过经典力学自然推得薛定谔方程iћ∂ψ/∂t=—(ћ2/2M)▽2ψ+Uψ

        →6.形成时间之矢dt=-dM/HoM、t=(1/Ho)ln(r/ro),其数学形式与熵dS=dQ/T、S=klnΩ相仿;

        →7.形成空间本底,其量子能量ε=hHo 和质量μ=hHo/c2

        →8.当物质粒子受外力作用动量发生变化时,则伴随其物质波波动量变化出现波性力,使物体含有惯性特征dp/dt+(h/λ2)dλ/dt=0

        →9.物体间出现引力,引力场强度g=σJρ ,其中,Jρ=(Hoc/4π)M/r2为空间本底量子辐射能量密度,对应系数或转换系数σ恰为基本物理常数组合:σ=4πG/Hoc

        →10.因质量时变引力衰减,宇宙自然处于膨胀及加速膨胀状态,推得哈勃定律V=Hor、给出空间膨胀随时间变化的普遍关系式r=roeHot

        →11.同时解决了星系旋转曲线疑难问题。物质粒子空间本底量子辐射形成时间之矢和空间本底及引力场,空间本底量子辐射反作用于粒子自身使得粒子出现波动,反作用于实物自身或物质系统本身则形成附加引力场强度Hoc;但现在还在误以为这是存在大量"暗物质"所致,或如MOND理论依据观测结果通过假设试图修正引力公式。根据我们的研究,引力场强度实际由两种因素构成,其普遍性公式应为g=GM/r2+Hoc

        →12.解决了包括由量子理论计算的广义相对论引入的宇宙学常数比实际观测结果大120个数量级等一系列疑难问题;

         →13.提出的52项推测现已有一部分得到了观测证实。其中之⼀是我们于 1996年发表论⽂指出,宇宙不是之前一直认为的减速膨胀,⽽是处于加速膨胀中,并给出宇宙加速膨胀缘由和宇宙膨胀及加速膨胀与表观能量增量等物理公式,明确指出这种表观能量增量是宇宙学家们未曾考虑到的,也是大爆炸宇宙膨胀学说无法解释的。这种相当于斥力性的表观能量增量是质量时变引力衰减的自然结果,现在称之为假设存在大量的奇特"暗能量"所为。宇宙加速膨胀于 1998 年得到了观测上的证实,该观测结果先后获得邵逸夫天文学奖、宇宙学最高奖,并于2011年获得诺贝尔物理学奖;

        →14.还预测在最遥远的星空,不同于大爆炸宇宙学的结论,将观测到成熟的星系和超⼤质量⿊洞,为最近⻙伯太空望远镜观测发现所证实;

        →15.可尝试系统解决70个相关物理学疑难问题,系统推得82个物理公式,其中一些公式,例如月球远离和地球膨胀公式:r=roeHot 、天体公转周期和自转周期随时间变化关系:T=Toe2Hot,分别得到了观测上的高精度检验验证;

         →16.由此提出一种动态具有演化特征的物质时空体系,以期把以往数学描述的基本物理概念加以物质化和系统化,从而给出经典力学、量子力学、狭义与广义相对论和宇宙膨胀理论以共同的物理基础,把牛顿经典力学与现代物理学密切衔接起来,进而尝试建立一种全新的量子引力暨粒子波动演生时空物理学。

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