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一个物理教师提出的理论物理问题 

笔者是一位物理教师，在教学过程中发现了几个理论物理问题。37年来先后查阅了大量的书籍和文献，始终没有得到圆满的解答，已经请教了许多专家，都没有得到圆满答复，问题涉及理论物理学多个分支。爱因斯坦说：“提出问题比解决问题更重要”，意味着发现问题的能力比解决问题的能力更为关键。故笔者发表这些问题，是殷切地希望读者能解答其中的部分问题。

1.经典力学、热学、电磁学方面

1.1对于同一个物理过程，如果在一个参照系系机械能守恒，在其它参照系是否一定守恒？流体力学中伯努利方程是否具有伽利略变换的不变性？在经典力学中稳定场都是连续的，根据黎曼可积条件环路积分一定为0，那么稳定场是否一定是保守力场？保守力经过伽利略变换后是否仍然是保守力，如何证明？一句话，机械能守恒定律是否满足力学相对性原理？这个问题在中国力学教学界讨论60年至今没有定论，您如何看待这一问题？^【1-22】

1.2在牛顿力学中有内势能、外势能的概念，它们之间存在怎样的区别与联系？

1.3对于同一个物理过程，如果在一个参照系动量守恒，在其它参照系是否一定守恒，包括非惯性系？对于同一个物理过程，如果在一个参照系角动量守恒，在其它参照系是否一定守恒？一句话，动量守恒定律、角动量守恒定律是否满足力学相对性原理？^【17】

1.4惯性力是否都是保守力，如果存在非保守力的惯性力，不满足爱因斯坦广义相对性原理？例如一个物理过程，在一个惯性系能量守恒，在另一个非惯性系不守恒，显然不满足爱因斯坦广义相对性原理。

1.5由于质点受到万有引力而具有的势能叫引力势能，由于质点受到重力而具有的势能叫重力势能，而把弹性势能定义为由于弹性形变具有的势能是否具有不具有一致性？

1.6万有引力、重力、动能、动量、角动量、转动惯量、势能（重力势能、引力势能、弹性势能以及转动势能等）等都与引力质量有关的物理量都与质量成正比，静电力、电磁能等都与电量成正比，如何理解这些关系？

1.7根据质能方程，能量与质量成正比，动能和势能（重力势能、引力势能、弹性势能以及转动势能等——势能虽然不属于质点，但是势能和动能可以互相转化，动能与质量成正比，势能也必须与质量成正比）都与质量成正比，但是电势能与电量成正比，与质能方程存在着不协调性。 E_p =kx²不能体现能量与质量成正比，笔者认为不是弹性势能的一般公式，是否应该从教材中删除？^【4】

1.8声波运动方程是否具有伽利略变换的不变性？

1.9在经典热学中温度有两种定义方法：分子的平均动能的标志（）以及利用熵定义T=。现代物理学认为在没有实物粒子的真空也有温度的概念，而是通过光谱定义，频率与温度成反比。如果微观粒子不辐射电磁波，例如中微子根据现代物理学的观点是否存在温度的概念？

如果把温度用分子的平均动能定义，可以得出重力改变温度的现象，以至于近年来人们一直研究引力熵减现象，您如何看待引力熵减现象？分子的平均动能到底是相对于观察者的平均动能还是相对于质心的平均动能，根据柯尼希定理：质点系的总动能等于全部质量集中在质心时质心的动能，加上各质点相对于质心平动坐标系运动所具有的动能。如果把分子平均动能定义为相对于观察者的动能，运动系测量分子的平均动能动能一定大于静止系测量分子的平均动能，温度不是伽利略变换的不变量。笔者认为这里的平均动能应该是相对于质心的平均动能，这样满足温度是伽利略变换的不变量。笔者认为温度可以定义为分子相对于系统的质心的平均动能，是否可以？

如何把传统定义与现代物理学定义统一起来，即证明三种温度定义等价？

温差电效应、温度和电阻的关系说明温度和电磁场之间存在联系，用分子的平均动能定义温度具有一定的局限性，热传导本质上是否也是电磁场的传播？

1.10在理想气体方程中玻意耳定律和焦耳定律是否独立，如何证明？

1.11在经典力学中时间是可逆的，而热力学中时间是不可逆的，它们是否可以统一？太阳系模型没有历史性的思想，与生物进化论、热力学第二定律相矛盾（时间单向性），牛顿力学方程，时间是双向，无法解决宇宙演化问题。

1.12热力学第二定律的实质:自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。不可逆性的微观本质：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。在化学变化中在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向△H－T△S<0的方向进行，二者如何统一？薛定谔认为：生命之所以免于死亡，其主要原因就在于他能不断地获得负熵”。生命的本质是否就是能够不断负熵？人们发现无机界、无生命的世界总是从有序向无序变化，但生命现象却越来越有序，生物由低级向高级发展、进化。以致出现人类这样高度有序的生物。意大利科学家普里高津提出了耗散结构理论，解释了这个问题。现代物理学认为宇宙中存在熵增原理，这背后是否有更本质的内涵？根据对称性原理也应当存在熵减的现象，如何理解这些关系？

1.13广义相对论中时间是时刻存在的，广义相对论方程中没有时间方向，而热力学中时间存在着方向，如何理解这些关系呢？

1.14相对论力学已经十分完善，相比之下相对论热学的讨论仍然存在诸多争议。在狭义相对论框架下研究温度，现在学术界提出了运动系比静止系温度低、温度高、相等以及没有关系四种结果，100多年来一直争议不断，您如何看待这个问题？

热力学中功是否是伽利略变换的不变性？热力学第一定律和热力学第二定律是否具有伽利略变换的不变性或者洛伦兹变换的不变性，如何证明？

1.15  1902年2月在美国航线的波尔休和费拉德菲亚之间发现了不利于无线电波远距离传播的“白夜效应”，发现电磁波在夜间的传播范围是白天的两倍以上，背后的机制是什么？

1.16在经典力学中万有引力定律对于惯性参照系成立，满足伽利略变换，而库仑定律仅仅适用于静止参照系，不满足伽利略变换，背后是否有更本质的规律？恩格斯在《自然辩证法》415页中写道：“康德完成了物质的理论，因为他认为物质是斥力和引力的统一”。万有引力定律是否需要修正，增加斥力部分？

1.17运动电荷受到的洛伦兹力在低速状态下对于伽利略变换为何不协变？通电直流导线受到的安培力在低速状态下对于伽利略变换为何不协变？

1.18机械波在介质中传播时，质点之间的作用力是弹力，弹力类似于摩擦力本质上也是电磁力，因此在某种意义上可以认为机械波是电磁波在介质中传播的表现形式，这样就可以理解机械波与电磁波的共同点。电磁波既可以在真空中传播，也可以在介质中传播，因此真空中无需引入以太的概念，光在介质中传播也是电磁波在介质中传播，狭义相对论的基础就更加牢固了。这样理解可以吗？

1.19电子的所谓经典半径只是用来表达光子-电子散射截面的一个长度而已，电子的Schwarzschild半径目前没发现其用途。经典电动力学利用电磁自能计算电子的半径，能否利用引力自能计算电子的半径，假设引力自能等于mc²?

1.20经典电动力学认为加速运动的电荷能够辐射电磁波,而量子力学指出电子在同一能级内做加速运动不能辐射电磁波，如何把它们统一在一起？

1.21牛顿冷却定律如何从量子力学角度理解？您如何理解姆潘巴现象，与牛顿冷却定律是否矛盾？

致谢：这些问题是笔者三十多年思考的结果，思考过程中曾经受到了中国科学院理论物理研究所原所长、名誉所长、国家自然科学一等奖获得者、中国科学院资深院士彭桓武，中国科学院力学研究所研究员、国家自然科学一等奖获得者吴中祥研究员，中国科学院资深院士、美国杜邦公司特聘研究员、院士沈致远教授，中国科学院理论物理研究所原所长郝柏林院士，中国科学院理论物理研究所郭汉英研究员，复旦大学数学学院辜英求教授，北京大学物理学院曹昌祺教授、曾谨言教授，中国科学技术大学现代物理系沈惠川教授，南京理工大学肖传云教授，清华大学张礼教授、高炳坤教授、虞昊教授、徐湛教授、邝宇平院士、尚仁成主任等人指导，在此谨致谢忱！！