張祥前的統一場論(上)

2020-11-23 張祥前

目錄:

前言。

一,宇宙的構成和統一場論基本原理。

二,物質的定義

三,物理世界存在的虛假性

四,物理概念是怎麼產生的?

五,基本物理概念和導出物理概念。

六,物理概念的分類。

七,如何描述空間本身的運動?

八,宇宙中物體和空間為什麼要運動?

九,螺旋規律。

十,平行原理。

十一,幾何對稱性等價於物理守恆性。

十二,空間可以無限存儲信息。

十三,運動的描述不能夠脫離觀測者。

十四,空間為什麼是三維的?

十五,統一場論基本假設。

十六,時間的物理定義。

十七,三維圓柱狀螺旋時空與時空同一化方程。

十八,對光速的本質的認識。

十九,推導出光速和光源速度之間的函數關係。

二十,推導出相對論的時空間隔不變性

二十一,解釋相對論中的光速不變

二十二,對洛倫茨變換中光速不變的解釋。

二十三, 導出運動物體周圍的時空方程

二十四,解釋與光速相關的相對論效應。

二十五,場的定義。

二十六,場的三種形式。

二十七,質量、引力場的定義。

二十八,從統一場論的質量定義導出質速關係。

二十九,引力場與高斯定理。

三十,質量、引力場與螺旋運動空間之間的關係。

三十一,統一場論動量公式。

三十二,統一場論動力學方程。

三十三,場的三種定義形式

三十四,解釋牛頓力學三大定理。

三十五,證明慣性質量等價於引力質量。

三十六,解釋克卜勒定理。

三十七,解釋萬有引力的本質。

三十八,推導出萬有引力公式。

三十九,引力場與時空的波動方程。

四十,統一場論真空靜態引力場方程。

四十一,物體質量的疊加。

四十二,電荷和電場的定義。

四十三,電場的兩種形式。

四十四,解釋電荷的相對論不變性。

四十五,電荷、電場與高斯定理。

四十六,推導出庫倫定理。

四十七,從統一場論導出磁場是電場的相對論效應。

四十八,磁場的幾何形式方程。

四十九,磁單極子不存在。

五十,核力場和核力的定義方程。

五十一,統一場論能量的定義。

五十二,統一場論的能量方程。

五十三,統一能量方程和經典力學動能公式的關係。

五十四,統一場論中動量和動能之間的關係。

五十五,隨時間變化的引力場產生電場。

五十六,隨時間變化的電磁場產生引力場。

五十七,加速運動點電荷的變化電場產生引力場

五十八,加速運動點電荷的變化磁場產生引力場

五十九,導出畢奧---薩伐爾定理。

六十,解釋麥克斯韋方程中位移電流假設。

六十一,解釋法拉第電磁感應原理。

六十二,變化電磁場產生引力場

六十三,光子模型。

六十四,統一場論的主要應用。

前言:

統一場論最早是愛因斯坦提出的,他化了40多年時間,希望把電磁場和引力場統一起來,但沒有成功。

人類目前發現了自然界有弱力、電磁場力、萬有引力、核力4種不同形式的力,其中電場力和磁場力人類已經統一了,核力目前人類對此認識很不完善。弱力在主流科學家看來也被統一在電磁場力中。

本文認為弱力是電磁場力和核力的合力,不是基本力。

電磁場力和萬有引力、核力的統一,簡單的講,就是把電磁場力和萬有引力、核力寫在一個數學公式,以及用數學公式寫出電磁場和萬有引力場【簡稱引力場】、核力場之間的關係。

由於場涉及到了時間、空間、運動、力、場、光速、速度、質量、電荷、能量、動量-----這些物理學的本質問題,所以統一場論的完成對人類具有重大意義,但也具有極大的難度。

注意:

本文在沒特別註明的情況下,大寫字母為矢量。

本文只描述最簡單、最基本的質點在真空中運動情況,不描述形狀物體在介質中的運動情況。

文中出現的質點概念,是我們為了方便描述物體粒子的運動,不考慮物體粒子的形狀和線長度,把物體理想化,看成一個點。如果要討論質點的體積和幾何長度在本文中是沒有意義的,因為違反了我們的約定。

統一場論把質點的一切性質歸咎於質點在空間中的運動【或者質點周圍空間本身的運動】,討論質點內部情況是沒有意義的。

統一場論主要是描述物體【或者說質點】周圍空間本身的運動,因而統一場論也可以叫空間運動學。

統一場論的基本假設是物體周圍空間光速運動,然後以這個假設為基礎,展開了對牛頓力學、相對論、麥克斯韋方程的解釋、修改、擴展認識。

一,宇宙的構成和統一場論基本原理。

宇宙是由物體【或者叫質點】和它周圍空間構成的,不存在第三種與之並存的東西,一切物理現象都是我們對質點和質點周圍空間運動的一種描述。

以上統一場論基本原理告訴我們,空間和質點不能相互轉化。這個表明宇宙是二元的,不是一元的。

至於宇宙為什麼是由質點和空間構成,空間和質點是不是由更基本的東西構成,質點和空間為什麼不能夠相互轉化?這些問題統一場論無法回答,統一場論只是認定了這個事實,並且以這個事實為理論基礎,展開推理。

統一場論的主要任務是解釋時間、位移、質量、電荷、引力場、電磁場、核力場、能量、光速、速度、動量、力------這些基本物理概念的本質,以及它們之間的關係。

二, 物質的定義:

不依賴我們觀察者而客觀存在的東西就是物質。 由於宇宙中不依賴觀察者仍然存在的東西只有物體和空間,所以,物質由物體和空間組成。

宇宙中只有物體和空間不依賴觀察者而真實、獨立存在,其餘都是人的描述而已,脫離我們觀察者統統不存在。

像我們眼前的一棵樹、一條河是「物」,樹的生長、河水的流動是「事」。

宇宙中,質點和空間是「物」,其餘的像時間、位移、質量、電荷、場、能量、光速、速度、動量、力、溫度、聲音----都是「事」,是「物」相對於我們觀測者運動時,經我們人描述出的一種性質。

這個基本原理否定了場是一種特殊的物質,場要麼是物質粒子,要麼是空間。統一場論認定場的本質就是運動變化的空間。

從這個基本原理出發,還可以推斷暗物質、暗能量、上帝粒子、引力子、以太、弦論中的弦、膜----統統不存在,都是人們杜撰的。

宇宙大爆炸理論是錯誤的,宇宙空間是無限的,時間只是人對空間運動而產生的一種感覺,時間是觀察者描述出來的一個物理量。

只要有觀察者存在,空間存在,宇宙的時間就一直存在著,宇宙的時間沒有開始也沒有結束。

三,物理世界存在的虛假性。

幾何世界【由物體和空間構成】是客觀存在的,物理只是我們觀察者對幾何世界的描述。物理世界的存在是虛假的,脫離我們觀察者是不存在的。

四,物理概念是怎麼產生的?

除質點和空間外,其餘一切物理概念,像時間、場、質量、電荷、光速、力、動量、能量、-----都是質點在空間中運動【或者質點周圍空間本身的運動】相對於我們觀測者所表現出的一種性質。

都是質點在空間中運動(或者質點周圍空間本身的運動)形成的,因而與位移有關,可以認為時間、場、質量、電荷、光速、力、動量、能量------都是位移的函數,都可以用位移來表示。

在物理概念中,像聲音、顏色、力、溫度這些物理概念是質點在空間中運動觸及到我們觀測者,引起了我們觀察者的感覺,我們觀測者對這些感覺加以分析、概括而形成的。

但是,時間和場有點特殊,時間是我們觀測者自己的身體在空間中運動引起的,場是空間本身的運動形成的。

五,基本物理概念和導出物理概念。

物理概念中有的是基本的,有些物理概念是這些基本概念導出的。比如時間和位移是基本的,速度是由時間和位移所導出的。

還有比位移和時間更基本的物理概念,由於宇宙由物體粒子【也就是物質點】和空間組成,所以質點和空間是最基本的物理概念,是構成宇宙大廈的基本磚瓦,不能定義,而別的物理概念都可以用質點和空間來定義。

下面是表示這些物理概念從高級、基本的到低級的示意圖。

物質點、空間→時間、位移、場→速度、光速→質量、電荷→動量→力→能量、功→溫度、光、聲音、顏色等等。

六,物理概念的分類

物理量分兩大類,一類是標量,一類是矢量,其中標量就是可以用數字表示,而矢量可以用數字加方向表示。

標量可以分為正負標量和沒有正負之分的純粹正標量。

七,如何描述空間本身的運動?

統一場論認為空間本身時刻在運動著。那我們如何定性定量的描述空間本身的運動?

我們把空間分割成許多小塊,每一小塊稱之為空間幾何點,簡稱幾何點,或者叫空間點。幾何點運動所走過的路線叫幾何線。描述這些幾何點的運動,就可以描述出空間本身的運動。

流體力學和波動方程的數學方法同樣適用於描述空間本身的運動,實際上我們是把空間看成是類似流體的一種特殊介質,而統一場論也認定了空間是客觀存在的,空間的存在不依賴於我們人的感覺,如果沒有人,空間照樣存在,但是,沒有人的話,時間是不存在的。

八,宇宙中質點和空間為什麼要運動?

物理學是我們對幾何世界【由物體和空間構成】的描述,所以,任意一個物理現象,我們總可以找到相對應的一個幾何狀態。

在物理學中我們描述的運動狀態,和幾何中的垂直狀態是相對應的。

如果沒有我們人去描述,運動狀態其實就是幾何中的垂直狀態。

相對於我們觀察者,宇宙中任何一個物體,過周圍空間中任意一個幾何點,最多可以作三條相互垂直的直線,這個叫三維垂直狀態。處在這個狀態中的任意一個幾何點,相對於我們觀測者一定要運動,並且不斷變化的運動方向和走過的軌跡又可以重新構成一個垂直狀態。

以上可以叫垂直原理。

方向不斷變化的運動一定是曲線運動,圓周運動最多可以作兩條相互垂直的切線,而空間是三維的,其運動軌跡上任意一點一定可以作三條相互垂直的切線,所以運動一定會在圓周平面的垂直方向上延伸運動。

合理的看法是空間幾何點以圓柱狀螺旋式【就是旋轉運動和旋轉平面垂直方向直線運動的合成】在運動。

質點存在於空間中,質點所在的位置會因為空間本身運動的影響而運動。

我們認為物體受力運動只是一種很膚淺的認識,一切物體的運動背後原因,都是空間本身的運動造成的。

物體可以影響周圍的空間,進而影響空間中存在的物體,這樣物體就可以通過空間來相作用。

我們要認識到,物體周圍空間的運動,是物體引起的,物體存在與空間中,可以對周圍空間產生影響,這種影響的程度可以用周圍空間的運動程度來衡量。

物體存在與空間中,對周圍空間造成影響,令周圍空間產生運動,空間的運動勢必影響存在與空間中的物體的位置,令這個物體位置發生運動變化,或者具有運動變化的趨勢。

物體的一切相互作用,萬有引力、電磁場力、核力本質上都是通過空間本身運動來進行的,物體通過運動變化空間來相互傳遞作用力,空間不依賴我們觀察者而客觀存在的。

我們也可以把空間看成是一種特殊的介質。物體和空間是緊密的聯繫在一起。

我們要注意,空間的運動和我們描述普通物體的運動有相同的地方,也有不同的地方。

注意:

統一場論所描述的空間運動都是指質點周圍的空間,如果沒有物質點,單純的描述空間的運動是沒有意義的。

因為描述運動需要確定時間開始時刻和空間位置的初始狀態,單純的空間沒有時間開始時刻和空間位置的初始狀態。

確定時間開始時刻和空間位置的初始狀態需要依靠質點和我們觀察者共同來確定。

空間本身的運動起源於質點,結束於質點,沒有質點或者沒有觀察者,描述單純的空間的運動是沒有意義的.

九,螺旋規律。

宇宙中所有的自由存在於空間中的質點都以螺旋式在運動,包括空間本身也是以圓柱狀螺旋式在運動。宇宙中小到電子、光子、質子,大到地球、月球、太陽、銀河系----無一例外都是以螺旋式在運動。

十,平行原理。

物理學中描述的平行狀態對應數學中的正比性質。

兩個物理量,如果可以用線段來表示,相互平行的話,一定成正比關係。

十一,幾何對稱性等價於物理守恆性。

物理學中描述的守恆性等價於幾何中的對稱性。

一個守恆物理量,如果能夠用線段來表示,在幾何坐標上是線對稱的,如果可以用面積來表示,在幾何坐標上是平面對稱的,如果可以用體積來表示,在幾何坐標上是立體對稱的。

十二,空間可以無限存儲信息。

信息的定義:信息是物質【由物體和空間組成】的運動形式。

宇宙中任意一處空間可以儲存整個宇宙以前的、現在的、未來的所有信息。換句話,任意一塊空間可以無限存儲信息。

或者說:宇宙任意一處有限空間區域裡,都可以存儲無窮大的信息。

物體周圍空間以光速向四周發散運動,可以把這個物體的一切信息帶到周圍空間裡。由於光速運動的三維空間,沿運動方向的空間因為光速運動導致長度縮短為零,變成了二維空間。

所以物體的一切信息實際存儲在二維空間裡。由於二維空間和宇宙任意一處三維空間保持著零距離,所以,二維空間中存儲的信息,可以瀰漫在宇宙任意一處空間裡。

反過來,我們也可以說,宇宙任意一處空間隱含了整個宇宙所有的信息。

從另一個角度來說,空間可以無限連續。

在某些情況下,空間可以表現為不連續,物體以光速運動,所在的空間相對於某一個觀察者可以表現為不連續。這個與量子力學有關,但是,這是另外一個廣闊的研究領域,要人類許多年、許多人努力才可以搞清楚的,這裡不再詳細論述。

十三,運動的描述不能夠脫離觀測者。

相對論認為時間、位移、力、質量等很多物理概念是相對的,對於相對運動的不同觀測者來測量,可能有不同的數值。這「相對」兩個字延伸一下,就是相對於我們觀測者而言。

如果沒有觀測者,或者不指明那一個觀測者,時間、位移、速度、力、質量、能量-----許多物理概念失去了意義。

由於時間、位移、速度、力、質量、能量-----這些物理概念來自於質點【相對於我們觀測者】的運動或者周圍空間的運動,所以講,脫離觀測者(我們人)描述運動是沒有意義的。

咋一看,以上看法好像是一種唯心主義,不過,唯心主義認為一旦沒有觀測者,沒有人,一切都沒有了,這個也是不對的。

正確的看法應該是這樣的:

宇宙中所有的運動都是相對於我們人而言的,一旦沒有了人,宇宙給我們的景象就像照相機照相的一個定格鏡頭,而不是不存在。

物理學中的運動狀態從幾何的角度看就是垂直狀態,是同一個現象我們觀測者從不同的角度【就是從物理角度和從幾何角度】看出現不同的結果。

運動狀態就是我們人對物體在空間中的位置不斷肯定、否定、肯定、否定、肯定、否定-----的結果.

有人認為,在沒有人類之前的宇宙一切照樣在運動,所以運動的存在與人是沒有關係的。

其實「沒有人類之前」這句話是一個病句,沒有了人類,哪來的沒有人類之前。

「沒有人」就是把人排除了,你既然排除了人,就不能再用人來定義之前或者之後。之前或者之後都是依靠人來定義的,沒有我們人哪來的前後,上下左右,東西南北?

注意,物理學中描述的運動,空間、質點、觀測者三個東西一個都不能少,否則,運動就失去了意義。描述時間的變化有點特殊,觀測者和質點實際是一個東西。

人類對運動的認識有一個發展的過程,牛頓力學認為描述一個物體的運動,必須要找一個認為是靜止的參照性物體,作為參照物,運動的描述強調了在某一段時間裡物體在空間中走過的路程。

牛頓力學認為時間和空間長度的測量於觀測者的運動沒有關係。

相對論繼承了牛頓力學基本看法,但是相對論強調了不同的觀測者,測量的某些物理量的數值可能是不同的。

相對論認為時間和空間長度的測量於觀測者的運動速度有關係。低速時候,關係不明顯,接近光速時候,特別明顯。

統一場論認為描述運動必須要相對於一個確定的觀測者,沒有觀測者、或者不指明那一個觀測者,描述運動是沒有意義的。

物理上的運動狀態是我們人描述的,靜止狀態也是我們人描述的,如果沒有我們人,宇宙只是剩下了物體和空間,物體和空間是處於運動狀態,還是靜止狀態,是不能確定的。

沒有觀察者不存在運動狀態,也沒有靜止狀態,一個物體,在沒有觀察者的情況下,到底是靜止的,還是運動的,是不能確定的,沒有觀察者討論運動或者靜止是沒有意義的。

選擇一個參照物描述運動有時候是不可靠的。

統一場論認為時間是觀測者自己在空間中運動形成的,肯定與觀察者的運動相關,物體在空間中運動的位移與觀測者的觀測有關,不同的觀測者可能有不同的結果。

十四,空間為什麼是三維的?

我們知道,沿空間中任意一點最多可以作三條相互垂直的有向直線,稱為三維空間。為什麼恰巧是三條,不是二條,也不是四條?

一維空間決定了質點以直線運動,二維空間決定了質點以圓周或者曲線運動,三維空間決定了質點沿一個平面旋轉運動,並且又在旋轉平面垂直方向延伸運動【就是以圓柱狀螺旋式運動】。

或者說空間直線運動產生的是一維空間,空間曲線運動產生的是二維空間,空間圓柱狀螺旋式運動產生的是三維空間。這兩鍾看法是我們人對同一個現象從不同角度理解而出現的。

我們所生活的空間是右手螺旋空間,也就是右手大拇指指向空間的直線運動方向,右手四指頭環繞方向就是空間的環繞運動方向。

至於宇宙中有沒有左手螺旋空間,理論分析是沒有的,假設有左手螺旋空間,會受到普遍的右手螺旋式空間的排斥,億萬年後,會被排斥到宇宙無窮遠處,就是有,我們也是無法發現。

兩個右手螺旋式空間相互碰撞,旋轉相互接觸地方空間會減少,表現為相互吸引,而左手螺旋空間和右手螺旋空間相遇,會相互排斥【詳細的參閱以下的解釋萬有引力的本質】。

但是,這個問題仍然有待理論和實踐去探討。不排除人類未來可以人為的製造左手螺旋空間。

十五,統一場論基本假設:

宇宙中任何物體【包括我們觀察者的身體】相對於我們觀察者靜止時候,周圍空間都以物體為中心、以光速度C【統一場論認為光速可以為矢量,用大寫字母C(數量或模、或標量為c ,c不變)表示,矢量光速C方向可以變化】向四周發散式運動。

十六,時間的物理定義。

前面指出,一切物理概念都是質點在空間中相對於我們觀察者運動或者質點周圍空間本身的運動所形成的,很多物理概念首先來自於質點在空間中運動給我們人的一種感覺。

時間也可以認為某某東西在空間中運動給我們人的一種感覺,什麼東西在空間中運動給了我們時間的感覺?

我們把一個人用宇宙飛船送到幾百億億億光年遠的一個空間區域裡,把這個人丟下來後,飛船立即飛回來。

這個空間區域裡別的星球離得都非常非常的遙遠,可以設想,這個人仍然有時間的感覺?是什麼質點運動使這個人有了時間的感覺?這個情況下,僅有這個人的身體而已。

正確合理的看法是:

時間是我們觀測者對自己身體在空間中運動的一種感受。

根據以上的統一場論基本假設,我們可以給出時間的物理定義:

宇宙中任何物體【包括我們觀察者的身體】周圍空間都以光速度C向四周發散運動。空間這種運動給我們觀察者的感覺就是時間。

因而可以認為:

時間與觀測者周圍空間以光速移動的路程成正比。

藉助幾何點的概念,可以認為:

時間是我們觀測者周圍空間以觀察者為中心、以光速向四周發散運動給我們人的感覺,與我們觀察者周圍空間幾何點以光速走過的路程成正比。

也可以說:時間與我們觀察者周圍空間幾何點以光速運動的空間位移成正比

有人認為,在沒有人類之前的宇宙照樣有時間,所以時間是人的感覺的觀點是錯誤的。

其實「在沒有人類之前」這句話是一個病句,沒有了人,哪來的沒有人類之前?

這個邏輯錯誤在哪兒?你第一步「在沒有人」已經排除了人,第二步又用人來定義「之前」。

沒有我們人哪來的前後、先後、上下左右、東西南北?

「時間」恰恰是人對自己身體周圍空間的運動的描述而產生出來的一個物理概念。

十七,三維圓柱狀螺旋時空與時空同一化方程。

以上提到:宇宙中所有的質點包括空間本身都是以螺旋式在運動,螺旋運動規律是自然界最基本的規律之一。

統一場論認為空間本身也是以圓柱狀螺旋式在運動,下面我們來建立統一場論中的三維圓柱狀螺旋時空方程,來替代相對論中四維時空方程。

設想在某處空間區域裡存在著一個質點o點,相對於我們觀測者靜止,我們以o點為原點,建立一個三維笛卡爾直角坐標系x,y,z

o點周圍空間中任意一個幾何點p在時刻t'=0,從o點出發,經過一段時間t後,在t」時刻到達p點所在的位置x,y,z。

也就是p點在t」時刻的空間坐標為x,y,z是時間t的函數,隨時間t變化而變化,由o點指向p點的空間位移失徑為R 。

按照以上的垂直原理,R隨著空間位置x,y,z和時間t變化而變化,所以有:

R(t) =(x,y,z,t)

以上時間的物理定義認為時間t與幾何點p以光速度C運動走過的路程成正比,因此有下式:

R(t) = Ct = x i+ yj + z k

i,j,k分別是沿x軸、y軸、z軸的單位矢量。這個方程可以認為是時空同一化方程,對應與相對論時空相對性方程。

將上式兩邊平方,結果為:

r =ct= x+ y + z

r是矢量R的數量。以上方程在相對論中也出現過,相對論中被認為是四維時空距離,真實情況是時間的本質就是以光速運動的空間。

統一場論認為三維空間其中任意的一維,只要以光速相對於我們觀測者運動,我們就可以把這一維空間叫做時間,所以時空只是三維。

空間的存在是基本的,時間就是我們觀察者對光速運動空間進行,而描述產生出來的一個物理量。時間的量等價與光速運動的空間位移量。

相對論顯然沒有認識到這一點,相對論把時間看成另外一維,和三維空間並列為四維時空,沒有認識到空間是基本的,時間是人描述出來的,這個明顯是相對論的缺陷。

統一場論認為p點真實走過的軌跡是圓柱狀螺旋式。只是在o點相對於我們觀測者靜止情況下,周圍空間的運動是均勻的,許多類似p點的幾何點旋轉運動累加起來,由於相互抵消而為零。這個如同穩定磁場的散度為零,可以用場論高斯定理嚴格證明。

但是,如果我們只考慮一個單一幾何點p點的運動,其螺旋式應該在方程中體現出來,如果時間t是幾何點沿z軸運動產生的,也就是認為時間軸在z軸上,其數學表達式應該為【幾何點p在0時刻從o點出發的情況下】:

x = h cosωt

y = h sinωt

z = c t

以上的三維螺旋時空方程也可以用以下矢量方程表示,

R = h cosωt i+ hsinωt j +ct k

式中h是o點到p點的矢徑R在xoy平面上的投影長度,ω是p點繞o點沿xoy平面旋轉運動的角速度,c是常數光速。

由於o點相對於我們觀察者是靜止的,它周圍空間的運動應該是均勻的,而且沒有哪一個方向是特殊的,因而ω、h應該是常數。

如果認為時間軸在x軸上,R在zoy平面上的投影長度仍然是h,其數學表達式應該為:

x = c t

y = h sinωt

z = h cosωt

如果就是認為時間軸在y軸上,R在zox平面上的投影長度仍然是h,其數學表達式應該為:

y = c t

x = h sinωt

z = h cosωt

以上可以叫三維螺旋時空方程,統一場論認為,宇宙的一切奧妙都是以上方程決定的,大到銀河系、星球,小到電子、質子、中子的運動,以及物體為什麼有質量、為什麼有電荷,一直到人的思維等等······,都與這個方程有關。

三維螺旋時空方程中,旋轉運動和直線運動有什麼關係呢?

沿坐標x,y軸方向的空間旋轉位移矢量X, Y和沿坐標z軸方向的空間直線位移矢量Z應該滿足以下叉乘關係:

X×Y = Z

Y×X = - Z

上式X,Y是旋轉量,如果X×Y = Z表示右手螺旋關係,則Y×X = - Z則表示左手螺旋關係。

式X×Y = Z和Y×X= - Z很重要,反映了空間的旋轉運動和直線運動之間的聯繫。

這個兩個公式來源於前面的「平行原理」,「平行原理」指出,兩個物理量如果可以用線段表示的,相互平行的話,一定是正比關係。

在式X×Y = Z中,可以把X×Y看成一個矢量面積,面積的大小等於X×Y的數量,方向和X,Y相互垂直,和Z相平行,按照平行原理,矢量面積X×Y和Z成正比,當然,在某種情況下,也可以令比例常數為1,寫成X×Y = Z 。

對於以上的三維螺旋時空方程,我們需要注意以下幾點:

1, o點周圍有許多個幾何點,p點只是其中一個。

2,式R= h cosωti+ h sinωt j + ct k中,當h = 0時候,R = ct k

不表示o點周圍只有一條R = ct k這樣的矢量,而是有許多條類似這樣的矢量呈輻射式均勻的分布在o點周圍,坐標軸只是我們描述空間的一種數學工具,不會影響運動空間的分布。

3,空間的柱狀螺旋式運動是直線運動和旋轉運動兩種基本形式的疊加。也可以認為直線運動是以上提到的圓柱狀螺旋式運動中h = 0的一種特例。

我們還要意識到o點周圍有多少幾何點發散式的以光速離開o點運動,就有多少幾何點圍繞o點旋轉運動,正常情況下幾何點的運動應該是連續的,不會無緣無故的中斷。

在場論中,散度描述了空間的直線運動形式,旋度描述了空間的旋轉運動形式。

4,由於一個幾何點和另外一個幾何點絕對的沒有區別,許多幾何點沿一條直線相繼的旋轉運動,可以認為空間產生了波動形式,波動的速度就是光速,而且空間波動的傳播方向和旋轉平面相垂直,很顯然空間波動是橫波。

我們知道,柱狀螺旋式運動和波動(這裡指橫波)有很大的區別,但是,對於空間這種特殊的物質形式,兩種運動形式卻可以相互並存,因為兩個空間幾何點之間絕對的沒有區別。

5,將以上的式R = hcosωti + h sinωt j + ct k

對時間t求導,似乎出現了超光速,我們要明白,以上的質點o點相對於我們觀察者靜止的情況下,周圍空間幾何點的旋轉運動由於相互抵消而消失,所以,式中的

h cosωti+ hsinωt j 實際結果等於零,只有單獨考察一個幾何點運動情況下不為零,但這個不是真實的。這個情況如同穩定磁場的散度為零。

6,以上的「時間的本質和物理定義」中給時間下的物理定義是:時間只是我們人對自身在空間位置中變動的一種感受。結合以上的三維螺旋時空方程,可以認為時間是空間相對於我們觀察者以光速運動形成的。

藉助幾何點的概念,可以認為:時間是幾何點相對於觀察者以光速運動形成的,進一步推理有:

時間與觀察者周圍某一個幾何點以光速走過的路程成正比。

十八、對光速本質的認識。

物理學的深入發展,光速概念的重要性越來越受到人們的重視,光速與時間、空間、場、質量、電荷、動量、力、能量----這些基本物理概念變得同等重要。

人們一提到光速不由自主的就想到了發光,實際上光速比發光現象更能夠反映自然界的本質規律。

統一場論中,認定光速反映了時空同一性,即空間是基本的,空間的運動形成了時間,時間就是就是我們對空間以光速運動的描述。時間和空間是同一個本源,是光速把二者聯繫起來。

認定光速是一個常量,意味著空間延長、時間相應的延長,空間縮短時間相應縮短,這就是時空同一性。

以上的方程 R(t) = Ct = x i+ y j + zk 就是時空同一化方程,

原子中的電子生活在小空間範圍內,運動速度極快,運動周期極短。而太陽系內,行星在大範圍空間裡運動,速度小,周期長,這一切的背後都是時空同一性造成的。

統一場論的時空同一性和相對論的時空相對性表面上看是矛盾的,但本質是一致的,時空同一性方程是基本的,從時空同一性可以導出時空相對性方程,下一章我們將給出推導過程。

光速能不能看成矢量,相對論中沒有深入討論,按照相對論,光速與光源的運動速度無關,與觀測者的選擇無關,與時間無關,與空間位置無關,純粹一個常數。

所以,相對論傾向認為光速不能夠看成矢量,換句話,在相對論中討論光速的矢量性是沒有意義的。

統一場論提出了與之不同的觀點,認為光速在某些情況下可以表現為矢量,其方向和光源的運動速度有函數關係。

統一場論為了區分,把矢量光速叫光速度,用大寫C表示,C大小【也就是模】不變,但是方向可以變化。光速速率叫光速率,又叫標量光速,用小寫字母c表示,c不變。沿直角坐標x軸或者y軸或者z軸的光速度叫光速,屬於矢量光速,也可以變化。

十九,推導出矢量光速和光源速度的函數關係

光速作為矢量,其方向是可以變化的。變化的原因恰恰是因為標量光速的不變。

設想有兩個二維平面參照系xoy和x'o'y',原點分別是o和o', 在時刻為零的時候重合在一起。後x'o'y'系以速度V沿著x軸正方向勻速直線運動。

我們觀察者靜止在xoy系原點o上,而以上提到的質點o靜止在x'o'y'的原點o'上。

有兩個幾何點px和py在0時刻,從o點出發,分別沿x軸和y軸以光速c遠動。

這樣質點o沿x軸以速度V運動,按照相對論光速不變的看法,在我們觀察者看來,幾何點px仍然以光速c沿x軸運動,但是,幾何點py沿y軸的光速在我們看來發生變化,變成了√(c - v ),v是V的標量。

這樣幾何點py在我們看來,總的運動速度為:

√【{√(c - v )} +v 】 = c

可見幾何點py在質點o運動時候沿y軸光速度的變化是光速不變決定的。

對於光速,我們要區分幾何點相對於光源【或者質點】的速度和相對於我們觀察者的速度。這裡有3個速度,

1,質點o相對於我們觀察者的運動速度V。

2,在我們觀察者看來,幾何點相對於質點o的速度,沿y軸為√(c - v),沿x軸為c - v.

所以在我們觀察者看來,幾何點相對於質點o的速度,無論是沿x軸還是沿y軸都可以寫為矢量式C - V。

3,幾何點相對於我們觀察者的速度,沿y軸為√(c - v ),和速度V合成後,總的速度為√【{√(c - v )}+ v 】 = c

幾何點沿x軸為c – v +v = c,或者為:-c – v +v = - c

統一場論認為,光速度和光速率都遵守相對論的速度變換法則。統一場論對光速的看法,本質上不是和相對論相矛盾的,應該是相對論對光速的認識不夠全面。

統一場論認為,光速度作為矢量是可以變化的,光源的運動速度V可以引起V垂直方向的光速度的變化。光速度C在V上的投影如果等於v,可以確保V垂直方向光速為√(c - v ),這樣光速度C和和光源速度V以及它們之間的夾角a滿足以下函數關係:

cos a = v /c

由上式可以導出sin a = √(1-v / C ),這個實際上是相對論因子產生的原因。

總結統一場論對光速的看法,宇宙任何物體周圍空間都以光速度C輻射式的運動,光是靜止於空間中被空間這種運動帶著向外跑的。

一旦光源相對於我們觀測者以速度V運動時候,會引起與V垂直方向的光速度方向發生變化,光速度方向的變化不應局限於與V方向垂直的光線,與V夾角不為0、不為180°的光線,其速度方向均應改變。)

並且矢量 C - V和C、V滿足直角三角形的關係,光速度C是斜邊,V 和C- V 相互垂直。

二十,推導出相對論的時空間隔不變性。

現在設想有兩個觀察者分別在s系和s』系裡,s系相對於s』系以速度V沿著x軸正方向運動。

s系的時空坐標我們記為(x,y,z,t), s』系的時空坐標我們記為(x』, y』, z』, t』)。

設想在時刻t = t』= 0,s系和s』系的原點o點和o』點重合在一起。一個幾何點p在時刻0開始,從o點和o』點出發,經過一段時間到達p點現在所處的位置。

將式R(t) = Ct = x i+ y j + z k 對自身點乘,結果為:

r= ct = x+ y+ z

r是矢量R的數量。r反映了在s系裡,觀察者測量p點相對於原點的移動距離。以上方程在相對論中也出現過,相對論中被認為是四維時空距離。

同樣的道理,可以導出在s』系裡,觀察者測量p點相對於o』點的移動距離:

r』 = ct』= x』+ y』 + z』

由 r = ct= x+ y +z 可以導出:

ct- x+ y + z = 0

由r』 = ct』= x』+ y』 +z』可以導出:

ct』- x』+ y』 + z』 = 0

由以上方程可以得出時空間隔在相對勻速直線運動的兩個慣性系裡是不變的。

二十一,解釋相對論中的光速不變。

相對論以光速不變為基礎而建立起來的,但是,相對論沒有解釋光速為什麼不變。

相對論中光速不變是指:

光源靜止或者以速度v運動時候,光源發出的光的速度c相對於我們觀察者始終不變。

如果你知道時間的物理定義,你就立即知道了光速為什麼不變。

宇宙中任何物體【包括我們觀察者的身體】周圍空間以物體為中心點、以光速c向四周發散運動,而光是靜止於空間中被空間這種運動帶著向外跑的,空間這種運動給觀察者的感覺就是時間。

這樣說來,時間的量t與光速c運動空間的位移量r成正比,也就是:

r = ct

光速c = r/t是一個分式,從數學中我們知道,分式就是分子除以分母。

光速中的分子----空間位移r和光速中的分母-----時間t是一個東西,是我們人為的把一個東西叫成兩個名字。

比如,張飛,又名張翼德,雖然是兩個名字,但是,指的是同一個人。

所以,光速的分子------空間位移r如果有什麼變動,光速的分母------時間t一定會同步變化【因為r和t本來是同一個東西,是我們觀察者叫成了兩個名字】,這樣光速的數值c = r / t始終不變,這個就是光速不變的原因。

比如說,我們看到了張飛胖了,體重增加了5斤,我們馬上就可以斷定張翼德體重肯定的增加5斤,因為兩個名字指的是同一個人。

張飛和張翼德的體重在增加,但是,張飛的體重和張翼德的體重的比值始終不變。

當光源相對於我們以速度v運動的時候,引起了光速的分子----空間位移r的變化,一定會引起光速的分母------時間t同步變化。

因為光速的分子---空間位移r和光速的分母---時間t本質上是同一個東西,是我們人叫成兩個名字,如同我們把張飛又叫了另一個名字----張翼德。

當光源相對於我們以任意方式運動的時候,引起了光速的分子----空間位移r的變化,一定會引起光速的分母------時間t同步變化。

從以上可以推理出,光源相對於我們觀察者無論是勻速還是加速運動,光速始終不變。這個表明廣義相對論基本正確。

二十二、對洛倫茨變換中光速不變的解釋。

洛倫茨變換是狹義相對論的基礎,而洛倫茨變換中光速不變是主要依據,光速為什麼不變?相對論沒有深入解釋,而是把光速不變作為依據,展開對牛頓力學的修改。

我們這裡結合以上對光速的認識,用統一場論來給出解釋。

首先我們給出洛倫茨變換的推導過程。

設有兩個笛卡爾直角慣性坐標系s系和s'系,任意一事件在s系、s'系中的時空坐標分別為(x,y,z,t)、(x',y',z',t')。

在洛倫茨變換中y= y',z= z',為了簡單所見,我們現在只考慮x, t,和x', t'之間的變換。

在下圖中,x軸和x'相互重合。在t'= t=0時刻,o和o'點相互重合在一起, s'系的原點o'相對s系的原點o以速率v沿x軸正方向運動。

我們來求出由兩個坐標系測出的在某時刻發生在x軸上p點的一個事件(例如一次爆炸)的兩套坐標值之間的關係。

在s'系中測量,發生在p點的爆炸的空間、時間的坐標分別為x', t',也就是說爆炸發生在t'時刻,發生的地點是在x'軸上離原點o'距離為x'處。

在s系中測量,發生在p點的爆炸的空間、時間的坐標分別為x, t,也就是說爆炸發生在t時刻,發生的地點是在x軸上離原點o距離為x處。

在上圖中,可以直觀的看出

x'= x-vt (1)

x = x'+vt' (2)

按照伽利略相對性原理的思想,時間、空間長度的測量與觀測者的運動速度v沒有關係,上式可以成立。

但是,相對論認為時間、空間長度的測量與觀測者的相互運動速度v有關,所以(1)式和(2)式要分別乘上一個係數k和k'才能夠成立。

x'= k(x–vt) (3)

x = k'(x'+vt') (4)

由於s系相對於s'系是勻速直線運動,因而我們應該合理的認為x' 和(x–vt) ,x 和(x'+ vt')之間的關係應該是線性的,所以k和k'應該是常數。

相對論的相對性原理認為物理定律在所有的慣性參考系中都是相同的。也就是說,不同慣性系的物理方程形式是相同的。所以k和k'應該相等。

對於k的值,洛倫茨變換用的是光速不變求出的。

設想由原點o(o')在重合時刻發出一束沿x軸正方向的光,設該光束的波前坐標在s系中為(x,y,z,t),在s'系中為(x',y',z',t'),以波前這一事件作為考察對象。

由於光速c在s系和s'系是相同的,有

x =ct (5)

x'= ct' (6)

由(3),(4) ,(5) ,(6)式聯合可以求出洛倫茨變換:

x'= (x –vt) 1/√(1- v/c) (7)

x = (x'+ vt') 1/√(1- v/c) (8)

t'= (t–vx/c)1/√(1- v/c) (9)

t= (t'+ vx'/c)1/√(1- v/c) (10)

y'=y (11)

z = z' (12)

下面我們用統一場論對以上的光速不變x = ct, x'= ct'給出解釋。

在以上的s系和s'中,設想在t'= t= 0時刻,o 和o'點相重合時候,一個幾何點p以光速c從o 和o'出發,過一段時間到達p點。

對於幾何點從o點出發達到p點這件事情,s系中的觀測者認為,這個幾何點走了路程x,用了時間t,而在s'中的觀測者認為,這個幾何點走了路程x',用了時間t'。

由於時間與觀測周圍空間中幾何點以光速走過的距離成正比(見前面的「三維螺旋時空方程」),所以有以下關係成立:

x/ x' = t/t'

由上式可以推理出x/ t = x'/t'

由於x/ t和x'/t'都是位移比時間,並且是幾何點以光速c在運動,量綱是速率,所以

x/ t =x'/t' = 速率 = 光速c,

這個就證明了(5)式和(6)式中的光速c應該是相等的,這也說明了有一個與時間密切相關的速率c,在相互運動觀測者看來c的值是相等的。

我們還有一個問題:就一個參考系來講,為什麼光速也是常數?這一點可以這樣理解,時間完全的等價於觀測者周圍空間的運動,也就是

運動的空間 = 時間。

為了在物理上使「運動的空間 = 時間」成立時量綱不發生混亂,我們需要在時間前面乘上不隨時間、運動空間變化的一個常數---光速,

運動的空間 = 光速乘以時間

對於兩個相互運動的參考系來說,兩個相互運動的觀測者發現同一束光的光速是相同的(就是光速不隨觀察者、不隨光源的運動而變化),原因是空間以光速運動,光是靜止於空間中被空間這種運動帶著向外跑的。

兩個觀測者都發現產生時間的運動空間的位移(光速中的分子)變化了,而時間(光速中的分母)一定隨之同步變化【原因就是光速運動空間和時間是同一個東西

,是我們觀察者把光速運動空間叫了另外一個名字:時間】結果光速(數學上是一個方式,分子----幾何點的位移和分母----時間同步變化,這個分式的值不變)仍然不變。

可能有人認為光線可以向任意方向跑啊,那空間豈不是也向任意方向跑嗎?描述任何運動需有參照物,空間的運動是參照誰呢?

空間的運動是參照物體的,我們描述空間的運動都是指某個物體周圍空間是如何運動的。特殊情況下,沒有物體,我們描述空間的運動是相對我們人的身體。沒有任何物體的情況下,單純的描述空間的運動是沒有意義的。

下面我們再來考慮,一束沿x軸垂直方向運動的光的光速不變情況。

設想有一個物質點o處於某處空間區域裡,我們以 o點為原點作一個二維直角坐標系oxy ,觀測者甲相對於o點靜止,當然相對於直角坐標系oxy 也是靜止的。

而觀測者乙相對觀測者甲以速度為v沿x軸作勻速直線運動,如下圖所示:

設想在0時刻,觀察者甲、乙和o點相互重合在一起,此時甲乙兩個觀測者選擇這樣一個幾何點p來觀測,該幾何點在甲、乙、o點重合時刻【也就是零時刻】從o點出發,運動方向沿y軸,和x軸垂直。

甲、乙二人選擇一個沿x軸相垂直方向【也就是y軸】從o點出發的幾何點,所走過的路程將與甲、乙二人的運動無關,甲乙二人認為這個路程是相等的。這一切狹義相對論用火車鑽山洞的假想試驗給出了證明:

設想有一個山洞,外面停一輛火車,車廂高度與洞頂高度相等,現在使火車勻速的開進山洞,運動的火車的高度是否發生變化?假設火車的高度由於運動變小了,這樣,站在地面的觀測者認為火車由於運動,高度變小,山洞由於不運動,高度不變,火車肯定順利的開進山洞。

但是,在火車裡面的觀測者認為,火車是靜止的,因而火車高度不變,山洞是運動的,山洞的高度會降低,火車無法通過山洞,這就發生了矛盾。

但是,火車能否開進山洞是一個確定的物理事實,不應該與觀測者的選擇有關,唯一合理的觀點是:勻速直線運動不能夠改變運動垂直方向上的空間長度。

以上的幾何點過了一段時間後到達y軸上的p點。這樣觀測者甲認為在時間為t』內幾何點p走了op這麼遠的路程,而觀測者乙在時間為t內從 o點出發到達b點, 並且肯定認為該幾何點走了bp這麼遠的路程。

根據前面的時間的物理定義,觀測者所測得的時間與它周圍空間中某個幾何點所走過的路程成正比。

這樣說來,則下式成立:

bp/op= t/t』 (11)

將上式變形為:

bp/t=op/t』 (12)

這樣,觀測者甲認為自己周圍空間這個幾何點p在t』這段時間內以一個恆定的速率走了op這麼遠的路程, 而觀測者乙認為這個幾何點走了bp這麼遠的路程,

雖然比甲測得路程要長,但相應地所用時間也延長了-----因為觀測者測量的時間與他周圍空間中某一個幾何點走過的路程成正比,所以該幾何點的速率在甲乙二人看來是個不變的常數.

根據前面的觀點,o點相對於觀測者靜止的時候,o點和觀察者也可以看成是同一個點,o點周圍空間中幾何點會以光速c離開o點向外運動,而觀測者甲相對於o點靜止,這樣,可以認為

op/ t』 = c

以上的常數c就是光速,這就解釋了光速為什麼會相對於觀測者甲和乙數值不變。

以上所描述的同一事件(就是一個幾何點從o點出發到達p點這件事), 觀察者甲認為用了時間t』,而觀察者乙認為用了時間t, 由於t大於t』,這在形式上符合相對論中觀點:

運動的觀察者(相對於物質點o而言,如果沒有物質點,時間和運動的描述沒有意義)所測得的時間延長。但在數量上和相對論是否一致呢? 我們再來詳細的分析一下。

由於:bp/t = op/t』=c(常數光速)

(√ op +v t )/ t= c

op + v t = ct

op = ct(1-v/c)

(ct』) = ct(1-v/c)

t』 = t(1-v/c)

t』 = t √(1-v/c)

從以上分析來看,運動的觀測者的時間延長在數量上和相對論是一樣的。

可能人們還有一個疑問?觀測者周圍空間有許多幾何點,為什麼一個幾何點的運動就可以表示時間?

這個應該這樣理解,時間反映了空間運動的一種性質,我們觀測者通過描述空間中許多幾何點的其中一個,就可以把空間具有時間這種變化的性質給表現來,這個也表明了,時間不能夠脫離觀測者而獨立存在。

二十三,導出運動物體周圍時空方程。

我們第一步指出靜止物體周圍時空方程,然後求出相對於這個物體運動的另外一個觀察者,測量出這個物體周圍的時空方程。

設想一個物體o點,相對於慣性系s』靜止,s』相對於另一個慣性系s沿x軸正方向以速度V勻速直線運動。

我們設想s系和s』系在0時刻,原點o和o』點重合在一起,一個幾何點p從原點出發,經過一段時間後,到達p點現在所處的位置。

在s系裡,用方程

R(t) =Ct = x i+ y j + zk

可以描述p點的位移。

在s』系裡,用方程

R』(t』)= C’t』 = x 』I』+ y』 j』 +z 』k』

可以描述p點的位移。

注意,矢量光速C和C』是不一樣的。

利用以上《解釋洛倫茨變換中的光速不變》中的式

x'= (x–vt) 1/√(1- v/c),

以及(9)式y = y』、(10)式z = z』式, 可以導出:

x 』I』= (x i –vt)/√(1- v/c)

y 』j』= yj

z 』k』= zk

s系裡的時間t和s』系裡的時間t』滿足以下關係:

t=(t'+ vx'/c)/√(1- v/c)

由以上可以導出:靜止物體周圍空間運動速度和運動物體周圍空間運動速度的變換。

在靜系s』裡,將方程

R』(t』)= C’t』 = x 』I』+ y』 j』 +z 』k』

對時間t』求導數, 可以導出幾何點p點在s』系裡的運動速度C』為:

【1/dt』】R』(t』) =【1/dt』】 C’t』

=【1/dt』】[ x 』I』+ y』 j』 + z 』k』 ]

C』 =C』x 』+ C』y』 + C』z』

C』x 』, C』y』 , C』z』分別為矢量光速C』在s』系裡x』,y』,z』軸上的分量。

在動系s裡,將方程

R(t)=Ct = x I+ y j + z k

對時間t求導數, 可以導出幾何點p點在s系裡的運動速度C為:

【1/dt】R(t)=【1/dt】 Ct

=【1/dt】[ x I+ y j + z k]

C =Cx+ Cy+ Cz

Cx ,Cy, Cz分別為矢量光速C在s系裡x,y,z軸上的分量。

藉助於時間t和時間t』滿足的關係式

t=(t'+ vx'/c)/√(1- v/c),

可以導出C的三個分量和C』的三個分量滿足的關係為:

C』x 』= Cx – v/1- (Cx v/c)

C』y』 = Cy [√(1-v/c)]/ 1- (Cx v/c)

C』z』 = Cz [√(1-v/c)]/ 1- (Cx v/c)

上式中v是矢量速度V的標量形式。

由以上也可以導出光速和光源運動速度滿足的函數關係。

在相對論中,只有標量光速,標量光速是常數,不隨光源和觀察者的運動速度變化,所以,在相對論中沒有討論光源運動速度和光速之間的函數關係。

當我們把光速擴展到矢量時候,光源運動速度V可以引起V垂直方向的矢量光速C的變化。我們就可以求出光源運動速度V和矢量光速C之間滿足的一種函數關係。

在滿足標量光速不變的前提下,當光源以速度V沿著x軸正方向運動的時候,可以引起V垂直方向的矢量光速C方向發生偏轉,偏轉的角度θ和V[標量為v]、C[標量為c]滿足於以下三角函數關係:

sinθ = v/c

上式實際上就是相對論因子√(1-v/c)產生的原因。

二十四,解釋與光速相關的相對論效應。

1, 我們首先來談談光速為什麼是宇宙中最高速度的問題。

相對論中認為,光速是宇宙中最高的速度。相對論主要是根據數學公式做出的判斷,因為物體的運動速度如果超過光速,物理量將出現虛數而失去意義。其實從邏輯上推理光速是宇宙最高速度也是很簡單的。

設想,一架飛機從上海飛到北京,用了一個小時,如果速度提高,時間就不需要一個小時,如果飛機速度是無窮大,從上海飛到北京就不需要時間了。

一個物體相對於我們觀察者以光速運動,這個物體所在的空間沿運動方向上的空間長度變成了零。由時間 = 空間長度除以速度可知,空間長度是零,速度一定,運動的時間自然就不需要了,有沒有比不需要時間更快的運動?顯然沒有。

一個物體相對於我們觀察者以光速運動,這個物體所在的時間就凝固了,一切運動在我們看來就是靜止了,有沒有比靜止更慢的運動?顯然沒有。

2, 相對論認為,物體以光速運動,沿運動方向的空間長度為零,一個物體長度為零,體積也為零,體積為零,按理是不存在的,相對論這個結論讓很多人不能夠接受。統一場論對此有很好的解釋。統一場論認為,物理量是觀察者對物體描述出來,物體的體積變成了零,可能的原因是觀察者觀察的原因,這樣我們就好理解了。

3, 相對論認為, 一個物體以光速運動,物體上所發生的的一切過程時間都是無窮大,時間凝固了,無窮大的時間我們難以接受,統一場論認為時間是觀察者對自己在空間中運動形成的,時間只是人的感覺,這樣我們就容易理解了。

4, 相對論認為,物體以接近光速運動,質量變得無窮大了,無窮大的質量我們是難以接受的。統一場論認為,物體的質量反映出物體周圍一定體積內運動空間的運動量,當這個物體以接近光速運動時候

這個體積由於相對論性的空間收縮性,將變得接近為零,由於質量是我們觀察者觀察出的物理量,所以,物體的質量為無窮大我們就容易理解了。

二十五,場的定義。

在數學中場的定義為:

若空間中(或空間的某一部分),每一個點對應一個確定的量,則稱這樣的空間為場,當空間中每一點所對應的量為數量時,則該空間為數量場,當空間中每一個點所對應的量是一個矢量時,則稱這樣的空間為矢量場。

從數學中場的定義可知,場是用空間的點函數來表示的,反之,若給出空間中某一個點函數,就給出了一個場。

在前面我們做了大量的分析,把萬有引力場(簡稱引力場)、電磁場以及核力場與空間本身的運動聯繫了起來,認定物理上4大場【引力場、電場、磁場、核力場】的本質就是運動的空間。

由此,我們在這裡把物理4大場給出一個統一的定義,在下一節裡,再分別給出引力場、核力場和電場、磁場精確的定義。

物理4大場的統一定義為:

相對於我們觀察者,質點周圍空間中任意一個幾何點指向該質點的位移矢量,隨空間位置變化或者隨時間變化,這樣的空間稱為物理場,也可以叫物理力場。

簡單一句話,物理4大場本質就是運動變化的空間,這個也符合我們前面的統一場論基本原理-----一切物理現象都是質點在空間中(或者質點周圍空間本身)相對於我們觀察者運動造成的。

不同的場是觀察者以不同方式描述出的具有不同性質的運動空間。

從以上的定義可以知道,物理4大場都是矢量場,不同的場只是運動空間具有不同的性質。

注意,場是質點周圍空間相對於我們觀測者運動變化所表現出的一種性質,空間、質點、觀測者三個東西一個都不能少,否則,場就失去了意義。

二十六,場的三種形式。

由於場的實質是【相對於我們觀察者】空間本身運動的運動量關於空間位置或者時間的導數,我們可以說在某一個立體範圍內空間的運動量是多少,在某一個曲面上空間的運動量是多少,某一個曲線上空間運動的運動量是多少。這樣,相應的場有三種形式:

1,場在三維立體上的分布。

2,場在二維曲面上的分布。

3,場在一維曲線上的分布。

藉助場論高斯定理,我們可以用散度來描述場在立體上的分布和曲面上的分布之間的關係。

藉助場論的斯託克斯定理,可以用旋度描述場在曲面上的分布和場在曲線上的分布之間的關係。

藉助場論的梯度定理,可以描述出標量場中物理量在某一個曲線上的分布。

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    有沒有一種理論可以統一廣義相對論和量子力學?有沒有一種理論可以統一描述引力、電磁力、弱力、強力四種基本作用力?
  • 【科技日報】引力量子場論可統一廣義相對論與量子力學---中國科學院
    有沒有一種理論可以統一廣義相對論和量子力學?有沒有一種理論可以統一描述引力、電磁力、弱力、強力四種基本作用力?1月25日,中國科學院院士、中國科學院大學副校長吳嶽良在中科院理論物理所舉行的前沿科學論壇上,提出引力量子場論。該理論打破以彎曲時空幾何為基礎的廣義相對論的局限,將廣義相對論與量子力學統一起來。相關成果發表在近日出版的國際期刊《物理評論》上。
  • 愛因斯坦的一段話,令人回味無窮,關係到統一場論
    人所體驗的自己,他的思想和感情,是與其他部分分隔開的,這其實是意識造成的錯覺,這種錯覺是我們的牢獄,把我們限制在個人的欲望及身邊親近的幾個人的感情上。我們必須把我們從這個牢獄中解放出來,通過拓展我們慈愛的範圍,擁抱所有生命和整個自然界的美妙。沒有人可以完全達到這個境界,但為這個目標而努力本身就是解脫的一部分,也是內在安全感的基石。」
  • 傳播張祥前外星科技大V,也能夠獲利
    有讀者如果對這次採訪內容感興趣,可以首先進入B站,在搜索欄輸入:張祥前   就可以立即得到這些內容。  之所以這裡沒有給連結網址,是擔心微信公眾號不允許出現連結,可能會封殺了這篇文章。前幾天,我又看到了UP主「飄飄然油管論壇」【人稱飄哥】,發布在西瓜視頻上《中國的海奧華被發現了!帶回的黑科技術難倒愛因斯坦!外星遊記!》
  • 如果愛因斯坦沒有為統一場論浪費 30 年,21 世紀物理會成什麼樣
    而其耗盡半生精力研究的統一場論,也是以統一引力場和電磁場為目標,實現物理史的第二次大一統。場論的概念同樣是起源於麥克斯韋的電磁場理論,麥克斯韋電磁場理論的核心概念是「場」,在某種空間區域,其中具有一定性質的物體能對與之不相接觸的類似物體施加一種力,這就是「場」。那麼一個帶電物體對其他帶電物體施加一種力(吸引力或排斥力,取決於極性)。磁體周圍有磁場。
  • 愛因斯坦預言:這種物質的存在,或許是證明「統一場論」的關鍵
    愛因斯坦預言:這種物質的存在,或許是證明「統一場論」的關鍵根據M理論,我們的宇宙中最高存在11個維度,也就是10維的空間,加上一個無處不在的時間維,一共11維。而我們人類生活的空間,則是3維的空間。因為根據人類基礎物理學中的知識:自然界中存在4中相互作用力,除了引力之外的其他3種作用力,都能通過楊振寧教授和米爾斯提出的「楊-米爾斯理論」,來進行規範的統一(所以楊振寧教授在物理學界的地位確實是非常崇高的)。
  • 愛因斯坦統一場論"失落一頁"找到了,為什麼會引起全球震動?
    但是「統一」確實是理論物理的一個傳統。我們知道,物理學就是在一步步統一過程中。舉個例子,電磁學,本來電學和磁學是獨立的,通過法拉利和麥克斯韋的研究和實驗,就統一起來了,電磁現象同一個現象、不同的表現而已。接著到了20世紀60年代末,物理學家又把電磁學和弱相互作用統一起來,弱相互作用是一種亞原子的相互作用,原子核的。
  • 愛因斯坦臨終前,為何要銷毀統一場論手稿?他在隱瞞什麼?
    愛因斯坦是人類歷史上最偉大的科學家之一,也是被美國《時代周刊》評為「世紀偉人」的人,能與他媲美的只有伽利略、牛頓二人。在世人眼中,愛因斯坦的科學之路十分平坦,似乎沒遇到什麼挫折。但是,從他遺留的手稿和書信中卻可以看出,他臨終前仿佛經歷了什麼痛苦的事情,又或許在隱瞞什麼,否則他也不會銷毀統一場論手稿。
  • 量子超統一場論—揭秘愛因斯坦統一場論的不解之謎 | 本周物理學術講座
    報告人:吳嶽良 院士,中國科學院大學時間:4月4日(周三)18:30單位:中國科學院大學地點:雁棲湖校區教1-306 自1915年愛因斯坦創立廣義相對論後,他一直嘗試探尋統一場論,儘管未能取得成功,但關於統一場論的理念一直延續至今。統一場論成為一代又一代理論物理學家和數學家追求的夢想。
  • 統一場論:意識與物理的統一
    探尋意識與物質的關聯,實現科學的統一。信息與能量的統一人腦由兩部分組成:一部分是物質構造的物理腦(物質腦結構——能量);另一部分是意識感知現象(意識與思想——信息)。故而,人腦是實現信息與物質(能量)轉化的系統。
  • 匈牙利科學家發現「第五種自然力」,或可解決「統一場論」
    引力很好理解,牛頓的萬有引力是初中課本上的知識;電磁力也是很多人都懂的,日常生活中隨處可見;弱核力和強核力雖然普通人不太懂具體的細節,但核彈和核能也是大家所熟悉的,除了這四種力,「現在科學家們相信他們已經發現了第五種基本力——如果他們是對的,它將徹底改變我們對宇宙構成的整個認識。」
  • 最新「場論」,解釋引力起源
    在100GeV的能量下,電磁力和弱核力統一成為電弱力,這一點已經得到證明。在10^15GeV的能量下,強核力和電弱力統一成為電核力,也就是大統一理論模型。在10^19GeV的能量下,萬有引力和電核力統一,形成萬有理論。
  • 張祥前對光的雙縫幹涉實驗的解釋
    光的雙縫實驗就是在一塊隔板上開兩條縫,讓光從一側穿過,觀察另一側的光斑,你會發現光會像水波紋一樣形成一道斑馬線,這個原因是光從兩條縫穿過之後,像水波一樣互相干涉影響。這個實驗告訴我們,光具有波動性。在1961年,科學家進行了雙縫幹涉實驗,用一個光子發射裝置對準雙縫發射,假如光是由粒子組成,那當他通過雙縫後呈現在屏幕上時就一定會留下兩道槓。假如光是由波組成,那麼屏幕上就會留下如斑馬線一樣的多道條紋,根據波動理論,波與波之間因為相位相同會相互疊加幹涉,會形成斑馬線狀。