|
转贴 陈其良 汪斌的文章：《世界空间科学大会陈绍光十篇论文简介》 转贴 陈其良 汪斌的文章：《世界空间科学大会陈绍光十篇论文简介》 吴水清会长在博客上公布了陈其良 汪斌跟他的个人交流文章《世界空间科学大会陈绍光十篇论文简介》，现转贴： 世界空间科学大会陈绍光十篇论文简介 陈其良 汪斌 第36届（2006年7月中国 北京）、37届（2008年7月加拿大 蒙特利尔）、38届（2010年7月德国 不来梅）世界空间科学大会共接纳了陈绍光十篇论文，分别以口头讲演和/或海报形式发表。这十篇论文是在他的第一篇专箸《引力起源与引力红移——谁引爆了宇宙》出版之后新的研究进展，也是他第二篇专箸《引力作用的起源与没有假设的相对论和量子力学》（英文）的精华和集中展示的窗口。为了方便读者，特对这十篇英文论文加以点评，权当导读。这十篇论文是以他的新引力定律 f GR = f QFT = f δ(m v) f ≡ ———— = f P + f C δt δv m M r f P = m —— = − G ——— — δ t r 2 r δ m m M v f C = v —— = − G ——— — δt r 2 c 为中心，涉及到步步深入的三个层次的问题： （一） 引力问题终能严格求解，澄清了学术争论中的众多疑点和难点 牛顿定律只是广义相对论（GR）的近似表述，精密的引力问题需用GR求解。但由于爱因斯坦方程的非线性特性，使得GR对几乎所有存在引力相互作用的非孤立物理问题（如两体、多体问题）都没有严格解，不得不用弱场线性近似法、PPN参数化后牛顿近似法等来求解。现实中不存在孤立物体，因此，真实的引力问题从未有过真正的严格解。而且爱因斯坦方程组有十个未知数却只有六个独立方程(由于四个Bianchi恒等式)，导致广义相对论没有唯一解。由于没有统一的标准，在解引力问题时则是各人加上各自的附加条件（如谐和条件等），这种不确定性使得各学派（如爱因斯坦-英菲尔德学派、福克-周培源学派等）长期争论不休。经过近百年的磨合，主流的引力理论学界似乎取得了不少似是而非的共识：例如‘存在暗物质与暗能量’、‘存在无限大物质密度的奇性黑洞’、‘引力波是四极辐射’、‘路途中的引力场对电磁波的红移没有贡献’、‘存在己有理论无法解释的反常现象例如先峰号飞船的非模型反常加速度和日蚀时的引力反常等等’。 陈绍光既从量子场论（QFT）又从GR推导出了新引力定律f = f QFT= f GR。因此，新引力定律的解既是QFT的解又是GR的解。从新引力定律的公式容易看出：它不再存在不确定性，并且是较简单的线性方程，使得现在引力问题终于能严格求解了，而且对于确定问题所得到的解是唯一的。其重要的实际意义在于：许多现在的和历史上的引力疑难能得以澄清，而且这种澄清是由广义相对论和量子场论两大己有理论一致做出的，其所推论结果是双保險的确切结论。十篇论文中 1、2、3、4四篇，是新引力定律所澄清的众多引力疑难中的几个典型性的代表，分别关系到引力的非线性迭加（屏蔽）效应、引力作用下的能量不守恒（耗散）效应和路途中的引力红移效应。1. Black hole inside neutron stars caused by nonlinear effect of Einstein’s equation (E1.2/H0.2-2-0040-06; COSPAR 2006-A-00624) 见附文1 爱因斯坦方程非线性效应引起的中子星内部黑洞 本文根据H. Bondi 从GR导出的能量感应转移的质量变化，推导出等效于爱因斯坦方程的新引力定律。基于质量可变的新引力定律突出地显示出：遵从非线性爱因斯坦方程的引力不遵守力的线性迭加原理，並由此得出引力的非线性迭加（自屏蔽效应）公式。再由自屏蔽效应公式得出了中子星形成时不到1Km厚的中子星外壳能完全隔绝光子、中微子和虚中微子，中子星内部就自动变成了一个对外没有引力、没有信息交流的黑洞。星系中心的中子星形成时对外引力的突然减小，星系中心对边缘星体的引力约束以及星系间引力就大为减弱，这正好表现为观测到的‘暗物质 (星系转速-距离曲线反常) ’和‘暗能量(宇宙加速膨胀) ’现象。引力的自屏蔽效应使得中子星内部引力不可能超过中子气的简并压力，从而无限大密度、无限大引力的奇性黑洞不可能由中子星进一步塌缩形成。 2. Nonlinear superposition of strong gravitational field of compact stars (E15-0038-08) 见附文2 紧密星强引力场的非线性叠加 本文首先简述论文《真空极化影响引力吗?》(Chen Shao-Guang, Does vacuum polarization influence gravitation? Nuovo Cimento B 104, 611, 1989见附文11) 中的主要结论：引力起源于QFT真空极化压力並由此导出牛顿引力定律和引力屏蔽效应公式。再从Dirac真空中最低能态的虚中微子ν0压力得到：孤立质点周围的ν0为各向同性分布，ν0压力各方向彼此抵消，使质点受的净力为零。当质点B（质量M）接近质点 A (质量m)时，A与B的连线上（重迭立体角元中）ν0的数目将少于两者远离时的，从而破坏了先前孤立质点时的各向所受压力的平衡，A和B都受到指向对方的净力——相互吸引一样的弱作用类Casimir压力。电磁作用真空极化的Casimir压力是真空中两金属板之间的虚光子数密度少于别处的数密度而产生的向内的压力；弱作用的虚中微子遵从费米统计，泡利不相容原理要求真空中ν0数密度应处处相等，使得重迭立体角元 Ω 中实际的ν0数密度在重迭过程中减少了——相对于未重迭前各向同性的A和B ν0数密度在 Ω 中的代数和的减少，从而出现了破坏原先平衡的向内ν0流压力。QFT的重整化的物理质量包含有质点中的虚中微子ν0的质量（能量）。孤立质点无争夺者，吸收的ν0最多。两质点接近时彼此争夺真空中ν0，从而吸收的ν0比孤立存在时吸收的更少，质点的静质量就会减小。因此，除了ν0流碰撞数减少的动量变化之外，还存在因质点中ν0数目减少所致的静质量减小的动量变化。根据力的定义可得： f QFT≡ δ(m v)/ δt = m ( δv / δt ) + v (δm / δt) = K ( m M / r 2 ) ( (r/ r) +(v/ c) ) 其中 f P = m ( δv / δt )是三维动量变化引起的类-牛顿力, f C = v (δm / δt) 是质量(能量)变化引起的速度牵连力。最后，根据H. Bondi 由GR得到的两物体间因感应能量转移的物体的质量变化，由力的定义得到： f GR≡ δ(m v)/ δt = m ( δv / δt ) + v (δm / δt) = G ( m M / r 2 ) ((r/ r) +(v/ c) ) 类Casimir压力常数K用弱电统一理论计数的结果与实验结果的万有引力常数G有相同的大小数量级。牛顿力学和GR中的引力常数G没有理论值，只能取实验值。当类Casimir压力常数K也取实验值，则K = G，f QFT = f GR = f。新引力定律就分别从QFT和GR 推导出来了。当第三个质点C接近相互作用的A、B两质点时，A和B的质量又将变化，A和B之间的力就会由于C的接近而变化，使得引力的线性迭加原理不再成立。引力的不可线性迭加机制与引力的起源机制实际上是同一个机制。QFT质量重整化的质量可变和GR感应能量转移的质量可变共同得出的引力不遵从力的线性迭加原理和引力的非线性迭加（自屏蔽效应）公式为： f = – G (r ) m M r / r 3， G (r ) = G∞ (1 – q )， q = k M / r 2 = k D L S / r 2 . 由此公式计算得出结论 (用了核物理的电子中微子截面和Stacey等通过地球物理法探测第五种力时测得的虚中微子截面)：不到1Km厚的中子星外壳的屏蔽层的屏蔽系数 q =1，这意味着中子星外壳能完全隔绝中微子和虚中微子(当然更能隔绝光子)，中子星内部是一个对外没有信息交流也没有引力作用的黑洞。也就是说，中子星就如同一个乒乓球般的空壳，它可以快速旋转，它的质量与半径也不受限制。这个结论将影响到脉冲星、类星体以及冷的和/或快速转动的紧密星的表面产生X射线的机制。 3. High redshift in greatness scale caused by Interstellar and Intergalactic Media (E14-0032-08) 见附文3 星际的和星系际的介质引起的大尺度高红移 本文的前段与上文相同，首先简述论文《真空极化影响引力吗?》中的主要结论：引力起源于QFT真空极化压力並由此导出牛顿引力定律和引力屏蔽效应公式。再用力的定义从Dirac真空中最低能态的虚中微子ν0压力得到弱作用的类Casimir压力公式： f QFT≡ δ(m v)/ δt = m ( δv / δt ) + v (δm / δt) = K ( m M / r 2 ) ( (r/ r) +(v/ c) ) 最后根据H. Bondi 由GR推导出的两物体间感应能量转移的物体的质量变化，用力的定义得到： f GR≡ δ(m v)/ δt = m ( δv / δt ) + v (δm / δt) = G ( m M / r 2 ) ( (r/ r) +(v/ c) ) 类Casimir压力常数K用弱电统一理论计数结果与实验结果的万有引力常数G有相同的大小数量级。牛顿力学和GR中的引力常数G没有理论值，只能取实验值，当类Casimir压力常数K也取实验值，则K = G，f QFT = f GR = f。新引力定律就分别从QFT和GR 推导出来了。 A（m）绕B（M）运动一圈新引力定律的闭合迴路积分的能量损失率为： η =ΔE/ E = ∮f · d s / m c2 = ∮f P · d s / m c2 +∮f C · d s / m c2 = ∮f C · d s / m c2 = – 4π2 G M / c3T 这正是引力的偶极辐射公式，直接证实了国际引力与相对论天体物理学会主席 C.W.Will 的猜想：引力波是偶极辐射而非四极辐射。最后从新引力定律路径积分的能量变化，得到了路途中引力红移率的公式： η redshift = ΔE / Ei = (E– Ei )/ Ei = ∫ f · d s / Ei = – 4 G M / c2D E 是在有引力的坐标系中光子的实际能量，Ei 是在取消了引力的局部惯性系中光子的能量。根据上述路途中引力红移公式，用观测的宇宙光度质量密度计算出途中引力红移的哈勃常数，正好与观测到的哈勃常数的平均值相符。这个结果将影响到由红移测量值估计的天文距离以及许多天体物理学参数。 4. According to the strict solution of GR there is no the un-modeled anomalous acceleration of Pioneer (H05-0035-10) 见附文4 根据广义相对论的严格解不存在先峰号飞船的非模型反常加速度 本文首先根据力的定义和H. Bondi 从爱因斯坦方程导出两物体间动量-能量张量交換的质量变化，经过完整的步骤严格地推导出了上述新引力定律公式。又介绍了一个逐步替代解題法：先分别单独求解f P和f C ，再将得到质量变化逐一互相替代。例如先从f P的闭合迴路积分为等于零，得到f C的闭合迴路积分的能量变化是典型的偶极辐射。指出力的线性迭加是依靠不可变的质量来维持的，並从质量的变化导出了引力的非线性迭加（自屏蔽效应）公式用来解释了‘暗物质’、‘暗能量’和‘第五种力’现象。轰动一时的‘先峰号飞船的非模型反常加速度’是继‘暗物质’、‘暗能量’之后的又一个突破已有理论框架的‘新发现’，当用新引力定律重新计算后得出：Anderson等公布的反常加速度AP原来正是用f C算出的AGR。Anderson等人所用的飞船导航模型是基于GR的PPN近似（它不包含v/c修正项，只含有v2/c2修正项），天体和飞船的速度v约为10 Km/s，v/c约为3·10–5，v2/c2约为1·10–9，对Anderson等人1·10–8的测量精度而言，用GR的PPN更正与直接用牛顿定律几乎是一样的。因此，Anderson等人发现的‘先峰号飞船的非模型反常加速度’本质上是基于牛顿定律的结论，用严格的广义相对论导航（或事后重新处理飞船的多普勒数据）则不存在反常加速度，飞船的运动是完全符合广义相对论的预计。 （二） 解决引力作用的起源与本质问题，实现了强、弱、电磁与引力四种相互作用的统一 f GR的动量变化是由时空度规的几何形状决定的，完全按度规理论可以不用力这个概念，物体只是自动地沿着测地线运动而己。因为三维力在四维时空中不是坐标变换下的不变量或守恒量，使得三维力f GR的概念在四维时空中不是很清晰。f GR是用‘质量的可变’来替代‘第四维时间（能量）与三维空间（动量）之间的联系’，或者说，当时间与空间的不可分割的联系被割断后是用方程中质量这个参数的可变性来补偿的，並且把f C理解为第四维动量变化在三维空间中的投影。f P和f C看似是彼此独立的，但f P和f C 中的质量m M是两者共享的。由于共享同一个可变化质量，f P和f C又将四维时空中的空间分量与时间分量不可分割地再联系到一起了。f QFT的动量变化来自弱作用的类Casimir压力，具体说，f QFT是真空涨落虚中微子对客体两边的压力差——正方向运动与反方向运动的虚中微子抵消后剩下的净虚中微子流的压力。此净虚中微子流正是指向物体的引力场。f QFT中的f P直接是三维动量的变化率，而f C是在两物体有相对运动速度v时，由能量(或质量)的变化率而产生的。从广义相对论推导出的f GR与从量子场论推导出的f QFT形式完全相同，除了几个涉及引力的本质的问题之外，两者的预言也几乎是完全一样的。新引力定律f = f GR = f QFT成了连接宏观连续运动规律与微观量子运动规律的桥梁。在涉及引力的本质的问题时f GR与f QFT 推出的不同结论主要有： ① f GR无量子效应，f QFT有量子效应； ② f GR有Lense-Thirring 效应， f QFT没有Lense-Thirring 效应； ③ f GR不引起正负电荷分离，f QFT引起正负电荷分离； ④ f GR定义为只取决于质量从而被规定为无关于物质的成分，f QFT取决于构成质点的粒子对虚中微子的散射截面从而必须解释为何它与物质的成分无关。 除了这四条之外的其他预言f GR与f QFT完全相同，这四条不同就成了关键判据。也就是说，引力的本质究竟是时空的弯曲还是弱作用的类Casimir压力，就全由这四个判据来决定了。十篇论文中5、6、7三篇关系到判据中的②、③、④条，都是支持类Casimir压力f QFT的实验与观测结果，加上第①条判据引力的量子效应已于2002年被Nesvizhevsky等用超冷中子在地球引力场中下落的实验所证实，因此我们可以得出结论：引力的确就是弱作用的类Casimir压力。由于引力纳入到了弱作用力之内，成为微观弱相互作用力在宏观尺度上的统计平均结果，引力就不再是第一级的独立的相互作用力，而是一个类似于Casimir压力、范得瓦尔斯力等的第二级相互作用力——来源于虚中微子流的碰撞压力。所以，强、弱、电磁和引力四种相互作用就在现有的U(1)×SU(2)×SU(3)标准模型下自动地实现了统一。 5. According to QFT there is likely no Lense-Thirring effect (H05-0029-08) 见附文5 根据量子场论不存在Lense-Thirring 效应 本文首先从QFT推导出了弱作用的类Casimir压力公式和施瓦兹希尔德度规，並由弱电统一模型得出类Casimir压力常数与引力常数的大小数量级相同。当压力常数也取实验值（GR的引力常数没有理论值只能取实验值）则f QFT = f GR 。但f QFT 与 f GR的本质不同，f GR是质量引起时空弯曲所致，当质量转动则被质量弯曲的时空将被质量拖着运动而发生扭曲，从而会产生Lense-Thirring 效应。f QFT是真空中净虚中微子流的压力，质量只是被动地接收虚中微子的碰撞，质量转动並不能拖动真空虚中微子扭曲，因此我在2004年引力探测器B发射时预言GP-B探测不到Lense-Thirring 效应, 虽然GP-B也能探测到众多实验早己验证了的测地线（度规）效应，但对GP-B的主要任务——探测Lense-Thirring 效应而言是负结果。 6. Basal electric and magnetic fields of celestial bodies come from positive-negative charge separation caused by gravitation of quasi-Casimir pressure in weak interaction (D31-0054-10) 见附文6 天体的基本电场和基本磁场来自于弱作用类卡西米尔压力的引力作用的正负电荷分离 本文根据力的定义分别从QFT和GR推导出新引力定律，再由弱相互作用类卡西米尔压力f QFT的正负电荷分离，推论得出地电场和地磁场起源：高空电离层的电子被地球自身引力场和太阳引力场的净虚中微子流压力压向地球表面，从而产生平均120V/m向下的实测地电场（相当于地球表面荷电5000库仑）和此负电荷随地球自转而产生的地磁场。这是因为虚中微子对电子的散射截面远大于对正离子的，电子受的净虚中微子流压力就大于正离子受的，而且电离层中的电子是自由电子，电子被f QFT不断地压向地球表面，直至电子多受的虚中微子流压力与正、负电荷分离的反方向静电力达到平衡为止。由于天体都有大质量和强引力，靠引力聚集四周又都有大气层和电离层，使得引力致地磁场的起源机制普遍地适用于其他天体（例如行星、恒星、中子星等）。天体的质量愈大则引力愈强，引力愈强则被压向表面的负电荷愈多，天体的转速愈快则动量矩愈大，伴生的转动电荷磁矩也就愈大。从太阳系中十个天体的观测数据总结出的动量矩U伴生磁矩P的经验规律P = − G1/2 U cos θ/c (陈绍光, 空间非各向同性使自转物体产生磁性, 科学通报, 1980年, 第23期, 1067-1070页,见附文12)，现在从理论上得到了证实。式中负号表示电子的负电荷，Q= G1/2M是引力致正负电荷分离的电量（f = Q1 Q2 / r2 = GM1M2 / r2）, θ是天体的自转轴方向与净虚中微子流方向——太阳系整体运动方向（由微波背景辐射的测量得出为指向獅子座）之间的夾角，由地球自转轴的进动用cos θ可解释地磁场的反转约为每130万年一次。根据此动量矩U伴生磁矩P的经验公式，陈绍光1980年用当时的天文观测动量矩预言了天王星和海王星的磁矩，与旅行者1号飞船1986年和1989年分别抵达天王星和海王星时测得的磁矩相符。用旅行者1号飞船更准确测得的天王星和海王星的自转速度重新计算动量矩和伴生磁矩，则更为定量地符合于飞船在1986年和1989年的实测磁场。 7. Why the gravitation of quasi-Casimir pressure in weak interaction is independent of the composition of matter (H03-0044-10) 见附文7 为什么弱相互作用类卡西米尔压力的引力作用与物质的成份无关 本文根据力的定义分别从QFT和GR推导出新引力定律，並指出区分f QFT 与 f GR的实验判据。引力的量子效应、引力的Lense-Thirring效应等实验结果表明，f QFT是本质的，f GR只是f QFT的唯象的表示。牛顿力学和GR都是定义为引力正比于质量，从而不可能也不需要解释为何引力与物质的成分无关。QFT的引力f QFT是直接正比于构成质量的物质中的核子和电子对虚中微子的散射（碰撞）截面，由于电子的截面远大于核子的，f QFT应该与物质的成分有关。但为什么实验结果却是引力与物质的成分无关呢？这是因为任何实验都不能脱离环境（实验仪器、支架、实验场地和房屋等）来测量两个单独质点间的引力。由于电子的截面远大于核子的，电子比核子多受到的类Casimir压力致使原子的正、负电荷中心发生分离，直至电荷分离的静电力抵消电子多受的虚中微子压力达到平衡为止。引力导致的原子电极化通过接力传递使得引力场中的物体全都成为电偶极子。若只是两个物体，引力极化的电偶极子之间的相互作用力正是电子多受的虚中微子压力，它当然与物质的成分有关。但是除了两个被测物体之外，四周的实验支架、仪器、房屋也被引力极化成为电偶极子，这些电偶极子之间的接力传递使得整个实验室成为一个大的电偶极子，而实验室内部则是电中性的。因此，与成分有关的电子多受的虚中微子压力，最终被环境中的电偶极子的力抵消掉了。这种抵消是完全的，因为电磁力比弱作用力强三十多个数量级，实验周围环境轻微的地电极化的静电力就足从抵消电子多受的弱作用虚中微子流压力。使得测量结果表现为：电子並没有多受到虚中微子流的压力，就如同电子的散射截面等同于核子的。所以，对于类Casimir压力的引力作用而言，实验的结果也是与物质的成分无关，只取决于质量。 （三） 填平经典牛顿力学与现代的相对论和量子力学之间的鸿沟，实现宏观与微观、有型的实物与无形的场的运动规律的大统一 自1607年伽利略用掩灯法在两山头间首次测量双向光速，四百年来物理学界一直认为单向光速是不能直接测量的。其原因很简单：欲测量单向光速，必须先校准两地的钟。而校准两地的钟必需将钟的信息（如指针位置）从一个地方传递到另一地方。当传递钟的信息过程远快于待测的速度时（例如发令枪声、光或电的传递速度比人跑的速度快得多）校钟当然没问题。但是待测的是光速，就找不到比光跑得更快的传递钟的信息的工具了，对于测量单向光速而言这是一个解不开的循环死结。最终突破这个死结的不是物理学方法而是地球物理学方法：大家知道，汶川地震时北京的地震台立即测量出了初震时间（地震波传播时间）和震中至北京的距离（地震波传播距离），地震台并没有事先将时钟埋在该地震的震中处。也就是说，无需先校准两地的钟也能测量出单向地震波的传播速度（传播距离/传播时间）。其原理是地震发生时有纵波和横波同时传播出，纵波比横波的传播速度更快，地震台测出纵波与横波的到达时间之差就能算出地震的初震时间和震中距离。光波在一些晶体中传播时也有正常o光与非常e光，o光与e光的传播速度不同，仿照测地震波的方法，让光学各向异性晶体双速传输线（液晶或晶体光纤）的一端A同时发出o光与e光的脉冲，另一端B用一个钟测出o光与e光脉冲到达的时间差，再根据实际测量的该双速传输线o光与e光的折射率的比值，就可以算出A端o光与e光脉冲同时发出的时间以及从A到B传输o光与e光分别所用的时间。A和B两地的钟就校准了。由已校准的两地钟测量出光传播时间，再测出两地的距离，从A到B的单向光速就直接测量出来了。再从B点发光A点测量，可检验正向与反向的光速是否相等。陈绍光的地球物理专业出身的背景，助他突破了四百年来不能测单向光速的桎梏。 在单向光速可直测量的基础上，狹义相对论的光速不变原理这一假设就没有必要了，光速变与不变直接向实验结果求教即可。这使得狭义相对论免去了假设而建立在更坚实的实验结果之上了。另一方面也可以认为，可能狭义相对论不一定是必需的，用经典物理的实验可能取代它，成为经典物理中实验延伸的定律或理论延伸的定理，当然，这只是一个合理的猜想。当陈绍光在单向光速测量结果的基础上，再从经典物理的多普勒效应推导出了狭义相对论的罗仑兹变换公式，这一猜想就变成了现实。原来罗仑兹变换的尺缩和钟慢效应，正是长度和周期的多普勒效应在两个相反方向上的测量结果的均方根平均值。陈绍光又进一步得出，量子力学的测不准关系乃是长度与频率的多普勒效应在两个相反方向上的测量结果的平方差根之积。现代的相对论和量子力学成了经典物理的定理与实验定律。其重要意义在于：经典牛顿力学与现代的相对论和量子力学之间的鸿沟被填平，实现宏观与微观、有形的实物与无形的场的运动规律的大统一。由于牛顿三大定律和引力定律都己被包含在GR中，自然也被包含在从GR导出的新引力定律中。经典电动力学和电子论是被包含在量子电动力学中，QFT是从量子电动力学推广的普遍形式，从QFT推推导出来的新引力定律也就包含了电磁学理论，例如新引力定律中质点m为光子，也成功地得到了途中引力红移公式。 十篇论文中的⑧、⑨、⑩三篇正是关于单向光速的测量方法以及如何从经典物理的多普勒效应推导出狹义相对论的罗仑兹变换和量子力学的测不准关系。 8. Measurement of one-way velocity of light and light-year (H05-0020-08) 见附文8 单向光速和光年的测量法 本文提出了两种测量单向光速的有效方法。一种是距离/时间法，其关键是校准两地钟的方法——单钟-双速传输线法：是用单个钟在双速传输线的一端测量另一端同时发出两个不同速度的波的先后到达时间。由到达时间之差和己知的或现场测量的双速波参数的比值，即可计算出双速波从另一端同时发出的时间，传输线两端的钟就被校准到同步了。双速传输线可以是超声传输线，其纵波与横波的波速之比取决于杨式弹性模量与切变弹性模量之比，对于确定的超声传输线其弹性模量之比是已知的或可直接测量的。此法是单个地震台测出地震的初震时刻方法的应用。双速传输线也可以是各向异性固态或液态晶体传输线（如光子晶体光纤或液晶传输线），晶体传输线中同时传播着正常的o光与非常的e光，两者的速度之比值反比于o光与e光的折射率之比值，通过直接测量o光与e光的偏转角度的比值即可得到。另一种测单向光速方法是频率•单向波长法，其关键是测量单向波长的双计数器连同计算机实时运算法：让频率稳定为 f 的电磁波通过真空中相距 L 的两个计数器，两计数器的实时计数结果通过导线输入到执行减法运算的计算机的两输入端。计算机实时输出並显示两计数器读数之差，此读数之差是由两计数器启动时刻之差以及两导线传输延迟时间之差引起的，是一个稳定的值ΔN1。再交换两导线又得到稳定值ΔN2，实验表明导线的传输延迟时间不会随其空间位置的改变而变化，将 ΔN1 和 ΔN2 相加就能消除导线的传输延迟的影响，得到的结果只取决于两计数器启动时间之差。最后在电磁波上调制一个触发计数器停止计数的脉冲，脉冲先后使两计数器停止计数后计数器输出值将保持不变，计数值不变后就与传输导线的延时不再有关，最后计算机输出稳定值ΔN3。ΔN3 只取决于两计数器启动时间之差和两计数器停止计数时间之差，后者正是两计数器之间距离 L 中排列的电磁波的波长数目N。且有： N = ΔN3 − (1/2)(ΔN1+ΔN2)。从第一个计数器到第二个计数器的单向波长 L/N 就测量出来的。在测单向波长 λ 的同时用电磁波分束器测量出频率 f ，光电磁波速度 λ f 就测量出来了。上述测量出单向光速的方法是在伽利略坐标系统内用1889年国际定义的长度单位（各向同性的米）进行的，所依据的理论是经典牛顿力学和以太波动光学。两相反方向光速的测量结果相同（c + = c − =c）至少对氪86原子的辐射光波来说是被验证了。狹义相对论能完全建立在测量结果的基础之上。 9. Direct measurement of Lorentz transformation with Doppler effects (H01-0006-08) 见附文9 用多普勒效应直接测量罗仑兹变换 本文以单向光速的直接测量结果c + = c − =c为前提。当某确定的光波波长定义为长度单位，则单向波长λ的测量就转换成为杆的长度L的测量。由1849年之前确立的声学和波动光学的多普勒效应，长度的测量结果为： L (0) L (π) = L0 (1 + β) L0 (1− β) = L02 (1− β2) = L02 γ2 = L2，或 L ≡ (L (0) L (π))1/2 = L0 γ 这正是罗仑兹变换的尺缩效应公式，γ = (1 − β2) 1/2为罗仑兹因子。频率或周期的多普勒效应的测量结果为： f (θ) = f0 (1− (v cos θ /c))，T (θ) = T0 / (1+β cos θ)。 多普勒效应在两相反方向测量结果的乘积为： T (0) T (π) = (T0 /(1+β)) (T0 / (1−β)) =T02 / (1− β2)= T02 / γ2 = (T0 / γ) 2 = T 2 或 T ≡ (T (0) T (π))1/2 = T 0 / γ 这正是罗仑兹变换的钟慢效应公式。 至此，相对论的罗仑兹变换就从经典力学和经典波动光学的多普勒效应的测量结果中推导出来了。狹义相对论就成了经典物理学推导出的定理或牛顿力学体系中的实验定律。狹义相对论的本质是多普勒效应在两相反方向测量值的均方根数学处理结果。由于单个客体（例如飞船）不可能在同一时刻向两个相反的方向运动，也就不可能同时有两个相反方向的测量值。因此，狹义相对论不适用于描述单个客体的运动，不能用它推论出双生子佯僇。对多粒子系统，总是可以配对出近似地沿相反方向运动的粒子偶，狹义相对论正好可以描述这些近似粒子偶的运动特性—— 一级多普勒效应几乎相抵消只剩下二级多普勒效应的罗仑兹因子。所以，狹义相对论本质上具有统计特性，它只适合于描述具有统计特性的多粒子运动，例如μ介子的寿命等。 1892年罗仑兹为了说明迈克孙-莫雷实验的结果，提出的长度收缩的假说，认为相对以太运动的物体，其运动方向上的长度缩短了。1895年，他发表了运动方向上长度收缩因子的准确公式γ = (1 − β2) 1/2。1904年，他发表了著名的变换公式（J．H．庞加莱首先称之为罗伦兹变换）和质量与速度的关系式，并指出光速是物体相对于以太运动速度的极限。客观上促成了1905年爱因斯坦狹义相对论的诞生。1996年陈绍光和刘宝诚在北大学报发表论文指出：迈克孙-莫雷实验由光速各向异性从光程差推导出待测相位差时，又用了光波长和光频率的各向同性为前提。实验原理的自相矛盾使得其实验结果是无效的。（陈绍光、刘宝诚，检验空间各向同性的新方法，北京大学学报（自然科学版）32（1996）612-620见附文13；陈绍光等，双向平均光速各向同性的实验检验，北京大学学报（自然科学版）33（1997）595-599见附文14）。罗仑兹变换和狭义相对论从无效的迈克孙-莫雷实验结果中产生出来本是一场误会，现在误会消除了可还其本来面目。 10. Planck Constant Deduced from Metrical Results of Doppler Effect of Moving Particle— Uncertainty Principle Caused by Collision of a Particle with CMB Photons and Virtual Photons (H05-0036-10) 见附文10 从运动粒子的多普勒效应推导出普郎克常数——测不准关系由粒子与微波背景辐射光子和虚光子的碰撞引起 本文以单向光速的直接测量结果c + = c − =c为前提。从己知的多普勒效应的测量结果： x (θ)= x0 (1+ (v cos θ /c)) = x0 (1+ β cos θ)，f (θ) = f 0 (1– β cos θ) x 2 (θ) = x 02 (1 + β cos θ) 2 = x 02 (1+2 β cos θ + β2 cos2 θ) 当 θ = 0: x 2 (0) = x 02 (1 + 2β + β2)， 当 θ = π: x 2 (π) = x 02 (1 – 2β + β2) 定义相反方向两次长度测量结果的方差根Δ x为： Δ x ≡ (x 2 (0) – x 2 (π)) 1/2 = (x 02 4 β )1/2 = 2 x 0 β1/2 同样， f 2(θ) = f 02 (1– β cos θ)2 = f 02 (1 – 2βcosθ + β2 cos2 θ) 当θ = 0: f 2 (0) = f 02 (1 – 2β + β2)， 当 θ = π: f 2 (π) = f 02 (1 + 2β + β2) 定义相反方向两次频率测量结果的方差根Δ f为： Δ f ≡ (f 2 (0) – f 2 (π))1/2 = (–f 02 4 β) 1/2 = i 2 f 0 β1/2 Δ x和Δ f之积为： Δ x · Δ f = i 4 x0 f 0 β 由 f (θ) = f 0 (1– β cos θ) 和 ∫0π cos θ dθ / π = 2/π, 可得频率变化的绝对值与速度变化的绝对值的关系：Δ│f│= 2 f0 Δ│v│ / π c。由此可得：Δ│x│·Δ│v│ = 2 π x0 β c = 2 π x0 v，由p = m v有： Δ│x│·Δ│p│= 2 π x 0 p 一旦粒子与具有动量p 0的微波背景辐射（CMB）光子发生碰撞，粒子的速度就会变化（处于类布朗运动状态）。v为粒子运动速度，每次碰撞粒子速度的变化为Δ v ，S为CMB光子间的平均空间间距，两次碰撞的平均时间间隔为Δ t = S/ v，每次碰撞引起的粒子的位移Δ t Δ v正是x 0。因为x 0定义为静止杆的长度，代表着想象的静止粒子到坐标原点的距离，每次碰撞后为了维持静止杆的长度不变，必须重置坐标原点。坐标原点位置的每次改变正是每次碰撞引起的粒子的位移。每次碰撞引起的粒子的动量变化Δ p正是一个CMB光子以平均动量p 0， x 0 =Δ t Δ v =Δ v（S/ v）= S Δ p / p = S p 0 / p，从而： Δ│x│·Δ│p│= 2 π x 0 p = 2 π p 0 S 平均温度2.7K的CMB光子的平均能量ε0 = k T = 3.72×10–16erg，平均动量p0 = ε0 c –1 = 1.24×10 –26 g cm s –1。CMB光子的平均数密度在U2飞机上测得为200个/ cm 3（线密度为5.9个/ cm）。线密度的倒数0.17 cm正是粒子与CMB光子碰撞的平均自由程S。真空中虚光子与CMB光子长期共处通过相互交换动量、能量也具有p0和ε0。卡西米尔压力的巨大的实际测量值表明，真空中虚光子的数密度远大于CMB光子的数密度。同时与粒子相碰撞的虚光子的数目非常之多，其中绝大多数的碰撞是动量彼此抵消的平衡碰撞而对粒子没有实际影响，成为不起作用的无效虚中微子（不使粒子产生类布朗运动）。剩下极少数虚光子对粒子的碰撞是动量未被抵消的，成为不平衡碰撞的起产生类布朗运动作用的有效虚光子。真空中CMB光子的数量少，不可能两个CMB光子正好沿相反方向同一时刻碰撞到该粒子而动量抵消，因此每次CMB光子与粒子的碰撞都是有效产生类布朗运动不平衡碰撞。产生类布朗运动有效虚光子与CMB光子又达到统计的宏观平衡，以保证粒子没有整体的宏观位移。因此，有效虚光子对粒子贡献平均自由程与CMB光子贡献的相同，粒子在真空中的平均自由程将减半为S = 0.885 cm。我们得到：p0 S =1.24×10–26 g cm s–1·0.085 cm =1.054×10–27 erg · s。普朗克常数的测量值为h/ 2 π = 1.0546×10–27 erg · s。当我们认为p0 S与h/ 2 π在量纲和数值上的相符不是巧合，而有值得深思的内在原因，並猜想量子效应可能起源于粒子与真空中虚光子和CMB光子的碰撞作用，则普朗克常数h正是不确定的计量误差的作用量Δ│x│·Δ│p│—— 位置和动量的多普勒效应在两相反方向测量结果的平方差根的测量误差Δ│x│和Δ│p│之积： Δ│x│·Δ│p│= 2 π p 0 S = h。这正是测不准关系。现在它的意义不再是突破牛顿力学体系的革命性的假定，而是牛顿力学框架内的计量学的测量误差定律，是由多普勒效应推导出的测量误差定理或多次计量结果的定律。波粒二相性的本质是真空中虚光子和CMB光子的碰撞作用使粒子处于类布朗运动状态。上述推导中没有考虑真空中微子的贡献，是因为粒子对真空中虚中微子和宇宙背景辐射中微子的碰撞（散射）截面远小于对虚光子和CMB光子的碰撞截面，从而可以忽略不计。再追问为何广义化牛顿力学（放棄伽利略变换——信息传递速度不再设为无限大而是取实测光速值）中也有原则上的测量不准，这是因为测量有一个信息传递过程，从上述推导就可以看出测量一个宏观质点（或微观粒子）的位置时至少要经历信号从质点位置传递到坐标原点上测量仪器这一段时间，在此信号传递时间中真空中质点的位置移动了，再次测量就无法重复上次测量结果而产生测量误差。任何质点不能脱离真空存在，使得上述推论的测不准关系也适合于宏观质点，只是对宏观质点而言普朗克常数h小到可忽略不计，就直接取值h = 0而己。 |
|
匀速过程，质量怎么可能随着时间变化呢? 变速过程，质量随时间的变化量才不为0. 既然陈老师推导Geodetic进动不是根据时空弯曲而是“f^P与f^C合力所致的进动” 这种进动类似于地面陀螺由重力矩引起的进动。f^P是牛顿理论的引力，由于陀螺是完美的圆球，f^P不可能产生力矩。 那么肯定是f^C引起的力矩，我不清楚这种由内能变化产生的f^C的方向，请szshanshan 另外，f^C中的V是指轨道速度吧。 （如果能把陈老师的完整推导过程贴出来会更好） |
