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象所有反相斗士学习，建议先用相对论推翻大爆炸宇宙论使它陷入自相矛盾这是它的弱点。 谁引爆了宇宙 —引力起源与引力红移 陈绍光著 目彔 绪论 9-20 第1章 引力的起源 21-49 1.1 弱作用真空极化效应 21 1.2 弱作用真空极化压力公式 25 1.3 量子场论导出广义相对论度规 39 1.4 弱作用真空极化压力就是引力 46 1.5 引力与强、弱、电磁力的大统一 49 第2章 量子引力效应 52-72 2.1 引力作用下能量不守恒与时间箭头 52 2.2 引力的屏蔽效应 57 2.3 引力的速度依赖 68 2.4 引力的温度效应 71 第3章 途中引力红移 73-103 3.1 引力红移的可观测量 73 3.2 量子场论导出途中引力红移 77 3.3 广义相对论导出途中引力红移 86 3.4 途中红移预言与光的偏折和雷达回波时延的预言 相洽 96 3.5 哈勃红移正是途中引力红移 98 第4章 爱因斯坦的失误与宇宙膨胀 104-115 4.1 牛顿定律的引力红移 104 4.2 度规时间分量的引力红移 106 4.3 等效原理的引力红移 109 4.4 爱因斯坦的失误导致宇宙膨胀假说 111 第5章 途中引力红移的实验观测检验 116-141 5.1 雷达回波时延实验佐证途中红移 116 5.2 光的偏折观测结果与途中红移相洽 118 5.3 实验室γ射线红移实验结果已证实途中红移 121 5.4 飞行器的引力红移实验 127 5.5 ‘动摇’光速保恒原理的新红移 128 5.6 检验量子引力新预言的实验设计 138 第6章 真实的宇宙 142-166 6.1 哈勃定律与红移曲线的弥散性 142 6.2 反常红移与丢失质量 143 6.3 类星体之谜 145 6.4 微波背景辐射 148 6.5 氦丰度与宇宙年龄 154 6.6 光度佯谬与引力佯谬 158 6.7 宇宙学原理 161 6.8 天外有天的局域化宇宙 163 后 记 167-168 Who Exploded the Cosmos—Origin of Gravitation and Gravitational Redshift by Chen Shao-Guang Catalogue 169-171 Abstract 172-216 大爆炸宇宙论认为,宇宙是在100多亿年之前的一次大爆炸中诞生出来的。这个学说问世后几十年来在科学界中得到了愈来愈多人的认可，尤其是得到了许多科学泰斗如爱因斯坦（A.Einstein）、温伯格（S. Weinberg）等人的支持，加之媒体广为宣传，大爆炸宇宙论便成了公认的标准理论。 最近John K.Webb（韦伯）【1】等人研究60至100亿年前的类星体的红移率z时发现：同一个类星体中，不同元素的吸收光 λm－λn 谱线彼此之间的波长间距 ———— ，不同于现在实验室中的 z +1 波长间距 λm0－λn0 （z＝0） 。这一现象用宇宙膨胀的多普勒 v （Doppler）速度红移z＝——是无法解释的。因为同一吸收云c 中的不同元素有同一宇宙膨胀速度v ，从而有完全相同的红移 λ－λ0 率* z。由定义 z ≡ ———— 或 λ≡（z +1）λ0 ， 有 λ0 λm－λn λm0－λn0 ≡ —————，因此，不应该有上述波长间距不同 z +1 的现象产生。以前宇宙膨胀的多普勒速度红移在解释一些观测事实方面也遇到过不少困难，例如反常红移和类星体红移远远偏离哈勃(Hubble)定律等。对这些解释不了的观测事实，曾用引进新的假定和分类弥合数据等方法来避开困难。现在Webb等的最 * 红移是指远处来的光谱线相对实验中同种原子的光谱线整体地向波长λ 增大的红端移动，波长的相对增大被定义为红移率。 新观测结果带来的困难却是无法回避的。因为如果坚持将哈勃红 移解释为宇宙膨胀速度的多普勒红移，P.C.W.Davies【2】（戴维斯）等人从上述Webb等人的观测结果得出了光速保恒原理不成立，爱因斯坦的相对论将被推翻的结论。由此表明，作为相对论基础的光速保恒原理与作为大爆炸宇宙论基础的宇宙膨胀速度红移两者不能共存。或者说，相对论与宇宙大爆炸论两者之中总有一个是错误的。由于相对论经受的实验检验比大爆炸宇宙论充分得多，本人就曾与合作者一起用实验检验双向平均光速的各向 Δc 同性已达到了 —— ＜1×10-18的精度【3】。因此本人对光速保 c 恒原理的信任度远大于对宇宙膨胀速度的信任度，至少，对宇宙是否真的在膨胀，是否有过大爆炸心存怀疑。 大爆炸宇宙论惟一的一根支柱就是将观察到的哈勃红移解释为多普勒速度红移，并由此论断宇宙正在膨胀，追溯到过去宇宙就应集中成一个点，从而得出结论：宇宙是在100多亿年前由一个质点爆炸产生出来的。 质疑宇宙膨胀和大爆炸宇宙论主要是质疑对哈勃红移的解释。若哈勃红移是有别于多普勒速度红移的其他机制引起的，则宇宙就没有膨胀速度，宇宙不膨胀也就不存在大爆炸。质疑对哈勃红移的解释主要有以下三个方面： 一是从红移理论出发，提出新的红移机制取代宇宙膨胀速度红移。自1929年红移与距离成正比的哈勃定律发现直至1948年伽莫夫（Gamow）等人建立大爆炸‘核子合成理论’解释氦丰度并预言微波背景辐射，这段时间‘宇宙膨胀说’尚未像现在这样普及。曾有人提出过‘光子衰老说’企图取代宇宙膨胀速度红移，但由于未能说明光子衰老红化的物理原因，因而难于被人们接收。后又有人在Maxwell (马克斯威尔)方程中加入一个阻尼项来解释光子红化的衰老机制，但因为未说出阻尼项修正的理由，只不过是从一个假定换到另一个假定，所以还是不被人接收。1946年爱因斯坦在《相对论的意义》【4】第二版附彔中针对‘光子衰老说’指出：“一些企图用不同于多普勒效应的方式解释哈勃的谱线频移，无论如何，己知的物理事实不支持这样一种想法，根据这样一个假设可以用一刚性杆连接两个星S1和S2，若光沿着杆的波长数在途中随时间变化，单色光从S1发出到达S2再返回S1时的频率将不同于出发时的（由S1中的钟测量），这意味着局部测量的光速将依赖于时间，这甚至跟狭义相对论也相抵触”。爱因斯坦的批评使‘光子衰老说’从此消亡了。 二是从观测事实出发，找出宇宙膨胀不能解释的红移观测事例。这方面的红移论争从１９２９年至今持续了几十年。20世纪70年代初，Ａｒｐ等人总结了大量的宇宙膨胀不能解释的红移观测事例，并且由Field 、Arp和Bahcall三人发表了专著《红移论争》【5】。由于遥远天体的距离很难确定，看起来在一起的天体，离我们的真实距离却可能不同。因而任何红移与距离关系的事例都有可争议的余地，如果个人信念因素介入到某一观测结果的解释之中，则对观测结果的解释永远没有定论。大爆炸宇宙论预言的微波背景辐射，在1965年被Penzias（彭斉亚斯）和Wilson (威尔逊)观测到了， Penzias和Wilson因此还获得了1978年度的诺贝尔奖，大爆炸宇宙论从此名声大振，反面的声音也就渐渐地微弱了。 三是从大爆炸宇宙论的理论依据出发，找出了宇宙膨胀论所依据的红移理论与广义相对论的矛盾。目前公认的引力红移率公式为： υ2－υ1 U 2－U 1 β≡ ———— ＝－ ———— （1） υ1 c2 此式表明：只有发射点2与接收点1引力势（位）U之差才引起光波频率 υ 的红移，路途中的引力场决不会使光波产生引力红移。温伯格在《引力和宇宙，广义相对论的原理和应用》【6】一书的P80中说：“若点1和点2静止在稳定引力场中，则一个波峰从点2传僠到点1的时间是一个常数，这可由〈3.2.10〉式全路径积分求出，所以相继波峰到达点1之间的时间将等于它们的离开点2之间的时间dt 2…...”温伯格是用相继波峰到达接收点1的时间间隔dt 21等于它们离开发射点2的时间间隔dt 2来论证光波的周期（频率）在途中不会变化，是‵正证法′。爱因斯坦的前述论证是用光波若在途中频率变化会与狭义相对论相抵触的‵反证法′。两人都得出‘光在引力场中传僠时频率不能变化’的结论，本人怀疑此结论有误，主要表现在以下几方面： （a）此结论直接跟他们各自强调的‘引力作用下单独物质的能量不守恒’的结论不相洽。因为引力场自身具有能量-动量密度，物质可与引力场交换能量-动量，从而单独物质的能量-动量守恒原理不成立。正如爱因斯坦在《相对论的意义》【4】P83中指出的：“必须记住，除了物质的能量密度之外也应该有引力场的能量密度，使得对单独物质不能说能量和动量的守恒原理，这由数学公式〈95〉式中的第二项表明，用〈95〉式不能推出存在公式〈49〉形式的积分方程。引力场转移能量和动量到〝物质〞，它施加力的同时给它能量；这由公式〈95〉中的第二项表示。”温伯格在《引力和宇宙，广义相对论的原理和应用》【6】P171中也指出：“不能让Θμk正比于单独物质的能量-动量张量Tμk，因为物质可以与引力交换能量和动量，所以Tμk不能满足公式〈7.6.27〉。我们计算时，Θμk项中必须包括hμk自身……。”爱因斯坦和温伯格强调的‘引力作用下单独物质的能量不守恒’已在脉冲双星的引力辐射观测中得到了证实。光经过太阳引力场的偏折也证实了光子的确与引力场交换了动量。由于单独物质（光子）能量不守恒，光子经过太阳引力场时会与引力场交换能量，使光子的频率（能量）不能保持不变。 （b）这个结论与光的偏折和雷达回波时延的理论预言和实验观测结果不相容。根据狭义相对论，光子的能量与动量应构成四维矢量。光的偏折表明，在光子经过太阳附近的途中，四维矢量的动量分量因引力场改变了，四维矢量的能量分量也应该因引力场而改变，因此光子的频率不能保持不变。雷达回波时延是指雷达波从S1出发到达S2再反射回S1时，在此往返途中，雷达波经过太阳引力场比不经过太阳引力场花费的时间更多。若是从S1到S2排列的连续波的波长和频率在有引力场和无引力场是一样的，则两种情怳下往返花费的时间是相同的，从而不会有时延。但时延确实观测到了，因此光在引力场中传僠时的频率相对无引力场而言不能不变化。 （c）这个结论所依据的（1）式，爱因斯坦早在1911 年【7】就已经用牛顿引力定律和光子说推导出来了。他同时还推导出了 2GM 光的偏折率公式 α ＝ ———— ，D是光线与质量M的垂直 c2 D 距离。1916年爱因斯坦发表广义相对论时对1911年导出的偏 4GM 折率公式作了更正，得出广义相对论的偏折率 α＝———— ， c2 D 是用牛顿引力定律导出的偏折率的两倍。但是爱因斯坦对1911年用牛顿引力定律推导出的式（1）直至去世都没有作过更正，至今仍然公认公式（1）。难道用广义相对论跟用牛顿引力定律会导出同一个引力红移率公式？本书将在第4章专门探讨此问题。在此先要说明的是，牛顿引力是一种超距作用力，牛顿力学中的引力场不具有动量和能量密度，仅仅是一个数学符号；牛顿引力场中的引力势U只由所在点的位置决定，两点间的引力势能之差与经历的路径无关，正因为如此，才有动能加势能之和为不变量的单独物体的能量守恒定律。1911年爱因斯坦也正是从光子的能量守恒出发推导出公式 (1) 的。牛顿的超距作用与广义相对论的场论有本质上的区别，不可能导出同一个公式，用广义相对论严格求解得出的正确的引力红移率公式确实与式（1）不同。 （d）这个结论跟量子场论相抵触：1989年本人由量子场论真空涨落的粒子-反粒子偶与质点的碰撞压力推导出了一个真空极化压力公式【8】，跟牛顿引力定律形式相同。本人认为此真空极化压力就是引力，引力就起源于量子场论真空涨落的极化机制。并由此得出引力具有屏蔽效应，表现为非质点的牛顿引力常数 G＝G∞（1－q），G∞ 是质点的引力常数，q是正的修正项，称为屏蔽系数。用引力的屏蔽效应可以解释七八十年代第五种力探测热潮中出现的各种看似互相矛盾的实验结果，以及现代的和历史上各种引力异常的观测结果。此后本人进一歩根据弱-电统一理论的真空极化机制推导出了一个修正的牛顿引力定律形式的真空极化压力公式： G m M r v f＝ ——— (— ＋ — ) r 2 r c v是质奌m与M之间的相对运动速度，c为光速。将此公式应用到v＝c的光子，则又推导出了广义相对论的Schwarzschild（施瓦兹希尔德）度规。由此可见，量子场论对牛顿引力定律的修正，等效于广义相对论对牛顿引力定律的修正。从修正后的牛顿引力定律中包含一个依赖于速度的耗散力项可以得出：质点m在质点M产生的引力场中运动时，总是单调地减小能量而不会增加能量。相应于光子（m）在太阳（M）附近经过时，能量变化的频移是红移而不是紫移。 综上所述，‘光在引力场中传僠时频率不能变化’的结论是从超距作用的牛顿定律推导出来的，它既与基本理论（广义相对论和量子场论）相矛盾，也不符合于时延和偏折的观测事实。由此本人开始怀疑爱因斯坦和温伯格对此问题的论据可能有错： 首先，爱因斯坦的‵反证法′的理由是不可信的。因为在光波频率 υ 变化的同时，波长 λ 也会变化，两者之积的光速c＝υλ 并不会变化。爱因斯坦的论据中，由沿杆的波长数变化直接就得出频率变化所根据的正是光速不变。若光速可随频率变化，则波长就与频率没有确定的关系，波长变化时频率可以不变化，就不能由沿杆的波长数变化直接得出频率变化。由此可见，‵反证法′的理由中有个逻辑错误：以光速不变为前提，后又推导出光速会变的结论。而且刚性杆的假定也有问题，用刚性杆反驳光子衰老说尚可以，若用来否定途中引力红移则会陷入自相矛盾之中，因为连接S1和S2的杆不管用什么材料做，即使是划一条理想直线，也会随引力场而变化长度。刚性杆假定的前提条件不能成立，则其推论也不可能正确。 另外，温伯格的‵正证法′的理由也是站不住脚的。物理学大师薛定锷（E.Schrödinger）1956年在其专著《膨胀的宇宙》【9】中说：“只要简单地想想就可得到，观察的波长必须是直接地正比于光速 (在世界时! )，即是说，正比于 √g44 , 因为所有发射的脉冲都到达此接受器，并且到达过程都用了相同的世界时间，事实上必须小心，不要理解为是频率不变：对于世界时频率是没有观测意义的”。薛定锷的观奌符合广义相对论最基本的原则，一切可观测的量必须由固有时构成。在广义相对性原理中所有坐标系等效，对一个有引力场的世界时坐标系，可用另一个相对它有加速度的世界时坐标系取消其一部分引力，在这两个世界时坐标系中就有不同的观察结果，因此用世界时构成的频率是没有确定值的，从而没有观测意义。温伯格在有引力的坐标系中用世界时来论证频率不会变化是沒有观测意义的。而且温伯格的‵正证法′推导中，在光发射与接收的量子跃迁过程中用的是固有时频率，在从发射点到接收点的光传僠过程中用的是世界时频率，频率的定义这样随意改变是不符合推理逻辑的，单从这一点说其结论也是不可信的。 根据广义相对论，在引力场中存在钟慢与尺缩两个效应，钟慢使光波的频率 υ 减小，尺缩使光波的波长 λ 增大。光波的能流密度一方面会随单位时间内波振动次数（频率）的减少而减小，另一方面会随单位体积内（对单色平面波就是单位长度内）波的数目的减少（因波长增长）而减小。因此光波的能流密度的减小，是由钟慢引起频率 υ 减小和尺缩引起波长 λ 增大共同作用的结果。由光波的能流密度与光子的能量 hυ 相对应可知，光子频率 υ 减小的红化是由钟慢与尺缩两个效应共同作用的结果。严格计算可得出：钟慢引起的频率 υ 减小的红移和尺缩引起的波长 λ 增大的红移，各对光子频率的红化（由化学感光的量子跃迁过程形成的光谱记彔下来）作一半的贡献。频率减小与波长增大是同时发生的，严格的计算可得出，波长 λ 的增大率跟频率 υ 的减小率相等，两者之积 υλ 恒为一个常数，因此，红移过程光速总是保持不变的。由于钟慢和尺缩都是相对无引力时的度规而言的，光子频率的红化自然也是相对于无引力时的局部惯性系而言的，是光经过太阳附近跟不经过太阳附近相比较而言的红移或红化（一个坐标系中无所谓红移，因为没有参照系就无法测量红移）。经过的路途愈长，从恆星旁边穿过的机会愈多，累积的红移也会愈大，这与哈勃红移定律正好相符。用广义相对论途中光波的引力红移或途中光子的引力红化就可解释哈勃红移，宇宙膨胀的假设完全是多余的。因此，用爱因斯坦的广义相对论严格求解就能完全解释观测到的宇宙，自然界不存在宇宙膨胀和宇宙大爆炸，是爱因斯坦的失误导致了宇宙膨胀的假设。 本书第1章“引力的起源”深入讨论引力是如何产生的，得出引力不是一种独立的作用力，引力只是弱作用力真空极化效应的一种表现形式，它有如电磁作用的真空极化效应的Casimir（卡西米尔）力。首先从泡利 (Pauli) 不相容原理要求的在物理真空中最低能态中微子ν0分布的均匀各向同性出发，推导出真 空极化压力公式： G m M r v f＝ ———( — ＋ — ) r 2 r c 然后由此公式推导出广义相对论的度规方程和等效原理，并论证此弱作用力的真空极化压力就是通常意义下的引力。引力只是中微子ν0与核子（或夸克）通过Z0玻色子弱作用的统计平均结果，已知的自然界四种相互作用力只有强、弱、电磁三种作用力是独立的，现有的U(1)×SU(2)×SU(3) 模型就已经实现了四种相互作用力的统一。第2章“量子引力效应”首先讨论引力作用下能量不守恒的理论预言及其实验观测检验，并找到了时间流逝一去不复返的物理根源。接着讨论引力的屏蔽效应、温度效应以及引力对速度的依赖，这些新的量子引力效应实际上已隐含在广义相对论的爱因斯坦方程之中。第3章“途中引力红移”首先讨论可观测的引力红移的正确定义，接着分别从量子场论和广义相对论推导出途中引力红移公式，再由此公式推导出统计意义的哈勃定律，并用实测的宇宙光度质量密度计算出‘途中引力红移’的哈勃常数，并与观测的哈勃常数相比较，得出哈勃红移正是途中引力红移。途中引力红移的预言与光的偏折和雷达回波时延的预言相洽。第4章“爱因斯坦的失误与宇宙膨胀”首先分析现今公认的引力红移公式为什么是牛顿近似的引力红移，再探讨爱因斯坦为何本该预言到却没有预言到途中引力红移以及雷达回波时延的原因。爱因斯坦的这个失误导致了宇宙膨胀假说的产生。第5章“途中引力红移的实验与观测检验”总结了已有的有关引力红移的实验和观测结果，通过分析证明广义相对论的严格引力红移公式已经得到了已有的实验的充分检验，是完全正确的。第6章“真实的宇宙”用量子场论和广义相对论推导出的途中引力红移公式和统计意义的哈勃定律，解释反常红移、哈勃曲线的弥散性、丢失质量、类星体之谜、光度佯僇、微波背景辐射和氦丰度等观察结果。广义相对论的光在传播途中的引力红移预言与观察结果完全一致，从而直接地得出一个和谐统一的、自然的、局域化的宇宙，不需要任何新的理论与假设，也不需要宇宙膨胀和大爆炸的猜想。 参考文献 【1】 J.K.Webb, et al., Phys.Rev.Lett. 82, 884-887（1999）；87，091301（2001） 【2】 P.C.W.Davies，et al., Nature 418，602-603（2002） 【3】 陈绍光等，北京大学学报（自然科学版）32（5），612-620（1996）；33（5），595-599（1997）； 5514533 INSPEC Abstract Number: A9708-0330-001 5864420 INSPEC Abstract Number: A9809-4260K-001 【4】 A. Einstein, The Meaning of Relativity second edition 1946 , P.128 ； P.83 |
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回复:请问有谁知道卡西米尔力是怎样产生的??? 北京相对论研究联宜会首届年会部分与会学者合影。 |
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请问有谁告诉我卡西米尔力是怎样产生的??? 北京相对论研究联宜会首届年会部分与会学者合影。 |
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回复:恳请大家对陈老师的理论提出问题与批评!尽量作到有问必答.谢谢!! 北京相对论研究联宜会首届年会部分与会学者合影。 |
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大家来看一看陈氏力Fc是怎样"添加"到他的量子引力理论中去的.本世纪最伟大最简单的思想 1.2 弱作用真空极化压力公式 恒星中的热核聚变反应除了会不断地发射光子之外，也会不断地产生出中微子。另外，由于Dirac真空的涨落，充满负能级的真空中的中微子会自发地跃迁到正能级，形成粒子-空穴偶或中微子-反中微子偶。根据量子力学的测不准关系，粒子-反粒子 h 偶从产生到湮灭的存活时间是∆t ＝——，能量最低态的中微子E 偶ν0-ν0可存活很长时间。因此，在任何时候真空中总是充满着中微子，而且主要是充满着最低能态的中微子ν0 。因为真空涨落产生低能态中微子的几率比产生高能态中微子的几率大得多，而且恒星热核聚变反应产生的自由中微子也是在漫长的过去产生的，比现今产生的多得多，过去产生的较高能量的自由中微子通过与真空涨落产生的低能量中微子不断地碰撞相互作用，会逐步损失能量到真空中而变成为宇宙背景辐射的最低能态的自由中微子ν0 （已知电子与电子之间有通过光子为媒介的碰撞相互作用——电子气的能量均一化过程，由弱电统一理论,中微子与中微子之间也会有通过Z0玻色子为媒介的碰撞相互作用——中微子气的能量均一化过程,只是中微子之间的碰撞几率比电子之间的碰撞几率更小从而能量均一化时间更长而已）。 由于自 1 旋——粒子的费米统计特性，虚、实两种最低能态的中微子ν0 2 应混同在一起均匀各向同性地分布于宇宙空间中，而且从粒子探测器之外的可观测效应我们无法分辨出最低能态的中微子ν0究竟是宇宙背景辐射中的实中微子还是真空涨落的虚中微子。 当一个质点A处于充满中微子ν0的动态真空中，由 于Z0玻色子的作用力程极短，中微子与质点A中的核子（或夸克）通过Z0玻色子的弱作用几乎可以看成是直接的碰撞作用（所说的质点是宏观小微观大的物体的物理概念，不是体积趋于零的数学概念，所以质点中可以含有多个核子）。碰撞作用的结果使入射到A的中微子改变方向再射出来。因为中微子ν0是不可分辨的量子，我们难于跟踪一个ν0来确定它碰撞前后的轨迹。不过我们确切地知道，质点A所受到的ν0的碰撞作用是各向同性的， 1 因为根据泡利（Pauli）不相容原理，真空中自旋——的中微子 2 ν0不可能堆积在一起，而是均匀各向同性分布的。或者说，单位体积真空中的中微子ν0的数目是处处相同的。因此，从任何地点的任何方向射入质点A的单位立体角内的ν0数目n i n都是一样的。同时，ν0与质点A中的夸克发生碰撞作用之后，从单位立体角内射出的ν0的数目n o u t也是各方向相同，而且n i n = n o u t 。否则的话，当n i n ＞ n o u t ,真空中的ν0会单调地减少,当n out ＞ n in ,真空中ν0会单调地增加。统计地说，每一方向都是入射了多少个ν0就反射出多少个ν0 ，真空中微子ν0与质点A的弱作用等效于完全的弹性碰撞作用。ν0与核子中夸克作用的细节（如中微子与夸克之间的自旋的藕合作用以及通过Weinberg角θ与电荷的偶合作用等）在统计的过程中被抹去，左旋中微子ν0与右旋反中微子ν0的差别从而可略去不计。这是因为，由于测不准关系使得我们无法跟踪中微子的轨迹，因此我们只关心碰撞引起的总动量的变化，不关心碰撞过程中偏转的细节。在以后的讨论中将不区分中微子与反中微子，统一叫中微子ν0 。 图2：真空ν0对孤立质点的碰撞压力四向相互抵消的示意图 如图2所示，当真空中只有一个质点A ，中微子ν0对它的弹性碰撞是各向同性的。各向的碰撞力相互抵消达到平衡，质点A受到的净力为零，其动量与能量保持不变。当质点A在真空中以任意速度v运动，此结论不变。因为无论A运动到何处以及在何时刻进行统计，都有n in = n o u t ，且各方向的n in 相同。A运动的后果只不过是这些ν0被另一些ν0置代罢了。ν0的均匀各向同性分布使得ν0对A的作用在统计的意义上是处处相同的，从而任何时刻都是一样的。因此，质点A相对于真空的绝对速度v是一个不可测量的量，无论它如何运动，真空对它的作用总是相同的。即是说，质点A的速度v不会影响到中微子ν0 的速度c （即v与c不能相加，这也正是狭义相对论的基本观点）。中微子ν0的动量与接收它的质点A的运动速度v无关，因此中微子ν0的动量p0是一个常数，常数p0也是动量的最小单位。由此得出结论:质点在真空中运动时受的净力与静止时一样，仍为零（因为中微子ν0对它的碰撞时时处处都是统计意义的各向同性）。质点的动量与能量仍是守恒的,换句话说，质点相对真空的绝对速度是不可测量的。 按照量子场论,质点的质量m（或能量E）不是裸质量(bare mass) m b a r e ，而是包括真空涨落效应在内的重整化的物理质量m ，即真空中ν0 对质点的物理质量m是有贡献的。令真空的密度 ρ 为中微子ν的最低能态全由ν0占满时单位体积内的ν0的数目，ρ 被定义为ν0的数密度。根据泡利不相容原理，ρ 应处处相同。 图3：质点B处于质点A附近时产生净的真空压力的示意图 如图3所示，当另一个质点B处于质点A附近，则B与A相重叠的立体角元 Ω 中的ν0同时被B和A吸收。由于 Ω 中的ν0的数密度 ρΩ 与别处的ν0的数密度 ρ 相同（ρΩ＝ρ），从Ω方向进入A（或B）的ν0的数目nΩin 必小于其他方向的n in ，因而A感受到的来自B方向的ν0的碰撞压力小于来自其他方向的碰撞压力，A就会受到一个净的真空压力指向B方向。而且，从A（或B）射出ν0的数目n out也不再是各向同性了，因为若是各向同性的射出，则由于 Ω 中同时接收到B与A射出的ν0 ，Ω 中ν0的数密度 ρΩ 就会比别处的更高，按照泡利不相容原理这是不允许的。B与A必须减小向 Ω 方向发射ν0的几率，因而A向B方向发射的ν0数就少于向其他方向发射的，使得喷射推力不能四向平衡，A将感受到一个净的喷射推力其方向也是指向B 。 只有发射到 Ω方向的n Ωo u t等于从 Ω方向接收的n Ω i n ，以及在其他方向n i n = n o u t ，才能保证真空ν0分布的均匀性。否则的话，当n Ωo u t＞n Ω i n 或n o u t＞ n i n ，Ω中或其他方向将有ν0的富集，真空的均匀性就遭破坏；当n Ωo u t＜n Ω i n 或n o u t＜ n i n ，Ω中或其他方向将有ν0的短缺，真空的均匀性同样遭破坏。这是因为，这里所说的质点中的核子是非放射性的，质点自身不会产生出中微子，它只起着对ν0吸收后再发射（确切地说是反射）的动态平衡的转移作用，当n Ωo u t＞n Ω i n ， 发射到Ω中的ν0多于从Ω中吸收的ν0 ，即使其他方向有n i n＞n o u t来补充质点中ν0的不断减少以维持质点内ν0数密度不变，但是质点外其他方向的ν0将通过质点源源不断地转移到Ω中，真空中Ω处的ν0数密度就会高于别处而破坏真空的均匀性。 每当A吸收和发射一个ν0等效于对质点A一次完全弹性碰撞，nΩ ＜ n意味着不再是各向同性的弹性碰撞了。与单独A存在时真空中ν0对A的各向同性弹性碰撞相比较，则在A中接近沿B的方向上就存在一个ν0云的空洞，包括该方向的入射的（加的）正质量数不足的主动空洞以及出射的（减的）负质量数不足的从动空洞。注意：中微子ν0云贡献的物理质量是有正负的, ε0 因为ν0具有方向性,入射一个ν0贡献正质量 ——，则出射一个 c2 ε0 ν0贡献负质量－——,所以出射不足（减负的少了）也等效于 c2 空洞增多。从入射与出射一个ν0等效于一次弹性碰撞则更容易理解负质量的含义：少了一次弹性碰撞,意味着A中的ν0云在该方向少了一条入射线和反射线,从而形成一个折线状的空洞。显然，折线的进线与出线都是负质量的空洞,故出射的不足也使空洞增多。这里所谓的空洞是相对于B不存在时A被均匀各向同性的ν0云充满的状态而言的。主动与从动空洞使A的物理质量短缺△m: ε0 △ m＝△N—— c2 △ N＝（n i n － nΩ i n）Ω －（n Ωo u t － n o u t ）Ω ＝2（n o u t － n Ωo u t）Ω Ω 是B对A张的立体角，令从B到A的矢径为r，A对B的速度为v，重叠立体角元 Ω 正是B对A张的（或A对B张的） 1 立体角 Ω，Ω 与 r的平方成反比：Ω ∝ —— 。质点A的质 r 2 量m A 愈大，则其核子数愈多，与真空中ν0碰撞的机会也愈多，从而单位立体角发射(或吸收)的ν0数目n o u t (或 n i n)也愈大,故n o u t与m A 成正比。这是因为，质点A中的核子是非放射性的，它自身不会发射出中微子，所说的发射的ν0数目n o u t其实就是质点对ν0反射的数目。虽然我们并不知道反射截面的具体数值，但每个核子对ν0的反射截面应该是一样的（当然无法证明是一样的，只是找不到不一样的理由，如核子电荷的不同就不是弱作用截面不同的理由），所以质点的反射截面（反射的ν0数目n o u t）正比于其核子数（质量m A）。质点B的质量m B愈大,从B发射到重叠立体角元 Ω 中的ν0数目会愈多。根据泡利不相容原理,ν0不能堆积在一起(两个ν0不能处在同一个量子态)，为保持Ω中的ν0数密度ρΩ与别处的数密度ρ相同，即ρ＝ρΩ，则从质点A发射到重叠立体角元Ω中的ν0数就会因B nΩo u t 的出现而减少，(n o u t－ nΩo u t) ＝ n o u t（1－ ———）为减 n o u t 少的数量。B不存在时的发射量n o u t与m B无关，由此可见, 相 nΩo u t 对减少量（1－——— ）才与m B 成正比。 n o u t nΩo u t 根据n o u t ∝ m A 和（1- ———）∝ m B 以及B对A n o u t 1 张的立体角 Ω∝—— 可得：因质点B出现而引起的质点A中 r 2 ν0减少的数目为： △ N＝2（n o u t －n Ωo u t）Ω nΩo u t m A m B ＝ 2 n o u t（1－———）Ω ∝ ———— （5） n o u t r 2 与质点B不存在时质点A的动量相比较而言，质点B出现时引起的质点A的动量变化包括： ① 少了（n i n － nΩ i n）Ω次弹性碰撞，而每次ν0全 反射弹性碰撞改变动量2 p0 ，故由弹性碰撞次数减少而引起的动量变化为： r △P P ＝（ n i n － nΩ i n）Ω·2 p0（- —） r r r ＝（n out － nΩout）Ω·2 p0（- —）＝△N p0（- —） r r ② 质点A原先的动量为m v ，缺少物理质量△m的动量变化： ε0 v △ P V＝（-△m）v ＝△N ——（-v）＝△N p0（- ——） c2 c 故质点B的出现引起质点A的总的动量变化为： r v △ P ＝△P P＋△P V ＝△N p0（－ —）＋△N p0（－ —） r c r v ＝－△N p0（——＋——） r c 由式（5）则动量变化率为: △P △N r v f ＝ —— ＝－(——) p0（——＋——） △t △t r c m A m B r v ＝－Э —————（——＋——） (6) r 2 r c (6)式表示的动量变化率是弱作用真空极化效应的统计平均结果, 称之为弱作用真空极化压力,它是弱作用力真空极化的辐射修正项f PW的宏观表示。Э是一个与真空中微子ν0的动量p0 、ν0的数密度 ρ 以及ν0与夸克的弱作用截面 σ 等相关的常数。原则上常数 Э 可以从弱电统一理论计算出，但由于不知道 p0、ρ、σ 的确切值而无法严格进行计算，以下只是粗略地估算常数 Э 的大小数量级。 前面指出过，恒星热核聚变反应产生的自由中微子通过Z0玻色子与真空涨落产生的低能量中微子不断的碰撞相互作用，会逐步损失能量到真空中而变成为宇宙背景辐射的最低能态的自由中微子ν0 。同样，以Dirac真空为中介场的光子-光子散射（碰撞）的间接相互作用，使恒星热核聚变反应产生的光子也可与真空涨落产生的低能量光子不断地发生碰撞而逐步损失能量最终成为微波背景辐射光子。按大爆炸宇宙论，2.7K宇宙微波背景辐射和1.9K宇宙中微子背景辐射都是宇宙热爆炸早期的产物。本书6.4节论证了宇宙微波背景辐射和宇宙中微子背景辐射是由恒星热核聚变反应产生的光子和中微子经过1013年以上的1000多次的星系演化循环而形成的。恒星中热核反应将氢聚变成氦主要是质子-质子PP反应，其次是碳氮循环。PPⅠ和PPⅢ反应均是光子和中微子各产生一个，PPⅡ反应才是产生两个光子和一个中微子。因此，光子与中微子是以近似1∶1的比例同时产生出来的。由于恒星发射的光子数近似等于它发射的中微子数，使得宇宙中微子背景辐射的中微子数密度 ρυ 近似等于微波背景辐射的光子数密度 ργ 。当真空涨落的虚粒子一旦产生出来了，在其存活的时间内就具有了能量而成为实粒子，其可观测效应是按存活时间内的实粒子来计算的，因此，我们无法分辨出观测到的效应（不包括粒子探测器的响应）是由真空涨落的虚粒子（虚光子和虚中微子）产生的还是由宇宙背景辐射的实粒子（自由光子和自由中微子）产生的。由背景辐射的数密度 ργ≈ρυ 以及不能通过观测到的效应区分虚粒子和实粒子可推测认为：图1（a）的虚光子与图1（b）的虚中微子的数密度也近似相等，这两个真空极化效应发生的频度就会近似相等，两个效应的辐射修正就仅取决于传播量△f（k）与D f (k)之比，从而1.1节中所说的“在其他条件相同时”的前提条件近似成立，弱作用力真空极化的辐射修正项f PW 与引力 f G 有相同的大小数量级的结论也就成立。这样一来，最低能态的中微子ν0不管是真空涨落的虚中微子还是中微子背景辐射的自由中微子或者是两者的混合，都可得出真空极化压力（6）式中的常数 Э 与经验的万有引力常数G在数量级上是相同的。 v 当式(6)中v <<c ,忽略 — 项，就变成牛顿引力定律一样 c 的形式。看来，真空极化压力跟引力似乎有某种内在的联系。若把真空极化压力（6）式当成通常意义的引力，则引力起源于Dirac真空的均匀性，或起源于真空中微子ν0的统计排斥性（泡利不相容原理）。引力的本质是Dirac真空涨落的一个宏观（统计）效应。它是电磁场真空涨落的Casimir效应【2】的姐妹效应。Casimir效应早已被Ｓparnaay的实验证实了【3】。 式（6）是真空中微子ν0与质点中夸克弱作用的统计平均结 v 果。耗散项 —— 的出现是由质点中ν0云的统计意义的空穴引 c 起的，而不是v与c 的伽利略的(Galilean)速度相加引起的，也不是Lorentzian（罗楞兹的）速度相加引起的。根据量子理论的测不准关系，中微子ν0的位置与动量是一对共轭量，它们不能够同时被确定。当ν0具有确定的动量p0时，其位置就不能确定。好在质点吸收与发射的ν0并不要求限定是某个特定的ν0 ，而是吸收任何位置的任一个ν0均改变动量p0 ；当某个中微子ν0被质点吸收后就被限定在质点所在的位置，位置确定了，ν0的动量就不能确定，与动量成正比的中微子ν0的速度跟质点的速度v就无法相加合成，经典的伽利略的速度加法公式和相对论的Lorentzian速度加法公式都不能应用到ν0量子上。 光量子γ也遵从测不准关系。光子的动量确定后位置就不确定，光子的位置确定后（例如在某个点光源内）动量就不确定，也导致光子的动量（光速）不能与光源或吸收体的动量（速度）相加合成，这也许正是光速保恒原理的深层次的根源。 量子场论得出，单独一个质点在真空中其动量-能量守恒且质量不变，当另一个质点存在时，则其质量会改变。此结论与广义相对论的结论不谋而合，Bondi【4】从广义相对论方程得出有感应引力存在。Bondi的结论是：“无论怎样局部 (如形状) 变化，孤立物体的质量是守恒的，两物体之间能量迁移的感应传递能夠容易地由它们的质量的变化来描述。” 量子场论的质量是包括量子场的最低能态的真空在内的重整化的物理质量，在质点A的物理质量中含有真空中的ν0云，另一个质点B存在会夺去该质奌A的一部分ν0云，使质点A的质量减小。因ν0具有动量，失去ν0会引起动量变化，这就是真空极化压力的起源机制。当再有第三个质点C存在，会进一歩夺去质点A的一部分ν0云，质点A的质量就进一歩减小，使得两质点A和B相互间的真空极化压力会因为及第三质点C的出现而减小，这就是真空极化压力的屏蔽机制。真空极化压力的起源机制和真空极化压力的屏蔽机制，都是基于一个质点的物理质量好似会经由真空转移到另一个质点中去。Bondi的感应引力就正是用这种质量的变化来描述能量在物体间的转移。孤立质点的物理质量最大，多个质点彼此接近后每个质点都会减小物理质量，彼此接近的质点数目愈多，每个质点减小的物理质量也愈多。每个质点都减小了质量就不是质量在质点间转移，而是减少的物理质量都转移到真空中去了。真空是否会因此而增加质量（增大ν0的数密度 ρ）呢？不会的，根据泡利不相容原理，真空中的ν0云的数密度 ρ不会增大也不会减小，而且真空中的ν0总是均匀各向同性分布的。质点从裸质量变成物理质量是从真空中吸收了ν0云而增大了质量，孤立质点四周没有争夺者，就可吸收到最多的真空ν0云（质量）。多个质点彼此接近，会互相争夺真空中的ν0云（质量），使得每个质点吸收到的真空ν0云（质量）都少于它们单独存在时（作为孤立质点）所吸收到的，因此多质点共处一起时，每个质点都比单独存在时减少了质量。跟Bondi 的质量在物体之间感应转移不同，量子场论中物体从真空吸收的质量，会因别的物体的存在而减少，这是物体与真空之间的质量转移，而不是物体之间的质量转移。 式（6）是在只有两个质点A和B存在时得到的结果，当有第三个质点C（质量m C ）处在A附近时，按同样的方式可以求得A与C之间的相互作用力也有和（6）式一样的形式（只要用m C取代m B即可）。式（5）描述的质点A中的中微子ν0云的短缺数△N是只有B在A的附近时产生的，当C再出现在A的附近，C也会与A争夺射入A中的中微子ν0 ，使得A和B相重叠立体角元Ω方向之外的其他方向，单位立体角射入A中的 ν0 数目n i n （= n o u t）减小成n i n ′（= n o u t ′），质点A中的ν0云的短缺数变成 △N′= 2（n o u t′－ nΩo u t ）Ω 。根据（6）式，A与B之间相互作用力f与△N成正比，C的存在使△N改变成△N ′，f 就应改变成 f ′。因 n o u t ′＜n out 从而△N ′＜△N ，所以C存在时A与B之间相互作用力f ′ 将小于只有A与B存在时的相互作用力f 。这说明基于超距作用的力的叠加原理不成立，也就是说：A与B之间的真空极化压力f会由于质量C的出现而改变，此改变不是增大而是减小，好似C屏蔽了A与B之间的相互作用力。若真空极化压力就是引力，则引力就具有屏蔽效应，它与牛顿引力有本质的不同。由于质量能屏蔽质量之间的相互作用力，使得（6）式只适用于质点。 |
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和满：陈老师给您的一封亲笔信。 和先生： 您的意见非常中肯，使我受益匪淺。我的工作只是彷照卡西米尔解了一道弱作用的真空漲落效应的习题，沒想到与引力问题扯到一起了，更沒想过要搞什么普适的基楚性理论。我觉得基楚性的理论前人早建立好了，量子场论和广义相对论就可以作为基楚，当然它不可能己经是完美无缺，但我决无能力去完善它。我若能在它的基楚上对具体问题作点补充修改就是万幸： 我作的一点修改是引力红移问题：过去一直以为电磁波在引力场中传播的途中频率是不会变化的，我用广义相对论的施瓦茲希尔德度规严格求解得出途中频率会变化，我称之为“途中引力红移”。论文《电磁波引力红移的广义相对论严格解》（藏在《引力能统一到弱电作用中吗？》中作为附彔）和《局域化无限大宇宙论》1990年在湖南兹利召开的第九次全国相对论与引力物理讨论会上发表后，我的厄运也就开始了，这些就不去说它。请您重点审阅书中第3章中的第1节和第3节，盼指正! 我作的一点补充是讨论了弱作用的真空漲落效应：1948年Casimir 先解了一道电磁作用真空涨落效应的题目，得出一个真空极化力叫Casimir 力；根据1967年温伯格-萨拉姆的弱电统一理论，我推测弱作用也会有真空涨落效应，在1989年我解了这道题，得出一个弱作用的Dirac真空极化力。有人把它叫做陈氏力我不反对（确实与Casimir 的贡献平行，也可长点中国人的志气，我比Casimir的工作更晚或合起来叫Casimir-陈氏力亦可）。若是陈氏力的大小数量级与引力相差很多或者陈氏力的公式与牛顿定律-爱因斯坦方程无任何相似之处，我相信很快就会得到公认，现在的我已经就是一个沒有争议的科学家了。不幸的是，我由量子场论解出的弱作用真空极化陈氏力竟与万有引力在大小量级上相同，陈氏力中的相互作用力质量与惯性质量不仅等效而且等同，因为推导中只用一个惯性质量。更令我惊异的是，陈氏力公式在静止条件下（相对速度v = 0）与牛顿引力定律在形式上（因陈氏力具有屏蔽效应即使静态时也有质的不同）完全一样，v ≠ 0 时的陈氏力公式用于光子，再通过一个校钟手续则推导出一个方程与希瓦兹施尔德度规完全一致。唯一的不同是陈氏力公式中的常数Э与引力常数G的不同，我只作了一个假设Э≡G（理论只能估算出Э的大小量级与实测的G相同，但证明不了Э就是G），则引力就成了弱作用力的一个统计宏观效应而不再是独立的作用力，四种相互作用力就因此而意外地实现了统一。我担心学生们会在我看不到网上胡乱吹捧我，我在每次报告会上都一再強調过，在此再重申：（1），我沒有统一四种相互作用力的主观动机；（2），统一了四种相互作用力不是我，而是温伯格、萨拉姆和格拉肖在1973年用U（1）* SU（2）* SU（3）标准模型就已经统一了；（3），我只是把引力纳入到了弱作用力内使独立的力由四种变成三种，无意中帮了他们实现大统一（当时他们还以为没有把引力统一进去）；（4），弦理论“搞大统一”虽然沒有了指望（诺伯尔奖也发过了，不会同一个题目再发第二次），但是弦理论“解释基本粒子的谱”仍大有作为。 由于您指出问题都很深刻，我想考虑一两天后再与您讨论其他问题。再次表达我的深深的谢意!（本想写信给您，学生说网上更快，就请学生帮我在网上转这封信给您。）此致 敬礼! 陈绍光 2004-7-22于深圳 |
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上星期卫星实验还没来报到！这方面还必须佩服宇观系统论先生。 北京相对论研究联宜会首届年会部分与会学者合影。 |
