网上药店
您现在的位置: z理论 >> z理论评价 >> 正文 >> 正文

量子速度不变性原理

来源:z理论 时间:2020/2/4

经典物理学既包括经典运动学、也包括经典力学,经典的运动学和力学符合哲学概念论的“等效原理”,物理学家对经典和现代物理中运动学和力学的一致性产生了“约定俗成”的共识,这可能与经典物理的集大成者牛顿建立了运动学和力学的统一性有关。当物体不受外力的作用、或物体受到的外力作用为零时,物体将保持静止或匀速直接运动的状态,物体的静止相当于运动速度为零。牛顿第一定律、或惯性定律描述了物体不受外力作用的情形。当物体受外力的作用时,物体将产生加速运动,伽利略最早定义了物体匀速和加速运动的概念。牛顿第二定律描述了物体受外力作用的情形。我们因此可以将力学理解为静态运动学,将运动学理解为动态力学。狭义的经典力学和分析力学只包括对物体受力状态的分折,而广义的经典力学和分析力学包括了对物体受力和运动状态的分折,力学和运动学的不可分割性成为了经典物理的一大特征。

牛顿的经典物理和爱因斯坦的相对论物理存在悖论性,其中之一在于前者的理论基础精确,对天体运动实际观测的结果和通过牛顿经典天体物理的计算存在偏差,后者的理论基础近似,对天体运动实际观测的结果和通过爱因斯坦相对论天体物理的计算十分契合。科学哲学的主要使命之一是分析“牛顿—爱因斯坦悖论”,即:为什么牛顿的精确理论不符合天体运动的观测结果、爱因斯坦的近似理论却符合实际的观测结论?现代物理哲学的奇异性之一是代表“绝对真理”的经典物理在描述天体运动的轨迹时产生了明显误差,而代表“相对真理”的相对论物理在描述天体的运动轨迹时产生了正确结果。为什么说爱因斯坦的“两大理论”——挟义和广义相对论属于非常近似的理论?至少可以从“光速不变性”来分析和理解爱因斯坦相对论的近似性。所有物体的运动是相对的、速度是可变的,它们的运动快慢受到参考系的影响,比如:从地月系和从地日系衡量的同一个物体的运动轨迹和运动速度不同,但是,光子的运动不同于所有的物体,光子运动的特殊性在于它不受任何参考系的影响,参考系变化的叠加关系丝毫不影响光子的运动属性。我们将“光速不变性原理”看成是量子力学的重要原理,以光子运动的“量子效应”来理解光速在不同参考系中的不变性。

光速不变原理指的是真空中的光速对任何观察者而言是不变的、或光在直空中的传播速度为一个不变的常数C。光速不变原理不是爱因斯坦首先发现的,麦克斯韦通过一组电磁学方程得到了光速常数项的解。年,著名的“迈克尔逊—莫雷实验”证明了光速在不同惯性系和不同方向上都相同,从而为现代物理学的开端和相对论的建立打下了基础。年,洛伦兹将迈克尔逊—莫雷光学实验的结果概括为“光速不变原理”。年,爱因斯坦在德国《物理学年鉴》上发表了狭义相对论的论文“论动体的电动力学”,他在论文中对光速不变原理进行了准确描述,“光在空虚空间中总以确定的速度V传播,这速度同发射休的运动状态无关”。爱因斯坦抛弃了将“以太”视为一种静止、绝对参考系的观点,在麦克斯韦和洛伦兹理论分析和麦克尔逊—莫雷实验成果的基础上建立了狭义相对论。光速不变性不是指光在不同媒介传播时表现的不变性,实际上光在不同媒介的传播速度可变,光在真空中的传播速度达到最大值,而在其它媒介质的传播速度小于光速,光速不变性指的是真空中的光速与观察者的运动状态和所在的参照系无关,或者说当某位观测者测量光速时,观测者在运动状态A和运动状态B、在参考系A和参考系B测量的光速符合哲学不变性的“等效原理”。

为什么在科学哲学的概念上将光速不变性原理解释为光子运动的量子效应?宏观物体和光子的运动特性出现了基本的不同,观测者的运动状态和所在的参考系影响了对宏观物体运动速度的测量,什么因素造成了宏观物体在不同座标系表现的运动速度可变性和光子在不同座标系表现的运动速度不变性?我们将光子在不同参考系中运动速度的不变性理解为光子的量子效应,光速不变的特殊性和奇异性通过光子的量子效应表现出来,就像宏观物体失去了波动性、光子获得了波动性一样,物理学家用光子波粒二象性的量子效应解释了光的波动性。以量子效应解释的光速不变性和光的波动性符合哲学原理论的“等效原理”。十七世纪的物理学家伽利略用“伽利略变换”解释了宏观物体在不同参考系运动时坐标参数的相互关系,而十九世纪的物理学家洛伦兹用“洛伦慈变换”解释了光子在不同参考系运动时坐标参数的变化关系。在伽利略——牛顿的时空坐标中,时间和空间相互分离,物体运动所在的时间和空间参考系本身保持不变,而在洛伦玆——爱因斯坦的时空坐标中,时间和空间融合为时空整体。“洛伦兹变换”化解了十七世纪牛顿经典力学和十九世纪麦克斯韦经典电磁学、或电动力学的悖论性,荷兰物理学家洛伦兹实际上建立了“准狭义相对论”。

什么因素造成了宏观物体运动的“伽利略变换”转变为光子运动的“洛伦兹变换”?我们将两种不同座标系存在的原因理解为光子运动的量子效应。根据科学哲学“等效原理”的推论,也许可以将光速不变的特殊性推广到量子运动速度不变的一般性,比如:电子和中微子运动速度的不变性,即:接近光速的电子和中微子的运动状态不受观察者自身运动和所在参考系的影响,量子效应不仅造成了光子、而且造成了电子和中微子在接近光速运动时的速度不变性。在爱因斯坦光量子理论和光的“波粒二象性”启发下,法国物理学家德布罗意在年提出了“物质波”的理论假说,他在博士论文“量子理论的研究”中指出,不仅光子存在波粒二象性,而且一切微观粒子、包括电子、质子和中子都存在粒子和波动的双重属性,他认为人们不可能将物质的运动和波的传播进行分离,波粒二象性不是光子的独有特性,而是一切物质粒子共有的、普遍的属性。德布罗意的物质波理论在之后的电子衍射物理实验中得到了证实。受德布罗意物质波理论的启发,我们同样可以将光子不变原理推广到所有的物质粒子,两种推广方式符合哲学逻辑轮的“等效原理”。所有接近光速运动的物质粒子都具有在不同参考系中速度不变性的特征,或从光子运动不变性的特殊性推广到粒子运动不变性的一般性。我们将量子运动在不同观察者和不同参考系表现的不变性理解为粒子运动的量子效应,物质粒子在不同参考系运动时发生的坐标变化符合“洛伦兹变换”,不符合“伽利略变换”。

(宇哲手稿:年11月18日)

邓如山









































北京中科白殿风医院好不好
北京中科白癜风医院路线

转载请注明:http://www.biaozhicarc.com/zllpj/5268.html