微观粒子波粒二象性的物理本质(14)

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1、 1 微观粒子微观粒子“波粒二象性波粒二象性”的物理的物理本质本质 广义时空相对论广义时空相对论引力方程引力方程的直接结论的直接结论 作者作者：夏烆光夏烆光 （摘自摘自广义时空相对论的引力方程广义时空相对论的引力方程 ， ，全文刊登在全文刊登在产业与科技论坛产业与科技论坛杂志上杂志上） 内容内容提要提要：本文从简要地介绍爱因斯坦广义相对论所面临的困难入手，借助微分几何的理论成果，并基 于广义时空相对论的坐标变换关系，导出了在各种不同类型引力场中物质运动的微分方程，即：在自由 空间中、在均匀引力场中、以及非均匀引力场中，物质运动的微分方程。这是一组用基本物理参数描述 的引力方程。这一这一组引力方

2、程组引力方程，不仅可以清晰地揭示出微观粒子“波粒二象性波粒二象性”的物理本质，而且可 以定量地描述“恒星系光谱红向移动恒星系光谱红向移动”的物理根源，从而顺理成章地否定“哈勃定律哈勃定律” 、 “大爆炸模型大爆炸模型 的宇宙生成论的宇宙生成论” ，进而使人们的宇宙观又重新返回到辩证唯物主义的正确轨道上来。 关键词关键词： 广义时空相对论 引力方程 广义相对论几何佯谬 微分几何学 波粒二象性 哈勃定律 大爆炸模 型 宇宙生成论 引引 言言 按照辩证唯物主义的认识论， “抽象的时间抽象的时间”和“抽象的空间抽象的空间”已经超越了具体物质的存在形式和 运动过程，因为它们已经抽掉了物质存在形式它们已经

3、抽掉了物质存在形式和运动过程所具有的全部和运动过程所具有的全部“个性个性” （即即特殊性特殊性） ，而而只剩只剩 下下物质的存在形式和运动过程所物质的存在形式和运动过程所具有的具有的“共性共性” （即普遍性即普遍性） 。不言而喻， “光子”同其它物质一样，都 是具体的物质。事实上，广义时空相对论已经清楚地证明，光子也具有不等于零的静止质量（参见【1】 第 143145 页） 。因此，光子在引力场中的运动必然受到引力场的作用。光线通过太阳引力场时发 生偏转现象的天文观测结果，是最有力地证明。由此而论，我们决不应该根据光线在引力场中传播路径 的几何特征而盲目地相信：抽去了抽去了所有所有个性的个性的

4、“抽象时间抽象时间”和和“抽象空间抽象空间”还还具有具有“弯曲弯曲”的几何特的几何特 征征。认识不到这一点认识不到这一点，就是混淆了就是混淆了“个性个性”与与“共性共性”的根本对立的根本对立，就是就是把把“普遍性普遍性”沦为沦为“特殊性特殊性” 。 在现有的时空理论中，或者说，已经被学术界主流派学者们捧为“圣经”的时空理论，只有爱因斯 坦的广义相对论。 这个时空理论不仅被当代学者们当做引力理论的基本教义， 而且被捧为 “现代宇宙学” 的理论基础。然而在实际应用上然而在实际应用上，爱因斯坦的广义相对论爱因斯坦的广义相对论，不仅和他的狭义相对论一样不仅和他的狭义相对论一样，存在着难以存在着难以 克

5、服的逻辑谬误和概念错误克服的逻辑谬误和概念错误，而且还因为爱因斯坦把空间当成了具有某种几何特征的东西而且还因为爱因斯坦把空间当成了具有某种几何特征的东西，从而导致从而导致 了广义相对论的了广义相对论的“几何佯谬几何佯谬” ，进而使现有的物理学理论出现进而使现有的物理学理论出现了前所未有的逻辑混乱了前所未有的逻辑混乱。 基于上述考虑，为了纠正爱因斯坦广义相对论的种种错误和逻辑混乱，本文拟根据“微分几何学” 的理论结果，并运用广义时空相对论关于“相对速度”与“绝对速度”之间的变换关系，系统地分析和 讨论：在自由空间中自由空间中、在均匀均匀引力场中引力场中、以及在非均匀非均匀引力场中引力场中，物质运

6、动规律的微分方程（引力方引力方 程程） 。利用这一组引力方程，不仅可以清晰地阐明微观粒子“波粒二象性波粒二象性”的物理本质，而且可以定量定量 地地描述“恒星系光谱红向移动恒星系光谱红向移动” 、以及“微波背景辐射黑体谱微波背景辐射黑体谱”的物理根源（参见【2】 ） ，从而否定哈 勃定律以及大爆炸模型的宇宙生成论。 一一 微分几何学微分几何学的的基础知识基础知识 （一一） 、二阶微分邻域的不变矢量二阶微分邻域的不变矢量。正如所知，微分几何学设定：曲线上的点的流动径矢 tM的 2 坐标具有一阶和二阶的连续导数。根据定义，曲线 tMM 的点M的二阶导数微分邻域是由展开式： 2 2M dMdMP来确定

7、。其中dtdtMdMd、以及 2222 dtdtMdMd。二阶微分 邻域具有两个对于空间运动群的独立不变的矢量，即dtMd和 22 dtMd。从这两个矢量从这两个矢量中中，我们能我们能 够构成够构成具有内蕴意义具有内蕴意义、且同参数且同参数“t”的选择无关的矢量的选择无关的矢量（参见【3】第 3437 页） 。 必须承认，对于二阶导数 22 dtMd，用参数“t”来代换时的变换法则，要比一阶导数dtMd的 变换法则来得复杂。不过，微分几何提供了摆脱这种复杂问题的有效方法，即：选择和曲线不变地关联选择和曲线不变地关联 着的参数着的参数弧长弧长“s”作为作为“特别参数特别参数” 。因为因为，曲线的

8、弧长曲线的弧长“s”内蕴地和曲线相关联内蕴地和曲线相关联，因而因而 对于这个参数的导数将有内蕴的对于这个参数的导数将有内蕴的几何几何意义意义。对于一阶导数，它给出的单位切矢量为： sdMd （1） 把上式对于弧长“s”再微分一次，我们便得到： dsddsMd 22 （2） 这里约定：所考虑的所有点的导数dsMd和 22 dsMd都不等于零。那么，任何一个不等于零的矢量 都确定了一个方向，这个方向的特征可以用一个与它具有相同方向的“单位矢量单位矢量”来表示。与此同时， 它也确定了某一个数量某一个数量（纯量纯量） ，即这个矢量的矢量的“模模” 。 若是这个矢量具有若是这个矢量具有“内蕴内蕴”意义意

9、义，则该矢量的两个元素则该矢量的两个元素正方向正方向单位矢量单位矢量和它的和它的“模模” （纯量纯量） 便有了便有了“内蕴内蕴”的的意义意义。用“”表示二阶导数 22 dsMd的单位矢量单位矢量，用“k”表示它的模，则有 kdsd （3） 此处的“k”是曲线的第一个纯量不变式，即二阶不变式。它的倒数k1就是“曲率半径曲率半径” 。与此 相关的矢量，是继以后的第二个不变矢量。也是单位矢量，根据矢量导数的特征，即矢量的导即矢量的导 数与这个矢量数与这个矢量垂直垂直，所以必有矢量所以必有矢量垂直于矢量垂直于矢量，即。矢量是“切矢量切矢量” 。微分几何定义： 任何垂直于切线的矢量都是任何垂直于切线的矢

10、量都是“法矢量法矢量” ，所以说所以说，是法矢量是法矢量。 在空间中，对于一条直线，我们可以画出无数条垂线，这些垂线构成了一个平面，叫做“法平面法平面” 。 在法平面上，以切点为中心的全部垂线束，都是这条曲线的法线法线。在所有的法线当中，我们要选择出其 中一条和曲线 tM在给定点的二阶微分邻域之间内蕴地关联着的矢量内蕴地关联着的矢量，这条法线便叫做“主法主法 线线” 。径矢对于弧长径矢对于弧长“s”的二阶导数的二阶导数 22 dsMd与曲线与曲线 tM的主法线的主法线方向相同方向相同。 （二二） 、相伴直角三面形与运动坐标系相伴直角三面形与运动坐标系。现在，我们已经有了两个和曲线 tM内蕴地关

11、联着的矢 量，即切矢量、和主法线矢量。它们的它们的“矢积矢积” 3 （4） 也具有内蕴的意义也具有内蕴的意义。的模1，这是因为两个因子都是单位矢量，并且它们之间互相垂直。根据 矢积的性质：矢量同时垂直于矢量和矢量。由于垂直于切线，所以它确定了曲线的法线。 但是，已经有了一条主法线矢量，因此我们把这条法线称为副法线矢量副法线矢量。副法线矢量也垂直于 主法线矢量，它的正方向它的正方向是是这样地选择这样地选择：使这使这三个三个单位单位矢量矢量（、） ，） ，分别与分别与所选择的所选择的直角坐直角坐 标系上的标系上的三个坐标矢量三个坐标矢量（i、j、k）对应地配置着对应地配置着，即即： “- -i”

12、； “- -j” ； “- -k” 。 不难看出，矢量和曲线 tM的定向有关。当“s”符号改变时，作为一阶导数的也改变方向， 不过，作为二阶导数的，在这种代换下，它的符号是不改变的。因为，当 ss时，将有 dsMddsMd、 2 222 dsMddsdsMdddsMd。改变曲线的正方向，矢积（4） 式改变符号，因此， 副法线的方向同切线一样， 也与曲线 tM本身的定向有关。 【按按】 ：】 ：这里用这里用“* *” 作上角标作上角标的的记号记号，是为是为了避免与了避免与求导符号混淆求导符号混淆（以下同以下同） 。 三个矢量（、）在给定的曲线 tM上的任何一点M处，确定了一个“直角三面形直角三面

13、形” 。这 个直角三面形随时地出现在给定曲线上点M处的“n阶微分邻域内阶微分邻域内” （2n） 。当M点移动时，这个 直角三面形和动点M同步地移动。所以，这个直角三面形又被称作“相伴三面形相伴三面形” 。相伴三面形属于相伴三面形属于 二阶微分邻域二阶微分邻域，只要在公共点处只要在公共点处，具有和具有和“流动径矢流动径矢”相同的相同的“一阶导数值一阶导数值、和二阶导数值和二阶导数值”的曲线的曲线， 那么在这一点上那么在这一点上，他们也具有共同的相伴三面形他们也具有共同的相伴三面形。相伴三面形的三个基本面具有特别的名称，它们分 别是：通过主法线和副法线的基本面垂直于切线，因此是曲线的“法平面法平面

14、” ；通过切线和主法线的基本 面称为“密切平面密切平面” ；通过切线和副法线的基本面，称为“伸直平面伸直平面” 。关于这些概念的具体意义， 这里不作更多地介绍，感兴趣的读者请阅读参考文献【3】第 160161 页的有关内容。 在在这里这里，我要特别强调地我要特别强调地指出指出：跟随动点跟随动点M一起运动的直角三面形一起运动的直角三面形，类似于我在类似于我在广义时空相对广义时空相对 论论一书一书中定义的中定义的运动坐标系运动坐标系（ K ） ，） ，又同我在又同我在惯性参考惯性参考系与牛顿力学的适用范围浅探系与牛顿力学的适用范围浅探剖析狭 义相对论的逻辑谬误与概念错误一文中一文中，关于火车运动的

15、关于火车运动的例子类似例子类似（参见【4】 ） 。只不过只不过在那个在那个例子例子 中中，火车是在一维时空中作直线运动火车是在一维时空中作直线运动，而而这里的动点这里的动点M不仅在三维不仅在三维时空中时空中，而且而且是任意是任意形式的曲线运形式的曲线运 动动。在在这个相伴三面形这个相伴三面形上的时间坐标上的时间坐标（ t） ，） ，就是运动时钟的读数就是运动时钟的读数；而这个相伴三面形以外的时间坐标而这个相伴三面形以外的时间坐标 （t） ，） ，就是静止时钟的度数就是静止时钟的度数；空间路径只有一个空间路径只有一个；它它就是站在动点就是站在动点M之上的观测者之上的观测者“从运动起点从运动起点 出发出发，移动移动的的空间距离空间距离” ，也是留在原地的静止观测者也是