用流体力学方法发展相对论的设想

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1、简介: 这篇文章 , 从连续介质和相对论物理的相似性入手, 利用可压缩波动方程为例对 拟洛伦兹时空和伽利略时空只不过是数学表象不同这个问题作了分析. 在这个基 础上, 进一步推导了气动方程组和电动力学方程组的相似关系, 从而对电动力学 方程组的完备性和相对论时空的本质提出了疑问, 于是就提出了罗伦兹时空中的 Maxwell 方程, 和迦里洛时空中的连续介质方程似乎是数学表象不同的很相似的 方程的观点 , 类似中科院高能所 60 年代提出的层子模型阐述了基于粘性介质为 基础介质背景的假设 , 并且按照可压缩性的假设 , 在新的理论框架下推导出了亚 光速情况下和相对论一样的质能关系表达式, 并对在

2、这种用介质背景理论修正过 理论体系中 , 可能可以容纳的跨光速和超光速现象以及他们所要遵循的质速关系, 如光子静止质量不为零 , 甚至超光速加速器的设计原则进行了探讨. 令人感到欣慰的是 , 由于前述改动方程继承了相对论的结果, 他和相对论有相同 的能量质量关系 , 这些都可以用到引力作用上, 所以他不仅可以满足狭义相对论 的试验验证 , 而且可以满足至今为止的广义相对论的一切试验验证结果, 更进一 步, 这种这种更低层粒子组成的介质背景的假设, 给波粒两相性的统一 , 量子力学 中的测不准原理都可以给出更直观更合理的解释. 本文中的这些观点曾经在2000 年召开的力学大会物理力学分组会上进行

3、了介绍 和讨论 , 引起了与会代表的极大兴趣和支持. 为了更好的联合各个交叉学科, 吸引 更多的人参加这项研究 , 我们编辑了此文 , 以便推动此项研究的开展 . 关键词 : NS 方程, 相对论 , 超光速 , 质能关系 , 量子力学 , 波粒两相 , 测不准原理 . Abstract: From the similarity between continued mass mechanics and spatial relativity, a question about the complement of the Maxwell equation is submitted, and thr

4、ough deduce give a concept to see the Maxwell equation and NS equation as similar equal Equation but in different viewpoint. On the assumption of background mass particle and gas, the relation of mass and energy of relativity theory is given but from through The new theory frame. Due to the mass-ene

5、rgy relation can be used to gravity, so the theory will satisfy all the experiment till now have made to validate relativity theory. Keyword: NS equation, Relativity, Super lightsped, relation of mass and energy, quantum mechanics, diphasic of wave and particle 用流体力学方法发展相对论的设想*简介:*Abstract:*Keyword:

6、 NS equation, Relativity, Super lightspeed, relation of mass and energy, quantum mechanics, diphasic of wave and particle*一, 超光速的发现和爱因斯坦的勇气*1 爱因斯坦的勇气 .*2. 谁敢在麦克斯韦尔方程头上动土?*3. 真空到底是怎样的物质 ?*4. 引入了低一个层次的介质背景, 是否能够用它来统一波粒两相性?*5. 怎样才可能出现超光速*二, 电磁和流体两个物理现象之间的惊人相似*二, 换只眼睛看事物, 世界更精彩*三, 前仆后继探索相似规律, 屡战屡败 , 终是假

7、设 .*四, 牛顿流体框架内三缺一,*1 ）电动力学方程组的1 式在连续介质力学的类似式：*2 ）电动力学基本方程组的4 式对应的表达形式*3）对于电动力学基本方程组的2 式对应表达*五, 为何山穷水尽疑无路?*六, 不得不放弃牛顿流体同构关系, 柳暗花明又一村. *七, 两个不同领域物理现象的相似对比和物理意义*1. 新方程组 , 刚好就是引力场论的方程*2. 电磁场的介质背景可否重见天日*3. 对于介质背景的疑问和责难*4. 对疑问和责难的答复 :*a.麦克尔荪的相干光学实验到底否定了什么?*麦克尔荪试验否定了的是绝对静止的刚体以太*这样的逻辑对吗 ?.*带有“ 粘性效应 “ 的流体介质背

8、景没有被否定*b. 协变不变性只是一种数学包装*c. 多出来的 F2,F2 项也是力 , 压力, 惯力, 也许部分粘性力*d. 从粒子世界的杨振宁 - 密尔斯规范场论出发的研究.*结论：*八, 新的质能关系式*九, 粒子性和波动性的统一*1 波粒两相性的解释 .*2. 测不准原理的解释*十, 亚光速下的质能关系*十一 , 超光速情况下质能关系可能形式*十二 , 在光速时可能的质能关系*十三 , 拉瓦尔管和反向思维*十四 , 要鞍点不要奇点*后记 , 感谢指导 , 和招收研究生*附录 1 关于波动方程的几个数学变换和时空之间的关系*一, 超光速的发现和爱因斯坦的勇气最近媒体不断传出发现光波的群速

9、度超光速 的消息 , 这是美国的华裔科学家在实 验室里发现的 . 而且这个速度超过光速几百倍, 虽然解释清楚了是光波的群速度, 但理论界确实吓了一跳 , 这些都引起人们对相对论的坚实程度再次关心, 实际上多年来对相对论的讨论和探索, 科学界一直就没有间断过 , 最近美国 NASA 和欧洲 航天还都发射了卫星来专门进行相对论的验证 . 而在理论上这种既想继承相对论 的丰硕成果 , 又试图修正相对论以满足现代物理发展的工作早就暗暗进行着讨论. 这些问题主要包括以下方面: 1 爱因斯坦的勇气 . 爱因斯坦在为统一论苦苦求索后半生并且寂寞多年以后, 在晚年说过的一句话 : 不是空间存放物质 , 而是物

10、质组成了空间 . 说这句话是需要要很大的勇气的, 这句 话说明了物质背景在晚年爱因斯坦心中的地位, 也说明了他不断认识的深化. 时 间和空间到底有没有介质背景呢?这个本底背景是否属于比粒子更微观的另一个 层次? 2. 可否在麦克斯韦尔方程头上动土? 如果也能够在在麦克斯韦尔方程里面加上类似的强的非线性项的话, 那么方程从 精度上变化不大 , 但是甩开了协变不变性 , 发展成一种更广义的不变性, 从而为超 光速留下了补充的余地 . 那么相对论是否要发展一步呢?虽然以前 Proca 曾经提 出过重电磁理论 , 也对麦克斯韦尔方程作过添加光子质量项的修改, 它的假设被 实验所否定 , 但是它的理论是

11、在假设劳伦兹变化成立情况下展开的, 能否进一步 纠正 proca 的方程呢 ? 3. 真空到底是怎样的物质? 和上面的问题一样 , 相对论的基石麦克斯韦尔方程只不过和不可压缩的介质方程 相近, 那么是否可以利用可压缩的介质方程来修改麦氏方程, 建立可压缩介质一 类的相对论呢 ? 4. 引入了低一个层次的介质背景, 是否能够用它来统一波粒两相性? 5. 怎样才可能出现超光速可否利用可压缩介质的特性, 把不可压介质方程中速度和波速相同时的奇点变成 鞍点, 讨论超光速现象 , 并用来指导超光速加速器的设计? 二, 电磁和流体两个物理现象之间的惊人相似首先让我们来注意一下连续介质流动和电磁物理之间许多

12、惊人的相似特点, 电 动力学研究的物理现象和连续介质力学研究的物理现象有许多相似之处。这一点 我们可以在在自然界看到许多例子，比如静电场和不可压流体场的相似，有这个 相似性，人们才可以把不同性质的实验用来相互类比，比如长江的流动如果用无 粘流来近似估算它的流线的话，就可以用静电场的测量来代替水力学实验，为什 么呢？这是因为它们都满足拉普拉斯方程, 然而这些都是静态的定常方程, 对于 动态的情况 , 我们可以从另一个角度来观察电磁场的有关物理现象和连续介质场 变化的相似性， 如电场对时间的变化产生了磁场的旋度（磁场的涡） ，而磁场对 时间的变化产生电场的旋度 （电场的涡） 这些现象， 在连续介质

13、力学中， 正好有 类似的例子。 连续介质力学中力 （也就是加速度） 对时间的变化是能够产生涡的 旋度的，比方我们在游船上把船桨在水里一划，于是在我们加力的桨叶周围， 就 生成了一个涡环， 涡环的所在平面法向和作用力方向一致，也就是说力产生了涡 的旋度，然而我们也熟悉霍姆赫兹定律， 涡强的随体导数的变化将产生力的环量， 力产生涡的旋度， 涡的变化也产生加速度的旋度. 看起来，这和电磁场里面的电 生磁，磁生电，很相似。不妨用下面的比较表格来说明这两个物理现象之间的惊人相似: 牛顿力学 .电磁场引力作用 a*m1*m2/r*2.电磁作用 b*e1*e2/r*2 点泉, 点源, 质流.正电荷 , 负电

14、荷 , 电流流线.电力线液流场的势满足拉普拉斯方程.电流场的势亦满足拉普拉斯方程力冲量产生漩涡环量 .电流产生磁场环量涡矢量的突然增强产生力矢量的环量.磁场突增产生电场环量( 海姆霍兹定律 ) 为了简单两个物理现象之间的惊人相似也可以用一唯微分方程来比拟，由于可压 缩漩涡表示的困难，我们最好还是采用等熵假设，以简化讨论黏性介质力学 .爱因斯坦相对论d p = C2 d ( 密度);.d w = C2 dM;.1. d p = -v dv.d w = -M v dv.2. 总 =静/sqrt(1-2).M总 = M静/sqrt(1-2).3. 其中: = v/a （马赫数） .= v/C.4.

15、二, 换只眼睛看事物 , 世界更精彩特别让人惊讶的是在波动问题描述上的相似性。简化以后的波动方程为 : 而电磁波和光波的波动方程为：把它的时空观察角度改变,.把它的拟洛伦兹时空改成迦里洛时 空来采取拟洛伦兹变换 , 就变成了 .观察, 进行反变换 , 就又成了可压缩不可压方程结果和右边的表.波动方程 . 达形式一样拟洛伦兹变换的表达形式如下所示, 通过这个变换就可以把左边的方程变到右 边: 总而言之，通过不难的演算 , 人们就可以发现 , 看起来上面的方程组是截然不同的， 但是说明的问题可以是一个, 左边那个可压缩流动的波动方程可以通过这个仿射 变换把他转化为洛伦兹空间的不可压流动问题来解决. 转化前的可压缩波动方程 的系数没有所谓优美的协变不变性。但是它的空间是迦理洛时空， 人们观察到的物象是原来座标大小。然而对我们解方程的人来说, 它等効于一个洛伦兹时空的波速不可超越流动 . 这就是换一直眼睛看世界的奇妙作用, 所以 , 我们就想, 具有尺缩和钟慢效应的拟罗伦兹时空的相对论型的波动方程, 给他做一个拟洛伦兹反变