请教几个理论物理问题(1)

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1、请教几个理论物理问题卢鹤绂说过： “物理学中最难的就是理论物理，它完全是理论性的，没有实验可做，要靠脑子的思维，要靠对整个物理学知识的融会贯通.理论物理是物理学的基础，只有学好它，才能弄懂其他学科.”、狭义相对论方面1按照经典电磁辐射理论，如果粒子的加速度与运动速度平行，比如电子在电场中的运动，辐射功率为：3223220)/1(3241cVcaqdtdU,如果加速度与速度 垂 直 ， 比 如 电 子 在 磁 场 中 的 运 动 ，辐 射 功 率 为 ：2223220)/1(3241cVcaqdtdU, 式中V是推迟速度，a是推迟加速度.如何解释下面的理想实验：假设在一个封闭系统中有两个物体，一

2、个不带电荷也没有磁矩，另一个带有电荷，它们的引力质量相等，分别位于A、B两点，观察者处于线段AB的中点，两个物体同时由静止出发相向运动，它们所受的力大小相等 . 按照狭义相对论， 它们的引力质量在任何时刻都相等，引力能量相等，可是根据经典电动力学由带电的物体将不断地辐射电磁波，那么能量从何而来？如果能量守恒把物体辐射的电磁波考虑在内，由于电磁力满足宇称守恒, 因此辐射电磁波的总动量应当为0，由带电的物体速率应当大，能量仍然不守恒 . 笔者通过电磁质量的量子化以及电磁质量不是引力质量的一部分，圆满地解释了这个问题，不知是否正确？2现代物理学认为在引力场中下落的电子速度远低于电磁场的传播速度，即使

3、没有外来电磁场，电子在自己激发的电磁场中的异步运动就导致电磁阻尼使电子的下降速度远落后于自由落体的速度，其在引力场中失去的势能只是部分地转化为它的动能，其余的转化为其内能（ T4） , 其温度升高，它将有热辐射，这又导致其温度下降，但内能不会全转化为辐射能，故其温度仍会继续升高，从而其热辐射频率和强度也越来越强，从而该电子在引力场中失去的势能只是部分地转化为它的动能，其余部分一部分作为辐射能辐射出去，其余的保留为由其升高的温度表征的内能. 3狭义相对论框架下如何认识万有引力定律？在狭义相对论框架下，功能原理和机械能守恒定律是否也有类似形式？如何证明洛伦兹变换构成一个变换群？4假设真空那个中有两

4、个相对静止物体质量均为M ，以系统的质心 （两个物体连线的中点）为参照系，它们在万有引力作用下开始加速运动，根据狭义相对论物体的质量将不断增加，增加的质量应该来源于引力场，如何用数学定量表达？5经典力学中处理非惯性系中两体问题时，引入折合质量 . 狭义相对论和经典力学都是在惯性系中成立，那么在狭义相对论框架内是否也可以引入折合质量的问题？、广义相对论与宇宙学方面1、广义相对论从引力质量与惯性质量相等得到了广义相对论，广义相对论适用于任何参考系，在双星现象中假设两个星体的质量相等，如果以其中一个星体为参照系，考察另一个星体的运动，此时显然引力质量是惯性质量（应该是系统的折合质量或者说约化质量）的

5、二倍. 如果考虑到广义相对论加速运动相当于引力场的话，引力质量与惯性质量相等，之间的误差相当大. 如何理解这个问题？如何从广义相对论解释双星现象？2、广义相对论认为没有物质时空不存在，同时认为质量改变了时空结构，这两种表述之间的关系如何理解？笔者认为引力场是相对时空，物体的质量改变了附近的时空结构，一个物体不存在时，时空依然存在，其它物体产生的引力场，只有所有物质不存在时，时空才不存在（这种情况不可能存在）. 这种理解是否正确？3、广义相对论认为存在奇点，可是在微观世界存在强相互作用与弱相互作用，如果考虑到这两种相互作用，是否仍然存在奇点？黑洞是根据万有引力定律或者说广义相对论得出的结论，没有

6、考虑到电磁相互作用（例如分子之间的斥力）、强相互作用和弱相互作用、宇宙常数等方面，如果考虑到这些因素，是否存在黑洞？物质在塌缩到黑洞的过程中，费米子是否仍然满足泡利不相容原理？现代物理学研究黑洞向外辐射粒子，这是否与黑洞的定义矛盾？万有引力定律对于运动质量是否近似成立？4、广义相对论认为一切参考系都等价，无法确定整个宇宙的运动状态，可是大爆炸理论却认为这个宇宙处于膨胀阶段，如何理解这一关系？5、根据对Seeliger佯谬的讨论看到，如果宇宙学原理假设成立，宇宙中物质是均匀分布，则在宇宙中任意一个空间点都不应当存在引力场. 我们还可以换个角度来讨论这个问题：如果宇宙中引力场不为0，则根据宇宙学原

7、理，引力场至少应当是均匀的. 因为引力场是一个矢量场，如果宇宙中存在有均匀的引力场，则宇宙就不可能是各向同性.因为引力场的矢量方向就是一个特殊的方向 . 因此如果宇宙学原理成立，宇宙中任意一个空间点都不应当存在有强度不为0 的引力场 . 6、大爆炸理论认为在大爆炸初期，没有时间和空间，根据广义相对论也就不存在物质， 能量守恒定律认为能量是不可创造，质量守恒定律认为质量是不可创造，电荷守恒定律认为电荷是不可创造,大爆炸理论认为能量、物质（质量） 、空间、时间已经被一个无限小的点爆炸创造，并且是在四大皆空发生的，如何理解这些关系？7、大爆炸理论和动量守恒定律以及角动量守恒都是不相容的. 宇宙学观测

8、表明宇宙是膨胀着的，通过对微波背景辐射和宇宙大尺度结构等的观测，宇宙的历史可以追溯到极早期发生的大爆炸. 我们所知的基本物理，比如广义相对论和粒子物理标准模型，在那里都不适用，这显然与 Einstein的思想相悖 .为理解宇宙起源，需要了解大爆炸时期的基本物理量，可是根据相对论时间不能倒流，如何了解大爆炸时期的基本物理量？8、现代物理学认为物质之间有四种相互作用，可是大爆炸理论没有提及大爆炸是何种相互作用. 泡利不相容原理背后是否有更本质的内容，是否也是一种相互作用，是哪一种力？9、爱因斯坦在广义相对论中只研究了二体问题，即开普勒问题. 在经典力学万有引力定律中三体问题无法求精确解，在广义相对

9、论中是否也存在三体问题？10、 根据爱因斯坦广义相对论,运动方程是测地线方程.可是当粒子沿着测地线运动时 ,粒子会发出引力波.因此应该有一个引力辐射反作用力粒子反应.然而 ,爱因斯坦没有发现辐射反作用力的存在，如何理解这个问题？11、 量子力学中的算符通常是不可对易的,而相对论中的时空度规是非正定的.量子力学的发展表明，算符的非对易性非但不是理论的缺陷，恰恰是其精华所在,而度规的非正定性是否会进一步揭示相对论的某种内在的物理本质呢？、广义相对论与电磁场综合问题1、 Einstein晚年致力于引力场与电磁场统一的研究，如果统一场论按照广义相对论的基础建立，那么电磁场也应当满足广义相对论的等效原理

10、. 根据Einstein的广义相对性原理，物理定律对于任何参照系都成立，那么下面的理想实验如何解释：现代物理学认为“一个粒子惯性质量为m ，是指在无穷远处观察该粒子，粒子携带的质量加上它的场能之和才是它的惯性质量m.”假设在真空中相距充分远处有两个质点A、B，惯性质量均为m,带有等量的同种电荷，它们在万有引力和静电力的共同作用下处于平衡状态，能否根据等效原理相当于它们的惯性质量为0？如果把其中的一个质点的电荷换成异种电荷，能否根据等效原理相当于它们的惯性质量为2m? 在 Klein-Kluza理论理论中，引力和电磁力可以通过统一的方式结合在一起. 在那里，最重要的也就是所谓的“荷质比” .KK

11、 理论中时空是五维的，而第五个维度则必须是卷曲维度，即必须具有有限大小的半径，而且这个半径必须足够小.KK 理论的问题在于得到的与事实相符的力学行为所对应的荷质比，却和真实粒子不同. 从而一段时间内人们普遍认为电磁力和广义相对论无法融合. 但后来人们却发现在11 维的 KK理论中， 一切就会变得和现实相符，但必须引入超对称性，从而 11 维的KK理论又称为超引力理论. 随后人们发现超引力理论和10 维的超弦理论的11维拓展版本具有相似性，从而在11 维的 M理论中，超弦理论和超引力理论被结合在了一起，成为同一种理论. 可是现代弦论越到了难以逾越的困难，尤其是引力场的量子化不可重整化. 2、 现

12、代物理学认为不但粒子会受到引力，电磁场也会受到引力，参见强引力场下的电磁场分布， 这是广义相对论结合非线性数学物理方法的基本问题，以及带电引力场，比如柯尔- 纽曼度规 . 为何电磁场的运动速率不发生变换呢？3、 在自由降落的升降机内能否测量到静止电荷的辐射？如果测量到说明广义相对性原理存在问题，如果测量不到说明经典电动力学存在问题，电荷在引力场中做变速运动是否辐射电磁波？4、 Einstein在创立广义相对论的过程中通过电梯说明了等效原理，可是当电梯如果带有电荷， 特别是当电荷的电性相反时和相同时，强等效原理显然不成立，这说明广义相对论仅仅适用于引力场，不适用于电磁场. 5、 如果两个电荷都具

13、有引力质量, 那么它们之间除了具有电磁相互作用之外还具有万有引力作用，两种作用显然不一致，不满足简单性原则. 6、 现代物理学认为引力场的能量为负值，根据质能方程引力场的质量为负值. 一个物体与其激发的引力场的能量之和是否为0，为何现代物理学计算的引力场能量与质能方程计算的物体的能量不是一个数量级？、 狭义相对论与广义相对论的综合问题1、狭义相对论认为运动物体的时钟延缓，广义相对论认为强引力场中时钟延缓，两种效应能否统一？是否可以从广义相对论方程推导出狭义相对论效应？只有把两种效应统一在一起，才符合 Einstein科学简单性原则. 狭义相对论框架内是否也存在机械能守恒定律，如果存在，如何证明

14、？2、广义相对论和狭义相对论的最大不同，在于对于真空绝对速度C （真空绝对速度和一般所言的“电磁波真空波速”不是一个概念，只不过后者在数学上恰好等于前者而已）只能在局部观测者上定义. 也就是说，狭义相对论可以定义一个全局观测者，而在广义相对论中只能使用局部观测者，而参照系的选择就体现了观测者的选择（两者还不完全相同）. 在广义相对论中，从始至终所说的是：在局部观测者自己看来，自己所在位置的电磁波的真空光速等于真空绝对速度C ， 这才是广义相对论中对于光速所说的全部内容. 在非本地观测者看来，自己所在位置以外的别的地方的光速完全可以不是光速，这是广义相对论的一个很常见的结果. 可是现代宇宙学却是

15、利用广义相对论研究，笔者认为广义相对论尽管从局域开始研究，也应该适用于大尺度的空间也应该有一个全局观测者，否则如何理解大爆炸理论？二者之间是否存在着矛盾？、 量子力学与量子场论问题1、 在相对论量子力学中，一个粒子的能量不但可以为正值，也可以为负值，负值对应于反粒子. 根据质能方程反粒子的惯性质量是为负值，可是1960 年数学家和物理学家提出并证明了一条定理：在广义相对论（GR ）中一个孤立物体的质量必定是非负的. 这些关系如何理解？仅仅靠一个空穴的概念了之？真空破缺的动力学机制是什么？基本粒子是如何生成的？真空为何存在零点振荡能？能量来自何处？2、 现代物理学认为反粒子携带正能量，由于数学上

16、的性质的差异，其数学表征为负频率，从而在原先的相对论性量子力学中认为是负能量与负概率，而采用了场论中的算符表述，这些就都变成了正常的正能量与正概率，只不过相同的粒子却带有相反的电荷（包括QCD中的色荷，以及弱相互作用中的同位旋）. 这与 Einstein的科学思想是相悖的，是否说明量子场论和相对论量子力学有着不可调和的矛盾？3、 经典电动力学认为加速运动的电荷能够辐射电磁波, 而量子力学指出电子在同一能级内做加速运动不能辐射电磁波，如何把它们统一在一起？根据经典电动力学，自由真空中的电子，如果给它一个加速度，它也能发射电磁波，进一步造成自我加速，一边加速，一边产生电磁波，这里能量的确不守恒. 4、 假设一个中性的氢原子在电磁场中作变速运动，根据经典电动力学应当不辐射电磁波，可是如果我们把电子和质子分开来分析，那么它们应该都辐射电磁波，如何解释这个问题？5、 量子力学的有效范围是高能领域，一般来说微观物理是高能范围，所以量子力学适用于微观领域. 从数学上可以知道，在最低能级层面， 无论是强力、弱力还是电磁力，带同种性质的力荷的粒子之间都是排斥力，而带不同性质力荷