质量概念的意义

质量是物理学中最基本概念之一,也是计量学中7个基本单位之一.澄清质量的定义是现代物理学中的一个中心问题.Newton的质量定义既简单又明确,它不随动体速度而改变,亦与参考系的选择无关.即使在相对论语境中也只有一个质量--Newton质量.1948年6月19日Einstein致Barnett的信中说:"对于动体,引入质量m=mo(1-v2/c2)-1/2的概念是不好的,因为对它不能给出清楚的定义."我们坚定地认为,中性粒子和中性物体的质量不随其运动速度的变化而改变.著名公式E=mc2是一个历史性产物,它最早由Poincarè于1900年提出,比狭义相对论(SR)出现早5年.Einstein最先提出的公式是E=mc2(Eo是粒子或物体的静止能量),它在理论上最符合SR.一般说,不能以质能关系式的证明当作SR理论的证明.另外,在物理学中"质量"、"能量"是各自独立的概念,在科学研究中不可混为一谈.迄今为止质量概念的计量学实现是只用Newton力学完成的.当前的困难在于量子质量基准的建立,它成为基本单位中最"顽固"的堡垒.另外,物理学并没有不允许负质量存在的定律,亦即负质量并非不可能.不过,这件事至今缺少确切的证据.至于质量的起源,它与Higgs粒子存在与否似应无关;因为质量的起源就是物质的起源,不应当成为问题.     

论有质粒子作超光速运动的可能性

狭义相对论( SR)中运动的有质粒子的长度( l)、质量( m)、能量( E或W)随速度v变化。当v增大,l减小而m和E加大。如果v=c,运动粒子的质量、能量成为无限大。故Einstein断言讨论超越光速c是无意义的。然而在实际上从未发现过物体长度随速度增加而减小。对质量而言,Newton力学中质量与速度无关;质量随速度变来自1904年的Lorentz公式m = m01- vc 2[()]-1/2,即使它适用于电子也不能像SR那样推广于一切动体,实际上缺少“Lorentz质速公式适用于中性粒子和中性物体”的实验。故所谓“光障”不一定真的存在。
　　电子并不是一个普通的动体,而是特殊的带有电荷的动体。故即使v=c,能量也不是无限大。另外,还可证明当速度v增大时动体荷电量q和受力F都减小。这就很好的解释了1901年的Kaufmann实验。类似地,分析表明1964年的Bertozi实验也不能证明光速c不可超越。
　　本文把今日的“光障”问题与过去的“声障”问题作了比较,认为可压缩流体力学可用在超光速研究中,空气动力学发展对突破光障有参考作用。在超声速飞机问世前,当飞机速度接近声速将形成气体超大密度的激波,飞机将无法穿越它。但深入的理论分析和风洞实验使科学家获悉,即使v=c(在这里c为声速),密度仅增大6倍,不是无限大;故工程师开始设计和建造超声速飞机。1947年10月14日美国空军完成了人类首次超声速飞行。……我们相信对所谓光障也会是同样的情况。
　　由于量子力学中的波粒二象性,科学家可按两条路径(粒子或波)展开研究。过去认为微观客体会呈现为粒子或波,但不会同时体现这两者。然而最新的研究却证明可在实验中又是粒子又是波。本文建议设计针对物质波的实验。由于现时有大量的群速超光速实验已获成功,可以期待超光速有质粒子(电子或质子)的存在和发现。……总之,结论是有质粒子可以作超光速运动,但有待将来的直接实验证明。     

运动体尺缩时延研究进展

从1892年到1904年,H.Lorentz假设动体的长度缩短和时间延缓,以便解释Michelson-Morley实验。1905年及1952年A.Einstein各给出了关于长度缩短的推导,但这些相对论性长度缩短存在逻辑矛盾。Lorentz理论是说,静止在以太中的物体的长度和相对以太运动的物体的长度有这种关系。但在狭义相对论(SR)中对物理现象的相互性看法造成长度缩短一事有多个佯谬(悖论)。这是因为SR的逻辑基础是相对运动,会造成原理上的悖论。实际上没有任何关于长度缩短理论的实验证明。在Lorentz理论中,时间延缓由动体的绝对运动引起。相对于静止的时钟,绝对速度大的时钟变慢;这是Lorentz以太论中的时间延缓。但在SR中用动体相对速度取代绝对速度,情况完全不同。Einstein是以不同观察者参考系的相对运动取代观察者与以太的关系,来解释长度缩短和时间延缓。因而产生了许多悖论质疑SR的自洽性,最著名的是P.Langevin于1911年提出的双生子佯谬。物理学定律之一的相对性原理从任意惯性系看来的一致性最先由H.Poincarè推介,而Lorentz变换(LT)体现该原理,但H.Lorentz于1904年发表的相对性思想是在以太存在性之下得出的。1905年Einstein发表了著名论文,其中有一个公设——光速不变性原理,由此认为不需要以太,亦即用不着一个优先的参考系。后来的讨论总包含下述问题:Einstein的狭义相对论(SR)和改进的Lorentz理论(MOL),哪个更好地描述自然界?这两者的主要区别在于,SR认为所有惯性系都是平权、等效的,而MOL认为存在优先的参考系。多年来的众多研究讨论显示,SR存在逻辑上的不自洽,亦缺少真正确定的实验证实。由此可以理解欧洲核子研究中心(CERN)的著名科学家John Bell在1985年所说的话:"我想回到Einstein之前,即Poincarè和Lorentz"。值得注意的是,SR无法解释近年来出现的研究成果——引力传播超光速和量子纠缠态传播超光速,而MOL却能解释。现在相对论理论体系面临改革,各方面的力量正推动这一改革。有若干新理论值得研究,例如改进的Newton力学(MOND);改进的Galilei理论(即推广的Galilei变换GGT);改进的Lorentz理论(MOL)。如果我们接受MOL,从现代观点看"新以太"是什么?本文认为是有量子特性的物理真空媒质。近年来,在我们的研究工作中已不把"真空中光速c"当作一个恒定不变的概念。     

对狭义相对论的研究和讨论

本文提供了相对论发生、发展的背景.物理学定律之一的相对性原理从任意惯性系看来的一致性最先由H.Poincarè推介,而Lorentz变换(LT)体现该原理,但H.Lorentz于1904年发表的相对性思想是在以太存在性之下得出的.1905年Einstein发表了著名论文,其中有一个公设--光速不变性原理,由此认为不需要以太,亦即用不着一个优先的参考系.后来的讨论总包含下述问题:Eimtein的狭义相对论(SR)和改进的Lorentz理论(MOL),哪个更好地描述自然界?这两者的主要区别在于,SR认为所有惯性系都是平权、等效的,而MOL认为存在优先的参考系.多年来的众多研究讨论显示,SR存在逻辑上的不自洽,亦缺少真正确定的实验证实.由此可以理解欧洲核子中心(CERN)的著名科学家John Bell在1985年所说的话:"我想回到Einstein之前,即Pioncatè和Lorentz".值得注意的是,SR无法解释近年采出现的研究成果--引力传播超光速和量子纠缠态传播超光速,而MOL却能解释.本文强调讨论科学问题必须冷静客观、实事求是;认为相对论体系面临重大变革,而来自各方面的力量正在推动这一变革.     

受空气浮力影响的称重实验

物体的质量和重量是否与运动速度有关?是否与带电状态有关?为什么陀螺旋转起来后"重量"会变轻?为什么电容器充电后"重量"会变轻?为什么气球充电后会向上飘?实验物体体积增加,导致空气的浮力增加,是产生称重变化的原因。物体的质量和重量与运动速度无关,与带电状态基本无关。     

“相对论性量子力学”是否真的存在

"相对论和量子力学是互相对立的",这句话曾出现在联合国教科文组织的《世界科学发展报告》之中;许多著名物理学家对此也有类似的阐述。然而有一种流行的看法认为:在早期已有P.Dirac创建了相对论性量子力学,并且它优于E.Schr?dinger提出的非相对论性量子波动力学。许多人认为Schr?dinger方程(SE)只能在低速(v?c)条件下使用,而Dirac方程(DE)才是无此限制的方程,因而更加精确。也有人认为,量子场论(QFT)已经实现了狭义相对论(SR)与量子力学(QM)的融合。本文认为上述观点似是而非,实际上是错误的。SE在分析处理光纤方面的成功,证明它能用于由光子扮演主要角色的物理过程,而光子却不是什么低速粒子。计算数据已证明SE的高精确性和应用上的广泛性。至于DE,它的推导虽非像SE那样直接从Newton力学出发,但也不是真正使用了SR的时空观和世界观。DE推导源于有关质量的两个方程——质能关系式和质速关系式,但它们均可由相对论力学出现前的经典物理推出;并且在事实上质能关系式在1900年即由H.Poincarè提出,质速关系式在1904年由H.Lorentz提出;因此,实际上DE的推导并非从相对论出发。既然DE与SR并无必然的联系,说它"代表SR与QM的结合"即不可接受。其实SE与DE只是两个不同的波方程,各有特点,都可应用;但两者的关系并非互不相容。本文指出Dirac的科学思想有其发展变化过程,晚年时他反复强调"要使相对论和量子力学一致存在真正的困难",而包括量子电动力学在内的QFT的成功"极为有限",根本不足以描述自然界。S.Weinberg其实早就看到理论物理学有大问题,例如对Lorentz变换不变性的要求根本不是QM能够满足的。可以说,几十年前使Dirac"伤透脑筋"的问题(无法使相对论与量子理论融合一致)今天仍然存在,而这是理论物理学陷入迷茫的重要原因之一。     

质速关系式的一种简单推导方法

在普通的物理的力学教程中,当讲授狭义相对论时,质速关系式m=m_o/(1-v~2/c~2)~(1/2),通常都是用分析小球在作相对运动的两个不同惯性系中的完全弹性碰撞或完全非弹性碰撞来推导的,推导过程比较繁琐。若直接利用动量定理F=dp/dt=d(mv)/dt以及时空和速度的洛伦兹变换,考查一个受恒力F作用的物体在两个惯性系中的运动,则质速关系式的推导     

光速:不变,又变

提出了“波运动假说” ;运用“波运动守恒律”证明了物体质量对速度的依赖关系m =m0 / [1- (v2 /c2 ) ]1/2 ,并根据这个关系证明了任两个有静止质量的物体之间的相对速度必须小于作为常量的绝对速限c ;推论光子的静止质量并不为 0而为无穷小 ,光子的速度并不绝对等于c而是无限逼进c ,不同光子的速度并不完全相等 ;指出光子频率的红移或蓝移正是以另一种量纲 (超量纲 )的形式表现出的光子的速度的变化 ;认为相对论实质上是引入了波运动效应的牛顿力学     

爱因斯坦的狭义相对论是正确的吗?

物理学定律之一的相对性原理从任意惯性系看来的一致性最先由H.Poincarè推介,而Lorentz变换(LT)体现该原理,但H.Lorentz于1904年发表的相对性思想是在以太存在性之下得出的.1905年Einstein发表了著名论文,其中有一个公设——光速不变性原理,由此认为不需要以太,亦即用不着一个优先的参考系.后来的讨论总包含下述问题:Einstein的狭义相对论(SR)和改进的Lorentz理论(MOL),哪个更好地描述自然界?这两者的主要区别在于,SR认为所有惯性系都是平权、等效的,而MOL认为存在优先的参考系.多年来的众多研究讨论显示,SR存在逻辑上的不自洽,亦缺少真正确定的实验证实.由此可以理解欧洲核子研究中心(CERN)的著名科学家John Bell在1985年所说的话:"我想回到Einstein之前,即Pioncarè和Lorentz".这实际上是说SR是不正确的.现在我们应重新审视1905年Einstein以光速不变假设为基础的关于同时性的定义——当光信号由位置A传到位置B,并立即返回到A,则有时间关系式tB--tA=tA--tB.……但在2009年林金团队发表一篇论文,报道他们对Einstein光速不变假设的判决性实验检验,它是在中国科学院国家授时中心的高精度TWSTT(双向卫星时间传递)设施上完成的.通过对比单程光信号同时性定义和双程光信号同时性定义的测量机制证明:在有相对运动的情况下双程光信号中的"往"和"返"两个单程信号通过的时间必然是不相等的,因此tB--tA≠t'A--tB.在航天技术帮助下,林金教授证明了光速不变理论的错误.SR的逻辑基础是相对主义,会造成原理上的悖论.产生的各种悖论质疑了SR的自洽性,最著名的一个是P.Langevin于1911年提出的双生子佯谬.本文对时空一体化提出批评,相对论正是建筑在space-time概念的基础上.但space-time的意思是什么?人们其实并不知道.Minkowski建议了一个4维矢量,把时间与3维空间搞在一起.这种处理在数学表达上有优点,但与物理实际相悖.space-time在计量学和SI制中都不存在,并且没有可测性.把空间矢与时间矢相加根本不可能,没有任何意义!从根本上讲,时间与空间不能混合在一起.基于上述理由,我们认为Einstein的狭义相对论是不正确的.     

对粒子物理学中几个方程的讨论

近年来,一些论文对相对论性粒子物理学中的几个方程(如质量速度关系式、动能方程、电子运动的动量公式)提出了挑战.本文叙述了中国科学家进行理论探讨和实验研究方面的新工作,以便使研究人员获得有关信息.分析了20世纪的某些早期实验(如1909年的Bucherer实验,1964年的Bertozzi实验),认为关于电子运动的理论仍是待研究解决的课题.此外,认为1904年的分析电子运动的质速关系的Lorentz文章在推导中有太多的假设,从而降低了它的价值.     

普遍的质速关系和狭义相对论

依据相对性原理以及动量守恒和能量守恒定律, 无需利用光速不变假设和具体的时空变换关系证明相对论能量必须正比于相对论质量。通过建立和求解质速关系的微分方程, 自动给出极限速度vm, 并得到一种普遍适用的相对论质速关系。该质速关系既适用于具有静质量且运动速度小于极限速度的“慢子”, 又适用于不具有静质量且运动速度大于极限速度的“快子”以及运动速度等于极限速度的“常子”。在此基础上可确定运动学时空变换的广义洛伦兹变换公式以及动力学的质能关系和能量-动量关系, 从而建立一种更为普遍的狭义相对论理论。无论是否存在无静质量的“快子”和“常子”, 无论是否发现超光速现象, 新的相对论理论都是成立并自洽的。极限速度的具体取值可由实验测量确定, 若取vm=c , 就回到传统相对论的公式, 光速不变则成为相对论的一个推论。     

考虑一个主星有辐射作用的限制性三体问题

在通常的限制性三体问题中,考虑一个主星m1的辐射作用后,小天体m的运动会有变化,但辐射作用与引力作用不同,其作用的大小与承受辐射压的客体的有效面质比有关,当主星m1辐射较强,小天体m的有效面质比较大时,这种辐射作用不可忽视,例如太阳光压对人造地球卫星运动的影响,除此之外,如果另一主星m2的有效面质比亦较大,则情况更复杂一些,考虑运动小天体和另一主星m2均受主星m1辐射作用的情况,从严格的数字模型着手建立相应的基本方程,讨论辐射作用对质心旋转坐标系中积分的存在和平衡解的影响,在主星m1辐射不是特别强和另一主星m1的有效面质比不是很大的情况下,这种辐射作用不会使原限制性三体问题的基本特征发生本质性的变化。     

波粒二象性理论与波速问题探讨

速度是宏观的概念;在量子力学中速度表示什么,本来无法回答。在半经典理论中,为重新定义速度,可取v→=▽S/m[m是粒子质量,S满足ψ=Aexp(j S/h)]。这样虽建立了速度与波函数的联系,却不是波科学中必需而有用的波速概念。真空中光速c是一个普遍性基本物理常数,量子力学显然也需要这个参数,亦即新波动力学需要这个物理量。从人类实践过程和结果看,科学家若企图确定c的最精确值,必须依靠标量方程c=fλ这样的标量描述才能实现。现代物理学认为波速度(相速vp、群速vg)是标量而非矢量。波动具有独特的科学性质,其规律与经典力学不同,它需要量子力学支持,又不等同于严格的量子力学。目前尚无单独一个理论能完美解释波科学问题,处在经典物理和量子物理并用的局面。电磁场的量子化过程为光的波粒二象性提供了基本的数学诠释,即连续展布于空间的电磁场在量子化后得到光子。尽管如此,"光子是什么"的难题仍困扰着科学家。通常认为电子的物质波是几率波,光子的波动是电磁波而非几率波。但在分析处理双光子纠缠时又在使用几率波理念,这样光子的波是什么仍未解决。另外,电子几率波与Schrdinger方程对应,但有一种观点认为光子几率波尚无可对应的波方程。另一方面,物质波相速的物理意义并不清晰;而de Broglie波的相速是超光速的,对此还需要更多的说明。类似的许多例子表明,波粒二象性仍是现代物理学中的一个待解之谜。最后,近年来对负波速(NWV)的研究既使波科学更加丰富,也为发展理论思维提供了新的契机。     

氢原子和类氢离子的等式型径向动量-位置不确定关系

用算符理论推出了氢原子和类氢离子的等式型径向动量-位置不确定关系．发现此关系式与主量子数和角量子数有关，而与核电荷数以及折合质量无关．     

狭义相对论研究中的若干问题

量子力学(QM)在本质上具有非经典性、微观性和非局域性,故量子力学与狭义相对论(SR)在根本上不具有一致性。EPR论文集中代表了爱因斯坦对量子力学的不满和捍卫狭义相对论自然观的意图。虽然狭义相对论不允许超光速状态,但量子力学的非局域性表示出现超光速是可能的。实际上,超光速问题是狭义相对论与量子力学有尖锐矛盾的证明。对已有超光速实验作分类整理后指出,不少实验很象是一种量子行为,而这些实验是对狭义相对论和量子力学理论研究的激励。最后指出,对光子静质量虽已做过许多研究,仍有一些问题有待解决。     

狭义相对论效应物理本质的初步探讨

本文以四个物理假设为前提,其中假设一、二决定了惯性系内回路光速的测值恒为C的结论:再加上假设三、四,它们共同决定了物体运动时产生的具体物理变化,即钟慢、尺缩、质速关系等。在本文假设下,如果采用与狭义相对论相同的校钟方法,参照任一惯性系对上述动体效应的观测结果与狭义相对论的结论相同。     

微观粒子的隧穿效应

通过求解薛定谔方程,计算出微观粒子连续穿过两个方势垒的透射系数.数值计算表明：当入射能量低于两个势垒高度时,介于两个势垒高度时,高于两个势垒高度时,透射系数随两个势垒宽度和高度的变化均有变化.并且,在一定条件下,可以发生共振透射.最后得出,透射系数随势垒高度、宽度及粒子能量的变化而变化,与两个垒之间的距离无关.