1引力场与电磁场统一途径展望.doc

1、引力场与电磁场统一途径展望 Einstein在临终前八个月曾表示：“……我认为非常有可能，物理学不是建立在场的概念上，即不是建立在连续体上的。如果是这样，那末，我的空中楼阁——包括引力论在内——甚至连其他现代物理学也一样，都将荡然无存。”由于Einstein的引力场与Maxwell的电磁场都是从宏观物质存在总结出来的，且均为宏观物质实体，所以统一场论思想也应从宏观存在入手。另外，应力作用影响实在空间的几何形状，而与引力相类似的电磁力作用同样也应该影响实在空间的几何形状。因为空间和时间的客观意义在于：四维连续区是双曲面型的，因此，从每一点出发，都有“时间的”（即ds2＜0和“空间的”（即ds2＞0）线元。从这一点，统一场论理所当然地也应从宏观存在的空间的几何变形入手。基于以上两点，从微观世界寻找统一场的考虑就不存在了，这也符合Einstein的统一思想。如果接受Einstein的有引力场的对称度规张量gμν和电磁场的反对称电磁张量Fμν考虑的一个对称部分sik和一个实数的或纯虚数的反对称部分aik之和而形成的表示度规的非对称张量gik的思想的话，那么，我们将走入误区。因为引力场的度规张量gμν为对称张量，且每个元素是非矢量的协变分量和逆变分量的集合——纯几何量构成的；而电磁场的电磁张量Fμν只能表示电磁张量，其中的每个元素是由只具有几何特征的纯电磁场量构成的，并非表示电磁场的空间度规成份——电磁场引起的空间的几何变形。因此，电磁场的空间度规，不一定非为反对称张量aik不可——由电磁张量不能确定电磁度规的结构，也许与引力场相似它也是对称张量。如果接受束星北的电磁与引力间的复数形式的结合的话，虽然满足了相同符号的两个质点彼此相吸，而相同符号的两个电荷彼此相斥的结论，但这也许得到电磁与引力之间毫无相干这样的结果，尽管这对从总场分解出电磁与引力的各分场有利，但和电磁与引力也许是一个统一的相互影响的整体的可能性相矛盾。也许Kaluza的五维空间法是一个很不错的方法，但要注意的是电磁张量Fμν并不代表空间的几何变形，要重新寻找电磁的度规表示。这样，也许才能在更高维的空间中构成一个单一的“统一场”。 综上所述，二场的统一，一方面要在宏观世界上进行，另一方面，还要相互和谐，不能是简单的合并，要符合物理的实在同一性，也要符合物理意义。Einstein曾指出：“我设法去找在形式上有点类似于真空引力方程而又同总场有关的东西，把它作为总场方程。”在宇宙物质的场方程中，曲率张量的出线应该说是由于受到某种或者是引力或者是电磁力的作用而引起的，即由于物质储备了能量动量而引起了周围时空的曲率张量。这样，我们如果分析Einstein的引力场方程就会知道，方程的左边是空间的几何变形量，我们不妨叫它“几何能量动量张量”（因为在平直空间的基础上，几何变形应该说是“蓄能”的过程）；而右边是物体的能量动量张量形式。因为从作用力的角度来考虑，两个质点的引力与两个异种电荷的引力在本质上的作用机理是相似的——都是吸引力，所以电磁作用同样会引起与引力作用相似的空间几何变化，也许变形的程度有所不同罢了。若对两个同种电荷质点的相斥来说，由于引力引起空间变形的事实，斥力也应该会引起空间几何形状的变化。从能量辐射的角度来说，引力辐射会引起空间形状的改变，那么电磁辐射也应该影响空间形状，只是影响的形状或程度不同罢了，Einstein本人在1923年发表的《仿射场论》一文中也得到了类似的结果。此外，Einstein的广义相对论的结论也与电磁场情况相对应——具有与电荷在其周围引起静电势一样的引力势，即“电”分量；也有做圆周运动的电荷具有磁矩及磁矩与磁矩之间的作用相类似的旋转的物体会有引力“磁”矩，而且两个旋转物体之间会有引力“磁”矩的相互作用。这样，我们应该考虑到有把Einstein引力场方程修改为统一场方场的可能。从形式上看，Einstein的引力场方程应该说是能量动量守恒的一部分，因为在广阔的宇宙之中，除了引力的能量动量之外，还有电磁的能量动量部分。由于在Einstein引力场方程中左边已经是“几何的能量动量”形式了，所以可以认为两种场的合作用所引起的合几何变形归因于这个“几何的能量动量”形式，而右边的物体的能量动量形式应该变为电磁与引力共同作用下的物体的能量动量形式，其中由于Lorentz力是电磁作用的另一种形式，它同样会引起力效应和电磁辐射，所以为了包含所有客观的二场作用，也考虑根据物体的能量动量守恒情况，在方程的右边也应考虑到Lorentz力作功的情况，基于这些思想，在不修正Riemann几何的情况下，左边的几何形变应该是两种能量动量张量和Lorentz力作功的合作结晶。这样，统一场方程可以写为Gμν＝8πGμ02ε02