《吸纳了测不准原理的新狭义相对论及其验证与应用》.DOC

吸纳了测不准原理的新狭义相对论及其验证与应用 钱 大 鹏 辽宁省营口市公安局 摘 要 依据测不准原理和时间空间的基本对称性，建立了夸克、轻子的内禀四维时空圆柱体模型，由此出发可以对狭义相对论(SR)做出完备化的改进，从而以不同于量子电动力学的方式实现SR和量子力学在基本概念上的融合。完备化的新方程既可兼容经典的SR方程、解释已有的观测数据，同时又给出SR所不具备的结果，有助于解答若干悬而未决的问题（例如极高能宇宙线GZK截断悖论、哈勃常数的理论计算等等）。值得注意的是，新方程预言的一个特殊效应具有现实的可验证性，在NSRL800MeV电子储存环上对其进行了初步的实验检验，探测到从7.0GeV到38.4GeV异常的高能电子出射迹象，与理论预期的结果一致。 关键词 测不准原理; 狭义相对论; 粒子的内禀四维时空圆柱体模型; 质量-速度关系; 普朗克质量; 哈勃常数; 狄拉克大数; GZK截断悖论; 电子储存环; 超高能电子 1. 前 言 一般认为，随着量子电动力学的建立，统一狭义相对论和量子力学的任务已经完成，剩下的工作只是全力解决广义相对论和量子力学的统一问题，这正是围绕引力量子化所展开的热门研究。然而，深入的考查发现，上述看法是有缺陷的。 我们注意到，在量子电动力学和量子引力这两种情形中，所谓相对论和量子力学的结合，其性质并不相同——在量子引力研究中所体现的量子力学和广义相对论的结合，实际上是广义相对论对量子力学基本概念、基本原理的服从和满足；而在量子电动力学中，情况恰好相反，那里所谓量子力学和狭义相对论的结合，其实是量子力学对狭义相对论的服从和满足。 那么，作为经典理论的狭义相对论是否也应该服从量子力学的原则要求？如何满足这种要求、从而全面实现物理学两大台柱在“最深层次上的融合”（爱因斯坦语）？ 至少有两个理由可以表明，提出并解决上述问题是必要的和有益的： ㈠ 从一定的根本意义上说，狭义相对论首先是关于时间、空间以及能量、动量等物理量的测量理论，是对一切测量行为做出原则性规范的物理框架理论。另一方面，对这些物理量的测量又必然受到一个不可逾越的自然法则的限制，这个法则就是代表着量子力学本质特征的海森堡测不准原理。所以从这种意义上判断，狭义相对论作为一个完全无视测不准关系的、“干净的”时空测量理论不可能是完备的理论。实际上人们早已认识到，一个完备的时空理论除了要拥有相对论的合理内核，还必须包含不确定性原理，而且必须把不确定性原理当作这个理论的基础之一。但是，究竟采用什么样的具体方法才能够把测不准关系恰当而且自然地融入狭义相对论的概念体系呢？对于这个问题，物理学必须做出圆满回答。 ㈡ 爱因斯坦的时空观是以物体为前提的，他指出：“空间-时间未必能看作是可以脱离物质世界的真实客体而独立存在的东西，并不是物体存在于空间中，而是这些物体具有空间广延性”[1]。这段话提醒人们：时空乃是物体的一种属性，如欲深刻的理解时空，必须充分的正视物体。人们早已知道，“物质世界的真实客体”是有结构、分层次的。一般说来，在不同的结构层次上，物体的涵义和属性可以有着根本性的差异。就物体的时空属性而言，如果我们接受爱因斯坦晚年关于真实的时空必依存于真实的物体的观点，并由此出发去探索狭义相对论确立的时空概念与在微观粒子的运动中才有突出反映的不确定性原理之间的内在联系，那么我们将无法排除这样一个可能性——可测量的时间-空间必定在物质结构某一低层次的粒子上终结。 总之，为了全面实现与量子力学在深层次上的协调统一、严格表达时空对物体的依存性，必须设法对狭义相对论进行完备化的改造，本文就是沿着这个方向做出的尝试。作者依据测不准原理和时间平移对称性、三维空间球对称性，建立了夸克、轻子的内禀四维时空圆柱体模型，由此出发导出了一系列与狭义相对论(SR)各方程相对应的新方程。新方程既能够与SR和近年来出现的“双狭义相对论”(DSR) [2,3,4]相容、解释已有的观测数据，又得出SR和DSR不具备的结果因而有助于解决若干悬而未决的疑难问题，例如，解答超高能宇宙线的GZK门限悖论、精确算出哈勃常数的理论值H0=70.688 km·s(1·Mpc(1，与观测值符合的很好。值得注意的是，新方程具有现实的可验证性，利用目前的电子储存环可以对它预言的一个效应实施检验。2009年3月，在中国科技大学800MeV电子储存环上进行了初步实验，，与理论预期的结果一致。2. 粒子的内禀四维时空圆柱体模型 [基本假设] t-u-t′ 平面上的投影图1，可以得到： [推论1] 以速度u≤c相对于观察者运动的粒子，其内禀固有时间轴t 对观察者坐标系的时间轴t在t-u-t 平面上有偏转角 . (1) [推论