空间量子化与相对论动力学及广义相对论.doc

空间量子化与相对论动力学及广义相对论 ――空间量子化系列论文之八 摘要：本文在量子化弹性空间的背景下，分析相对论动力学与广义相对论主要结论的深层原因。在相对论动力学部分，我们从运动粒子德布罗意波频率的分析入手，论证爱因斯坦质速关系式，为相对论提出动力学上的解释。提出粒子解体湮灭、释放空子推动量子空间——宇宙膨胀的论断，并揭示了粒子静止能量、爱因斯坦质能关系式的物理意义。 在广义相对论部分，以物质与空间的相互的作用，讨论物质与时空弯曲的关系，光速与时间的关系。分析了宇宙膨胀的动因，给出了宇宙膨胀速度同宇宙中恒星热核反应总质量的亏空量成正比，同宇宙半径平方成反比的结论。 关键词：元空间、空子、量子空间、质速关系、质能关系、粒子解体湮灭、空间结构、光速随空间结构变化、时空弯曲、宇宙膨胀的动力。 一．相对论动力学的两个基本的问题 同相对论运动学相比，相对论动力学有更丰富的物理内容。相对论动力学的核心是爱因斯坦首次揭示的质量速度关系式。 （8－1） 和质能关系式 （8－2） 上述结论已为物理理论、实验所证实。但是应该看到，关系式（8－1）、（8－2）的提出，是相结论本身的需要，是物理定律对洛伦兹变换协变性的要求，其所包含的物理意义还不清晰，或者说相对论动力学还缺少“动力学”方面的补充。我们先从运动粒子德布罗意波频率入手，分析式（8－1）的物理意义。 1．粒子的动质量 设地面参考系为S，显然S为实参考系。实参考系与量子系等价，其特点为光速各向同性，且为常数。在实参考系S中，有一质量为，速度为，沿轴正向运动的粒子。设以粒子为参照物建立的参考系为，在系中粒子的质量为。引力波以光速在空间传播，因此，相对于系静止的观察者，运动粒子的引力波就如同运动波源发出的机械波、电磁波一样，必有多普勒（J.　C.Doppler）效应发生。 若与系相对静止的观察者B，测得粒子引力波的频率为（粒子在量子空间运动，必使邻域量子空间波动，该波以常数传播，粒子的绝对速度――相对于量子空间的速度――不为零时，即使同粒子相对静止的观察者B亦能观察到粒子激发的引力波，只是因为引力波的时程、波程很短，只有充分靠近粒子，才能观察到粒子的引力波，这里的正是假定在充分靠近粒子的条件下测得的）。相对论运动学指出，粒子运动前方，相对于系静止的观察者A，测得粒子引力波的频率为，则 （8－3） 我们已证明，粒子引力波的波程同其质量成正比，当粒子相对于量子空间的速度一定时，其静态引力波频率同质量成正比。现在S、系中同一粒子引力波的频率有不同的观察值，则表示粒子在两参考系有不同的质量。既然同有式（8－3）所示的关系，似乎同亦应有相同的关系式。但是进一步的分析表明，式（8－3）所示的频率关系并非联系两参考系质量的关系式。 设S、系自原点O、沿、轴方向各固定一绝对长度相等的杆，另一端分别在、轴的、处。粒子于系的原点处，同系、杆一起相对于S系以速度沿轴正向运动。S系的观察者A位于杆的端点L处，系的观察者B则位于原点处。因杆的绝对长度相等，运动不改变杆的物质结构，上述实验装置保证，无论相对运动速度如何，当动杆沿轴运动时，两杆的端点同时相擦。如图（8－1）所示。 为记录粒子频率，约定当杆、两端点相擦时刻，位于A、B两处的频率记录仪由相擦同时打开，当动杆的始端与静杆的末端L相擦时刻同时关闭。对于该段间隔，因由在各自坐标系中静止的一时钟记录，时间间隔具有本征特征，故有 （8－4） 设在时间间隔接收的波数为，频率为，A在时间间隔接收的波数为、频率为，波数，频率。对于系的观察者B， A迎着波速以速度运动，若B记录的频率为，由多普勒效应，B认定A记录的粒子的频率满足 （8－5） 然S系的观察者A记录的频率由式（8－3）给出。于是频率与的关系为 （8－6） 这里应特别注意，频率与分别为自S系、系对记录粒子频率同一事 件的描述。而与则为自S系、系对A、B记录粒子频率不同事件的描述，二者有明显的区别。欲寻求不同的参考系下粒子频率间的关系，我们应考查同一观察者的观察结果，其之间的关系则由式（8－6）给出。对于观察者A，粒子相对于S系运动，，故式（8－6）表示，运动粒子引力波的频率间隔以因子 收缩，频率以为因子膨胀。 对于观察者，，是因为波源以速度运动的结果。若A在时间间隔记录的频率为，由多普勒效应，则认为记录的频率为 （8－7） 于是有 （8－8） 、分别为S、系对B记录粒子频率这一事件结果的描述，因粒子波源