崔思珑二十世纪的物理学在基础理论方面的最伟大的.pdf

崔思珑 二十世纪的物理学在基础理论方面的最伟大的成就是建立了相对论和量子力学，其代表人物是爱因斯坦和玻尔 (David Bohr),薛定谔 （Schrödinger）等著名科学家。近一百年过去了，这两个理论历经物理学家们的努力和无 数实验验证，成果包括近代物理学基础理论的发展的各个方面，其正确性不可动摇。但遗憾的是，物理学界始 终没有找到一个公认的统一理论把相对论和量子力学统一起来，甚至不少人开始怀疑这个统一理论是否存在。 建立统一理论最大难点在于相对论主要涉及的是宏观确定性问题，而量子力学主要涉及微观量子行为的不确定 性问题，我们要寻找的统一理论必须要解决的就是相对论和量子力学数学表达形式与物理概念上难以兼融这一 难题，而且新理论的诞生意味着今后的物理学也不可能再有宏观和微观世界的界限。 要解决物理学统一理论这一世纪难题，首先，从科学哲学角度出发，认识到这两个理论的统一应该是在原理上 的统一，即找到一套新的原理*，并根据这个原理，得到相对论和量子力学的主要原理和主要结论，使相对论 和量子力学有一个共同的原理 （从此光速不变和薛定谔方程不再是原理，是新理论下的结论）其次，这个统一 理论的原理必须是简单的，有物理含义的数学表达式，其推导的结论可以被验证。 回顾历史，不可否认，我们在学习和研究相对论和量子力学过程中还是存有许多疑问： 1. 狭义相对论的洛伦兹变换中的收缩因子√ − / 究竟是什么东西？它背后的物理含义是什么？ 2. 狭义相对论告诉我们相对运动的两个不同坐标系对时间、空间的描述是不同的，那么我们还要问“相对运 动的两个不同坐标系对相对速度的观测结果是否相同，即u 是否等于 -u ”？ 3. 广义相对论把非惯性时空定义为黎曼空间，但由于黎曼几何是正曲率空间，既然广义时空是对称的，我们 必然要问，是否有负曲率空间？ 非惯性时空难道一定是黎曼空间？是否还有其它解释？ 4. 薛定谔方程是量子力学最基本的方程，但与其说是一个量子力学的 “原理”或“假设”，倒不如说薛定谔 方程看上去更象一个结论，隐藏在薛定谔方程背后的物理含义是什么？ 5. 双缝实验和量子纠缠以及量子的随机不确定的奇怪现象的根源是什么？如何对一般科学爱好者进行解释？ 带着种种疑问，我们对相对论和量子力学的大厦基础进行重新审视，认识到要解答上述问题；则有必要找到一 套新的原理，建立一个新的理论；在此基础上，把牛顿时空，相对论时空及量子时空合并成一个完整时空体系， 才能实现物理学最重要的基础理论的统一。经过逐步分析探索，我们终于寻找到了一把打开统一理论的大门的 钥匙，即光行差现象，并把它作为一个原理。这个新理论的原理 （或假说）即： (I) 时空偏转原理（II ）时空 面积不变原理。 【有关这两个原理 （或假说）的物理含义，来源及实验依据见本文专业版说明。】 根据这两个原理（或假说），本文给出洛伦兹收缩因子的明确的物理定义；对尺缩钟胀现象给出数学表达式； 证明光速（速率）与光源运动状态无关；对光行差的常见现象给出解释；对广义相对论的太阳光谱线的引力红 移现象重新论证，并推导出新的行星进动公式。根据这两个原理，进一步推导出康普顿(Compton)效应公式及 1 / 14 薛定谔方程，揭开量子世界的不确定的背后原因，为我们更好的了解和解释微观世界的奇怪现象提供一种工具 和方法。 本文将遵循科学理论发展和创建的范式，从定义，立论 （假设），推导，论证，提出新的推论，到结论，初步 完成一个新理论的建立过程。 需要在这里说明的是, 本文只是对时空问题的一个初步探索，提供一种思路和方法，并非完整的时空理论，有 关四种宇宙相互作用力的统一问题也未涉及，关于解析时空的很多问题都没有提及或不一定说的完全完全清楚， 因为毕竟是新的理论，该理论会有不完备的地方，并且期待他人补充完善。 * 关于什么是物理学原理 （假说），什么是物理定律？这些原理定律怎样建立，是否可以被证伪，物理学原理与形而上，形而下 的关系等详细说明参见本文后面说明。 一．定义 设两个直角坐标系(S) 和 (S)；(S)是运动系，(S)是观测系; 在(S)系内，长度l ,时间 t 是固有长度和时间；同 样，其上物体运动的速度 v 和光速