相对论的物质惯性疑难
2009-06-23 17:51:44
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作者 苟文俭

我们知道:物理学的惯性定义于牛顿第一定律,是指有质量物体具有保持其自身运动状态不发生变化的这种特性;牛顿第二定律则给出了有质量物体的质量多少,就是惯性大小的量度。这一事实又表明:有质量物体有惯性的原因,是它有物质;物体的惯性也即是构成它的物质的惯性。惯性是物质的固有属性。

(一)

在牛顿力学中,任何物体的质量并不发生变化,即同一物体惯性不发生变化;但在相对论中,物体质量要随着物体运动速度的变化而变化。物体增加了运动质量后,再使用牛顿第二定律时,同一物体的惯性就必然发生变化。相对论的这种质增效应也把物质分成了静止质量物质和运动质量物质;运动物体惯性的变化,表明运动质量物质也有惯性。

由于运动质量物质也有惯性,相对论的这一结果在物理学中、就必然构成了有关物质惯性的众多疑难,具体可以归纳为以下三个方面:

1、运动物质有惯性,我们必然要问:运动物质还可以产生引力场、是引力物质吗?

特别注意:相对论中物体运动具有相对性,即物体运动速度大小具有选择参照系不同的人为规定性;运动物质多少也就具有了人为规定的相对性。如果运动物质是引力物质,又如何理解在同样的引力场中,同样物体所受引力,会随人为规定的运动速度大小不同而不同呢?如果运动物质不是引力物质,那物体的引力质量显然就不可能等于惯性质量,这样就将被彻底毁坏广义相对论依据的等效原理。

2、爱因斯坦在1905年发表的《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》中指出:如果有一物体以辐射形式释放出能量E,那么它的质量就要减少E / c2 。……于是我们将得到一个更广泛的结论:物体的质量是它所含的能量的度量”。

爱因斯坦这一个更广泛的结论,就又给我们制造了一个更难理解的疑难:惯性到底是物质存在的固有属性、还是物质以能量方式存在的固有属性?

3、因为运动物质直接构成了能量,而运动物质及能量又都有各种不同的形式,如物理场、光子等就都是运动物质及能量的不同形式;如果运动物质有惯性,那么,是否物理场、光子也都有惯性?如果这些物质有惯性,明显就与对它们形式化表述的理论严重对立;如果这些物质没有惯性,就又直接与运动物质有惯性相悖。

(二)

在《粒子及其质量计算》一书表述的I-V模型中,作者的论证结果是:我们用质量量度的物质,都是组成物体(客体)的物质要素;它有最小的原始物质要素,对此就用字母“a”表示。客体物质,都是特定条件下a转移后聚积所致,客体质量也就是对客体中聚积a多少的量度(参考博文《物质是什么》)(p98)。

该书还通过对与物质相关的经验事实的分析归纳,得到了如下这些真命题:(1)基元只能来自真空(p2),用“V”表示,它是从真空固有的原始单位转变成的,都有确定的左、右手性(p87);(2)a就是V的一个基本的物质要素单位;(3)V有两种状态:当只有一个a时没有离开真空态,用“Vn”表示;若在a的转移中获得了多余的a,就离开了真空态,用“Vm”表示(p60);(4)左、右手性Vn组成了稳定Vn集团,就构成了物理场的一个“点”位置,用“Q”表示(p95);(5)对有各向同性结构自由度的Vm就记为Vc,它是产生粒子的依据;粒子中聚积的a有两种类型:一种只分别进入某一个结构自由度,记为ai,它将产生引力场行为;另一种存在于相邻的一些结构自由度之间,记为act,它不能进入某一个结构自由度,不能产生引力场行为(p131);(6)粒子运动速度大小由act的多少决定(p136),而描述粒子这种运动速度的参照物,只能是真空某一个Q存在的位置;(7)粒子运动中act要合并Vc的结构自由度;物质惯性产生于粒子ai在各向同性结构自由度存在的时,对act合并结构自由度的阻碍(p145)。

对相对论中有关物质惯性的上述那些疑难,I-V模型也有很自然地的全面理解。

1、粒子中,在Vc的各向同性结构自由度存在的ai,它只能构成粒子静止,形成的就是静止质量物质;由于产生了引力场行为,也是引力物质。由于粒子的静止质量与引力质量都形成于ai,它们严格相等。

2、产生粒子运动的物质,也就粒子Vc中聚积的act,它不是相对论中的那种运动学效应,而是粒子存在的动力学效应,但不构成惯性,也不产生引力场(p146)。

3、当粒子的act与ai比相对较多时,就成为了高能粒子;高能粒子碰撞,动能转变成物质,就是较多的act进入了Vc的结构自由度又转变成了ai(p137)。

4、当以act的方式、直接通过真空Q转移a时,就完全满足光子极限运动的所有特征(p260);由于act在转移中也要进入Vn的结构自由度,因此它也要产生引力场行为,是引力物质,但不是惯性物质(p465)。

上述对相对论中有关物质惯性疑难的全方位理解,由于都形成于基元V的客体化存在,不仅非常直观简洁,而且唯一确定,这也就从一个方面证明:I-V模型关于基元V的存在图景、具有解决现代物理理论疑难的有效性。

【注】:本文所称的该书即是《粒子及其质量计算》,文中相关句子后面括号内的p加数字,如(p98),指的是该处所陈述的内容出自该书的第98页。本文涉及的I-V模型的相关具体内容,可查看作者在网上刊发的相关专门文章。

完成于2009-6-23

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