相對論與力子論的有關(guān)計(jì)算比較

1、運(yùn)動(dòng)問題的物理本質(zhì)探討摘要：本文提出了一個(gè)物理模型，提出物理世界是由某種形式的基本量子構(gòu)成的；這種基本量子游離態(tài)時(shí)表現(xiàn)為能量，相互結(jié)合成網(wǎng)絡(luò)時(shí)表現(xiàn)為物質(zhì)；每個(gè)基本量子是矢量，速度為1；組成網(wǎng)絡(luò)后（即所謂的物質(zhì)）速度為0；力的作用就是這種基本量子的傳遞過程；而既含有游離態(tài)基本量子又含有網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)(即我們所說的運(yùn)動(dòng)物體）的速度介于0和1之間，其速度大小是其含有的游離態(tài)基本量子的數(shù)量（即動(dòng)能）與系統(tǒng)內(nèi)基本量子總數(shù)量（即總質(zhì)量）的某種特殊比值，也就是說，速度僅僅是個(gè)比值而已，是絕對的，有客觀基礎(chǔ)的。這個(gè)觀點(diǎn)也加深了我們對物質(zhì)本質(zhì)的認(rèn)識，所謂的質(zhì)量也就是系統(tǒng)內(nèi)所含這種基本量子的數(shù)量。拋棄了位移與時(shí)間概念

2、，本文同樣推導(dǎo)出了一個(gè)有意義的速度公式。經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算發(fā)現(xiàn)，這個(gè)出發(fā)點(diǎn)極其簡單的速度公式的計(jì)算結(jié)果與事實(shí)完全相符，而且與相對論的有關(guān)計(jì)算結(jié)果竟然完全相同！難道這就是運(yùn)動(dòng)的物理本質(zhì)嗎？關(guān)鍵詞：速度 質(zhì)量 能量 濃度 參考系 質(zhì)能方程 相對論 實(shí)際上，現(xiàn)在我們對許多物理問題的爭論，都可以歸結(jié)為對物理基礎(chǔ)的認(rèn)識問題。甚至說，某些針鋒相對的觀點(diǎn)，其實(shí)都是一棵樹上的果子，母本是相同的。在這種情況下，探討物理的基礎(chǔ)問題就顯得尤為重要了。譬如我們走路，走到最后無路可走，同路者對何去何從產(chǎn)生了嚴(yán)重分歧，在這種情況下，我們就需要退一步想想，當(dāng)初選的大方向和路線是否存在問題呢？首先說，今天的物理學(xué)是夠深?yuàn)W和復(fù)雜的了

3、，但是，究竟是因?yàn)榭陀^世界本身就是這么復(fù)雜呢，還是因?yàn)槲覀儫o法認(rèn)知真實(shí)的客觀世界，才將物理學(xué)搞得那么復(fù)雜，從而創(chuàng)造出無數(shù)種千奇百怪的理論和符號來描述它呢？也就是說，我們是否把本身極簡單的問題搞復(fù)雜了呢？我們需要從物理學(xué)的源頭進(jìn)行探討。今天，我想說一下自己的一點(diǎn)淺薄的看法，實(shí)則拋磚引玉，懇請諸位給予批評指正。（一）推導(dǎo)和計(jì)算在這里，我想著重探討一下涉及面極廣的速度問題，并以此為切入點(diǎn)再作進(jìn)一步探討。機(jī)械運(yùn)動(dòng)是宇宙中最普遍的現(xiàn)象，機(jī)械運(yùn)動(dòng)有快有慢，速度是我們?nèi)祟愓J(rèn)識較早的一個(gè)物理概念。是什么改變了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？我們的回答是力；是什么維持物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？我們的回答是慣性。但是，速度的實(shí)質(zhì)是什么呢？

4、如果僅僅說“速度是位移與時(shí)間的比值”，這種回答顯然不夠。我們能否換一種思路呢？不依賴位移與時(shí)間，能表示出速度嗎？我想從物理的本源重新探討?，F(xiàn)代物理學(xué)是以位移和時(shí)間兩個(gè)概念為基礎(chǔ)的，然后推導(dǎo)出速度概念，加速度概念等等，依靠這些定義嚴(yán)格的概念，一步步建立起了物理學(xué)大廈。質(zhì)量概念同樣離不開位移和時(shí)間，現(xiàn)代物理學(xué)的質(zhì)量概念是建立在馬赫對于質(zhì)量的牛頓定義的批判上的：“在牛頓的定義中，我們不能知道質(zhì)量是什么"?，F(xiàn)在的質(zhì)量定義采用了遞歸定義法，即用“國際千克原器”定義了一千克，然后用這個(gè)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)的一千克，與需要測量質(zhì)量的物體感受同樣大小的力而產(chǎn)生的加速度的比例來確定精確質(zhì)量的數(shù)值?？梢?，現(xiàn)代物理

5、的質(zhì)量概念也是由位移和時(shí)間概念推導(dǎo)出來的。關(guān)于能量概念，在費(fèi)曼物理學(xué)講義中，對于能量的定義是這樣的：有一個(gè)特定的物理量，我們稱之為能量，這量經(jīng)過了各種變化后并不會(huì)改變。這個(gè)概念很抽象，因?yàn)樗鼉H僅是一個(gè)事實(shí)，而不是物理過程或者具體事物的描述，就是說，我們先對一個(gè)系統(tǒng)計(jì)算得出一個(gè)數(shù)值，在系統(tǒng)經(jīng)歷了各種變化后再去計(jì)算，得出的數(shù)值和原來計(jì)算得出的數(shù)值是一樣的。也就是說，能量這個(gè)詞在現(xiàn)代物理里是經(jīng)過了特定方式計(jì)算得出的數(shù)值而已，如果事先沒有測量有關(guān)量，就不能得出這個(gè)數(shù)值。這就是現(xiàn)代物理學(xué)對于能量概念和質(zhì)量概念的基本觀點(diǎn)。我們需要重新考慮這些問題。我認(rèn)為位移和時(shí)間不是純粹的物理概念，尤其是時(shí)間概念，可能含

6、有人類意識成分。以它們作為整個(gè)物理學(xué)的基礎(chǔ)，需要反思。那么，拋棄位移和時(shí)間概念，能否構(gòu)建一個(gè)可靠的物理體系呢？我們可以考慮一下這個(gè)物理模型：假設(shè)物理世界是由某種形式的基本量子構(gòu)成的；這種基本量子游離態(tài)時(shí)表現(xiàn)為能量，相互結(jié)合成網(wǎng)絡(luò)時(shí)表現(xiàn)為物質(zhì)，每個(gè)基本量子是矢量，速度為1；這種基本量子組成網(wǎng)絡(luò)后（即所謂的物質(zhì)）速度為0；力的作用就是這種基本量子的傳遞過程；而既含有游離態(tài)基本量子又含有網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)(即我們所說的運(yùn)動(dòng)物體）的速度介于0和1之間，其速度大小是其含有的游離態(tài)基本量子的數(shù)量（即動(dòng)能）與系統(tǒng)內(nèi)基本量子總數(shù)量（即總質(zhì)量）的某種特殊比值，也就是說，速度僅僅是個(gè)比值而已，是絕對的，有客觀基礎(chǔ)的，這種

7、游離態(tài)的基本量子是物體運(yùn)動(dòng)的根本原因。這個(gè)模型也能加深我們對物質(zhì)本質(zhì)的認(rèn)識，所謂的質(zhì)量就是系統(tǒng)內(nèi)所含這種基本量子的總數(shù)量，各種微觀粒子都是由這種基本量子組成的。這個(gè)模型的細(xì)節(jié)涉及物理學(xué)很多方面，與事實(shí)完全符合，而這篇文章只談?dòng)嘘P(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)的問題。如果物質(zhì)和能量在本質(zhì)上是由同一種基本量子構(gòu)成的，那么首先需要解決在運(yùn)動(dòng)學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用問題；反過來說，如果這個(gè)觀點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)學(xué)中得到完全符合實(shí)際的結(jié)果，那么實(shí)踐結(jié)果本身也就是質(zhì)能統(tǒng)一的一個(gè)有力證明。根據(jù)這個(gè)模型，拋棄位移與時(shí)間概念，只利用游離態(tài)的基本量子數(shù)量（即動(dòng)能）與結(jié)合為網(wǎng)絡(luò)的基本量子數(shù)量（即靜止質(zhì)量），能否推導(dǎo)出有意義的速度公式呢？讓我們來共同嘗試一下。許

8、多物理概念都是近代形成的，所以，請容忍我暫且退后幾百年，不受近代形成的某些概念的束縛，根據(jù)這個(gè)簡單模型重新思考速度物質(zhì)能量等問題。如果有一個(gè)以速度 V 運(yùn)動(dòng)的物體，其靜止質(zhì)量為，其動(dòng)能是 Q，我們暫且假設(shè)物質(zhì)和能量在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，也就是說，都是由這種基本量子組成的，那么，我想嘗試的思路是，物體的運(yùn)動(dòng)速度V可能是物體的動(dòng)能Q 與總質(zhì)量（+ Q ) 的某種比值，近似于“濃度”概念。也就是說，速度是物體獲得動(dòng)能后表現(xiàn)的一種性質(zhì)，與其它因素?zé)o關(guān)。動(dòng)能所占總質(zhì)量的比值大了，速度也變大；動(dòng)能所占總質(zhì)量的比值小了，速度就變小。通俗地說就是，動(dòng)能相當(dāng)于“溶質(zhì)”，靜止質(zhì)量相當(dāng)于“溶劑”，速度就是它們配成的“溶

9、液”的性質(zhì)，速度的大小等于“溶液”的“濃度”。如果只從公式推導(dǎo)上看，涉及的僅僅是基本量子的數(shù)量比例，“游離態(tài)基本量子的數(shù)量”相當(dāng)于現(xiàn)代物理學(xué)的動(dòng)能概念，“結(jié)合為網(wǎng)絡(luò)的基本量子數(shù)量”相當(dāng)于靜止質(zhì)量概念，“系統(tǒng)內(nèi)基本量子總數(shù)量”相當(dāng)于總質(zhì)量概念，為了敘述方便，下面我們用現(xiàn)代物理慣用的有關(guān)概念代替。諸位朋友，我的這個(gè)思路可能有些古怪，所以煩請忍耐一會(huì)兒，聽我講完。我推測，絕大多數(shù)的人看到這里會(huì)頻頻搖頭，因?yàn)?，我的這種不合常理的想法和他們以前所接受的正統(tǒng)的知識格格不入。我們?nèi)祟惖拇竽X就像電腦，以前受過什么教育就像輸入了某種程序，這種程序和其它程序一般是不兼容的。所以，我嘗試的速度公式是： （1） 溶質(zhì)

10、（這與溶液的濃度公式： 溶液濃度C = -×100% 很相似 ) 溶劑+溶質(zhì)X是系數(shù)。考慮到這個(gè)比值不可能是簡單的，因此需要一個(gè)系數(shù)X 。從這個(gè)速度公式可以看出，一定時(shí)物體內(nèi)進(jìn)入的動(dòng)能多，速度就大，反之，速度就?。粎⒖既芤簼舛裙?，只有溶劑而溶質(zhì)為零時(shí)濃度為零，只有溶質(zhì)而溶劑為零時(shí)濃度為最大值1，因此，速度公式還必須符合如下條件：進(jìn)入的動(dòng)能為零，速度為零；沒有靜止質(zhì)量只有能量時(shí)速度是最大值 1 。所以，速度公式至少必須符合如下三個(gè)嚴(yán)格要求：（ 1 ) , 時(shí), .（ 2 ) , > 時(shí), ,速度為最大值. （ 3 ), > 時(shí), 隨著的增大而增大,但總小于1；隨著的減小而

11、減小,但總大于 ，即， < V < .接下來的公式推導(dǎo)比較簡單： = = 根據(jù)推導(dǎo)可知，只有時(shí)，才能使這個(gè)速度公式符合上文所列三個(gè)要求，所以= = + 1 = 所以，經(jīng)過嚴(yán)格驗(yàn)證，速度公式是如下式子，并且因與事實(shí)相符而確定： = （2）與上述速度公式等效的變形式子有： = （3） = （4） = ( 注: ) （5）如果假設(shè)最大速度1就是光速，所有的實(shí)踐和計(jì)算證明，這個(gè)出發(fā)點(diǎn)極其簡單的速度公式的計(jì)算結(jié)果與事實(shí)完全相符，與相對論的有關(guān)計(jì)算結(jié)果竟然令人驚訝地完全相同！長期以來我進(jìn)行了大量的計(jì)算和驗(yàn)證，都證實(shí)了這一點(diǎn)。相對論有關(guān)公式的推導(dǎo)是建立在復(fù)雜的時(shí)空關(guān)系之上的，而上面的公式推導(dǎo)參考

12、溶液濃度公式，出發(fā)點(diǎn)簡單直觀，兩者風(fēng)馬牛不相及，然而兩者的計(jì)算結(jié)果完全相同，難道這兩者是數(shù)學(xué)模型與物理本質(zhì)的關(guān)系嗎？接下來，咱們舉幾個(gè)具體例子驗(yàn)證一下，同時(shí)煩請諸位朋友以后作更廣泛的驗(yàn)證：（ 1 ）有一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的物體， 當(dāng) = 1.7時(shí)，即物體靜止質(zhì)量 = 1，增加的動(dòng)能Q= 0.7 時(shí)，速度是多少？根據(jù)相對論的有關(guān)公式計(jì)算，求得 ,即，速度大約為光速的倍。如果用本文上面推導(dǎo)出的速度公式計(jì)算，又會(huì)是什么結(jié)果呢？根據(jù)我們的簡單模型，速度僅僅是一種系統(tǒng)內(nèi)基本量子的數(shù)量關(guān)系，在這里，游離態(tài)基本量子數(shù)量（即動(dòng)能）是系統(tǒng)內(nèi)結(jié)合為網(wǎng)絡(luò)的基本量子數(shù)量（即靜止質(zhì)量）的0.7倍。我們看一下： = = ( 即

13、), 可見，兩種算法結(jié)果相同。 在這里，我們確定光速為最大值 1 ，則，如果將光速的數(shù)值設(shè)定為米/秒，則米/秒。具體用什么單位，要看我們把光速分成多少份而定，也就是說，數(shù)值和單位其實(shí)都是人們?yōu)榱朔奖愣ǖ?。?2 ）有一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的物體， 當(dāng)M = 時(shí)，速度是多少？根據(jù)相對論的有關(guān)公式，可以求得= 0.6。用我們本文上面推導(dǎo)出的速度公式計(jì)算，得 = = = 0.6 （即），可見，二者的計(jì)算結(jié)果完全相同。在這里僅做幾個(gè)簡單的對比計(jì)算，事實(shí)上，經(jīng)過大量的計(jì)算和驗(yàn)證，證明上面推導(dǎo)出的速度公式與相對論的有關(guān)公式的所有計(jì)算結(jié)果完全相同，與事實(shí)也完全相符。我們看到，如果只從公式推導(dǎo)上看，本文的公式涉及的僅

14、僅是基本量子的數(shù)量比例，只有把速度1規(guī)定為具體數(shù)值，有關(guān)計(jì)算才能與現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生對應(yīng)關(guān)系。如果不確定具體數(shù)值，僅僅是倍數(shù)和比值。“游離態(tài)本源量子的數(shù)量”相當(dāng)于現(xiàn)代物理學(xué)的動(dòng)能概念，“結(jié)合為網(wǎng)絡(luò)的量子數(shù)量”相當(dāng)于靜止質(zhì)量概念，“系統(tǒng)內(nèi)本源量子總數(shù)量”相當(dāng)于總質(zhì)量概念，為了敘述方便，我們在單純的公式推導(dǎo)中可以用現(xiàn)代物理慣用的有關(guān)概念代替?，F(xiàn)在，我們再來推導(dǎo)關(guān)于能量的公式，( 已知運(yùn)動(dòng)物體的總質(zhì)量 )，根據(jù)速度公式 = 可得= 所以，能量公式是： = （6） 可以得到如下三個(gè)結(jié)論： （ 1 ）在低速狀態(tài)下， ,則 1+,所以， （7）也就是說，咱們通過以上方法推導(dǎo)出了經(jīng)典物理學(xué)中重要的動(dòng)能公式。我們從

15、中可以看出，這個(gè)動(dòng)能公式是動(dòng)態(tài)可變的，而經(jīng)典物理學(xué)的動(dòng)能公式僅僅是個(gè)機(jī)械的固定的計(jì)算方法，是有誤差的。不過，經(jīng)典物理學(xué)是在低速宏觀狀態(tài)下總結(jié)出來的，在低速宏觀狀態(tài)下已經(jīng)足夠準(zhǔn)確了，是仍然需要發(fā)揮其重要作用的。 （ 2 ）在高速狀態(tài)下，則必須考慮質(zhì)量變化帶來的影響。這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的而不是機(jī)械的能量公式。 （ 3 ）當(dāng)= 0 , 時(shí)，1+ ,符合速度公式必須符合的三個(gè)要求之第二個(gè)要求，即（ 2 ) , > 時(shí), ,速度為最大值。那么，= 即= （8）我們看到，咱們在這里推導(dǎo)出的能量公式，其實(shí)就相當(dāng)于相對論的質(zhì)能方程。在能量公式的應(yīng)用中，如果把光速規(guī)定為最高速度1，并作為速度單位，質(zhì)量的單位是千

16、克，那么能量Q的單位就是千克；但是，千克是一個(gè)極大的能量單位，地球每秒獲得太陽的輻射能量約為千克，就使地球上產(chǎn)生風(fēng)雨雷電，河川流動(dòng)，萬物生長。在日常生活中，千克是不適合做能量單位的。如果以（米/秒）作為速度單位，則能量的單位就是焦耳，這是適合我們?nèi)祟惙奖闶褂玫?。從本質(zhì)上來說，具體用什么作為能量單位，要看我們?nèi)祟惏炎罡咚俣确殖啥嗌俜輥泶_定，除了千克和焦耳，我們甚至可以隨意創(chuàng)造一些新的單位，都是未嘗不可的。但一般是以方便使用為原則。 用咱們上面推導(dǎo)出的速度公式還可以得出另一個(gè)能量公式，使用前面的另一個(gè)速度公式推導(dǎo)一下： = = 由于Q不能是負(fù)值，所以舍去增根后可得， 即Q （9） 這個(gè)式子在具體計(jì)

17、算中是比較方便的。例如，千克的運(yùn)動(dòng)物體，當(dāng)c時(shí)，是多少千克？ 將c代入以上式子可得， = 0.25 （千克） 即，M為1.25千克。這個(gè)式子與相對論的有關(guān)公式仍然是極其類似的，計(jì)算結(jié)果也完全相同。（二）討論與結(jié)論總之，經(jīng)過上面的簡要論證，拋棄了位移和時(shí)間概念，也能表達(dá)出了速度公式等式子，反過來說，推導(dǎo)出符合事實(shí)的速度公式，也是物質(zhì)和能量本質(zhì)統(tǒng)一性的一個(gè)有力證明。這個(gè)觀點(diǎn)和公式推導(dǎo)非常簡單，也沒有復(fù)雜的相對時(shí)空觀，甚至好像是在開幼稚的玩笑，但是，結(jié)果卻令我們不得不重新審視原來盡善盡美的物理學(xué)。這些思索和嘗試能簡潔明了地解決相對論所涉及的問題，并且拓展后能給我們提供一個(gè)簡潔直觀統(tǒng)一的物理圖景，如，

18、物質(zhì)與能量是統(tǒng)一的，都是由同一種基礎(chǔ)量子組成的；力的作用僅僅是一個(gè)傳遞過程；運(yùn)動(dòng)是絕對的，速度是一種比值；時(shí)間本質(zhì)上僅僅是一種意識中的概念，等等。而相對論是一個(gè)數(shù)學(xué)模型,繞了很大的圈子,其所描述的東西,可能是符合數(shù)學(xué)原則的,但未必是客觀的物理事實(shí)。從本質(zhì)上看，速度與時(shí)間、位移之間沒有任何關(guān)系，即與時(shí)空沒有任何關(guān)系，。運(yùn)動(dòng)是絕對的，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與參考系無關(guān)。速度是一種有物質(zhì)基礎(chǔ)的客觀存在，是一種特殊的比值，我們使用米/秒千米/小時(shí)等等速度單位度量出的速度數(shù)值，其實(shí)都僅僅是與這種比值的一種不精確的對應(yīng)而已。在這里，我假設(shè)最高速度1是光速，而且以光速為最高速度推導(dǎo)出的結(jié)果也是與事實(shí)相符的。（但光速是否就

19、是最高速度，以及在公式中是否可以設(shè)定其它速度為最高速度，我并不想討論。）我們看到，不僅是光速，所有速度都與慣性參考系無關(guān)，所有速度在不同的參考系中都是相同的。但由于受實(shí)用、定義及錯(cuò)覺和表象影響，我們一直主張“運(yùn)動(dòng)是相對的”。由于我們身處低速狀態(tài)，難以思考這個(gè)問題，就像我們?nèi)祟惍?dāng)初認(rèn)為太陽繞著地球轉(zhuǎn)是不容置疑的一樣。當(dāng)狂風(fēng)吹盡表面的浮沙后,我們往往會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn),真相是如此簡單,而我們以前的推測和認(rèn)識卻是如此紛繁蕪雜速度到底應(yīng)該由能量和物質(zhì)來表示，還是應(yīng)該由位移與時(shí)間來表示，其實(shí)問題就是,到底運(yùn)動(dòng)是相對的還是絕對的呢?這是個(gè)物理學(xué)大方向和分水嶺的問題。幾百年過去了,今天我們不得不重新思考這個(gè)看似簡單的問題，我認(rèn)為這個(gè)問題對物理學(xué)來說至關(guān)重要,是首先需要解決的問題，但我們自從偉大先驅(qū)伽利略以來從未認(rèn)真思考過。相對論是對經(jīng)典物理的繼承和發(fā)展，實(shí)質(zhì)都是堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)是相對的。今天我們是否可以回頭反思一下，是否必須以位移和時(shí)間概念為基礎(chǔ)構(gòu)建物理體系？位移和時(shí)間是否是純粹可靠的物理概念呢？如果