02.26 引力效應從直線性向曲線性的理論轉變,對於引力的常見誤解--上

上文談到古人的物態觀與現代物態觀的不同,其中一個重點不同就是對“粒”這個概念的表達。

古人的最小顆粒比作塵埃,也就是可以感官直覺的最小物質;原子理論之後,它變成了對測不準的電子組成的結構的一種描述,這與古人的不同在於物質波(概率波)的“含糊”表達(數學擬合非決定性意義)替代了古人的決定性意義的表達;而量子理論之後,這個“粒”成為最小的可測量的能量簇,並不是或者並不全是質量意義的了。同時,它依然可以分為兩種:一種是具有質量的基本粒子,一種是不具有質量的能量簇。介於這兩者之間的關鍵是愛因斯坦設定的光子的性質。

基於前提假定,光子的靜止質量為0。之後的物理沿著這個研究方向向前發展。以光子為比較基礎,比對有質量與無質量的量子的不同。也就是基於這樣的假設架構:粒子的“整體質量”=能量化的暗物質+物質的質量。靜止的光子,其物質質量為0,都轉變為電磁波能量。而光速運行的光子,一部分是質量,一部分是電磁波能量。這就是靜止光子與光速運行的光子通常所說的質量不同的解讀原因。基於一種簡化問題意義的前提設定。


引力效應從直線性向曲線性的理論轉變,對於引力的常見誤解--上

靜止光子具有質量,光速並不恆定

華中科技大學教授重新確定光子靜止質量上限,有業內人士認為:光子靜止質量為零是經典電磁理論的基本假設之一。但有些科學家則認為,光子可能有靜止質量。如果實驗最終檢測到光子存在靜止質量,那麼有些經典理論將要有所變化。

在出版的美國《物理學評論快報》(Physical Review Letters) 上,有專文介紹說:"一項由中國科學家羅俊等完成的新的實驗表明,在任何情況下,光子的靜止質量都不會超過10的負54次方千克,這一結果是之前已知的光子質量上限的1/20。"羅俊和他的同事通過一種新穎的實驗方法,在一個山洞實驗室裡將光子靜止質量的上限,進一步提高了至少一個數量級。

據悉,如果光子存在靜止質量,雖然不會影響到人們的日常生活,但其產生的後果將是根本性的---例如,光速將隨波長的改變而變化,並且光波將像聲波一樣能夠產生縱向振動[1]。

上一段引用是有關靜止光子質量的介紹,它僅僅是逼近0而已。靜止光子質量如果不是0,其物理理論的影響是深遠的。光速將不恆定,而光速恆定是愛因斯坦的相對論這種非歐方法的前提假設。對於相對論,這是釜底抽薪的,相對論由此成為一種特定、簡化的方法、特定前提條件的近似。歷史在重演,就像愛因斯坦的彎曲時空替代牛頓的引力的過程一樣。

這之後,也就是現在了。高能物理已經填滿了基本粒子圖表,但是並未發現期待已久的引力子。

牛頓對於引力的理解是直線性的,或者說粒子性的,儘管他也發現了凸透鏡的光暈現象,但是並未給予解讀,這個現象需要用光的波動性來解讀。愛因斯坦發現了引力效應的彎曲性,在廣義相對論中引申為引力是具有波動性的。也就是時空的彎曲性,是波動性擬閤中的一部分。現在通常用衰竭性的引力波來表達。

這會引申出兩個問題:

一、引力是否也具有波粒兩重性呢?與光(電磁波)的波粒兩重性的不同在哪裡?

二、時空的彎曲性是否必須是波動性的一部分?從幾何角度分析,動態的彎曲性也可以是螺旋曲面的一部分。


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引力是否也是波粒兩重性?

我們通常知道愛因斯坦提出了光的波粒兩重性理論,這個理論後來被擴展到所有電磁波都具有波粒兩重性。而數理文化(並不是物理)更將其引申為所有的物質,這樣孫猴子七十二變就可以“理論性”的解讀了。

實際上,愛因斯坦還做了一件事情,就是將引力由直線性表達變為曲線性表達。

直線性,通常是粒子慣性的一種表達方式;而曲線性,被廣義相對論擴展為波的一部分。也就是他實際上將引力進行了波動性的解讀。他的側重點是說明引力效應的彎曲性。而牛頓的方法等價於說明引力的粒子性特徵。這樣一來,引力似乎也具有了波粒兩重性。

接下來的問題就是,大型對撞機證實了光子的存在,但是並未證實引力子的存在。

如果這是已經確定的事實,這也就意味著,引力並不具有波粒兩重性,牛頓表達的引力的直線性或者說粒子性僅僅是引力效應的彎曲性的近似,當引力效應曲率較小的時候的一種近似。這也是牛頓方法計算引力與相對論方法計算的引力的誤差來源。

也就是引力並不具有波粒兩重性。


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研究河水與研究河岸的區別;研究河水的作用與研究河水的區別

我們通常所說的引力,大多數情況實際是指引力效應,也就是引力產生的作用。

儘管牛頓與愛因斯坦採用的數學擬合方法是不同的,牛頓的方法相當於是對三維靜態體系的研究,而愛因斯坦的方法是對三維動態體系(四維時空體系)的研究。同時,假設引力像河水,那麼牛頓直接研究的是河水的作用;而愛因斯坦研究的是河岸,通過河岸對河水的間接影響來表達河水的作用。而河水本身才是引力。現在還在研究。

這兩種方法都是在研究引力的效應的數學擬合,而並不是引力的物理本質。就如聲波一樣,我們可以用擬合的聲波解讀聲音的計算和現象,但是卻無法用聲波來解讀聲音的物理性質。聲音的物理性質是聲源的震動導致的傳播介質的震動的傳導作用,與聲波這種數學擬合方法並無關係。因為並不存在沿著擬合的聲波曲線運動的聲波子這種物質。聲波僅僅是一種基於應用的對聲音引起的效果的間接擬合數學方法。

這也是物理學家為什麼要找了引力子幾十年的原因。如果存在引力子,引力的物理性質問題迎刃可解,引力就是引力子在空間以波的方式傳導的一種表象。

但是,如果不存在引力子,那麼引力的物理性質的解讀就要再尋物理方案。愛因斯坦的擬合方法僅僅是比牛頓的擬合更精細、更精準一些,但是就如聲波一樣,並不能表達引力的物理本質。因為沒有像光子一樣的引力子沿著引力場運動傳導引力。也就是引力的物理性質依然需要另外的解讀方案。


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也就是直到現在,我們並未解決引力的物理性質問題,也就是引力是什麼的問題,而僅僅是解決了引力產生的作用(引力效應)的直接或間接擬合的計算、應用問題。而將相對論或者愛因斯坦神化的,通常會一本正經的繞嘴地利用相對論解釋著引力的物理性質。實際上,解釋的僅僅是引力效應的擬合解讀結果而已。當然,愛因斯坦也試圖這樣解釋引力(河水)的物理性質,儘管他研究的是河岸(時空彎曲)對河水的作用(引力效應)的影響。

我們通過研究河岸能夠解讀河水的效應,但是並不能夠解讀河水的物理化學性質。研究河岸能夠解決水為什麼結冰,水的分子式的問題嗎?不能!而現在太多人把河岸當成了水,把引力效應當成了引力的物理本質。這就是虛數實數化使用的方法在解讀過程中出現錯誤帶來的問題之一!筆者在前文探討過。研究河岸可以解決水的作用的計算問題,但是並不能解決水的物理本質問題。

在數值上,在小曲率的前提下,這兩種方法是粗略近似的;僅僅是愛因斯坦的擬合方法因為比牛頓的方法多考慮了一個維度(多了一個影響因素)而更精確一些。同時,大麴率的現象,牛頓的方法不能解讀;當然,曲率是圓的情況下,相對論也不能解讀其內部,這時候,你會再想到牛頓的方法。

在應用上,考慮適用的場合以及精確度,會分別採用這兩種不同的方法。並不是牛頓的擬合方法錯了,僅僅是誤差分析環節以及擬合方法不同的數學擬合問題。他倆都在擬合引力效應,而非引力物理性質本身。引力效應是引力的物理性質導致的結果。

當然,從物理研究方法來講,通過現象研究本質這也是一種通常的過程方法。


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總時空尺度遇到的物理問題,虛數擬合體系由於指針旋轉方向的不同造成的兩個數學解

直線性的引力,是一種基於平直時空的近似性的表達。相對論方法是基於四個影響因素的數學模型,而牛頓的方法是基於三個影響因素的模型。相對論的進步,在於更進一步解決了牛頓方法的誤差問題,並且能夠解決大麴率現象的解讀。同時,已驗證的引力效應說明,引力效應至少有四個影響因素表達的更準確些。

在普通情況下,例如太陽系這個範疇,尺度有限,速度有限,那麼牛頓的方法與實際測量的誤差,並不是很大,而增加一個影響因素的數學擬合系統,誤差進一步減小,更加逼近測量值。同時,還解決了更大尺度、更高速度的一些現象的擬合。

即便如此,問題依然還是來了。再大尺度呢?例如總時空尺度以及已觀測的時空之外呢?曲率大到成為圓呢(黑洞)?鑑於愛因斯坦的這種四維繫統存在的極限彎曲特徵,當彎曲的曲率變成圓的時候,相對論也就失效了,不能解釋其內部。這就是現在的物理問題了。


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這種情況存在三種數學解:

基於觀測系本身(身在此山中的視角):時空起點--奇點;時空終點--黑洞。也就是基於虛數ict的兩個不同的旋轉方向。基於時間矢量的逆時針旋轉的時空極限,就是奇點;基於時間矢量的順時針旋轉的極限結果就是黑洞。(基於虛數的數學擬合系統,在實像化表達過程中,通常由於指針旋轉方向不同而會產生兩個數學解。在一些介紹虛數的數學文章中,通常忽略了虛數順時針旋轉的問題。這是數學錯誤的。

鑑於時空奇點、黑洞的不可直接觀測性,黑洞通過黑洞視界的引力現象間接證實;而基於大爆炸理論假說的總時空奇點爆炸之後一小段時間的不能直接觀測,現在的解釋是當時是一團量子粥狀態,看不見。

基於觀測系之外(上帝視角):假設的不同時空或者同一時空的不同部分的銜接點:蟲洞。由於我們的觀測暫時無法做到上帝視角的俯瞰,只能用三維的觀測結果推導四維時空的可能性,暫時物理並未證實蟲洞的存在性。

也就是相對論依然是一種時空局部意義的表達。總時空奇點附近的幾億年(基於大爆炸假說的推論時間)及奇點之前,現在不能觀測的極遠(大約450億光年遠)之外,現在由於不可觀測,無法證實相對論是否依然適用。


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時空彎曲是否必須是波的一部分,有沒有其他幾何選項?

歐氏幾何的方法,以及基於決定性的代數方法,使古人以直為標準,來表達曲。

非歐幾何的產生,使相對論基於特定的曲面表達彎曲。這個彎曲可以是波的一部分,也可能不是。而波是基於特定的彎曲,來表達彎曲的特徵,它與曲面的區別在於,波有波動特徵,而特定的非歐曲面不一定具有波動性特徵,而是“慣性”延展。例如球面、馬鞍面、雙曲面,並不具有波動性。只有基於三角函數的曲面,才具有波動性。


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點源水波

點源水波的擬合:
u = from (0) to (16*PI) D1
v = from 0 to (2*PI) D2
y = sin(u)
x = u*cos(v)
z = u*sin(v)
u = u*5

基於這樣的幾何問題,愛因斯坦基於其老師閔可夫斯基的空間架構,在廣義相對論中利用洛侖茲不變性原理解決了引力波的表達問題。引力波現代通常被表達為類似水波這樣的引力效應結果。這是虛數實像化的表達,或者說是基於虛數座標軸意義的。

筆者的雙臂螺旋時空構想

從狹義相對論到廣義相對論的這種理論推衍實際存在了一個上文提到的數學問題,也就使用虛數的系統存在兩個解的問題。如果彎曲的時空不是波的局部,而是螺旋的局部,其結果就是筆者正在研究的雙臂螺旋曲面模型。實際上,這就是曲面是“慣性”彎曲擴展同時,垂直切面還是波動性擴展(引力波的樣子)的結構。

是什麼“力量”導致的時空曲面這兩種延伸擴展的區別,筆者暫時也不清楚。而在廣義相對論中,愛因斯坦引入洛侖茲不變性的依據或者說思路的原因是什麼呢?這相當於虛數實像化轉化過程中,虛數指針相差180度的波動性擺動的表達,這才導致了曲面擴展為波。如果指針不偏轉,會是什麼三維幾何結構呢?三維螺旋結構。

為了解決上述問題,需要假設總時空奇點依然存在,沒有發生大爆炸,僅僅是噴發或者是霍金輻射意義的。這樣,就會產生螺旋性結構的時空。而且如果這樣,也就無需暗能量、暗物質概念的引入了。由此,我們蝸居在螺旋的總時空中,這個尺度的光線也是奇妙的螺旋擴展形狀的。

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單臂螺旋的鸚鵡螺


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雙臂螺旋時空的示意圖


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