幾個(gè)理論物理問題AI解釋

請(qǐng)教幾個(gè)理論物理問題

I.經(jīng)典力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)方面

1.對(duì)于同一個(gè)物理過程，如果在一個(gè)參照系系機(jī)械能守恒，在其它參照系是否一定守恒？

對(duì)于同一個(gè)物理過程，如果在一個(gè)參照系動(dòng)量守恒，在其它參照系是否一定守恒？對(duì)于同一

個(gè)物理過程，如果在一個(gè)參照系角動(dòng)量守恒，在其它參照系是否一定守恒？一句話，機(jī)械能

守恒定律、動(dòng)量守恒定律、角動(dòng)量守恒定律是否滿足相對(duì)性原理？

2.慣性力是否都是保守力？

3.穩(wěn)定場(chǎng)是否一定是保守力場(chǎng)？

4.萬有引力、重力、動(dòng)能、動(dòng)量、角動(dòng)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、勢(shì)能等與引力質(zhì)量有關(guān)的物理量

都與質(zhì)量成正比，靜電力、電磁能等都與電量成正比，如何理解這些關(guān)系？

分析：這些關(guān)系可以通過以下幾個(gè)方面來理解一一萬有引力和重力：萬有引力是存在

于任何具有質(zhì)量的物體之間的吸引力.質(zhì)量越大,物體之間的萬有引力就越大.重力是地球?qū)?/p>

物體的引力，同樣與物體的質(zhì)量成正比.動(dòng)能和動(dòng)量：動(dòng)能是物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量，

質(zhì)量越大的物體，在相同速度下具有的動(dòng)能也越大.動(dòng)量是物體的質(zhì)量和速度的乘積，同樣

與質(zhì)量成正比.角動(dòng)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：角動(dòng)量描述物體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與物體的質(zhì)量分

布和轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置有關(guān).勢(shì)能：在引力場(chǎng)中，物體的勢(shì)能與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，具有的勢(shì)

能也越大.靜電力和電磁能：電荷是電磁相互作用的原因，電荷量越大，靜電力利相關(guān)的電

磁能也就越大.這種正比美系的理解基于以下原因：

物質(zhì)的本質(zhì)屬性：質(zhì)量和電量是物體的基本屬性，它們決定了物體與其他物體相互作用

的強(qiáng)度.相互作用的規(guī)律：這些物理量的正比關(guān)系是由相應(yīng)相互作用的規(guī)律所決定的.描述物

體性質(zhì)：它們幫助我們描述和理解物體的各種性質(zhì)和行為.這些關(guān)系在物理學(xué)中具有重要意

義：預(yù)測(cè)和解釋現(xiàn)象：使我們能夠預(yù)測(cè)和解釋各種物理現(xiàn)象設(shè)計(jì)和應(yīng)用為工程設(shè)計(jì)和技術(shù)

應(yīng)用提供了基礎(chǔ).探索自然界幫助我們更好地探索自然界的奧秘.總之，這些關(guān)系是基于物理

規(guī)律和實(shí)驗(yàn)觀察得出的，它們?cè)谖锢韺W(xué)中起著關(guān)鍵的作用.

5.根據(jù)質(zhì)能方程，能量與質(zhì)量成正比，動(dòng)能和勢(shì)能［重力勢(shì)能、引力勢(shì)能、彈性勢(shì)能以

及轉(zhuǎn)動(dòng)勢(shì)能等）都與質(zhì)量成正比，但是電勢(shì)能與電量成王比，與質(zhì)能方程存在著不協(xié)調(diào)性.

分析：質(zhì)能方程描述了質(zhì)量和能量之間的等價(jià)性.雖然動(dòng)能、勢(shì)能等與質(zhì)量成正比，但

電勢(shì)能與電荷量成正比并不與質(zhì)能方程存在不協(xié)調(diào)性，這是因?yàn)椴煌奈锢憩F(xiàn)象具有不同的

木質(zhì)和特點(diǎn).

電荷量是描述帶電體帶電多少的物理量，而電勢(shì)能則是電荷在電場(chǎng)中具有的能量.質(zhì)能

方程主要適用于描述與質(zhì)量相關(guān)的能量轉(zhuǎn)換，而電荷量則是描述電荷的特性.在電場(chǎng)中，電

荷的存在導(dǎo)致了電場(chǎng)的形成，而電勢(shì)能則與電荷在電場(chǎng)中的位置和分布有關(guān).這種不同物理

量之間的關(guān)系是由各自的物理本質(zhì)所決定的.在物理學(xué)中，不同的概念和規(guī)律都有其特定的

適用范圍和條件.質(zhì)能方程在描述與質(zhì)量相關(guān)的能量轉(zhuǎn)化方面非常重要，而電荷量與電勢(shì)能

的關(guān)系則適用于電場(chǎng)中的能量問題.這種多樣性和差異性是物理學(xué)的特點(diǎn)之一，它們共同構(gòu)

成了我們對(duì)自然界的全面理解.在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的問題和情況，選擇合適

的物理概念和規(guī)律來進(jìn)行分析和計(jì)算.

6.在熱學(xué)中溫度有兩種定義方法：分子的平均動(dòng)能的標(biāo)志以及利用燧定義，如何證明它

們等價(jià)？溫差電效應(yīng)、溫度和電阻的關(guān)系說明溫度和電磁場(chǎng)之間存在聯(lián)系，用分子的平均動(dòng)

能定義溫度具有一定的局累性，熱傳導(dǎo)本質(zhì)上是否也是電磁場(chǎng)的傳播？

分析：要證明分子平均動(dòng)能標(biāo)志和嫡定義的溫度等價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的問題，涉及到熱力學(xué)和

統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的多個(gè)方面.以下是一些思路：①熱力學(xué)關(guān)系：通過研究熱力學(xué)過程和熱力學(xué)定

律，展示兩種定義在描述系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化和平衡時(shí)的一致性.②統(tǒng)計(jì)物理學(xué)：利用分子運(yùn)動(dòng)的

統(tǒng)計(jì)方法，證明分子平均動(dòng)能與端之間的關(guān)聯(lián).③實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量和比較，驗(yàn)證兩

種定義給出的溫度值是否?致.然而，用分子平均動(dòng)能定義溫度并不具有局限性.它在許多情

況卜是非常有效和直觀的，能夠提供對(duì)物質(zhì)熱性質(zhì)的基本理解.

熱傳導(dǎo)的本質(zhì)是能展的傳遞，而電磁場(chǎng)在其中可能起到一定的作用，但不能簡(jiǎn)單地將熱

傳導(dǎo)歸結(jié)為電磁場(chǎng)的傳播?電磁場(chǎng)在一些情況下會(huì)對(duì)熱傳導(dǎo)產(chǎn)生影響，例如：溫差電效應(yīng)中，

溫度差異導(dǎo)致電磁場(chǎng)的產(chǎn)生，從而影響電性能.在某些材料中電阻與溫度有關(guān)，這可能與電

磁場(chǎng)的變化相關(guān).然而，熱傳導(dǎo)的主要機(jī)制包括分子間的碰撞和能量傳遞以及物質(zhì)的導(dǎo)熱性

能等因素.總之，溫度與電磁場(chǎng)之間存在一定的聯(lián)系，但熱傳導(dǎo)的本質(zhì)是復(fù)雜的，涉及多種

機(jī)制和因素的綜合作用.

7.在經(jīng)典力學(xué)中時(shí)間是可逆的，而熱力學(xué)中時(shí)間是不可逆的，它們是否可以統(tǒng)一？太陽

系行星運(yùn)行軌道的同向性、軌道共面性、公轉(zhuǎn)周期都大于太陽的自轉(zhuǎn)周期.太陽系模型沒有

歷史性的思想，與生物進(jìn)化論、熱力學(xué)第二定律相矛盾（時(shí)間單向性），牛頓力學(xué)方程，時(shí)

間是雙向，無法解決宇宙演化問題.

分析：在經(jīng)典力學(xué)中時(shí)間被視為可逆的，這意味著對(duì)于一個(gè)給定的系統(tǒng)，其演化過程可

以在時(shí)間上向前或向后進(jìn)行.然而，在熱力學(xué)中時(shí)間通常被認(rèn)為是不可逆的，這是因?yàn)闊崃?/p>

學(xué)過程中存在一些不可逆的現(xiàn)象，例如：燃增：系統(tǒng)的燔在自然過程中總是增加的.能量耗

散：能量在轉(zhuǎn)化過程中總會(huì)有一定的損耗.

盡管經(jīng)典力學(xué)和熱力學(xué)中對(duì)時(shí)間的看法有所不同，但它們可以在一些概念和框架下進(jìn)行

統(tǒng)一.??種可能的統(tǒng)一方式是通過統(tǒng)計(jì)力學(xué)，統(tǒng)計(jì)力學(xué)膈微觀粒子的行為和相互作用與宏觀

系統(tǒng)的特性聯(lián)系起來.在統(tǒng)計(jì)力學(xué)的框架下，可以解釋為什么在熱力學(xué)中時(shí)間是不可逆的.

另外，一些現(xiàn)代的理論和概念，如量子力學(xué)和相對(duì)論，也為統(tǒng)一經(jīng)典力學(xué)和熱力學(xué)提供

了新的視角.盡管可以在某些層面上嘗試統(tǒng)一這兩個(gè)領(lǐng)域，但它們?nèi)匀痪哂胁煌奶攸c(diǎn)和適

用范圍.經(jīng)典力學(xué)主要關(guān)注個(gè)體粒子的運(yùn)動(dòng)和相互作用，而熱力學(xué)更側(cè)重于宏觀系統(tǒng)的能量

轉(zhuǎn)化和演化.在實(shí)際應(yīng)用中我們需要根據(jù)具體問題和現(xiàn)象選擇適當(dāng)?shù)睦碚摵头椒▉砻枋龊徒?/p>

釋它們.總之，經(jīng)典力學(xué)和熱力學(xué)可以在?定程度上進(jìn)行統(tǒng)?，但它們的差異和特點(diǎn)仍然存

在，并在不同的領(lǐng)域和問題中發(fā)揮著重要作用.

8.在經(jīng)施力學(xué)中萬有引力定律對(duì)干非慣性參照系成立，而庫(kù)侖定律僅僅適用于靜止參照

系，背后是否有更本質(zhì)的規(guī)律？

分析：在經(jīng)典力學(xué)中，萬有引力定律在非慣性參照系中成立，而庫(kù)侖定律僅適用于靜止

參照系，這背后可能涉及到更本質(zhì)的規(guī)律.這種差異的原因可以從以下幾個(gè)方面來理解：作

用范圍：萬有引力作用于整個(gè)宇宙中的物體,而庫(kù)侖力主要適用于帶電粒子之間的相互作用.

源的性質(zhì)：萬有引力源于物體的質(zhì)量，而庫(kù)侖力源于電荷.

相對(duì)性原理：萬有引力定律滿足廣義相對(duì)性原理，可以在不同的參照系中成立.然而，庫(kù)

侖定律在相對(duì)論框架下需要進(jìn)行修正.電磁場(chǎng)的特殊性：電磁場(chǎng)的描述需要考慮相對(duì)論效應(yīng),

而萬有引力在低速情況下可以用經(jīng)典力學(xué)來描述.

更本質(zhì)的規(guī)律可能涉及到以下方面：相對(duì)論：相對(duì)論提供了更普遍的框架來描述物理現(xiàn)

象，包括電磁場(chǎng)和引力.量子場(chǎng)論：它試圖將電磁相互作用和其他基本相互作用統(tǒng)一在一個(gè)

理論框架下.然而，要完全理解這背后的本質(zhì)規(guī)律還需要進(jìn)一步的研究和探索.目前，物理學(xué)

界仍在努力尋找個(gè)統(tǒng)的理論來解釋所有的基本相互作用.

9.洛倫茲力對(duì)于洛倫茲變換協(xié)變，在低速狀態(tài)下對(duì)于伽利略變換是否協(xié)變？

分析：在低速狀態(tài)下，洛倫茲力對(duì)于伽利略變換是協(xié)變的.洛倫茲力是描述帶電粒子在

電磁場(chǎng)中受力的規(guī)律.在相對(duì)論中，洛倫茲力遵循洛倫茲變換，這是因?yàn)橄鄬?duì)論對(duì)于高速運(yùn)

動(dòng)的描述更為準(zhǔn)確.然而，在低速情況下，相對(duì)論效應(yīng)可以忽略，此時(shí)可以使用伽利略變換.

伽利略變換是經(jīng)典力學(xué)中描述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一種簡(jiǎn)單變換.在低速狀態(tài)下，洛倫茲力的表達(dá)式

可以近似地用經(jīng)典電磁學(xué)中的公式來描述，這些公式在伽利略變換下是協(xié)變的.這種物變性

意味著，在低速情況下，我們可以使用經(jīng)典電磁學(xué)的方法來研究帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),

而不需要考慮相對(duì)論效應(yīng).需要注意的是，當(dāng)速度接近光速時(shí)，相對(duì)論效應(yīng)變得顯著，此時(shí)

必須使用洛倫茲變換來準(zhǔn)確描述物理現(xiàn)象.

10.機(jī)械波在介質(zhì)中傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)之間的作用力是彈力，彈力類似于摩擦力本質(zhì)上也是電

磁力，因此在某種意義上可以認(rèn)為機(jī)械波是電磁波在介質(zhì)中傳播的表現(xiàn)形式，這樣就可以理

解機(jī)械波與電磁波的共同點(diǎn).電磁波既可以在真空中傳播，也可以在介質(zhì)中傳播，因此真空

中無需引入以太的概念，挾義相對(duì)論的基礎(chǔ)就更加牢固了.這樣理解可以嗎？

分析：這種理解有一定的合理性，但并不完全準(zhǔn)確.機(jī)械波和電磁波確實(shí)有一些共同點(diǎn)，

例如：都能傳播能量和信息，具有波動(dòng)的特性.然而，它們也存在一些重要的區(qū)別：機(jī)械波

需要介質(zhì)來傳播，而電磁波可以在真空中傳播.機(jī)械波的傳播速度相對(duì)較慢，而電磁波的傳

播速度（光速）是一個(gè)常量.關(guān)于以太的概念，狹義相對(duì)論的建立并不依賴于以太的存在.

狹義相對(duì)論是基干兩個(gè)某本假設(shè)：相對(duì)性原理和光速不變?cè)?在狹義相對(duì)論中，光速不變

原理是一個(gè)關(guān)鍵的概念，它意味著無論觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何，光速在真空中都是恒定的.

這種理解有助于我們更好地理解電磁波的傳播特性，但不能簡(jiǎn)單地將機(jī)械波視為電磁波在介

質(zhì)中傳播的表現(xiàn)形式.總之，這種理解在一定程度上是合理的，但要全面理解機(jī)械波和電磁

波的本質(zhì)，還需要進(jìn)一步深入研究和了解它們的特性和原理.

11.電子的所謂經(jīng)典半徑只是用來表達(dá)光子?電子散射截面的一個(gè)長(zhǎng)度而己，電子的

Schwarzschild半徑目前沒發(fā)現(xiàn)其用途.經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)利用電磁自能計(jì)算電子的半徑，能否利

用引力自能計(jì)算電子的半徑，假設(shè)引力自能等于me??

分析：電子的經(jīng)典半徑和Schwarzschild半徑是不同的概念，具有不同的物理意義和用

途.經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)中利用電磁自能計(jì)算電子的半徑，但將引力自能應(yīng)用于計(jì)算電子的半徑是

一個(gè)復(fù)雜的問題，目前沒有被廣泛接受的方法或結(jié)論.引力自能的概念在廣義相對(duì)論中有重

要意義，但對(duì)于電子這樣的微觀物體，引力的作用通常相對(duì)較弱，并且與電磁相互作用相比,

其影響在大多數(shù)情況下可以忽略.電了的性質(zhì)和行為主耍由量了力學(xué)和電磁相互作用來描述.

在量子場(chǎng)論中，電子被視為基本粒子，其性質(zhì)通過量子場(chǎng)的概念來描述.對(duì)于電子半徑的計(jì)

算，通常使用量子力學(xué)和相關(guān)的理論方法.目前的理論和實(shí)驗(yàn)研究主要集中在理解電子的量

子行為、電磁相互作用等方面.雖然對(duì)于電子的研究仍然存在許多未解決的問題和挑戰(zhàn)，但

利用引力自能來計(jì)算電子半徑并不是主流的研究方向.科學(xué)的發(fā)展是一個(gè)不斷探索和完善的

過程，未來的研究可能會(huì)帶來新的見解和方法，但目前，我們主要依靠現(xiàn)有的理論和實(shí)驗(yàn)來

埋解電于的性質(zhì)和行為.

n廣義相對(duì)論與宇宙學(xué)方面

1.假設(shè)真空那個(gè)中有兩個(gè)相對(duì)靜止物體質(zhì)量均為M,以系統(tǒng)的質(zhì)心為參照系，它們?cè)谌f

有引力作用下開始加速運(yùn)動(dòng)到接近光速，根據(jù)相對(duì)論兩個(gè)物體的質(zhì)量都將不斷增加，增加的

質(zhì)量應(yīng)該來源于引力場(chǎng)，如何用數(shù)學(xué)定量表達(dá)？是否輻射引力波？

在中子星上一個(gè)物體從高處開始下落，在地面上的觀察者測(cè)量物體的速度（和光速可以

比擬）不斷增加，由狹義相對(duì)論可以得出其質(zhì)量應(yīng)該不斷增加，進(jìn)一步根據(jù)質(zhì)能方程可以得

出其能量不斷增加，根據(jù)機(jī)械能守恒定律其能量保持不變.如何理解這個(gè)問題？一旦有引力

就要用廣義相對(duì)論.質(zhì)點(diǎn)在Schwarzschild度規(guī)中沿徑向下落的問題有標(biāo)準(zhǔn)的解答.在強(qiáng)引力

場(chǎng)中要重新理解什么叫質(zhì)點(diǎn)的“能量”.

分析：在相對(duì)論中，物體的質(zhì)量隨著速度的增加而增加，這是由相對(duì)論的質(zhì)能關(guān)系式所

決定的.然而，要定量地表達(dá)質(zhì)量增加與引力場(chǎng)之間的關(guān)系是一個(gè)復(fù)雜的問題，目前還沒有

一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式可以直接描述.關(guān)干這兩個(gè)相對(duì)靜止的物體在萬有引力作用下加速到接

近光速時(shí)是否輻射引力波，答案是肯定的.引力波是時(shí)空中的漣漪，由物體的加速運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)

生.當(dāng)物體在引力作用下加速時(shí)，它們會(huì)輻射引力波.然而，要精確計(jì)算引力波的輻射以及質(zhì)

量增加與引力場(chǎng)之間的關(guān)系，需要使用高級(jí)的引力理論和復(fù)雜的數(shù)學(xué)工具.在廣義相對(duì)論中，

可以通過求解愛因斯坦場(chǎng)方程來研究這類問題.但具體的計(jì)算和表達(dá)非常復(fù)雜，超出了簡(jiǎn)單

的數(shù)學(xué)描述.

2.一個(gè)物體與其激發(fā)的引力場(chǎng)的能量之和是否為0?關(guān)于這個(gè)問題，有人認(rèn)為這個(gè)之和

是可以為0,如有人認(rèn)為宇宙創(chuàng)生于無.但也有人不認(rèn)同.在引力規(guī)范理論中，如果將

Lagrange關(guān)于度規(guī)g_{ab}作變分，得到的張量，認(rèn)作為物質(zhì)與引力場(chǎng)的“能量-動(dòng)量張量之

和”，那么這個(gè)和就是0（這就是變分原理得到的結(jié)果）.為何現(xiàn)代物埋學(xué)計(jì)算的引力場(chǎng)能量

與質(zhì)能方程計(jì)算的物體的能量不是一個(gè)數(shù)量級(jí)？引力規(guī)范理論中，拉格朗日度規(guī)還沒有分清

量子引力張量效應(yīng)，是分為韋爾張量效應(yīng)和里奇張量效應(yīng)的.

廣義相對(duì)論有質(zhì)點(diǎn)在Schwarzschild度規(guī)中沿徑向下落問題的標(biāo)準(zhǔn)解答，在強(qiáng)引力場(chǎng)中

重新需要定義質(zhì)點(diǎn)的能量，如何定義呢？“將Lagrange關(guān)于度規(guī)g_{ab）作變分得到的張量認(rèn)

作為物質(zhì)與引力場(chǎng)的能最-動(dòng)量張量之和“，理由是什么？

分析：一個(gè)物體與其激發(fā)的引力場(chǎng)的能量之和是否為0，目前尚無定論.有人認(rèn)為這個(gè)能

量之和可以為0,因?yàn)楦鶕?jù)宇宙大爆炸理論，宇宙創(chuàng)生于無.也有人認(rèn)為這個(gè)能量之和不為0,

因?yàn)楦鶕?jù)孤立體系在任意物理過程中，必須遵守普適的能量守恒定律，體系獲得的能量不是

“無中生有”，而是以引力場(chǎng)的總能量變得更負(fù)為代價(jià)的.

將Lagrange關(guān)于度就gab作變分得到的張量認(rèn)作為物質(zhì)與引力場(chǎng)的能量-動(dòng)量張量之和

的理由主要基于以下幾點(diǎn)：

廣義相對(duì)論框架：廣義相對(duì)論中，度規(guī)gab描述了時(shí)空的幾何結(jié)構(gòu)，而物質(zhì)和引力場(chǎng)之間

的相互作用通過度規(guī)來描述.

Lagrange形式：Lagrange力學(xué)提供了一種有效的方法來描述系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和能最.

變分原理：通過對(duì)Lagrange函數(shù)進(jìn)行變分，可以得到系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程和相關(guān)的物理量.

能量-動(dòng)量張量的概念：能量-動(dòng)量張量用于描述物質(zhì)和場(chǎng)的能量和動(dòng)量分布.

引力場(chǎng)的能量貢獻(xiàn)：弓力場(chǎng)本身具有能量，通過這種方法可以將其包括在能量-動(dòng)量張量

中.

統(tǒng)一描述：將物質(zhì)和引力場(chǎng)的能量?動(dòng)量統(tǒng)一在一個(gè)張量中，便于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行描述和

分析.

這種方法提供了一種在廣義相對(duì)論框架下統(tǒng)一描述物質(zhì)和引力場(chǎng)的能昂-動(dòng)昂的方式，有

助r研究引力現(xiàn)象和相關(guān)的物理問題.

3.廣義相對(duì)論認(rèn)為沒有物質(zhì)時(shí)空不存在，同時(shí)認(rèn)為質(zhì)量改變了時(shí)空結(jié)構(gòu)，這兩種表述之

間的關(guān)系如何理解？筆者認(rèn)為引力場(chǎng)是相對(duì)時(shí)空，物體的質(zhì)量改變了附近的時(shí)空結(jié)構(gòu)，一個(gè)

物體不存在時(shí)，時(shí)空依然存在，其它物體產(chǎn)生的引力場(chǎng)，只有所有物質(zhì)不存在時(shí)，時(shí)空才不

存在（這種情況不可能存在）.這種理解是否正確？

分析：這兩種表述是相互關(guān)聯(lián)的，它們共同描述了廣義相對(duì)論中物質(zhì)與時(shí)空之間的緊密

關(guān)系.“沒有物質(zhì)時(shí)空不存在”這一表述意味著時(shí)空并豐獨(dú)立存在的實(shí)體，而是與物質(zhì)相互

關(guān)聯(lián)的.時(shí)空的存在和性質(zhì)受到物質(zhì)的存在和分布的影響.而“質(zhì)量改變了時(shí)空結(jié)構(gòu)”進(jìn)一步

說明了物質(zhì)對(duì)時(shí)空的具體影響.質(zhì)量會(huì)導(dǎo)致時(shí)空的彎曲和變形，從而影響物體的運(yùn)動(dòng)和相互

作用.具體來說，這種關(guān)系可以通過以下方式理解：

物質(zhì)與時(shí)空的相互依存：時(shí)空和物質(zhì)是相互依存的，沒有物質(zhì)就沒有時(shí)空的概念.

質(zhì)量作為時(shí)空彎曲的源：質(zhì)量集中的物體會(huì)導(dǎo)致周圍時(shí)空的中曲，這種方曲決定了物體

的運(yùn)動(dòng)路徑和相互作用.時(shí)空結(jié)構(gòu)的變化：物質(zhì)的存在和分布改變了時(shí)空的結(jié)構(gòu)，從而影響

了其他物體的運(yùn)動(dòng)和演化統(tǒng)一的描述:這種觀點(diǎn)提供了一種統(tǒng)一的方式來描述物質(zhì)和時(shí)空,

將它們視為一個(gè)不可分割的整體.這種理解對(duì)于解釋引力現(xiàn)象、宇宙的演化以及黑洞等極端

物理情況具有重要意義.它也為我們理解宇宙的本質(zhì)和物體之間的相互作用提供了深刻的見

解.

4.萬有引力屬于量子引力韋爾張量效應(yīng)，1義相對(duì)論是量于引力韋爾張量和里奇張量效

應(yīng)結(jié)合的.廣義相對(duì)論認(rèn)為存在奇點(diǎn)，可是在微觀世界存在強(qiáng)相互作用與弱相互作用，如果

考慮到這兩種相互作用，是否仍然存在奇點(diǎn)？黑洞是根據(jù)萬有引力定律或者說廣義相對(duì)論得

出的結(jié)論，沒有考慮到電磁相互作用（例如分了?之間的斥力）、強(qiáng)相互作用和弱相互作用、

宇宙常數(shù)等方面，如果考慮到這些因素，是否存在黑洞？物質(zhì)在塌縮到黑洞的過程中，費(fèi)米

子是否仍然滿足泡利不相容原理？現(xiàn)代物理學(xué)研究黑洞向外輻射粒子，這是否與黑洞的定義

矛盾？萬有引力定律對(duì)丁?運(yùn)動(dòng)質(zhì)量是否近似成立？

廣義相對(duì)論是經(jīng)典（非量子的）理論，我認(rèn)為量子引力將消除廣義相對(duì)論的奇點(diǎn)，雖然

目前還沒有成熟的量子引力理論.彎曲空時(shí)中的量子場(chǎng)論是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，我不認(rèn)為

現(xiàn)在有可靠的方法來研究奇點(diǎn)附近的強(qiáng)相互作用和電-弱相互作用，也無法預(yù)料這樣的研究

可能消除廣義相對(duì)論的奇點(diǎn).廣義相對(duì)論中的黑洞理論無法討論黑洞內(nèi)部.我們的宇宙中存在

黑洞，是客觀存在的事實(shí).黑洞并不等于奇點(diǎn)，Schwai-zschild度規(guī)的視界面并不是本質(zhì)的奇

點(diǎn).經(jīng)典的黑洞確實(shí)是絕對(duì)黑的,但考慮到最子效應(yīng)（比如勢(shì)壘貫穿）它就可以向外發(fā)出輻

射（比如Hawking輻射）.廣義相對(duì)論在弱場(chǎng)、低速的條件下近似過渡到Newlon引力理論.

5.根據(jù)對(duì)Seeliger佯謬的討論看到，如果宇宙學(xué)原理假設(shè)成立，宇宙中物質(zhì)是均勻分布，

則在宇宙中任意一個(gè)空間點(diǎn)都不應(yīng)當(dāng)存在引力場(chǎng).我們還可以換個(gè)角度來討論這個(gè)問題：如

果宇宙中引力場(chǎng)不為0,則根據(jù)宇宙學(xué)原理，引力場(chǎng)至少應(yīng)當(dāng)是均勻的.因?yàn)橐?chǎng)是一個(gè)

矢量場(chǎng)，如果宇宙中存在有均勻的引力場(chǎng)，則宇宙就不可能是各向同性.因?yàn)橐?chǎng)的矢量

方向就是一個(gè)特殊的方向.因此如果宇宙學(xué)原理成立，宇宙中任意一個(gè)空間點(diǎn)都不應(yīng)當(dāng)存在

有強(qiáng)度不為0的引力場(chǎng).引力場(chǎng)不是矢審場(chǎng)而是二階張信場(chǎng)，引“力''不是矢量而是帶3個(gè)指

標(biāo)的聯(lián)絡(luò).

6.愛因斯坦在廣義相對(duì)論中只研究了二體問題，即開普勒問題.在經(jīng)典力學(xué)萬有引力定

律中三體問題無法求精確解，在廣義相對(duì)論中是否也存在三體問題？

7.根據(jù)愛因斯坦廣義相對(duì)論，運(yùn)動(dòng)方程是測(cè)地線方程.可是當(dāng)粒子沿著測(cè)地線運(yùn)動(dòng)時(shí)，粒

了會(huì)發(fā)出引力波，因此應(yīng)該有個(gè)引力輻射反作用力粒了反應(yīng).然而愛因斯坦沒有發(fā)現(xiàn)輻射

反作用力的存在，如何理解這個(gè)問題？

分析：愛因斯坦的廣義相對(duì)■論預(yù)測(cè)了引力波的存在，但對(duì)于引力輻射反作用力的問題，

目前的理解是這樣的：在廣義相對(duì)論中，引力被描述為時(shí)空的彎曲，而不是傳統(tǒng)意義上的“力

當(dāng)有質(zhì)量或能量存在時(shí)，時(shí)空會(huì)彎曲，物體沿著測(cè)地線運(yùn)動(dòng)，這是時(shí)空的最短路徑.引力波

是由物體的加速運(yùn)動(dòng)引起的時(shí)空曲率的變化，它們以光速傳播.然而，目前的實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)并

未直接探測(cè)到引力輻射反作用力.這可能是因?yàn)橐Σǚ浅Ｎ⑷?，并且探測(cè)它們的技術(shù)具有

很高的挑戰(zhàn)性.此外，廣義相對(duì)論的框架并不包含對(duì)引力輻射反作用力的明確描述.對(duì)于這個(gè)

問題的進(jìn)一步理解，需要更多的研究和實(shí)驗(yàn).物理學(xué)家們正在努力探索引力和引力波的本質(zhì)，

以及它們與其他基本相互作用的關(guān)系.未來的研究可能會(huì)揭示更多關(guān)于引力輻射和反作用力

的奧秘.需要注意的是，科學(xué)理論和我們對(duì)自然的理解是不斷發(fā)展和完善的.隨著新的實(shí)驗(yàn)和

觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，我們對(duì)引力和引力波的認(rèn)識(shí)也可能會(huì)發(fā)生變化.重要的是保持開放的思維,

并通過科學(xué)方法不斷探索和驗(yàn)證我們的理論.

8.量子力學(xué)中的算符通常是不可對(duì)易的，而相對(duì)論中的時(shí)空度規(guī)是非正定的.量子力學(xué)的

發(fā)展表明，算符的非對(duì)易性非但不是理論的缺陷，恰恰是其精華所在，而度規(guī)的非正定性是

否會(huì)進(jìn)一步揭示相對(duì)論的某種內(nèi)在的物理本質(zhì)呢？

分析：從物理上說，度規(guī)的非正定性表明“時(shí)間”和“空間”有本質(zhì)的差別，在數(shù)學(xué)方面，

這個(gè)非正定性導(dǎo)致的結(jié)果早已為人所知，但是這里與量子力學(xué)中算符的不對(duì)易性來做對(duì)比.

時(shí)空度熱的非正定性在相時(shí)論中確實(shí)是一個(gè)重要的特征，并H.對(duì)干理解相對(duì)論的物理本質(zhì)具

有重要意義.在相對(duì)論中，時(shí)空度規(guī)描述了時(shí)空的幾何結(jié)構(gòu).正定性通常與度量的定義相關(guān)，

它表示度量是正定的，即距離和時(shí)間的測(cè)量是正定的.然而，在某些情況下，時(shí)空度規(guī)可以

是非正定的，這意味著時(shí)空的幾何結(jié)構(gòu)可能具有一些特殊的性質(zhì).時(shí)空度規(guī)的非正定性與相

對(duì)論中的一些關(guān)鍵概念和現(xiàn)象有關(guān).例如在廣義相對(duì)論中時(shí)空的曲率可以導(dǎo)致引力效應(yīng)，而

非正定的時(shí)空度規(guī)可能與引力的奇點(diǎn)、黑洞等相關(guān).此外，非正定的時(shí)空度規(guī)也與量子場(chǎng)論

中的一此概念和問題有關(guān)，例如真空能量和Casimir效應(yīng)等.然而要深入理解時(shí)空度規(guī)非正

定性對(duì)相對(duì)論物理本質(zhì)的影響，需要進(jìn)一步的研究和理論探索.FI前，對(duì)于這個(gè)問題的理解

仍然是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域，物理學(xué)家們正在通過理論分析、數(shù)學(xué)建模和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)等多種方

法來探討時(shí)空度規(guī)非正定性的意義和后果.類似于量子力學(xué)中算符非對(duì)易性的重要性，時(shí)空

度規(guī)的非正定性可能揭示相對(duì)■論中一些更深層次的物理本質(zhì).它可能與宇宙的早期演化、黑

洞物理、量子引力等領(lǐng)域的研究相關(guān).然而，要全面理解其意義和影響，還需要更多的研究

和實(shí)驗(yàn)工作.科學(xué)的發(fā)展是一個(gè)不斷探索和深化的過程，對(duì)于相對(duì)論和時(shí)空度規(guī)的研尢也在

不斷進(jìn)行中.未來的研究可能會(huì)提供更多的線索和理解，幫助我們更好地認(rèn)識(shí)相對(duì)論的內(nèi)在

物理本質(zhì)以及時(shí)空度規(guī)非正定性的意義.

9.現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為狹義相對(duì)論鐘慢效應(yīng)是速度引起的，廣義相對(duì)論鐘慢效應(yīng)是引力引起

的，兩種效應(yīng)獨(dú)立存在、互不影響，在廣義相對(duì)論里統(tǒng)一處理，如何統(tǒng)一定量表達(dá)？

分析：在廣義相對(duì)論中，鐘慢效應(yīng)可以通過廣義相對(duì)論的時(shí)空幾何來統(tǒng)一處理.廣義相對(duì)

論認(rèn)為，引力不是一種傳統(tǒng)的“力”，而是時(shí)空曲率的表現(xiàn).根據(jù)廣義相對(duì)論，物體在引力場(chǎng)中

會(huì)經(jīng)歷時(shí)間膨脹，即時(shí)間流逝的速度會(huì)變慢.這種時(shí)間膨脹不僅僅是由速度引起的，還與引

力場(chǎng)的強(qiáng)度和分布有關(guān).為了定量地描述廣義相對(duì)論中的鐘慢效應(yīng)，我們可以使用愛因斯坦

場(chǎng)方程.這個(gè)方程描述了時(shí)空的幾何結(jié)構(gòu)與物質(zhì)和能量分布之間的關(guān)系.通過求解場(chǎng)方程，可

以得到具體情況下的時(shí)間影脹效應(yīng).然而，具體的定量表達(dá)會(huì)涉及到復(fù)雜的數(shù)學(xué)和物理計(jì)算,

需要考慮到具體的引力場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)情況.通常，這樣的計(jì)算需要使用高等數(shù)學(xué)和相對(duì)論的專業(yè)

知識(shí).對(duì)「一般的理解，我們可以簡(jiǎn)單地說，廣義相對(duì)論中的鐘慢效應(yīng)是由引力場(chǎng)和物體的

運(yùn)動(dòng)共同決定的.在不同的引力場(chǎng)和速度情況下，時(shí)間的流逝速度會(huì)發(fā)生變化.需要注意的

是，廣義相對(duì)論是一個(gè)非常復(fù)雜和廣泛的理論，其具體的應(yīng)用和計(jì)算需要深入的研究和專業(yè)

知識(shí).對(duì)于大多數(shù)實(shí)際情況，我們可以通過實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)來驗(yàn)證和研究廣義相對(duì)論的效應(yīng)，而

不需要進(jìn)行具體的定量計(jì)算.

10.現(xiàn)代宇宙學(xué)認(rèn)為宇宙鐘存在暗物質(zhì)與暗能量，那么在太陽系中也應(yīng)該存在暗物質(zhì)與

暗能曷，因此推導(dǎo)行星的運(yùn)行軌道也需要考慮這些因素，得出的軌道與經(jīng)典力學(xué)計(jì)算出來的

橢圓軌道應(yīng)該有區(qū)別？從實(shí)驗(yàn)觀察得到的結(jié)論與牛頓力學(xué)、廣義相對(duì)論計(jì)算的偏差不大可以

得到什么結(jié)論？

分析：根據(jù)現(xiàn)代宇宙學(xué)的觀點(diǎn)，宇宙中存在暗物質(zhì)和暗能量，它們對(duì)星系和星系內(nèi)恒星

的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生影響.然而，F(xiàn)I前尚無直接證據(jù)表明太陽系中存在暗物質(zhì)和暗能量.在太陽系

中，行星的運(yùn)行軌道主要由太陽的引力和行星自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定.根據(jù)經(jīng)典力學(xué)的計(jì)算，

行星的軌道通常是橢圓形的.廣義相對(duì)論對(duì)行星軌道的計(jì)算也弓經(jīng)典力學(xué)類似，但會(huì)考慮到

引力場(chǎng)的影響，從而導(dǎo)致一些微小的偏差.盡管實(shí)驗(yàn)觀察與牛頓力學(xué)、廣義相對(duì)論計(jì)算的偏

差不大，但這并不意味著我們可以忽視暗物質(zhì)和暗能量對(duì)太陽系的潛在影響.隨著科學(xué)技術(shù)

的不斷發(fā)展，我們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)也在不斷深化，未來可能會(huì)有更多的證據(jù)揭示暗物質(zhì)和暗能

量在太陽系中的存在和作!U.

11.在廣義相對(duì)論中引力表現(xiàn)為時(shí)空的彎曲，而經(jīng)典力學(xué)中的慣性力卻是以曲率為。的

克里斯多菲（克氏）聯(lián)絡(luò)來表達(dá)的，它們不等價(jià).在狹義相對(duì)論中，如果不是閔氏坐標(biāo)的任

意坐標(biāo)來描述勻速直線運(yùn)動(dòng)，就會(huì)出現(xiàn)“慣性力”；任何一條直線的類時(shí)世界線所描述的運(yùn)

動(dòng)力都是非慣性運(yùn)動(dòng).寫下相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方程，其中出現(xiàn)的克氏聯(lián)絡(luò)就相當(dāng)r慣性力.然而時(shí)空

仍然是平直的閔氏時(shí)空，黎身曲率張量為零.如何理解這個(gè)問題？

分析：在廣義相對(duì)論中，引力被認(rèn)為是時(shí)空的彎曲.時(shí)空的彎曲是由物質(zhì)和能量的存在引

起的，物體在彎曲的時(shí)空中沿著測(cè)地線運(yùn)動(dòng),測(cè)地線是時(shí)空中的最短路徑，類似于地球表面

上的最短路徑是大圓.這種描述通過黎曼曲率張量來定量表示時(shí)空的方曲程度.經(jīng)典力學(xué)中

的慣性力通常是在牛頓力學(xué)框架下討論的.在牛頓力學(xué)中，慣性力是為了解稱非慣性參考系

中的運(yùn)動(dòng)而引入的虛擬力.克里斯多菲聯(lián)絡(luò)在經(jīng)典力學(xué)中用于描述慣性力，但它與廣義相對(duì)

論中的時(shí)空看曲概念是不同的.在狹義相對(duì)論中，如果使用非閔氏坐標(biāo)來描述勻速直線運(yùn)動(dòng)，

會(huì)出現(xiàn)所謂的“慣性力”.這是因?yàn)椴煌淖鴺?biāo)系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述不同.然而，即使出

現(xiàn)了這些慣性力，時(shí)空本身仍然是平直的閔氏時(shí)空，黎曼曲率張量為零.這意味著在狹義相

對(duì)?論中，時(shí)空的結(jié)構(gòu)是平直的，沒有真正的引力或時(shí)空彎曲.要更深入地理解這個(gè)問題，需

要對(duì)相對(duì)論和微分幾何等領(lǐng)域有更深入的學(xué)習(xí)和研究.這些概念和數(shù)學(xué)工具在相對(duì)論和現(xiàn)代

物理學(xué)中起著關(guān)鍵的作用.

12.能量守恒定律是時(shí)間均勻性的一種反映，能量守恒是一切“封閉系統(tǒng)（其內(nèi)的各粒子

與其外的力作用都可忽略不計(jì)）”的基本特性，廣義相定論認(rèn)為引力改變了時(shí)空結(jié)構(gòu)，時(shí)空

不再均勻，此時(shí)能量守恒定律是否依然成立？

分析：廣義相對(duì)論并沒有否定能最守恒定律.盡管引力改變了時(shí)空結(jié)構(gòu)，但能最守恒定律

在廣義相對(duì)論的框架下仍然成立.能量守恒定律是自然界中一條基本的物理定律，它表示在

一個(gè)封閉系統(tǒng)中，能量的總量保持不變.這個(gè)定律適用于各種物理過程，包括相對(duì)論情況下

的引力相互作用.在廣義相對(duì)論中，引力被描述為時(shí)空的彎曲，而時(shí)空的彎曲會(huì)影響物體的

運(yùn)動(dòng)和能量的傳遞.然而，能量守恒定律仍然適用于這種情況.當(dāng)考慮引力對(duì)能量的影響時(shí)，

需要將能量的概念擴(kuò)展到廣義相對(duì)論中的能量■動(dòng)量張量.在廣義相對(duì)論中，能量和動(dòng)量是緊

密相關(guān)的，它們共同描述了物質(zhì)和能量在時(shí)空中的分布和流動(dòng).盡管時(shí)空不再是均勻的，但

能量守恒定律仍然可以通過對(duì)能顯-動(dòng)最張最的分析來得到保證.例如在廣義相對(duì)論中，引力

場(chǎng)的能量可以通過愛因斯坦場(chǎng)方程中的能量-動(dòng)量張量來描述.當(dāng)物體在引力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，能

量的轉(zhuǎn)換和守恒可以通過分析能量-動(dòng)量張量的變化來研究.此外，廣義相對(duì)論中的一些重要

概念，如黑洞的形成和輻射，也與能量守恒定律密切相關(guān).在這些情況下，能量守恒定律仍

然是成立的，并且對(duì)于理解宇宙中的能量轉(zhuǎn)化和守恒起著關(guān)鍵的作川.需要注意的是，在廣

義相對(duì)論的復(fù)雜情況下，能量守恒的具體形式可能會(huì)與經(jīng)典力學(xué)中的有所不同.但總體來說，

能量守恒定律仍然是一個(gè)基本的物理原理，它在廣義相對(duì)論中仍然有效，并在研究引力和宇

宙現(xiàn)象中發(fā)揮著重要的作用.

13.在月球上觀察地球，地球是否也是沿著自己的短程線在運(yùn)動(dòng)，地球質(zhì)量較小，它對(duì)時(shí)

空結(jié)構(gòu)的影響有如此之大嗎？

分析：短程線的說法是對(duì)引力質(zhì)點(diǎn)而言的，而引力質(zhì)點(diǎn)是理想化的東西.地球和月球在多

大程度上可以看做質(zhì)點(diǎn)，沒啟準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)不好說.太陽系中的引力場(chǎng)當(dāng)然包含來自所有星體

的貢獻(xiàn)，這些復(fù)雜的情形在計(jì)算天文學(xué)里已經(jīng)完全地考慮到了，這才產(chǎn)生了與實(shí)際觀察不差

亳秒的萬年天文歷.

在廣義相對(duì)論的框架下，地球在月球上觀察時(shí)，地球的運(yùn)動(dòng)可以被描述為沿著自己的

短程線運(yùn)動(dòng).短程線是時(shí)空中的最短路徑，物體在不受外力作用時(shí)會(huì)沿著短程線運(yùn)動(dòng).然而，

需要注意的是，月球的質(zhì)量相對(duì)較小，與地球相比，它對(duì)時(shí)空結(jié)構(gòu)的影響相對(duì)較小.地球的

質(zhì)量和引力場(chǎng)對(duì)時(shí)空的彎曲起著主導(dǎo)作用.在月球上觀察地球的運(yùn)動(dòng)時(shí)，地球的運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)

受到地球自身質(zhì)量和引力場(chǎng)的影響，而月球的存在可能會(huì)對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生?些微小的修正.

這種修正可能非常小，因?yàn)樵虑虻馁|(zhì)量相對(duì)較小.此外，地球和月球的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)更雜的系

統(tǒng)，還受到其他因素的影響，如太陽的引力、地球的自終等.對(duì)于這樣的復(fù)雜系統(tǒng)，需要進(jìn)

行更詳細(xì)的引力場(chǎng)計(jì)算和相對(duì)論分析才能準(zhǔn)確描述地球的運(yùn)動(dòng).總的來說，雖然月球?qū)r(shí)空

結(jié)構(gòu)有一定的影響，但相對(duì)于地球的質(zhì)量和引力場(chǎng)，它的影響較小.在月球上觀察地球的運(yùn)

動(dòng)時(shí)，地球仍然可以被看作是沿著自己的短程線運(yùn)動(dòng)，但具體的運(yùn)動(dòng)軌跡和特征需要通過更

精確的計(jì)算和研究來確定.這樣的研究需要借助于相對(duì)論物理學(xué)、引力場(chǎng)理論和天文觀測(cè)等

多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)和技術(shù).

14.現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為強(qiáng)引力場(chǎng)下的電磁場(chǎng)分布，不但粒子會(huì)受到引力，電磁場(chǎng)也會(huì)受到

引力，這是廣義相對(duì)論結(jié)合非線性數(shù)學(xué)物理方法的基本問題以及帶電引力場(chǎng)，比如柯爾-紐

曼度規(guī).愛因斯坦在創(chuàng)立廣義相對(duì)論的過程中通過電梯說明了等效原理，可是當(dāng)電梯如果帶

有電荷，特別是當(dāng)電荷的電性相反時(shí)和相同時(shí)，強(qiáng)等效原理顯然不成立，這說明廣義相對(duì)論

僅僅適用于引力場(chǎng)，不適用于電磁場(chǎng).愛因斯坦廣義相龍論深刻地揭示了時(shí)間、空間和運(yùn)動(dòng)

物質(zhì)之間內(nèi)在關(guān)系，然而愛因斯坦引力場(chǎng)方程的一些特殊引力場(chǎng)精確解中卻存在不能消除的

奇點(diǎn)，像具有球?qū)ΨQ靜態(tài)引力場(chǎng)SchwarzschiId外部解及勻速轉(zhuǎn)動(dòng)引力場(chǎng)外部解等.另外，

用愛因斯坦引力場(chǎng)方程處理宇宙演化解中，存在與直接觀測(cè)到的質(zhì)量密度相矛盾的結(jié)論，即

質(zhì)量缺失問題（也就是所謂的暗物質(zhì)）.Penrose和Hawking認(rèn)為只要關(guān)于物質(zhì)、能量、以

及因果性些合理物理?xiàng)l件成立，在愛因斯坦廣義相對(duì)論中就不可避免存在著奇點(diǎn).在這類

奇點(diǎn)處，時(shí)空流行達(dá)到盡頭，象在星體中引力坍縮終止于黑洞中心奇點(diǎn)就是這樣的.由于不

知道奇點(diǎn)所準(zhǔn)循的規(guī)律，物理學(xué)、包括廣義相對(duì)論將隨著奇點(diǎn)出現(xiàn)而失效.一般認(rèn)為出現(xiàn)這

種運(yùn)動(dòng)終止于奇點(diǎn)現(xiàn)象反映了廣義相對(duì)論引力場(chǎng)理論某種不完善，并不一定是客觀世界所固

有的.廣義相對(duì)論是研究引力場(chǎng)的，本來就沒想包括電磁場(chǎng)（K-K理論是另一回事）.在廣義相

對(duì)論里，電磁場(chǎng)是以“物質(zhì)”的一種形態(tài)被包括進(jìn)來的.如前所說，廣義相對(duì)論是經(jīng)典理論，

如果把量于效應(yīng)考慮進(jìn)米它必然要修改，這時(shí)就有可能消除奇點(diǎn).在這個(gè)意義上，它確實(shí)是

不完善的.

15.世界上的主流認(rèn)識(shí)是：目前沒有發(fā)現(xiàn)被普遍認(rèn)可的與廣義相對(duì)論的預(yù)言向沖突的觀察

（實(shí)驗(yàn)）證據(jù).廣義相對(duì)論在所有尺度上都是正確的嗎？

分析：廣義相對(duì)論在很大程度上被認(rèn)為是非常成功的理論，但不能說它在所有尺度上都

是絕對(duì)正確的.廣義相對(duì)論已經(jīng)通過了大量的實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)驗(yàn)證，并且在許多領(lǐng)域都取得了顯

著的成功，它成功地解釋了許多現(xiàn)象，例如：引力透鏡效應(yīng)、黑洞的存在和性質(zhì)、宇宙的演

化和結(jié)構(gòu)形成.然而，科學(xué)理論總是在不斷發(fā)展和完善的過程中：在極端條件下，如極高能

量或極小尺度下，可能會(huì)出現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，廣義相對(duì)論可能需要進(jìn)一步的修正或擴(kuò)展.雖

然目前沒有發(fā)現(xiàn)與廣義相對(duì)論預(yù)言相沖突的觀察證據(jù)，但這并不意味著未來不會(huì)有新的發(fā)現(xiàn)

或?qū)嶒?yàn)結(jié)果挑戰(zhàn)該理論.隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和觀測(cè)手段的不斷提高，我們對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)

也在不斷深入.未來可能會(huì)有新的實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)結(jié)果，促使科學(xué)家對(duì)廣義相對(duì)論進(jìn)行更深入的

研究和探索.總之，廣義相對(duì)論在目前的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)表現(xiàn)出了極高的準(zhǔn)確性，但科學(xué)

的發(fā)展是不斷前進(jìn)的，我們不能排除在未來可能會(huì)有新的發(fā)現(xiàn)和理論來進(jìn)一步完善我們對(duì)引

力和時(shí)空的理解.

16.超弦理論最終可能會(huì)放棄時(shí)間和空間這兩個(gè)概念.是否存在額外的時(shí)空維度？對(duì)重力

真正性質(zhì)的研究也會(huì)帶來這樣的疑問：空間是否不僅僅限于我們能輕易觀察到的四維，要確

定這一點(diǎn)，我們可能首先要懷疑自然是否是自相矛盾的：我們是否應(yīng)該接受這樣的觀點(diǎn)，即

有兩種力作用于兩個(gè)不同的層面一一重力作用于星系這個(gè)大層面，而其它三種力作用于原子

的微小世界？統(tǒng)一場(chǎng)論會(huì)說這是一派胡言一一肯定有一種方法將原子層面的三種力量與重

力連接起來.這就將我們引向了一些線性理論學(xué)家對(duì)重力的解釋，其中就包括其它維的空間，

開始的宇宙線性理論模型將重力和其它三種力在復(fù)雜的11維宙中結(jié)合起來，在那個(gè)宇宙

——也就是我們宇宙中一一其中的7維隱藏在超乎想象的微小空間中，以至于我們無法覺察

到，弄懂這些多維空間的一個(gè)辦法是，想象一個(gè)蛛網(wǎng)的一根絲，用裸眼來看，這根細(xì)絲只是

一維的，但在高倍放大鏡下，它就分解成了一個(gè)有相當(dāng)寬度、廣度和深度的物體，線性理論

學(xué)家說，我們之所以看不見其它維的空間，只是因?yàn)槿鄙倌軐⑺鼈兎纸獾木軆x器.我們可

能永遠(yuǎn)無法直接看到這些多維空間，但有了天文學(xué)家和粒子物理學(xué)家的儀器，也許可以找到

它們存在的證據(jù).在試圖引申愛因斯坦理論和了解引力的量子性質(zhì)時(shí)，粒子物理學(xué)家們假設(shè)

存在著超出已知四維時(shí)空的高維時(shí)空.它們的存在對(duì)宇出的誕生和演化具有隱含，可能會(huì)影

響基本粒子的相互作用，并改變近距離時(shí)的引力.高能與核物理在弦理論方面的研究表明有

額外雄.TcV能級(jí)加速器和其他對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)，通過尋找兩個(gè)加速的粒子（如TeV能級(jí)加速

器的質(zhì)子與反質(zhì)子）在對(duì)撞中產(chǎn)生粒子時(shí)丟失的能量，來尋找額外維.額外維是弦理論低能

現(xiàn)象學(xué)的預(yù)言，也是弦理論在目前條件下唯一可能觀察到的效應(yīng)，關(guān)于這個(gè)現(xiàn)象的加速器實(shí)

驗(yàn)和非加速器實(shí)驗(yàn)都在做，但還沒有發(fā)現(xiàn).

17.什么是引力?.在愛因斯坦改進(jìn)牛頓的理論時(shí)，他擴(kuò)展了重力的概念，將巨大的重力

場(chǎng)和以接近光速運(yùn)動(dòng)的物體都計(jì)算在內(nèi)，這一擴(kuò)展形成了著名的相對(duì)論和時(shí)空理論，但愛

因斯坦的理論沒有涉及極小領(lǐng)域的量子力學(xué)，因?yàn)橹亓υ诤苄》秶鷥?nèi)可以忽略不計(jì)，而且

還沒有人對(duì)個(gè)別少量的重力進(jìn)行過試驗(yàn)性的觀察.然而，自然界也有重力被壓迫在小物體之

內(nèi)的極端情況，比如說，在靠近黑洞中央的地方，大量物質(zhì)被擠在量子大小的空間里，重

力就在很小的距離內(nèi)變得非常強(qiáng)，大爆炸時(shí)期混沌的初始宇宙中一定就是這種情況.黑洞在

宇宙中普遍存在，可以探討它們的巨大引力.早期宇宙中的強(qiáng)引力效應(yīng)具有客觀測(cè)到的重要

性.愛因斯坦理論也應(yīng)適用于這些情況，正像它適用于太陽系一樣.完整的引力理論應(yīng)該包括

最子效應(yīng)—愛因斯坦引力理論不包括—或不解釋為什么它們不相關(guān).高能和核物理理論學(xué)家

研究弦理論和額外維空間的可能性，有助「解釋引力的晟子方面.像在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室（左圖）

TeV能級(jí)加速器和CERN的LHC上開展的實(shí)驗(yàn)將能夠在未來幾年內(nèi)對(duì)一些這樣的思想進(jìn)行

檢驗(yàn).弦理論已經(jīng)導(dǎo)致對(duì)黑洞的端進(jìn)行計(jì)算.

18.為了能與地球近平直參考系中的實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，必須將彎曲時(shí)空中對(duì)引力

問題的計(jì)算換算成用平直時(shí)空中的標(biāo)準(zhǔn)尺和標(biāo)準(zhǔn)鐘（或局部慣性系的標(biāo)準(zhǔn)尺和標(biāo)準(zhǔn)鐘）來

計(jì)量.這在彎曲時(shí)空引力理論中被認(rèn)為是基本原則，但目前廣義相對(duì)論對(duì)具體問題計(jì)算的過

程中卻普遍地忽略了這個(gè)原則.采用標(biāo)準(zhǔn)尺和標(biāo)準(zhǔn)鐘計(jì)算的結(jié)果表明，水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)是實(shí)

際觀察值的4.8倍，而且方向相反，雷達(dá)波延遲只是觀察值的53%,這樣的結(jié)果顯然是根本

不可能的.因此廣義相對(duì)論實(shí)際上并未得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)，除非愛因斯坦引力場(chǎng)方程描述的已經(jīng)

是平直時(shí)空中的結(jié)果，不是彎曲時(shí)空中的結(jié)果，但這與愛因斯坦彎曲時(shí)空引力理論的前提

相矛盾.

19.美國(guó)賓夕法尼亞州大學(xué)的愛德華?古南和弗蘭克?馬洛尼兩位天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)距我

們2000光年的DI海格立斯雙星的運(yùn)動(dòng)與廣義相對(duì)論完全相悖，它們的質(zhì)量都很大，分別

為4.5和5.2個(gè)太陽質(zhì)量,公轉(zhuǎn)周期為10.55天,軌道偏心率0.489左右.據(jù)此，按廣義相

對(duì)論計(jì)算，其軌道應(yīng)該有明顯的最近點(diǎn)進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象然而事實(shí)上，當(dāng)兩星的其中之一運(yùn)動(dòng)到另

一個(gè)星體之前并發(fā)生全食時(shí)，人們只觀測(cè)到兩次較明顯的亮度衰變.天文學(xué)家根據(jù)時(shí)間建立

了該雙星的亮度曲線，計(jì)算出偏全食時(shí)間，并據(jù)此演繹出雙星相應(yīng)位置.鑒于DI海格立斯

雙星的觀測(cè)已有84年的歷史，人們擁布豐富的資料，經(jīng)對(duì)3000多軌道進(jìn)行詳細(xì)分析，吉

南和馬洛尼兩位天文學(xué)家計(jì)算出兩星最近點(diǎn)進(jìn)動(dòng)僅為0.64度，而相對(duì)論理論推算的結(jié)果卻

是2.34度!

分析?：廣義相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的重要理論之一，已經(jīng)通過了大量的實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)驗(yàn)證，

并在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和支持.然而，科學(xué)研究是一個(gè)不斷發(fā)展和完善的過程，新

的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)對(duì)現(xiàn)有理論提出挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步的研究和探討.對(duì)于DI海格立

斯雙星的觀測(cè)結(jié)果與相對(duì)論的預(yù)測(cè)不一致的情況，可能存在以下幾種解釋：

觀測(cè)誤差或不確定性：觀測(cè)結(jié)果可能受到多種因素的影響，例如測(cè)量誤差、數(shù)據(jù)處理

方法等.未考慮到的因素：可能存在其他因素或物理過程，目前的理論沒有充分考慮到.對(duì)

相對(duì)論的理解或應(yīng)用問題：可能在將相對(duì)論應(yīng)用于該特定情況時(shí)存在一些誤解或不準(zhǔn)確的

地方.為了進(jìn)?步解決這個(gè)問題，科學(xué)家們可能會(huì)采取以下措施：進(jìn)?步改進(jìn)觀測(cè)技術(shù)和方

法，以提高觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性.深入研究可能影響雙星運(yùn)動(dòng)的其他因素和物理過程.

對(duì)相對(duì)論講行更深入的研究和檢驗(yàn)，以確保其在該情況下的正確應(yīng)用.需要注意的星，一個(gè)

科學(xué)理論的正確性和可靠性是通過大量的實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)驗(yàn)證來建立的，而不僅僅取決于個(gè)別

案例的結(jié)果.在面對(duì)這種不一致的情況時(shí)，科學(xué)家們會(huì)以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探

討，以推動(dòng)科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步.

20.黑洞信息悖論的解決方法是什么？根據(jù)量子理論，信息一無論它描述的是粒子運(yùn)動(dòng)

的速度還是油墨顆粒組成文件的確切方式一是不會(huì)從宇宙中消失的，但物理學(xué)家基普?索

恩、約翰?普雷希爾和斯勞芬?霍金卻提出了一個(gè)固定的假設(shè)：如果你把一本大不列顛百科

全書扔進(jìn)黑洞中去，將會(huì)發(fā)生什么事？宇宙中是否有其他同樣的百科全書是無關(guān)緊要的.正

如物理學(xué)中所定義的，信息并不等同于含義，信息僅指二進(jìn)制的數(shù)字，或是一些其他的代碼，

它被用來精確地描述一個(gè)物體或一種方式.所以看起來那些特定的書本里的信息將被吞沒，

并永遠(yuǎn)地消失.但人們覺得這是不可能的.霍金博士和索恩博士相信那些信息確實(shí)消失了，

而量子力學(xué)必須對(duì)此作出解釋.普雷希爾博士推測(cè)信息其實(shí)并沒有消失；它也許以某種形式

顯示丁黑洞的表面，如同在個(gè)宇宙中的銀幕上.「心1＜用和111511舊3”水也8“打賭”的問題的

實(shí)質(zhì)是：對(duì)于黑洞這樣的客體，廣義相對(duì)論和量子力學(xué)有不同的認(rèn)識(shí)，那么哪一家更接近真

實(shí)的情況？這個(gè)“賭”確實(shí)很有意思，但到目前為止問題仍然沒有得到解決.

分析：目前針對(duì)黑洞信息悖論有一些解決方案的假設(shè)，其中一個(gè)是由霍金提出的.他認(rèn)為

黑洞周圍可能有一圈“軟毛”，這些軟毛可以儲(chǔ)存信息.“軟毛”實(shí)際上是低能量的量子激

發(fā)，在黑洞蒸發(fā)很久之后，它攜帶著所有被黑洞吞噬的東西的特征圖案.這一假設(shè)被同行評(píng)

議并發(fā)表在《物理評(píng)論快來》上，研究人員聲稱，盡管還有很多_L作要做，但這是解決信息

悖論的一個(gè)很有希望的步驟.加州大學(xué)圣巴巴拉分校的物理學(xué)家GaryHorowitz在一篇隨

附的評(píng)論中寫道，這篇論文并沒有解決黑洞信息問題.他認(rèn)為，首先，必須對(duì)引力進(jìn)行分析,

而不僅僅是分析電磁場(chǎng).其次，目前還不清楚黑洞存噬的所有信息是否真的可以轉(zhuǎn)移到“柔

軟毛發(fā)”上，而不僅僅是失去的一切的能量標(biāo)志.雖然霍金提出的這個(gè)解決方案還沒有被證

實(shí)它是正確的，但這也為人類去破解宇宙黑洞的秘密指引了一個(gè)方向.

m狹義相對(duì)論與廣義相對(duì)論的綜合問題

1.愛因斯坦晚年致力于引力場(chǎng)與電磁場(chǎng)統(tǒng)一的研究，如果統(tǒng)一場(chǎng)論按照廣義相對(duì)論的基

礎(chǔ)建立，那么電磁場(chǎng)也應(yīng)當(dāng)滿足廣義相對(duì)論的等效原理.根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)性原理，

物理定律對(duì)于任何參照系都成立，那么下面的理想實(shí)驗(yàn)如何解釋：現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為“一個(gè)粒

子慣性質(zhì)量為m是指在無窮遠(yuǎn)處觀察該粒子,粒子攜帶的質(zhì)量加上它的場(chǎng)能之和才是它的慣

性質(zhì)量m”.假設(shè)在真空中相距充分遠(yuǎn)處有兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)A、B,慣性質(zhì)量均為ni,帶有等量的同

種電荷，它們?cè)谌f有引力和靜電力的共同作用下處干平衡狀態(tài),能否根據(jù)等效原珅相當(dāng)干每

個(gè)質(zhì)點(diǎn)的慣性質(zhì)量為0?如果把其中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的電荷換成異種電荷，能否根據(jù)等效原理相

當(dāng)于每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的慣性質(zhì)量為2m?

分析：首先，根據(jù)等效原理，物體的慣性質(zhì)量與引力場(chǎng)中的引力質(zhì)量是等價(jià)的.在這種

情況下，雖然粒子的慣性質(zhì)量包括了場(chǎng)能，但這并不意啖著當(dāng)它們處于平衡狀態(tài)時(shí)，慣性質(zhì)

量就變?yōu)?或2m.等效原理是指在局部慣性系中，無法區(qū)分引力和加速效應(yīng).它并不意味著

可以簡(jiǎn)單地將慣性質(zhì)量進(jìn)行等效變換.對(duì)于兩個(gè)帶有等量同種電荷的質(zhì)點(diǎn)A和B,它們?cè)谌f

有引力和靜電力的共同作用下處于平衡狀態(tài).雖然它們的總能量包括了電荷的場(chǎng)能，但這并

不改變它們的慣性質(zhì)量.當(dāng)其中一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的電荷換成異種電荷時(shí)，系統(tǒng)的能量和受力情況會(huì)

發(fā)生變化，但慣性質(zhì)量仍然保持不變.

慣性質(zhì)量是物體的固有屬性，與物體所處的狀態(tài)和受力情況無關(guān).要準(zhǔn)確描述和分析這樣

的物理系統(tǒng)，需要使用相對(duì)論和量子力學(xué)等更高級(jí)的理論，而不僅僅是基于等效原理的簡(jiǎn)單

推斷.等效原理在廣義相對(duì)論中具有重要的地位，但它的應(yīng)用和解杼需要在具體的物理情境

中進(jìn)行謹(jǐn)慎的分析.

2.在Klein-Kluza理論理論中，引力和電磁力可以通過統(tǒng)一的方式結(jié)合在一起.在那里，

最重要的也就是所謂的“荷質(zhì)比”.KK理論中時(shí)空是五維的，而第五個(gè)維度則必須是卷曲維

度，即必須具有有限大小的半徑，而且這個(gè)半徑必須足夠小.KK理論的問題在于得到的與事

實(shí)相符的力學(xué)行為所對(duì)應(yīng)的荷質(zhì)比，卻和真實(shí)粒子不同.從而一段時(shí)間內(nèi)人們普遍認(rèn)為電磁

力和廣義相對(duì)論無法融合.但后來人們卻發(fā)現(xiàn)在11維的KK埋論中，一切就會(huì)變得和現(xiàn)實(shí)相

符，但必須引入超對(duì)稱性，從而11維的KK理論乂稱為超引力理論.隨后人們發(fā)現(xiàn)超引力理

論和10維的超弦理論的11維拓展版本具有相似性，從而在11維的M理論中，超弦理論和

超引力理論被結(jié)合在了一-起，成為同一種理論.可是現(xiàn)代弦論越到了難以逾越的困難，尤其

是引力場(chǎng)的量子化不可重整化.

3.筆者認(rèn)為電磁波的傳播媒介就是引力場(chǎng)，因此引力的傳播速度與光速始終相等，不知

是否正確？

分析：這種觀點(diǎn)是不正確的.目前的科學(xué)認(rèn)知表明，電磁波的傳播不需要介質(zhì)，它可以在

真空中傳播.引力是一種基本相互作用，而不是通過某種介質(zhì)傳播.愛因斯坦的廣義相對(duì)論描

述了引力的本質(zhì)，認(rèn)為引力是由物質(zhì)和能量引起的時(shí)空彎曲.光速是一個(gè)重要的物理常數(shù)，

真空中的光速是恒定的，這是相對(duì)論的基本原理之?.雖然引力和電磁波在某些方面有相似

之處，例如它們都能在宇宙中傳播，但它們的本質(zhì)和傳播方式是不同的.目前的科學(xué)研究沒

有支持電磁波的傳播媒介是引力場(chǎng)的觀點(diǎn).這種觀點(diǎn)與現(xiàn)有的主流科學(xué)理論不一致.科學(xué)理

論是通過大量的實(shí)驗(yàn)、觀測(cè)和理論推導(dǎo)建立起來的，并經(jīng)過了廣泛的驗(yàn)證和接受.在科學(xué)領(lǐng)

域，新的理論和觀點(diǎn)需要經(jīng)過嚴(yán)格的科學(xué)方法和證據(jù)的檢驗(yàn)，以證明其合理性和正確性.

4.狹義相對(duì)論認(rèn)為運(yùn)力物體的時(shí)鐘延緩，廣義相對(duì)論認(rèn)為強(qiáng)引力場(chǎng)中時(shí)鐘延緩，兩種效

應(yīng)能否統(tǒng)一？是否可以從廣義相對(duì)論方程推導(dǎo)出狹義相對(duì)論效應(yīng)？只有把兩種效應(yīng)統(tǒng)一在

??起，才符合愛因斯坦科學(xué)簡(jiǎn)單性原則.下面的計(jì)算是否正確：根據(jù)狹義相對(duì)論推導(dǎo)出引力

場(chǎng)中時(shí)間變慢的過程如卜.：

GM

（p=----

以靜止星體質(zhì)點(diǎn)M產(chǎn)生的球?qū)ΨQ引力場(chǎng)廣為例，假設(shè)在引力勢(shì)0處?kù)o止的觀察

者測(cè)得本參考系中某事件的時(shí)間間隔為力，而在引力勢(shì)中？（6<0,且5與◎沿同一

矢徑方向）處?kù)o止的觀察者測(cè)量，上述事件的時(shí)間間隔為力

根據(jù)等效原理，引力場(chǎng)中自由降落（無旋轉(zhuǎn)）的無窮小參考系內(nèi)部不受外界引力場(chǎng)的影

響，其中鐘和尺的標(biāo)度不隨時(shí)間發(fā)生變化.所以，上述力。'和4/,dl應(yīng)，303’與一個(gè)從5

處由靜止開始自由降落到°處的觀察者測(cè)量到的結(jié)果完全相同.假設(shè)距離星體足夠遠(yuǎn)處牛

頓引力理論成立，則觀察者降落到°處獲得的速度為"=—中2）

根據(jù)狹義相對(duì)論，該觀察者測(cè)量到的時(shí)間間隔為

dt

12（（pi-（p2）

,.dt

dtr=----------------

I2（（pi-（p2）

因?yàn)閷?duì)于同一事件，在引力勢(shì)它處的觀察者測(cè)量到的時(shí)間比0處的長(zhǎng)，因此叱處的

鐘比。處的鐘走的快，即。處的鐘變慢了.

狹義相對(duì)論框架內(nèi)是否也存在機(jī)械能守恒定律，如果存在，如何證明？

分析：在狹義相對(duì)論的框架內(nèi)，機(jī)械能守恒定律仍然存在。機(jī)械能守恒定律是指，在一

個(gè)系統(tǒng)中，如果沒有外部力對(duì)系統(tǒng)做功，那么系統(tǒng)的機(jī)械能（動(dòng)能與勢(shì)能之和）將保持不變。

在狹義相對(duì)論中，動(dòng)能的表達(dá)式不同于牛頓力學(xué)中的表達(dá)式。相對(duì)論中的動(dòng)能考慮了相對(duì)論

效應(yīng)，包括速度對(duì)能量的影響。要證明狹義相對(duì)論中的機(jī)械能守恒，可以考慮以下步驟：

1.定義系統(tǒng)：確定所研究的系統(tǒng)，包括相關(guān)的物體和相互作用。

2.確定機(jī)械能：明確系統(tǒng)的機(jī)械能，包括動(dòng)能和勢(shì)能。

3.分析力和做功：槍查系統(tǒng)中是否有外部力對(duì)其做功。

4.檢查能量變化：根據(jù)相對(duì)論的能量公式，計(jì)算系統(tǒng)中動(dòng)能和勢(shì)能的變化。

5.驗(yàn)證守恒：如果在過程中沒有外部力做功，并且動(dòng)能和勢(shì)能的總和保持不變，就可

以證明機(jī)械能守恒。

在狹義相對(duì)論中，機(jī)械能守恒的證明需要使用相對(duì)論的能量和動(dòng)量關(guān)系，以及相關(guān)的數(shù)

學(xué)工具和公式。這種證明通常在相對(duì)論力學(xué)的課程或研究中進(jìn)行。

5.廣義相對(duì)論和狹義相對(duì)論的最大不同，在于對(duì)于真空絕對(duì)速度C（真空絕對(duì)速度和一

般所言的“電磁波真空波速”不是一個(gè)概念，只不過后者在數(shù)學(xué)上恰好等于前者而已）只能

在局部觀測(cè)者上定義.也就是說，狹義相對(duì)論可以定義一個(gè)全局觀測(cè)者，而在廣義相對(duì)論中

只能使用局部觀測(cè)者，而參照系的選擇就體現(xiàn)了觀測(cè)者的選擇（兩者還不完全相同）.在廣

義相對(duì)論中，從始至終所說的是：在局部觀測(cè)者自己看來，自己所在位置的電磁波的真空光

速等于真空絕對(duì)速度C,這才是廣義相對(duì)論中對(duì)于光速所說的全部?jī)?nèi)容.在非本地觀測(cè)者看

來，自己所在位置以外的別的地方的光速完全可以不是光速，這是廣義相對(duì)論的一個(gè)很常見

的結(jié)果.可是現(xiàn)代宇宙學(xué)卻是利用廣義相對(duì)論研究，筆者認(rèn)為廣義相對(duì)論盡管從局域開始研

究，也應(yīng)該適用于大尺度的空間也應(yīng)該有一個(gè)全局觀測(cè)者，否則如何理解大爆炸理論？二者

之間是否存在著矛盾？

6.如何證明愛因斯坦的光甩效應(yīng)方程滿足洛倫茲變換？

分析：愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可以通過以下方式證明滿足洛倫茲變換：①相對(duì)論性原

理：洛倫茲變換是相對(duì)論的基本概念，而光電效應(yīng)方程是在相對(duì)論的框架下推導(dǎo)出來的.②

光速不變?cè)恚簼M足洛倫茲變換的物理理論必須遵循光速不變?cè)恚怆娦?yīng)方程與光速

不變?cè)硐嘁恢?③能量-動(dòng)量關(guān)系：通過分析電子的能量和動(dòng)量在不同參考系中的變換，可

以證明光電效應(yīng)方程滿足洛倫茲變換.然而，光電效應(yīng)方程并不滿足伽利略變換.這是因?yàn)椋?/p>

④相對(duì)論與經(jīng)典力學(xué)的差異：伽利略變換是經(jīng)典力學(xué)中的概念，而光電效應(yīng)涉及到相對(duì)論效

應(yīng).⑤光速限制：在相對(duì)論中，光速是不變的，而伽利略變換不包含這一重要概念.要具體證

明光電效應(yīng)方程滿足洛倫茲變換，需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和物理分析.這涉及到相對(duì)論和

量子力學(xué)的知識(shí).總之，通過相對(duì)論的框架和相關(guān)原理，可以證明光電效應(yīng)方程滿足洛倫茲

變換，而不滿足伽利略變換.

7.狹義相對(duì)論性原理原理認(rèn)為物理規(guī)律對(duì)于所有慣性系都成立，麥克斯韋方程組對(duì)干洛倫

茲變換協(xié)變；廣義相對(duì)論性原理認(rèn)為物理規(guī)律對(duì)于所有參照系都成立，對(duì)?于非慣性系麥克斯

韋方程組形式如何？

分析：在廣義相對(duì)論的框架下，即使是在非慣性系中，麥克斯韋方程組的形式仍然保

持不變.麥克斯韋方程組是描述電磁場(chǎng)的基本方程組，它描述了電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間的關(guān)系以及

它們的傳播規(guī)律.廣義相對(duì)論性原理指出，物理規(guī)律應(yīng)該在所有參照系中都成立，無論是慣

性系還是非慣性系.在非慣性系中，時(shí)空的性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，但麥克斯韋方程組的形式本身

并不會(huì)改變.這是因?yàn)辂溈怂鬼f方程組是基于電磁場(chǎng)的基本性質(zhì)和規(guī)律推導(dǎo)出來的，這些性

質(zhì)和規(guī)律在任何參照系中都是相同的.然而，在非慣性系中，求解麥克斯韋方程組可能會(huì)變

得更加復(fù)雜.因?yàn)闀r(shí)空的彎曲和參照系的變化會(huì)對(duì)電磁場(chǎng)的分布和傳播產(chǎn)生影響.在實(shí)際應(yīng)

用中，為了求解非慣性系中的電磁場(chǎng)問題，需要結(jié)合廣義相對(duì)論的概念和方法，以及適當(dāng)?shù)?/p>

數(shù)學(xué)工具.總之，麥克斯韋方程組的形式在廣義相對(duì)論的框架下，在非慣性系中仍然保持不

變，但其求解可能會(huì)更加更雜.

IV量子力學(xué)與量子場(chǎng)論問題

1.在相對(duì)論量子力學(xué)中，一個(gè)粒子的能量不但可以為正值，也可以為負(fù)值，負(fù)俏對(duì)應(yīng)

于反粒子.根據(jù)質(zhì)能方程反粒子的慣性質(zhì)量是為負(fù)值，可是1960年數(shù)學(xué)家和物理

學(xué)家提出并證明了一條定理：在廣義相對(duì)論CGR）中一個(gè)孤立物體的質(zhì)量必定是

非負(fù)的.這些美系如何理解？?jī)H僅靠一個(gè)空穴的概念了之？真空破缺的動(dòng)力學(xué)機(jī)

制是什么？基本粒子是如何生成的？真空為何存在零點(diǎn)振蕩能，能量來自何處？

泡利不相容原理背后是否有更本質(zhì)的內(nèi)容，是否也是一種相互作用，是哪一種

力？

分析?：真空中存在零點(diǎn)能是因?yàn)樵诹孔訄?chǎng)論中，真空并不是一個(gè)完全空無i物的空間，

而是充滿了各種場(chǎng)或粒子的基態(tài)。真實(shí)的電子是電子場(chǎng)的激發(fā)態(tài)，電子場(chǎng)的基態(tài)則是無數(shù)的

虛電子。簡(jiǎn)單地說，宇宙的空間，是由正負(fù)虛子構(gòu)成的，它們總在虛空內(nèi)外隨機(jī)跳躍。盡管

這些場(chǎng)的平均值通常為零，但它們的方差并不為零,這意味著真空中存在著持續(xù)的量子漲落。

在外界的影響下，真空的量子漲落現(xiàn)象可能會(huì)產(chǎn)生一些效應(yīng)，例如背景電磁場(chǎng)會(huì)引起虛電子

-正電子對(duì)的產(chǎn)生，這一現(xiàn)象被稱為“真空量子漲落”。這些虛粒子會(huì)改變?cè)茧姶艌?chǎng)的電

荷和電流分布。

泡利不相容原理是量子力學(xué)中的?個(gè)重要原理，它限制了在同?量子態(tài)中可以存在的粒

子數(shù)量。泡利不相容原理背后的本質(zhì)內(nèi)容與以下幾個(gè)方面有關(guān)：①量子力學(xué)的特性：它反映

了最干系統(tǒng)的基本特性，與最子態(tài)的香加和粒子的波粒二象性等概念密切相關(guān)。②粒子的全

同性：同一類型的粒子在量子力學(xué)中被認(rèn)為是全同的，無法通過任何物理過程區(qū)分。③自旋

的存在：粒子的自旋性質(zhì)在泡利不相容原理中起著重要作用。然而，泡利不相容原理本身并

不是一種相互作用，它不是像引力或電磁力那樣的基本相互作用。泡利不相容原理的本質(zhì)是

量子力學(xué)的一種表現(xiàn)，它限制了相同量子態(tài)中粒子的填充，從而導(dǎo)致了原子和分子的結(jié)構(gòu)、

物質(zhì)的性質(zhì)以及化學(xué)元素的周期性等現(xiàn)象。它在理解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、原子和分子的行為

以及許多其他物理現(xiàn)象中起著關(guān)鍵作用?？傊?，泡利不相容原理是量子力學(xué)的基本原理之一，

它與量子態(tài)的特性和粒子的自旋等因素有關(guān)，但不是一種相互作用的力。

2.現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為反粒子攜帶正能量，由于數(shù)學(xué)上的性質(zhì)的差異，其數(shù)學(xué)表征為負(fù)頻率,

從而在原先的相對(duì)論性量子力學(xué)中認(rèn)為是負(fù)能量與負(fù)頻率，而采用了場(chǎng)論中的算符表述，這

些就都變成了正常的正能量與正頻率，只不過相同的粒子卻帶有相反的電荷（包括QCD中的

色荷，以及弱相互作用中的同位旋）.這與愛因斯坦的科學(xué)思想是相悖的，是否說明量子場(chǎng)

論和相對(duì)論量了力學(xué)有著不可調(diào)和的矛盾？

3.經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)認(rèn)為加速運(yùn)動(dòng)的電荷能夠輻射電磁波，由此可以可以得出盎魯效應(yīng)（也

譯作安魯效應(yīng)，是1976年由當(dāng)時(shí)在英屬哥倫比亞大學(xué)的威廉?盎魯（WilliamG.Unruh）所提

出），此效應(yīng)預(yù)言:一名加速運(yùn)動(dòng)的觀察者可以觀測(cè)到慣性參考系中觀察者無法看到的黑體輻

射，即加速運(yùn)動(dòng)的觀察者會(huì)發(fā)現(xiàn)自己處在一個(gè)溫暖的背景中.即慣性參考系中觀察者所看到

的量子基態(tài)，在一名加速參考系的觀察者看來則是處在熱力學(xué)平衡態(tài).量子力學(xué)指出電子在

同一能級(jí)內(nèi)做加速運(yùn)動(dòng)不能相射電磁波，根據(jù)量于力學(xué)的觀點(diǎn)不存在安魯效應(yīng)，如何把它們

統(tǒng)一在一起，是否存在安魯效應(yīng)？如果存在安魯效應(yīng)，顯然與廣義相對(duì)性原理矛盾.

4.假設(shè)一個(gè)中性的\H在電磁場(chǎng)中作變速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)應(yīng)當(dāng)不輻射電磁波，

可是如果我們把電子和質(zhì)子分開來分析，那么它們應(yīng)該都輻射電磁波，如何解釋這個(gè)問題？

5.量子力學(xué)的有效范圍是高能領(lǐng)域，一般來說微觀物理是高能范圍，所以量子力學(xué)適用

于微觀領(lǐng)域.從數(shù)學(xué)上可以知道，在最低能級(jí)層面，無論是強(qiáng)力、弱力還是電磁力，帶同種

性質(zhì)的力荷的粒子之間都是排斥力，而帶不同性質(zhì)力荷的粒子之間是吸引力.這是數(shù)學(xué)上的

必然結(jié)果.隨著能量的增高，各種量子修正都會(huì)逐漸變得越來越重要，強(qiáng)力是吸引的，弱力

是排斥的，是一種近似說法.各種量子修正把現(xiàn)代量子力學(xué)變得日益復(fù)雜，是否類似于當(dāng)年

托勒密的天體力學(xué)？現(xiàn)代高能物理的所謂量子修正有兩個(gè)來源，一個(gè)是量子場(chǎng)論本身要求的

圈圖展開，更高階的圈圖會(huì)對(duì)低階結(jié)果給出量子修正，而這僅僅是因?yàn)楝F(xiàn)在的數(shù)學(xué)無法計(jì)算

不做展開的非微擾量子場(chǎng)論，和量子場(chǎng)論的基礎(chǔ)做出修工是兩個(gè)截然不同的概念.另一個(gè)，

是源自最子場(chǎng)論的重整化，對(duì)于重整化的本質(zhì)我們還有很多不知道的東西，墳也是?現(xiàn)代弦論、

圈量子、非對(duì)易兒何等等理論在做的事情，從后者來說，弦論等理論的確是一種“重新思

考”，然而現(xiàn)代弦論等理論也遇到了難以克服的困難.是否應(yīng)當(dāng)重新考慮其基礎(chǔ)？

6.量子統(tǒng)計(jì)物理證明了，任何具有上限能量且有有限個(gè)能級(jí)的平衡孤立系統(tǒng)，可以出現(xiàn)

負(fù)絕對(duì)溫度.當(dāng)溫度T-+8后，系統(tǒng)內(nèi)能再增大，溫度跳變到TVO,這就是負(fù)溫度狀態(tài).負(fù)

溫度的存在，不僅在理論上得到證明，而且在核磁共振與激光技術(shù)中已有應(yīng)用.由量子統(tǒng)計(jì)

物理可知，粒子具有的統(tǒng)計(jì)平均速率與系統(tǒng)溫度的平方根成正比，V-T°\當(dāng)T>0時(shí)，V

為實(shí)速率；當(dāng)TVO時(shí)，V=vi為虛速率.此時(shí)洛倫茲變換是否仍然成立？

7.電子是約瑟夫?約嗡?湯姆森在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)的，經(jīng)一百多年的發(fā)展，人們對(duì)

電子有了了很多認(rèn)識(shí)，電子是帶負(fù)電的亞原子粒子.它可以是自由的（不屬于任何原子），也可

以被原子核束縛.原子中的電子在各種各樣的半徑和描述能量級(jí)別的球形殼里存在.球形殼越

大，包含在電子里的能量越高，隨著電子層數(shù)的增加，原子核對(duì)外層電子的吸引能力減弱，

對(duì)電子行為的描述有泡利不相容原則和洪特原理……通常認(rèn)為電子是基本粒子，不能在分割

成更小的粒子，但是將電子看作“整體”或者“基本”粒子，將使我們勸電子在某些物理情

境下的行為感到極端困惑，比如當(dāng)電子被置入磁場(chǎng)后出現(xiàn)的非整吊子霍爾效應(yīng)以及原子為什

么具有線狀光譜.1925年GE.烏倫貝克和S.A.古茲密特受到泡利不相容原理的啟發(fā)，分析原

子光譜的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出電子具有內(nèi)稟運(yùn)動(dòng)一一自旋，并且有與電子自旋相聯(lián)系的自旋

磁矩.由此可以解釋原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)及反常塞曼效應(yīng)，為了不與相對(duì)論矛盾，他們把電

子的自旋完全描述為數(shù)學(xué)上的性質(zhì)，把電子的自旋看做是1/2,洛倫茲把電于當(dāng)做剛體處理，

計(jì)算出電子如果有自旋的話，它的外圍切線速度超過光速，這樣的結(jié)論是錯(cuò)誤的.如何理解

電子的模型呢？

8.在量了?場(chǎng)論計(jì)算躍遷幾率的基本公式中，不變相空間因子實(shí)際上不是洛倫茲不變量.

只有在?維運(yùn)動(dòng)情況下，相空間因子才是洛倫茲不變量.

9.現(xiàn)有量子場(chǎng)論對(duì)旋量場(chǎng)傳播函數(shù)洛倫茲變換的計(jì)算有.誤.按照正確的計(jì)算，旋量場(chǎng)傳

播函數(shù)沒有洛倫茲變換不變性.

10.雖然量子場(chǎng)的運(yùn)引方程和相互作用哈密頓量在洛倫茲變換下不變，但相互作用表象

中用來計(jì)算躍遷幾率的微擾論運(yùn)動(dòng)方程是沒有洛倫茲變換不變性的.事實(shí)上在量子場(chǎng)論和量

子力學(xué)中，連最基本的幾率波歸一化公式也都是沒有洛倫茲變換對(duì)稱性的.

11.束縛態(tài)粒子之間的相互作用沒有洛倫茲變換對(duì)稱竹，相對(duì)性原理是沒有近似性，對(duì)于

非相對(duì)論性量子力學(xué)描述的束縛態(tài)粒子，不是因?yàn)榈退龠\(yùn)動(dòng)導(dǎo)致洛倫茲變換對(duì)稱性的消失，

而是這些過程實(shí)際上根本就沒有相對(duì)性.

12.量子場(chǎng)論高階微擾重整化過程破壞相對(duì)性原理，比如著名的氫原子能級(jí)蘭姆位移，

就沒有洛倫茲變換對(duì)稱性.

13.量子力學(xué)中電磁輻射與麥克斯韋方程組揭示的電磁輻射如何統(tǒng)一？根據(jù)麥克斯韋方

程組變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，在量子力學(xué)中避開了這一問題根據(jù)能級(jí)變

化產(chǎn)生電磁波，他們并沒有完全統(tǒng)?.

14.質(zhì)子或電子質(zhì)量定態(tài)由什么機(jī)制決定，質(zhì)子質(zhì)量為什么是電子質(zhì)量的1836倍？為

什么正和反粒子總是成對(duì)生成？為什么穩(wěn)定的正或反粒子是質(zhì)子和電子？為什么其他不穩(wěn)

定粒子衰變的結(jié)果大都是質(zhì)子和電子？如何解釋質(zhì)子的破矩系數(shù)2.79?質(zhì)子、電子質(zhì)量不

同，為什么電荷一致？

V相對(duì)論與量子力學(xué)之間的問題

1.希格斯粒子解釋了宇宙質(zhì)量之源，是否具有反粒子，說明宇宙質(zhì)量消失的途徑？質(zhì)量

守恒定律和希格斯機(jī)制是否矛盾？根據(jù)狹義相對(duì)論，運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量增加，是否與希格斯粒

子有關(guān)？

分析：希格斯粒子被認(rèn)為具有反粒子.然而，目前尚不清楚反希格斯粒子的存在是否直接

說明了宇宙質(zhì)量消失的途徑.質(zhì)量守恒定律和希格斯機(jī)制并不矛盾.質(zhì)量守恒定律是基本的

物理原理，它指出在封閉系統(tǒng)中，質(zhì)量總量保持不變.希格斯機(jī)制是一種解樣基本粒子獲得

質(zhì)量的理論.它提供了一種機(jī)制，使得其他基本粒子在與希格斯場(chǎng)相互作用時(shí)獲得了質(zhì)量.

狹義相對(duì)論中運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量增加的現(xiàn)象與希格斯粒子并無直接關(guān)系.狹義相對(duì)論中質(zhì)量增加

的原因是由于物體速度的增加導(dǎo)致其能量增加，而根據(jù)用對(duì)論的能量-質(zhì)量等效原理，能量

的增加表現(xiàn)為質(zhì)量的增加.希格斯粒子主要與基本粒子的質(zhì)量起源有關(guān)，它在標(biāo)準(zhǔn)模型中起

到了重要的作用.對(duì)于宇宙質(zhì)量的起源和演化，以及質(zhì)量消失的途徑，仍然是物理學(xué)中的研

究領(lǐng)域，需要進(jìn)一步的研究和探索.這些問題涉及到多個(gè)方面的物理理論和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，以深

入理解宇宙的本質(zhì)和演化

2.量子力學(xué)中的真空井非一無所有，它們和光子之間根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)理論應(yīng)當(dāng)有相互作

用，可是狹義相對(duì)論認(rèn)為在真空中的光速是不變的，顯然存在著矛盾.如何理解這些關(guān)系？

量子力學(xué)認(rèn)為宏觀物體存在物質(zhì)波，顯然這與廣義相對(duì)論是矛盾的，如何理解這些關(guān)系？

分析：狹義相對(duì)論認(rèn)為真空中的光速是不變的，而量子力學(xué)認(rèn)為真空并非一無所有，它

們和光子之間根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)理論應(yīng)當(dāng)有相互作用。這兩種理論并不矛盾，只是它們的適用

范圍不同。量子力學(xué)適用于微觀世界，而相對(duì)論適用于宏觀世界。在研究微觀世界時(shí)，需要

考慮曷子力學(xué)中的真空和光子方間的相互作用：而在研究宏觀世界時(shí)，需要考慮狹義相對(duì)論

中的光速不變?cè)怼?/p>

3.在牛頓動(dòng)力學(xué)中，暗含著將以下一點(diǎn)視為當(dāng)然的事，即同時(shí)測(cè)量（即知道）一個(gè)粒子

（一個(gè)質(zhì)點(diǎn)）的位置和動(dòng)量在原則上是可能的.這種可能性隱含在運(yùn)動(dòng)定律本身中：運(yùn)動(dòng)的

二階微分方程的解要求知道x和px的某個(gè)同一時(shí)刻的初始值，但是這種可能性在量子力學(xué)

中從根本上被否定.牛頓動(dòng)力學(xué)中運(yùn)動(dòng)方程是決定論的和因果律的，即從?個(gè)由系統(tǒng)的粒子

之坐標(biāo)和動(dòng)量所規(guī)定的已知初態(tài)出發(fā)，運(yùn)動(dòng)方程以一種決定論的方式導(dǎo)致一切其后時(shí)刻的確

定狀態(tài).導(dǎo)致拉普拉斯宣