《破解广义相对论的曲度》的简述

 概述:本文分析了曲度空间的意义,从能量守恒和自由粒子的德波罗意假设出发,得到曲度空间的度量规则,导出了从曲度度规到平度度规的变换函数,破解了广义相对论的曲度。在此基础上,本文分析了自由粒子的微观物质的密度、动量、能量的分布规律性等等,这些对粒子物理的研究都将起到极为重要的作用。

爱因斯坦在广义相对论中,按物理定理的协变原理提出了曲度空间的理论。但仅仅按协变原理来分析曲度空间并不能得出曲度度规的变化和物质分布的关系,得出曲度度规的变化规律。而本文应用“能量守恒性以及能量连续性”的观点,及自由粒子的德波罗意假设来分析,找到了曲度度规随物质分布的变化规律。从而得到了自由粒子的微观物质的密度、动量、能量在空间的分布规律性,这些将对粒子物理的研究都将起到极为重要的作用。

 爱因斯坦的广义相对论认为描述物理现象的“物理空间”,是应由空间物质的分布来决定的。这是对空间认识的一个草命性飞跃。广义相对论认为在某种物理条件下,空间是曲度的,空间的表示应该用黎曼几何来代替欧几里德几何。在空间任意一个四维坐标系中,如果度规张量是一个常数,曲度张量这样的空间为平度空间。如果度规张量始终不是一个常数,曲度张量,这样的空间为曲度空间。

然而随着科学的不断发展,人们渐渐认识到,平度空间和曲度空间并非单纯由客观确定的,而是人为的决定度量和考察物理量读数的两种方式。有这样一个为人们熟知的事实,光的速度随介质的密度不同而不同。试以一光束从真空→介质→真空,光的强度可能有所减弱,但光的最终频率和最终速度是不会发生变化的。这说明光子的能量在途经从真空→介质→真空这一过程中,是始终不变的。光子的能量在空间不同的分布密度处始终不变这是一个事实。这一事实可以用两种方法表明。第一种:认为在同一个坐标系里,度量单位始终不变,不随光子和介质的微观物质的分布密度变化而变化。在光子和介质的微观物质分布密集区,光子的速度变小,动能减小而转变为势能。光子的总能量保持不变。这种观点就是始终用平度度规讨论问题。第二种:认为度量单位随光子和介质的微观物质分布密度变化而变化,用“改变“的度量读得的光子的速度始终为。因此光子的动能始终不变,而不用去考虑它的势能。这种观点就是始终在曲度度规讨论问题。在用曲度度规度量的空间里,光子的速度始终被认为是 

对一个坐标系以及它所包含的各个局域坐标系来说,都有各自的四维度量单位即度规。对一个坐标系以及它所包含的各个局域坐标系来说,都可以定义各自的四维的平度度规和曲度度规。把度规定义为平度度规,就是定义坐标系的四维度量不随坐标系中点的位置变化而变化,并且坐标系的四维度量和它的各个局域坐标系的四维度量是同一的,一致的。而把度规定义为曲度度规,就是定义坐标系的四维度量随着坐标系中点的位置变化而变化,并且坐标系的四维度量和它的各个局域坐标系的四维度量以及各个局域坐标系之间的四维度量都可能不同的。

 如何来定义曲度度规呢?对于曲度度规,在一个静止的坐标系里,尽管有一个统一的时间度量,各个局域坐标系彼此的空间度量是不同的。各个局域坐标系的空间度量就是静止坐标系的随点的位置变化而变化的“变化的度量”。然而如何来确定“变化的度量”呢?决定“变化的度量”的第一个依据就是:在一个坐标系的各个局域坐标系里,用该“变化的度量”去量度光速应该始终为,不随物质的分布的变化而变化。

 决定“变化的度量”的第二个依据就是:自由粒子的德波罗意假设。按照这一假设,自由粒子是一列平面波。然而现代量子理论和实践指出,粒子和场是微观物质系统,(即二次量子化中所说的“多粒子系统”),粒子和场是微观物质的聚合和延伸。对一个粒子来说,在粒子中心处,微观物质的分布密度必然大于或远大于处的密度。微观物质的速度,振幅也随之而变化。微观物质系统的密度分布是客观存在的,而自由粒子的德波罗意假设,作为量子力学的基础也早是被公认的,被实践证明的。如何取得微观物质系统分布和德波罗意假设的统一呢?可能使用的方法是,假设建立一种变化的度量单位为微观物质系统分布曲面上测地线上一点处的曲率半径。用这种变化的度量单位去度量这个自由粒子在任何局域坐标系物质分布密度,从而保证这个自由粒子是一列平面波。这样才能把波粒二象性取得现实的解释。

对这样的度量单位,当,当。也即可定义,使。当,当。用作度量单位,或者说用作度规变换函数,去度量一个粒子在任何局域坐标系物质分布密度,才有可能使微观物质的数密度。那就是说用作度量单位去度量自由粒子,它将有可能是一列平面波,符合德波罗意假设。再须要加上上述的光速为的约定,用作度量单位去度量任何坐标系的真空中的光速必须保证它都等于

用平度度规度量的空间中就是用作为统一不变的度量单位。在曲度度规度量的空间中就是用去作处的度量单位。由上所述,。当一个粒子在复合粒子之中或者在场中,度规变换函数是一个积分常数,由场中的初始条件决定。

在用平度度规度量的空间里,虽然度规不随空间位置而变化,而物质的分布随空间位置而变化,度规张量始终不是一个常数,曲度张量,这样的空间正是爱因斯坦广义相对论所定义的曲度空间。在用曲度度规度量的空间里,度规随空间位置而变化,这种变化与物质的分布随空间位置的变化相吻合,度规张量始终是一个常数,曲度张量,这样的空间正恰恰是爱因斯坦广义相对论所定义的平度空间。用平度度规度量的空间即广义相对论的曲度空间,而我们定义的用曲度度规度量的空间正恰恰是广义相对论所定义的平度空间。

然而我们习惯上往往只用平度度规观察空间,只有当 ,即远离粒子和物质处,物质的分布是均匀的,始终有,度规张量始终是一个常数,远离物质的空间才是广义相对论的平度空间。

按照上面所述,。所以也可以这样说,在离粒子中心较远处, 微观物质分布均匀,速度*在离粒子中心较远处,或者说在离物体较远处,我们称它为均匀空间,或称为空间。空间对应于广义相对论的平度空间。而在离粒子中心不远处,很大, 而变化,微观物质分布不均匀,分布等位面是曲面,速度*在离粒子中心不远处,或者说在大物体周围,我们称它为非均匀空间,或称为空间。空间对应于广义相对论的曲度空间。以上的这些观点是与广义相对论相吻合的。

如何来表示用平度度规和用曲度度规度量的物理量呢?首先来理清一些读数关系。用下标来表示用曲度度规度量的物理量的读数。用下标 表示用平度度规度量的物理量的读数。 物理量的读数和度量单位成反比关系, 按照上面所述的规定,有,速度

面密度,面密度。下文及网站的其它文章都将如此。

公式是一个常量,这个公式正反映物质密度随空间位置变化的规律。

如何来导出粒子周围一点的从平度度规到曲度度规的度变换函数呢?这须要经过一系列的计算。(请看文目录 破解广义相对论的曲度》一文)。通过一系列计算可以得到从平度空间到曲度空间的度变换函数.  是在粒子微观物质分布曲面上的法截线的法曲率. 。取法截线法曲率的平均值,加上分布的等位面是极小曲面得到: 对粒子微观物质分布曲面上点的平度度规和曲度度规的度量的平均的转换函数是. 是在粒子微观物质分布曲面上点的高斯曲率.

对所有的粒子,”是一个普适常数。(常取,这相当于归一化)。

在《用微观动力学原理分析静态介电常数和静磁导率》一文中,应用了从曲度度规到平度度规的度变换函数不但从实践中验证了度变换函数的正确性,并且导出了度变换函数的估计数值。(请看文目录 用微观动力学原理分析静态介电常数和静磁导率》一文。

作者相信在当前大数据时代,通过固体物理、天体物理等等,通过大量的数据分析,类似于用微观动力学原理分析静态介电常数和静磁导率》一文所用的分析方法,一定可以进一步验证度变换函数的正确性,并且得到的更精确数值

正因为导出了粒子的平度度规和曲度度规的度规转换函数,不仅使人们认识了微观领域的曲度空间的正真意义,而且使人们认识了自由粒子的微观物质的密度、动量、能量的分布规律性等等,这些对粒子物理的研究都将起到极为重要的作用。

 有关本文的详细的推导和论证,请见《 文目录  破解广义相对论的曲度》一文。

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