電子的電磁質(zhì)量不是電子靜止質(zhì)量的一部分

1、電子的電磁質(zhì)量不是電子靜止質(zhì)量的一部分1916年曰nstein完成廣義相對論以后，基于物質(zhì)世界的統(tǒng)一性和內(nèi)在和諧性信念，認為廣義相對論只能描述引力場是不夠的，應(yīng)該將廣義相對論加以推廣，使它不僅能夠描述引力場，同時也能夠描述電磁場.在日nstein看來“還不能斷言，廣義相對論中今天可以看作是定論的那些部分已為物理學提供了一個完整的和令人滿意的基礎(chǔ).首先，出現(xiàn)在它里面的總場是由邏輯上毫無關(guān)系的兩部分，即引力部分和電磁部分所組成的.其次，象以前的場論一樣，這理論直到現(xiàn)在還未提出一個關(guān)于物質(zhì)的原子論性結(jié)構(gòu)的解釋.這種失敗，也許同它對理解量子現(xiàn)象至今尚無貢獻這一事實多少有點關(guān)系.Einstein在論動體

2、的電動力學中的原始公式如下:W為電子的動能;為電子質(zhì)量；V12為光速；v為電子的運動速度.Einstein 在論文中談到：在比較電子運動的不同理論時，我 們必須非常謹慎.這些關(guān)于質(zhì)量的結(jié)果也適用于有質(zhì)的質(zhì)點上，因為一個有質(zhì)的質(zhì)點加上一個任意小的電荷，就能成為一個（我們所講的）電子 . Einstein說：“既然依據(jù)我們今天的見解，物質(zhì)的基本粒子按其本質(zhì)來說，不過是電磁場的凝聚，而決非別的什么，那末我們今天的世界圖像，就得承認有兩種在概念上彼此完全獨立的（盡管在因果關(guān)系上是相互聯(lián)系的）實在，即引力場和電磁場，或者一一人們還可以把它們叫做一一空間和物質(zhì).”愛因斯坦1905年3月曾經(jīng)指出：“在物理學

3、家關(guān)于氣體或其他有重物體所形成的理論觀念同麥克斯韋關(guān)于所謂空虛空間中的電磁過程的理論之間，有著深刻的形式上的分歧.”諾貝爾獎的生物學家彼得-梅達瓦說，科學家思維縝密、不會犯錯的形象，“只是簾子打 開，公眾看到我們的時候，我們更愿意展現(xiàn)的一種姿態(tài).”梅達瓦指出，科學家不是圣人，偶爾也會犯錯.筆者通過認真地思考后認為電子的電磁質(zhì)量不可能是引力質(zhì)量的一部分，原因有十八個方面：1、根據(jù)廣義相對論，物理定律對于任何物理定律具有相同的形式 .當電子在引力場 中加速運動的時候，其電量是不變，不滿足 Lorentz transformation ,所以其電磁質(zhì)量也 應(yīng)該不變（電磁質(zhì)量應(yīng)該是電量的單值函數(shù)，與運

4、動狀態(tài)無關(guān)，否則下面的理想實驗無法解釋一一假設(shè)在一個封閉系統(tǒng)中有兩個物體，一個不帶電荷也沒有磁矩，另一個帶有電荷，它們的引力質(zhì)量相等， 分別位于A、B兩點，觀察者處于線段 AB的中點，兩個物體同時由靜止 出發(fā)相向運動，它們所受的力大小相等.按照狹義相對論，它們的引力質(zhì)量在任何時刻都相等，引力能量相等，可是根據(jù)經(jīng)典電動力學由帶電的物體將不斷地輻射電磁波，那么能量從何而來？如果能量守恒把物體輻射的電磁波考慮在內(nèi)，由于電磁力滿足宇稱守恒，因此輻射電磁波的總動量應(yīng)當為 0,由帶電的物體速率應(yīng)當大，能量仍然不守恒.），根據(jù)經(jīng)典電動力學如果把電子看做球體的話電子的靜電能與電量的平方成正比.如果電子的電磁質(zhì)

5、量與運動速度有關(guān)，滿足 V i ,那么電子的電荷具有的能量也滿足Lorentz transformation ,不符合廣義相對論的要求.根據(jù)經(jīng)典電動力學電子的電磁質(zhì)量Q2/r ,如果將來通過某種手段把電子的半徑變?yōu)樵瓉淼?倍，電磁質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼?1/2,可是根據(jù)洛倫茲變換電子的靜止質(zhì)量沒有變化，可 以得出電子的電磁質(zhì)量不是定值.假設(shè)一個帶電子體電量為Q,電磁質(zhì)量為 m,然后使其電量增加一倍，電磁質(zhì)量是否為4m?根據(jù)經(jīng)典電動力學質(zhì)子與正電子的電磁質(zhì)量不相等，因為半徑不相同.現(xiàn)代物理學認為電磁質(zhì)量由電荷附近的電磁場分布結(jié)構(gòu)決定，與電荷沒有多大 的直接關(guān)系，只是間接關(guān)系.因此質(zhì)子與正電子的電磁質(zhì)量應(yīng)

6、該相等.電荷附近的電磁場的源是電荷，但當電荷運動的時候，電荷附近的電磁場分布結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，如發(fā)生壓縮畸變， 其分布結(jié)構(gòu)是速度的函數(shù)，這可見一般教材，因此電磁質(zhì)量也是速度的函數(shù)，滿足.當運動速度為0時，電子和質(zhì)子的電磁質(zhì)量是否相等？當一個質(zhì)子與電子組成11H時，總體看不帶電，電磁質(zhì)量為0,可是兩個微觀粒子均具有電磁質(zhì)量，如何理解?2、物體的靜止質(zhì)量是內(nèi)稟的，是個常數(shù)，有人認為電磁質(zhì)量是應(yīng)該與靜止質(zhì)量有關(guān)的，電磁場的能量由電荷決定，電量與帶電體的運動狀態(tài)無關(guān)，引力質(zhì)量與運動狀態(tài)有關(guān).假設(shè)電子的靜止引力質(zhì)量是 m,電子的電磁質(zhì)量是 m,電子的引力質(zhì)量另外的部分為m- m.當電子以j3/2c運動時，

7、根據(jù)洛倫茲變換此時電子的引力質(zhì)量為2m,電子的引力質(zhì)量另外的部分為2m-2m,電子的電磁質(zhì)量應(yīng)當為 2 m,可是電子的電量沒有變化，顯然存在著不和諧.電量不滿足Lorentz transformation ,因此把電磁質(zhì)量作為引力質(zhì)量的一部分存在著不協(xié)調(diào)性只要維持電子電荷值不變的觀念，這個問題不管怎么也解釋不通.這中間，要么質(zhì)速關(guān)系式錯了，要么就是電子電荷值不變的信念錯了，然而這與實驗事實又高度一致.由于公式E= m（2,物體的引力結(jié)合能具有（負）質(zhì)量，因而系統(tǒng)總質(zhì)量不等于各部分質(zhì)量之和.而在麥克斯韋理論中，作為線性理論的直接結(jié)果，電荷（類比于質(zhì)量）是嚴格可加的.3、電磁力存在吸引與排斥兩種狀

8、態(tài)，只有物體帶電時才有，而引力是永遠存在的；如果電磁質(zhì)量是引力質(zhì)量的一部分，那么庫侖力也應(yīng)當是萬有引力的一部分，電子、質(zhì)子等帶電粒子之間的電磁力遠大于萬有引力，電磁質(zhì)量遠大于引力質(zhì)量，電磁質(zhì)量不可能是引力質(zhì)量的一部分；電子激發(fā)的電磁場的能量小于電子的電磁質(zhì)量，正如物體激發(fā)的引力場能量小于引力質(zhì)量的能量一樣.通過將1個氫原子作為模型和對比，可求出氫原子上正電子對殼上 負電子的電磁力 Fe與原子核質(zhì)量與殼上電子質(zhì)量的引力Fg之比，即Fe/Fg = Ln =2.27 X1039 =狄拉克大數(shù)，這是因為靜電力和引力都同時作用在電子和原子核上，而有著同一個距離 R.4、根據(jù)質(zhì)速關(guān)系引力質(zhì)量可以連續(xù)變化，

9、而電荷和電磁場呈量子化分布，現(xiàn)代物理學 未讓量子力學進入的唯一領(lǐng)域是引力和宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)，將引力場量子化遇到無窮大的困難.重整化可以消除無限大的問題，但是由于重整化意味著引力質(zhì)量作用力的強度的實際值 不能從理論上得到預言，必須被選擇以去適合觀測，因此重整化有一嚴重缺陷.目前要取得進展，能夠建議采用的最有力的方法，就是在企圖完成和推廣組成理論物理現(xiàn)有基礎(chǔ)的數(shù)學形式時，利用純數(shù)學的所有源泉，并在這個方面取得每次成功之后，試著用物理的實體來解釋新的數(shù)學特色.如何把量子論和彎曲時空（即廣義相對論）結(jié)合起來卻是十分困難的事 情.到現(xiàn)在為止，雖然學術(shù)界在電磁場、電子場等各種物質(zhì)場的量子化中取得了極其成功

10、的 進展，但引力場量子化的工作卻遇到了意想不到的巨大困難.到目前為止，所有試圖把引力場量子化的理論（包括超弦和圈量子引力理論）都存在問題.在物理學發(fā)展過程中，量子論引起的疑義始終多于相對論.量子論留給了人們太多的爭議.Einstein 曾經(jīng)說過，我思考量子論的時間幾乎是思考相對論的100倍，但是我還是不清楚什么是光量子.5、電荷具有正負，電磁質(zhì)量應(yīng)當相反， 而物體的引力質(zhì)量無此區(qū)別 .現(xiàn)代物理學認為中 子有一個上夸克和兩個下夸克組成，外觀上看電量為0,由于每個夸克均激發(fā)電磁場，因此電磁質(zhì)量不等于 0,顯然存在不協(xié)調(diào)性.電荷分為正負，但電場的能量密度卻總是正的，所 以積分得到的電磁能量總是正的，

11、因而電磁質(zhì)量也總是一個正值.根據(jù)牛頓第二定律，慣性質(zhì)量是表征當物體受到外力作用的時候，物體運動狀態(tài)改變的難易程度，即物體保持原來運動狀態(tài)的本領(lǐng)大小的物理量.這個和電荷的正負無關(guān)，所以正負電子可以具有相同的慣性質(zhì)量.當正負電荷中和的時候，電磁質(zhì)量減少，引力質(zhì)量沒增加，但正負電荷中和會釋放原 來具有的電勢能，即原來的電磁質(zhì)量會轉(zhuǎn)化為別的能量，如正負電荷中和釋放兩個光子，則原來的電磁質(zhì)量就轉(zhuǎn)化到了光子中.那么轉(zhuǎn)化的機制是什么？同種電荷的電磁力相互排斥，異種電荷的電磁力相互吸引，電荷之間的作用力依靠電磁場來傳遞，為什么電磁場的能量都是正值？ 一個中性原子的電磁場的能量為0,說明正負電荷激發(fā)的電磁場的能

12、量相反.6、Einstein的廣義相對論是引力理論，把引力場量子化給出引力場的量子成為引力子，它應(yīng)具有自旋為2，和lectriec field 的量子光子性質(zhì)很不相同 . 近年來理論上對超對稱性的探討提供了新的可能性，超對稱性在自旋不同的粒子間建立了聯(lián)系，因此就有可能把引力相互作用和其它相互作用聯(lián)系起來，通過超對稱性建立的四種相互作用的統(tǒng)一理論稱為超大統(tǒng)一理論. 但是根據(jù)對稱的相對性與絕對性原理，超對稱的工作是沒有止境的. 超對稱要求除引力子外，還應(yīng)當有自旋3/2 的引力微子存在，但是實驗上并沒有發(fā)現(xiàn)它的存在.7、引力質(zhì)量都占有一定的空間，也就是具有體積，而電磁質(zhì)量沒有體積，因此量子電動力學的

13、點模型觀點是正確的.8、電磁質(zhì)量和引力質(zhì)量可以分離，存在Maxwell 理論中脫離物體攜帶能量的場. 最近，法國里昂的科學家發(fā)現(xiàn)了有四個中子組成的粒子，又稱為“零號元素”. 最新的實驗表明，中微子具有引力質(zhì)量，大約為電子引力質(zhì)量的50000 分之一 . 中微子具有引力質(zhì)量但是不帶有 electric charge 電磁質(zhì)量 . 現(xiàn)代物理學認為除了帶電介子外，還存在中性介子，其（引力） 質(zhì)量恰好等于或者近似等于（其實相等）帶電介子的（引力） 質(zhì)量， 性質(zhì)相似.Einstein指出了波函數(shù)坍縮過程與相對論之間的不相容性，Einstein 的這一分析是關(guān)于量子力學與相對論的不相容性的最早認識. 或許

14、有人會說電磁質(zhì)量與引力質(zhì)量是毫無關(guān)系的兩部分，那么有何作用力把它們聯(lián)系在一起，筆者認為靠作用力聯(lián)系在一起，是引力質(zhì)量、電磁質(zhì)量各自聯(lián)系的思想，沒有任何作用力也可以聯(lián)系在一起.9、布朗粒子滿足能量均分定理，在絕對溫度為0 時，動能為0，可是受量子力學支配的物體即使溫度為零，也同樣具有一定的動能. 布朗粒子的能量均分定理研究的是引力質(zhì)量問題，量子力學研究的是電磁質(zhì)量，絕對溫度為0 時，引力質(zhì)量能量為0，可是電磁質(zhì)量的能量仍然不為0.10、 如果兩個電荷都具有引力質(zhì)量, 那么它們之間除了具有電磁相互作用之外還具有萬有引力作用，兩種作用顯然不一致，不滿足簡單性原則.11、在牛頓動力學中，暗含著將以下一

15、點視為當然的事，即同時測量（即知道）一個粒子（一個質(zhì)點）的位置和動量在原則上是可能的. 這種可能性隱含在運動定律本身中：運動的二階微分方程的解要求知道x 和 px 的某個同一時刻的初始值，但是這種可能性在量子力學中從根本上被否定. 牛頓動力學中運動方程是決定論的和因果律的，即從一個由系統(tǒng)的粒子之坐標和動量所規(guī)定的已知初態(tài)出發(fā)，運動方程以一種決定論的方式導致一切其后時刻的確定狀態(tài). 這導致拉普拉斯（1749 1827）宣稱：一旦給出了某一瞬間宇宙中所有星星的位置和動量，那么， 宇宙過去和未來的狀態(tài)都將完全被決定，但這種決定論和因果律在量子力學中基本上被否定.12、Einstein在創(chuàng)立廣義相對論

16、的過程中通過電梯說明了等效原理，可是當電梯如果帶有電荷，特別是當電荷的電性相反時和相同時，等效原理顯然不成立， 這說明廣義相對論僅僅適用于引力場，不適用于電磁場.13、對于一個宏觀物體來說，P=h/入,E=mc2=h y =hc/入,所以入=h/mcw0.假設(shè)P=MV=h/ 入=h/(V/ y )=h y /V,則 h y =mV.這與 E=mC是矛盾的.14、現(xiàn)代物理學認為微觀粒子包括玻色子和費馬子，前者不滿足泡利不相容原理，后者滿足泡利不相容原理.筆者認為前者無靜止質(zhì)量，應(yīng)該為只有電磁質(zhì)量組成的粒子；后者具 有靜止質(zhì)量，是有引力質(zhì)量組成的粒子或者是電磁質(zhì)量和引力質(zhì)量共同組成的粒子15、設(shè)原

17、來靜止的氯離子與光子碰撞后吸收了光子而以U的速度運動，則由能量守恒定2律有： hv+m0c2=mc2=m0c-02c2(1),式中m0和m分別是氯離子的靜止質(zhì)量和運動質(zhì)量，v為入射光子的頻率.又由動量守恒定律有:=mu =m0uhvc.假設(shè)碰撞前氯離方向:hv = m2u2 cos二 cm0u2 cos1Y方向:m0u2 sin?itiiUi = m2u2 sin u = ,；將兩22 1 -u2 c22式取平方并相加，得：(h%)2十(miU)2 = m u2 2c1 - u2 c(4),由式(3)得:U2c, h2v2 (匹2 m02)c4 2hvm1c2hv mc2由式(4)得:2 22

18、2 2h vm1 u1cU2 - c -2 22 422 2.h v - m0 c m1 u1c可見，由式(3)和式(4)決定的速度不同.16、麥克斯韋方程組描述了電磁場與帶電粒子之間的相互作用關(guān)系.在真空中的表達c. h2v2 2hvm0c2由(1)式得:u =2 ，由(2)式彳導:uhv m0c顯然，分別由能量守恒定律和動量守恒定律決定的氯離子運動速度不相同子的運動速度與入射光子的速度相互垂直，光子與處于運動狀態(tài)的氯離子碰撞后被吸收，則mnc2由能重寸恒te律應(yīng)有：hv+m1c =m2c = ：=(3),式中 m0為氯離子的靜221 - u2 c止質(zhì)量，m1為氯離子碰撞前的動質(zhì)量，m2為氯

19、離子碰撞后的動質(zhì)量.又由動量守恒定律有：X式為: E（i）,：t B-J0J ，居 （2）c :寸4 pE E=-（3）0B = 0（4）X（2）式取旋度，并利用（1）式及（4）式，用矢量分析公式化簡后可得:o 1 二2 k2B 二-yB= d Jc 二 tX（1）式取旋度，并利用（2）式及（3）式，用矢量分析公式化簡后可得:t2EY,、T(6)經(jīng)過上述數(shù)學處理，電磁場與帶電粒子之間的相互作用關(guān)系就變得非常清晰了：在僅考慮電磁相互作用的情形下， （5）式和（6）式就是描述帶電粒子的動力學方程 .與力學定律相 比，帶電粒子滿足的規(guī)律是完全不同的 .17、位移電流的存在說明了電磁質(zhì)量可以與引力質(zhì)量

20、分離質(zhì)量與電荷這兩個物理屬性，應(yīng)該是平權(quán)地相互依存于一個統(tǒng)一體一一有質(zhì)（指靜止 質(zhì)量）粒子中的（這就象一枚硬幣的兩個面），即有質(zhì)粒子的質(zhì)量與電荷具有對偶特性.由此對偶特性可以得出一個重要的推論：即有靜質(zhì)的中性粒子一定是有結(jié)構(gòu)的.由于這個對偶特性，決定了引力場與電磁場之間存在著驚人的類比：兩者都是遠程相互作用場；都服從平方反比定律；都是有源場且場量子靜質(zhì)為零等.其次，從Colemann-Mandula定理的描述來看，該定理也許就是質(zhì)量-電荷對偶特性的內(nèi)核.質(zhì)量-電荷的對偶特性也許還可以為我們找到另 一個重要問題的答案：在目前的自然界中， 相互作用力為何是四種， 并且正好是兩種遠程和兩種短程的相互

21、作用力.18、所有的基本粒子間電荷同質(zhì)量間找不出一個固定的關(guān)系：不同靜止質(zhì)量的基本粒 子可以具有相同的基本單位電荷，在所有的基本粒子的靜止質(zhì)量和所帶的電荷間也沒有一個 共同的質(zhì)量與電荷的關(guān)系.在宏觀條件下，檢驗電磁質(zhì)量對引力質(zhì)量白影響是很有必要的.一是將物體（不是微觀粒子?。┘右詮婋妶觯ǔ渲粮唠妷海┗驈姶艌觯ǔ瑥姶呕?，然后在屏蔽狀態(tài)下用精密天平 （防止天平被磁化或帶電）測定其質(zhì)量是否與未充電和磁化時相同？現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)能做這樣的測定其二， 在真空室中，對充至高電壓的物體加以電場，對超強磁化的物體加以磁場（去屏蔽?。?，與引力平衡，以判別其電磁質(zhì)量是否改變引力質(zhì)量？再在強電場或強磁場的架空（懸?。?/p>

22、 下，給予橫向電場或磁場，使之作無磨擦運動，以測定其慣性質(zhì)量，與天平測量值比較.Einstein 在相對論導論里指出： “所有思想，特別是科學思想，本質(zhì)上都是構(gòu)建性、推斷性的. ” 例如，麥克斯韋認為“整個宇宙是一個電磁場”，這是他將其電磁理論進一步泛化，推論出的一個思想；Einstein 認為“整個宇宙是一個引力場”，這是他將廣義相對論進一步泛化，推出的又一個思想.由于電磁質(zhì)量不是引力質(zhì)量（慣性質(zhì)量）的一部分，電子的電磁質(zhì)量問題便徹底解決了，廣義相對論和牛頓力學是研究引力質(zhì)量（慣性質(zhì)量），滿足因果律；量子力學是研究電磁質(zhì)量的，不滿足經(jīng)典的因果律，二者的運動規(guī)律不相同，因此Einstein 與

23、波爾關(guān)于量子力學基礎(chǔ)的爭論就可以暫時宣告結(jié)束了，Einstein 晚年認為量子力學背后存在更本質(zhì)內(nèi)涵的想法是正確的. 筆者認為當年物理學提出的橫向質(zhì)量即引力質(zhì)量（慣性質(zhì)量）， 縱向質(zhì)量即電磁質(zhì)量，現(xiàn)代物理學經(jīng)過多年的整理發(fā)展，實際已經(jīng)背離了當年的思路. 正如恩格斯:自然辯證法中寫到 “卡諾差不多已經(jīng)探究到問題的底蘊 . 阻礙他完全解決這個問題的并不是事實材料的不足, 而只是一個先入為主的錯誤理論”.1926年，埃爾溫薛定謂寫下了他的量子波等式，在此后的幾十年間，人們認為這個等式僅僅與分子、原子和亞原子粒子等一些微小的領(lǐng)域相關(guān). 但是， 1957 年，普林斯頓大學的休艾福雷特博士對Einstei

24、n在半個世紀之前的建議一一要嚴肅對待數(shù)學作出了回應(yīng).艾福雷特認為，薛定諤的等式應(yīng)該可以適用于任何方面，因為所有的物質(zhì)，無論大小，都由原子、分子和亞原子粒子組成，而這些粒子全部遵循薛定諤提出的概率法則. 筆者認為應(yīng)該對于所有的電磁質(zhì)量. 科學家因“經(jīng)加速器加速的兩個高速運動電子對心碰撞，反應(yīng)產(chǎn)物中找不到電子碎片”的實驗結(jié)果，得出電子是一個整體、不可粉碎的結(jié)論 . 當電子的能量足夠大時， “反應(yīng)的產(chǎn)物中可能找到三個電子和一個正電子”. 說明時空參與了引力質(zhì)量能量的交換，電磁質(zhì)量沒有改變.附錄：電子可分裂為自旋子和軌道子據(jù)物理學家組織網(wǎng)、自然網(wǎng)站等媒體 4月18日報道，最近，一個由瑞士保羅謝 爾研究所實驗物理學家和德國德累斯頓固體和材料研究所理論物理學家領(lǐng)導的國際研究小 組通過實驗發(fā)現(xiàn)，一個電子分裂成兩個獨立的準粒子：自旋子（spinon ）和軌道子（orbiton ）.這一結(jié)果發(fā)表在近日的自然雜志上以往人們認為電子是一種基本粒子，無法分裂為更小部分.上世紀80年代，物理學家預言，電子以原子的一維鏈形式存在，可以分裂成3個準粒子：空穴子攜帶電子電荷，自旋子攜帶旋轉(zhuǎn)屬性（一種與磁性有關(guān)的內(nèi)在量子性質(zhì)），軌道子攜帶軌道位.1996年，物理學家將電子空穴和自旋子分開，自旋和軌道這兩種性質(zhì)伴隨著每一個電子然而，新實驗觀察到這兩種性質(zhì)分開了一一電子衰變?yōu)閮蓚€不同部分，各自攜帶電