相對論不能統一四個基本作用力的?那是你還不知道相對論的厲害

1905年,愛因斯坦提出狹義相對論,十年後提出了廣義相對論,之後四十年他都在幹一件事,把萬有引力和電磁力統一,非常遺憾,這位與牛頓比肩的偉人至死也沒有完成這個偉大的事業,後來科學家又在原子核中發現了弱互相作用力和強互相作用力,加上之前的萬有引力和電磁力,一共有了四個基本作用力。這一百年裡,科學家先後統一了弱互相作用力,電磁力和強互相作用力,但萬有引力一直沒有統一進來。

今天我們要用相對論把四個基本作用力統一,完成愛因斯坦未盡的事業。首先我們要簡單介紹一下相對論和四個基本作用力,可能有些知識超出了你們書本範圍,但我保證只要有高中物理知識水平就能看懂。

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相對論是現代物理兩大基石之一,分為狹義相對論和廣義相對論。由於統一四個基本作用力只用到了狹義相對論,所以本文只介紹狹義相對論。狹義相對論基於兩個假設:相對性原理和光速不變原理,相對性原理說的是運動是相對的,光速不變原理說的是在任何運動系統測量真空光速值都一樣。狹義相對論徹底改粉碎了牛頓的絕對時空觀,讓我們知道每個運動系統都有自己的時間和空間。狹義相對論得到的結論是運動的物體時間會膨脹,空間會收縮,即尺縮鐘慢效應。狹義相對論不但統一了時間和空間,還統一了物質和能量。

狹義相對論用的是閔可夫斯基的四維時空,時間也作為一個維度,四個維度分別是X、Y、Z、ict,並得到一個概念公式:U^2+V^2=C^2,其中U是時間速度,V是空間速度,C是光速。這個公式告訴我們一切運動物體在四維時空裡的速度都是光速,如果一個物體是靜止的,那麼它的時間流逝速度即為光速,如果物體的運動速度增加,時間流動速度就會減小,反之亦然。

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時間與空間的確定關係在本人的元子論中有描述,時間量綱與空間量綱存在[T][L]=1關係,元子論在此基礎上將所有物理量綱統一成了空間量綱,並得到空間與能量關係D=EC^2,統一量綱解釋了所有物理概念的屬性和它們之間的關係,如質量、能量、力、場、電、磁等。空間與能量關係式將時間、空間、物質和能量四者統一、也解決了暗能量問題,感興趣的同學可以翻看本人之前發表的文章,這裡不再贅述。

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下面介紹四個基本作用力,四個基本作用力分別是萬有引力,電磁力,強互相作用力和弱互相作用力。

萬有引力指的是有質量的兩個物體之間存在的互相吸引作用,牛頓發現了萬有引力,但他卻不知道萬有引力產生的原因,後來愛因斯坦的廣義相對論給出瞭解釋,廣義相對論認為是萬有引力是由於時空彎曲產生的幾何效應,即物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動。但廣義相對論並沒有解釋質量的由來,也沒有說明彎曲的時空為何會影響物質的運動。

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解釋質量的由來就要提到希格斯場,希格斯認為空間存在一種場,這種場由希格斯粒子架構而成,當物質在場中運動的時候會撞擊希格斯粒子,物質的運動速度越快,撞擊的頻率就會越高,阻力就會越大,撞擊頻率越高表示物質振動的頻率越高,宏觀表現就是物質獲得的質量越大。這個也可以從德布羅意的物質波理論中得到,電磁波能量與相對論能量存在這個關係:hv=mc^2,可以看出振動頻繁越高,質量越大。

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元子論發現物質是凝聚的能量,摺疊的時空。能量凝聚的時候空間同時向內捲曲。即在物質周圍存在向內捲曲的空間,物質互相靠近是由於它們周圍空間在向物質內捲曲,物質以為自己是靜止或處於勻速運動的慣性狀態,事實上正無聲無息的隨著捲曲的空間互相靠近,空間捲曲線是等時曲線。對物質而言,它依然在相同的時間內走了相同的路程,只是這個“路”在別人看來並不是直線。這便是萬有引力的最本質解釋,廣義相對論的時空彎曲只是宏觀表象而已。

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要了解強互相作用力和弱互相作用力就要先了解原子核結構,本人根據泡利不相容原理、a衷變、β衰變、γ衰變、中子衰變等現象重新構建了原子核模型,在新的原子核模型中,每個能層最多隻能容納一對自旋相反的高能電子(π介子),每個高能電子最多隻能容納一對自旋相對的質子。

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從新原子核模型可以看出,強互相作用力是本層質子與高能電子之間的引力,而非本層質子之間的斥力加上非本層高能電子之間斥力再減去非本層質子與高能電子之間的引力,此三力之和為弱互相作用力。可見弱互相作用力是個合力,這也是量子力學發現的弱互相作用力存在三種傳播介子的原因。

電磁力大家很熟悉,是帶電物質之間互相作用力,由於磁是電的相對論效應,所以我們一般只描述庫侖力,日常生活中我們接觸的所有作用力,除了萬有引力,其它的都是電磁力,如壓力,拉力,浮力,摩擦力等。

有了以上鋪墊,我們就可以用相對論來統一四個基本作用力了。

希格斯機制似乎只解釋動質量的由來,即物質的相對論質量,如果物質是靜止的,那它的靜質量又從何來?這裡就涉及一點量子力學知識,根據測不準原理,物質的位置和動量是不能同時確定的,即物質不可能完全靜止,這點從溫度上也可以看出來,溫度是物質原子運動的動能。如果物質絕對靜止,那麼它的溫度將會達到絕對零度,即-273。15度,而我們知道絕對零度是不可能達到的。

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既然物質不可能完全靜止,那麼物質的最低運動速度是多少?本人據此提出了普朗克速度,即物質“靜止”時的最低速度,透過計算可知物質的最低運動速度是1/10^-31米/秒,即普朗克速度Vp=1/10^-31米/秒。

我們還知道電子的核外運動速度約為光速的1/137,即ac(其中a是宇宙精細結構常數,c是光速),根據德而羅意的物質波理論,當行波轉換成駐波的時候,能量態就變成了粒子態,而電磁波天生的速度就是光速,所以粒子天生就具有一個速度:光速。這也是物質在四維時空的速度是光速的原因。不管粒子速度如何分解,總速度的向量和一定是光速。電子一邊公轉,一邊在高速自旋,根據速度合成法則,電子的運動速度是ac,那麼它的自旋速度V=C√(1-a^2)。

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我們根據相對論的質量公式M=M0/√(1-v^2/c^2)。可以算出,如果假設物質的質量為1,那麼電子的相對論質量為1。0000266,而自旋速度產生的相對論質量約為137,即1/a,a是宇宙精細結構常數。兩者質量之比為1/137。同樣的道理,我們可以算出物質在普朗克速度時的質量與自旋產生的相對論質量之比約為1/10^39,對照下面這張實驗資料表,我們不難發現,電磁力、強力都是物質運動產生的相對論效應,即只需要一個萬有引力公式聯合相對論質量公式即可算出強力和電磁力,弱力是合力,計算過程複雜一點,但原理一樣,此處不再展開。

相對論不能統一四個基本作用力的?那是你還不知道相對論的厲害

由此我們可以用一個公式表示四個基本作用力,當然這不是統一四個基本作用力的唯一途徑,我們還可以像量子力學一樣從場的角度來統一,還可以根據本人提出來的渦旋力公式來統一,這些在之前的文章中有描述,有興趣的同學可以翻看本人之前發表的文章。

相對論不能統一四個基本作用力的?那是你還不知道相對論的厲害

四個基本作用力不過是物質不同運動速度產生的相對論效應,與傳統理論不同的是,這個相對運動都是轉動,即時間相對運動,而非空間相對運動。這裡有更深層的思考,如果一個物質不動,另一個物質高速的旋轉,兩者不產生相對空間速度,那麼會產生相對質量嗎?或者說相對論質量到底是空間相對運動產生還是時間相對運動產生?