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让爱因斯坦穷尽半生的物理难题 真的能被老子解开吗?丨参赛作品(2)

http://www.newdu.com 2017-12-29 腾讯道学 李悦 参加讨论

    我们现在手里有的这三个基本常数是大自然给我们的,没有任何人为的规定和修饰,所以最容易体现宇宙的本质。我们将用这三个基本常数研究引力和电磁力。
    现在公认的引力公式是:
    
    现在公认的电磁力公式是:
    
    

我们观察引力公式和电磁力公式,发现它们都是和距离的平方成反比,在这一点上有相似之处。为什么是这样呢?有没有物理上更深刻的原因?这需要进一步的研究。我们要研究引力和电磁力,就必须从研究引力常数G和电磁力常数K入手。
    我们再观察引力常数G和电磁力常数K,发现它们各自有复杂的量纲和庞大的系数,看不出它们之间有什么联系。有一种可能是,因为它们所用的量纲全是人为规定的,这就必然引入大量的换算系数和各量纲之间繁杂的转换,而使观察者看不出这些量纲的实质。
    
    引力和电磁力分布在整个宇宙空间(资料图)
    

我们现在改用光速c、普朗克常数h和电子电量e为量纲,希望能使G和K看上去简单一些,以便容易确定它们的物理性质和发现它们之间的联系。
    我们发现电磁力常数K可以表示为:
    
    电磁力常数K的量纲显得比以前简单、优美得多,更为可贵的是,介电常数不见了。
    我们发现G可以表示为:
    
    这里我们又遇到了“厘米”这个人为的量纲。我们现在无法摆脱它,无法用一个自然的长度量纲代替它,因为我们现在还没有选好大自然给我们的时间量纲。
    我们知道,在宇宙的广大空间里,绝大多数的地方是真空,因此可以把宇宙近似地视为一个巨大的黑体,其背景辐射近似地视为黑体辐射。那么,背景辐射的波长与能量分布的关系应近似地符合普朗克的黑体辐射公式:
    
    对普朗克公式中的λ进行微分,并令微分的结果等于0,我们就可以解出对应背景温度最可几量子的波长λ。对微分的结果进行整理,有:
    
    其中λ/c =τ0。τ0的量纲是时间,是频率的倒数。在不同的温度(T)下,式(4)有不同的解(τ0)。
    强相互作用力的作用范围,在10-14厘米到10-13厘米之间。也就是说,在10-14厘米到10-13厘米之间,引力作用的方式有一个较大的变化。于是,我们应该在这个范围内,找到一个大自然提供的单位长度r0。
    我们再把目光转向引力常数G,希望能从它的系数中找到我们需要的在10-14厘米到10-13厘米的长度和可以当作τ0的值。通过量纲分析,我们改写引力常数G的表达式为:
    
    式中有τ0 和r0 ,知道了τ0 之后我们就可以解出r0 。
    相对于同一个宇宙空间,在电磁力常数K的系数中我们也应该能够找到τ0 和r0 的踪影。经过尝试,我们获得的电磁力常数K的表达式为:
    
    我们需要一组解τ0 和r0 ,使它们同时满足(5)和(6)。我们得到的这组解是:
    
    把在这里解出的τ0值代入式(4),得到的相应温度( T )为2.67K,而现在公认的背景温度(T)是2.69K。这两个值之间的误差只有千分之七,可以认为高度一致。这个不大的误差主要是在长达若干亿光年的传播当中,光谱不免要发生一些红移;误差的另一个来源是由于宇宙只是一个近似的黑体,而不是理想黑体;各种测量手段的误差也应考虑在内。
    但无论怎样说,上述计算和实际测量高度一致。这种高度一致,证实了在引力、电磁力、强作用力、弱作用力和宇宙常数、宇宙空间及其背景辐射之间确实有着密切的联系和统一的机制。
    对于式(6),这里有两点需要补充说明:
    第一是引入了s。s的数值定义为1,其量纲定义为秒/库仑(即是安培的倒数)。将s的数值定义为1,是为了在解方程时不引入人为的系数;将s的量纲定义为秒/库仑,是因为安培是国际单位制的基石,这样能使(6)式两边的量纲保持相等。
    第二是引入了2π。这是因为电磁力是有方向的矢量,需要用h/2π取代h,这种做法在量子电动力学中是普遍采用的。
    重要的推论是,由于式(3)在形式上酷似气体的麦克斯韦方程,而麦克斯韦方程是假设气体是离散的弹性颗粒碰撞导出的,那么:空间并不是空的,而是充满了离散的弹性颗粒,这些颗粒之间的距离,假设近似于它们的直径,为r0,不妨称它们为空间量子。
    绝大多数空间量子为基态,并不辐射能量。当少数空间量子有了多余能量,就作为光量子辐射出来,形成背景辐射。
    
    引力和电磁力也是靠空间量子传递的(资料图)
    引力和电磁力也是靠空间量子传递的,当质子或中子空间量子之间的距离小于r0,引力和电磁力就不再起作用,代之而来的就是强作用力和弱作用力。
    以上推论也可以用来解释暗能量和暗物质,由于能量可以折合为质量,所以统称暗质量。如果每个空间量子在背景辐射中都辐射能量,根据上面的推导,单位体积的空间提供的辐射质量约为:
    
    这个值远远大于现在估计到的宇宙中暗质量的密度。由于只有少数空间量子辐射能量,这个值应该乘以一个大于零而小于1的系数J。这个J可能为若干亿万分之一,直到调整到与暗质量的密度相适应的合理范围。 目前,世界各国都徒劳地花费了大量人力物力到太空去搜寻暗质量;有了上面的理论,只要有空间,里面就有能量,暗质量就在其中,就不用搜寻了。(编辑:若水)
    作者简介:李悦,男,1953年生于北京,生长于中文世家。1978年考入中国人民大学,先后获工学士和经济学硕士。1987年赴美留学,先后获Illinois州立大学和Texas州立大学科学硕士学位。曾供职于多家外企公司。学贯中西,对自然科学和人文科学皆有深刻认识。
    (本文为“道化天下 世界玄同”道学全球有奖征文比赛作品,未经授权不得转载,文:李悦,原标题为《道化天下,世界玄同》。)
    
     (责任编辑:admin)

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