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乙太与真空

2018/05/24   维加斯新闻报
刘文旺

一、光速、相互作用与乙太
    在古希腊,“乙太”指的是青天或地球上层的大气。在物理学引入以太后,引起了广泛的争议,成为一个弃之可惜,留之无味鸡肋。
    17世纪的笛卡尔,是一个对科学思想的发展有重大影响的哲学家、物理学家,他最先将乙太引入物理学,并赋予它某种特殊的力学性质。在笛卡儿看来,物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递,不存在任何超距作用,这种思想一直影响着随后的科学家们。因此,空间不可能是一无所有的,它被乙太这种媒介物质所充满。乙太虽然不能为人的感官所感觉,但却能传递力的作用,如磁力和月球对地球的潮汐作用力等等。
    光的波动说首先由胡克提出,由惠更斯进一步发展。他认为,传播光波的媒介物质就是笛卡尔的乙太。由于光可在真空中传播。因此,这种乙太物质应该充满包括真空在内的全部空间,并能渗透到通常的传播光的媒介中。
    按现有理论光是借助于乙太传播的,这必然体现光与作为载体的乙太之间存在相互作用。我们知道,在介质中不同频率的光子,与轨道电子的作用不同,从而使不同频率的光子有不同的运动速度。完全一样地,在真空中不同频率的光子,也应该存在与不同乙太的相互作用,从而在真空中应该有不同的运动速度。而事实是,在真空中不同频率的光子拥有相同的运动速度。
    这里的关键就是,只要光的传播需要乙太这种物质,那么相互作用的存在,就会使不同频率的光子运动速度发生不同的变化。绝不可能不同频率的光子与乙太的作用不同,仍使不同频率的光子拥有相同的速度。因此,即使在真空中也应该存在不同频率的光子,拥有不同的运动速度,而此不是事实。
    我们知道,不同频率的光子在真空中拥有相同的速度。
    还有,实际上存在大量的不能传递光的物质,如金属,为什么传播光的乙太物质不进入到金属中?!
    其实光的传播不需要乙太,光的传播就是其自身的电场和磁场在相互转化的过程中改变了自身的空间位置产生的。金属遮罩电磁场就阻止了光的传播。
光的传播不需要乙太。
牛顿虽然在光学上提倡微粒说,反对惠更斯、胡克等的光波动学说。但他也借助乙太的稀疏和压缩来解释光反射和折射。在万有引力被发现后,牛顿本人不赞成超距作用但又找不到传递万有引力的媒介物,因此,他在惠更斯的一再追问下,他提出是乙太传递了物体间的万有引力相互作用、电磁相互作用等。
    相对论的建立,给爱因斯坦带来了极大的荣誉,但也使爱因斯坦深深地陷入了矛盾之中:一方面,爱因斯坦在狭义相对论中否定了乙太的存在;但另一方面,拥有品质的天体的引力又是怎样传递的?!为此,爱因斯坦假设所谓的品质的引力相互作用是不存在的。周围天体不是在其引力作用下产生环绕运动,而是在其产生的弯曲空间中运动。
但是,爱因斯坦在莱顿大学做了一个“乙太与相对论”的报告,想调和相对论和乙太的关系。他认为,狭义相对论虽然不需要乙太的概念,不等于乙太不存在,他甚至说,根据广义相对论,没有乙太的空间是无法想像的。因斯坦说“乙太”是广义相对论中描述空间弯曲的度规,但是度规只是一种几何术语。跟传递相互作用根本就没有关系。这种解释等于没有解释。
    我认为爱因斯坦在这里的解释不但没有达到目的,反而体现出了其思维逻辑的混乱。
    这是其错误理论本身所固有的矛盾。天体在弯曲空间中运动,说明空间的弯曲具有刚性。不然,离心力的存在会使空间失去弯曲。因此,天体的品质使空间发生弯曲,必须有力的作用。这又回到这种作用是怎样传递的老问题上了。
随着科学技术的进步,一些发现又给现有的理论带来新的冲击。
    20世纪30年代,荷兰天体物理学家奥尔特指出:为了说明恒星的运动,需要假定在太阳附近存在着产生引力相互作用但不发光的暗物质;同年代,茨维琪从室女星系团诸星系的运动的观测中,也认为在星系团中存在着大量的暗物质;美国天文学家巴柯的理论分析也表明,在太阳附近,存在着与发光物质几乎同等数量看不见的物质。没有暗物质而的存在,这些天体系统就会在离心力的作用解体。1932年,美国加州工学院的瑞士天文学家弗里兹•扎维奇最早提出证据并推断暗物质的存在。弗里兹•扎维奇观测螺旋星系旋转速度时,发现星系外侧的旋转速度较牛顿重力预期的快,故推测必有数量庞大的品质才能拉住星系外侧的组成天体,以使其不致因过大的离心力而脱离星系。
    1997年12月,作为“大红移超新星搜索小组”成员的哈佛大学天文学家基尔希纳等,根据两个研究小组通过观察Ia型超新星—种罕见的恒星爆炸的现象(能够释放出数量巨大的,持久的光),提出了颠覆了天体物理学家的理论——宇宙在加速膨胀。
    科学家们猜测,我们所处的宇宙中可能存在一种未知的物质,科学家称之为“暗能量”。至此,“暗物质”、暗能量成为宇宙学和物理学中最大的谜团——21世纪科学天空中的两朵乌云。
    对此不得已,又有人把乙太这种物质抬了出来,用来解释这些现象。还有人把爱因斯坦广义相对论中的宇宙项也搬了出来。
    我们继续分析下去。
    当初,爱因斯坦认为宇宙是处于稳恒状态的,因此,爱因斯坦的宇宙项是为了平衡人们发现的引力而引入的。因为他发现,若只有引力宇宙不会处于稳恒状态。因此,现代人认为促进宇宙加速膨胀的是宇宙项,与爱因斯坦的初衷是不相容的。尤其是,宇宙项所描述的产生斥力的物质基础是什么?现代人为此认为就是真空中的乙太。
    假如产生暗物质、暗能量的物质是乙太的话,那么在太阳系中,我们在阐述行星的运动过程中,为什么没有考虑乙太的存在。若既考虑乙太的存在又考虑牛顿的引力作用,我们计算得到的行星的运行轨道将发生明显的变化。而此不是事实。
    聪明至此?!
来自格里菲斯大学的霍华德•威丝曼教授和东京大学进行合作,通过一系列研究得出结论证明,爱因斯坦关于“量子纠缠”现象理论可能是错误的。但由于超光速运动与其狭义相对论矛盾,这也是其与波尔为首的哥本哈根学派争斗不止的原因。
    关于量子纠缠现象中超距作用的产生,有人认为,是乙太在起媒介作用。这种既没有实验也没有理论的不负责任的思维究竟什么时候能离开物理学远一些?!!
二、乙太的困惑
    乙太的引入暂时解释了一些现象,但同时也带来了概念上的混乱,产生的问题比解决的问题还多。
    从物质的本性上看,乙太是一种什么物质?也是由有我们熟知的原子、分子构成的吗?若是,那么他拥有的引力品质,为什么不在太阳系中影响行星受到的引力作用?它的惯性品质为什么没有影响行星的惯性运动?我们知道,太阳系已经存在近50亿年了,若果真是这样的话,从太阳系兴县城之日起行星的运动速度会越来越小。而此不是事实。假如不是由我们熟知的原子、分子构成的。那么它是由什么物质构成的?
    根据麦克斯韦方程组,电磁波的传播不存在一个“绝对静止”的参照系,因为该方程里两个参数都是无方向的标量,所以在任何参照系里光速都是不应该发生变化的。根据该方程组,可以推出电磁场的扰动以波的形式传播——光波,并且电磁波在空气中的速度接近每秒30万公里。后来,物理学家赫兹,用实验方法直接证实了电磁波的存在。光的电磁理论成功地解释了光波的性质,这样乙太不仅在电磁学中取得了确定的地位,而且电磁乙太同光乙太也统一了起来。
    但故事并没有因此结束。
    在弹性媒质中的波动应该有两种形式:横波——振动方向与传播方向垂直的波;纵波——振动方向与传播方向一致的波,声波就是一种纵波,但实验却表明只有横波形式的光波,不存在纵波形式的光波,如何消除乙太的纵波、以及如何得出推导反射强度公式所需要的边界条件等问题,就成为这一时期各种乙太模型之间长期争论的难题。
    光波是横波,传播速度极大——我们发现的各种运动中速度最大者。为了解释广的高速运动,就必须认为乙太具是有非常强的恢复力的弹性介质;而另一方面,天体的运动却不受这种具有极强恢复力——剪切模量极大的乙太的限制。这是一种无法调和的矛盾。
    有人认为,真空中的乙太,是一种可压缩的超流体,任何物体的内部是否布满了缝隙,都能在真空里毫无阻力地运动,这样就可以解释乙太的存在并不影响宇宙天体的正常运动。超流态是一种物质处于较低的温度下的一种低温量子现象。将地球这样的低温天体可能使环境中的乙太存在超流态。太阳等恒星拥有极高的温度——上千万摄氏度。在这样的天体周围的乙太也处于一种超流态吗?这是不可能的。但是,包括太阳等恒星、各级宇宙天体的运动,从没有因为乙太的存在,而减缓它们的运动。这究竟是为什么?
    有人认为,光线在引力场里的弯曲,是光线向乙太密度较大的方向弯曲。这是一种类似于折射现象。这里有一个问题,那就是恒星周围的乙太密度发生了变化。是怎样造成的?乙太密度的变化若是恒星引力造成的,那么宇宙中的乙太在漫长的演化过程中,应该早就被恒星吸收干净了。
    还有,若乙太具有可压缩性,那么,在太阳运动的前方乙太的密度应该大于太阳运动后面的密度,这样,在太阳前面光线的弯曲应该大于太阳后面的光线弯曲,而此不是事实。这是为什么?!
    此外,为了适应光学的需要,人们对乙太假设一些异常的属性。尤其是由于对不同的光频率,同种介质拥有不同的折射率,光速因此不同,于是乙太对光的作用对于不同频率的光波也是不同的。这样,每种频率的光,拥有自己不同的乙太性质等,这是不可能的——频率的范围太广了,乙太也应该有无穷多种?这是为什么?尤其是,当我们进入到真空中时,这些对应不同频率的乙太的作用又神奇地消失了。在真空中,不同频率的光又拥有相同的光速。
    为什么在介质中不同频率的光子拥有自己不同的乙太,而在介质中这些不同的乙太不在真空中起作用那?
    其实,入射光子与介质的轨道电子发生相互作用,很好地解释了介质中光子的运动速度。这尤其体现在,介质对不同频率光子的选择吸收上。
    这就否定了介质中乙太的存在。
菲索测量了光在运动的水中的运动速度,结果是:沿水运动的方向,光的运动速度增加;而在水运动的反方向,光的运动速度减少。针对这一现象,当时的科学家认为运动的物体会拖曳乙太,从而影响光的传播速度。但是,这一事实,又与布拉特莱由光行差实验得出的,乙太不会被拖曳的事实相矛盾。
    1881年,迈克尔逊利用光的干涉实验,来测量地球的运动是否会拖曳地球周围的“乙太”。结果显示,在实验误差范围内地球的自转完全拖曳了地球环境中的“乙太”。后来,迈克尔逊又联合莫雷在改进了的实验仪器后,于1887年重复了上述实验,结果还是一样。这实际上证明了光速具有某种不变性。而光行差现象的存在,又鲜明地说明光速与观测者的运动有关。这一矛盾如何解释?
三、真空与乙太
    在粒子物理中,也能看到乙太的身影。
    1956年,李政道和杨振宁在深入细致地研究了各种因素之后,大胆地断言,“θ-τ”粒子在弱相互作用下宇称是不守恒的。
 
    实验物理学家吴健雄在极低温(0.01K)下用强磁场把一套装置中的钴60原子核自旋方向转向左旋,把另一套装置中的钴60原子核自旋方向转向右旋,这两套装置中的钴60互为镜像。实验结果表明,这两套装置中的钴60放射出来的电子数有很大差异,而且电子放射的方向也不能互相对称。实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。
    为此,杨振宁和李政道荣获了诺贝尔奖。在随后的分析中,一般认为,造成宇称不守恒的原因是由于真空的作用。在狄拉克创建的相对论量子力学中,真空并不空,含有大量的正反粒子对。
    我认为这是一种借口,是对客观存在事实不能给出解释,而提出的一种假设。真空中含有大量的正反粒子对与光子的相互转化过程,若是真空与实验室中的粒子发生相互作用,则这种相互作用对正反粒子应该是平等的,除非真空本身具有不对称性,从而造成,正反粒子中总是某一粒子的寿命少于另一个粒子;总有一个品质大于另一个粒子;总有一个粒子的电荷大于另一个粒子的电荷。并且,这种差别的大小具有确定的数值。
    在粒子物理中,一般用“自发破缺”的概念来描述,在粒子反应中出现的对称性消失现象。实在找不到产生这种现象的原因,就找到了真空,有理论家认为真空中有物质,有的认为真空中的乙太造成这一现象。其实即便是真空造成的,这种正反粒子的不对称性也应该具有随机性,使得正反粒子之间的品质、电荷、寿命的差异存在不确定性,而此不是事实。
    最初赋予真空含有物质的试狄拉克。当薛定谔在德布罗意的吴志波的基础上建立起来量子力学的标准方程——薛定谔方程后,为了建立起相对论量子力学,狄拉克把爱因斯坦的能量方程公式引入了量子理论中,建立了相对论量子力学。但是,他面对相对论能量方程的负能量解一筹莫展。后来,为了给自己的理论找到解释,他认为宇宙中空中存在大量的负能量粒子。为了解释真空的中性问题以及为什么我们没有掉进真空中,他认为真空等电量的正反粒子填满了。
    从此,在物理学界就把真空当成了一种实在的物质。
    若真空中含有大量的正反粒子对与光子的相互转化过程,则真空中,应该时刻拥有正反粒子对存在。这样,一方面,由于其具有惯性品质,因此,会对运动的天体产生阻力的作用;另一方面,其中的反物质粒子会与我们熟知的物质发生湮灭,而大量消耗组成我们环境中各种物体的组成成分,造成普遍的湮灭现象,而无论这种物质是否拥有衰变特征。而事实是,我们身边的各种元素都拥有确定的稳定性:不稳定的有确定的衰变半衰期,稳定的始终不变。我们并没有见到来自真空的反物质粒子造成的普遍不稳定性。
    尤其没有见到来自真空的反粒子与组成我们人体的粒子发生湮灭现象。不然由于真空中含有大量的正反粒子对,因此,我们环境中的所有物体——包括我们人类在内,由于浸泡在这正反粒子对的海洋中,因此,早已应该发生疯狂的湮灭过程,从而在一片火海中消失殆尽,而此不是事实。
    为什么真空中大量的正反粒子对海,没有造成这种普遍的宏观物体的湮灭现象那?
    尤其是,真空中同存在大量的正反粒子对的产生与湮灭过程,但是为什么宇宙的天空是黑暗的?还能产生奥伯斯佯谬的困难吗?湮灭过程产生的光子不可见吗?为什么?!
其实,科学家们应该从其理论本身去寻找原因那!在粒子理论中,计算出现发散现象,就会用重整化方法加以解释——人为去掉计算造成的发散部分。这就产生一个问题,这样做的理论依据依据是什么。
    完全类似地,在粒子的标准模型中,不知道为什么粒子拥有品质。一般认为希格斯粒子通过西格斯机制使粒子拥有品质。即希格斯粒子与实验室中产生的粒子发生相互作用,而使粒子拥有品质。这就产生了两个问题:这种作用对于正反粒子为什么不是均等的,而使正反粒子拥有不同的品质、电荷、寿命等。
    中性K介子有长寿命K介子,和短寿命K介子两种状态,分别对应衰变为3个π介子,和两个π介子(两个π0或一对正反π介子)两种衰变过程。寿命分别为(5.17±0.04)×10-8s和(0.8962±0.0012)×10-10s。这就产生了一个问题真空为什么总是使两种不同衰变形式的正反粒子的寿命不同,并且拥有确定的寿命?
介子是一种品质比电子大,但比质子与中子小,自旋为整数,参与强相互作用的粒子,如π介子、ρ介子和K介子等。由九个国家近百名研究人员组成的一个小组在实验中研究了K介子反K介子相互转换的过程,实验中发现,反K介子转换为K介子的速率要比其时间逆转过程、即K介子转变为反K介子来得要快。这是物理学史上首次直接观测到时间不对称现象。
    有人认为,认为场只是物质的一种分布形式,它可以由实物造成,也可以由乙太造成。而引力场由乙太密度在空间里的分布形成;温度场是热激发实物的分布,它也可延伸至真空中而成为电磁激发乙太的分布。实物是乙太密度波包的核心,实物的质心是乙太密度的极大值点,引力场就是乙太密度场:引力势的绝对值对应乙太密度;引力场强度对应乙太密度梯度;品质对应实物的乙太波包的密度的增量(相对于基态);能量对应乙太波包的压强的增量。
    既然乙太是一种超流体,那么他就不会参与相互作用,怎能产生万有引力那,这显然是充满不能解释的矛盾呀。这完全是一种作茧自缚的思维。若乙太真的能产生万有引力,那么他与宇宙天体之间的万有引力的存在,根本就不会使其处于超流状态。这里存在不可调和的内在的思维冲突,
    有人认为,乙太是由正、反粒子对构成的虚玻色子的集合,是一种最基本、最普遍的玻色-爱因斯坦凝聚。 “虚”就是指最低能态,或者说没有形成以它为核心的乙太密度波包。也就是说,粒子是量子场的激发态,伴有乙太密度波包;而乙太是量子场的非激发态,或者说是虚粒子态,即没有形成以它为核心的乙太密度波包。这种观点何以解释粒子拥有的惯性品质、引力品质。而且,乙太处于一种超流态,而不同物质我们为什么没有见到他们处于超流态。
    尤其是,乙太处于超流体才没有组织宇宙天体的运动。按按照这样的观点——乙太是由正、反粒子对构成的虚玻色子的集合,是一种最基本、最普遍的玻色-爱因斯坦凝聚,那么宇宙天体、我们周围的任意宏观物体也是有乙太构成的,那么,为什么这些宏观物体之间不存在碰撞无阻力的超流态那。
    特别是认为真空态的玻色子是无所谓品质,也无形状、大小的“虚粒子”。这需要解释。
    有人认为,电荷是乙太中的“位元错”。定量描述中,乙太分布的均匀性,造就了全位错柏氏向量的基量性,这就是电荷基量性的根本原因。这存在一个问题,这种位错具有量子化现象吗,是什么原因产生的位元错具有量子化特征?为什么这种位元错只产生了电子电荷的1/3、2/3、1的倍数电荷量?
    因为,我们都知道,在粒子物理中电荷具有量子化现象——所有粒子(夸夸——含有电子电荷的1/3、2/3倍除外)拥有的电荷量都是电子电荷的整数倍。
    研究物理遇到问题,提出假设这是完全正确的,但不能人云亦云。
    物理中的物,指的是客观世界中的物质;理是道理是物质运动的规律性,类似于国人说的“道”。不具有物质客观性的幽灵乙太是不存在的!


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