三十九,統一場論能量方程
1,能量的定義:
能量是質點在空間中【或者質點周圍空間本身】相對於我們觀察者在某個空間範圍內【由於時空同一化,也可以說在某一個時間段內】運動的運動量。
能量和動量的定義是類似的,反映質點和空間相對於我們觀察者的運動程度,所不同的是,動量是向量,能量是標量,描述的角度不一樣。
注意,空間、物質點、觀測者、運動四個條件一個都不能少,否則,能量就失去了意義。
單獨存在的空間,沒有包含物體在裡面,也就是純真空是沒有能量的。沒有觀察者,或者沒有指明哪一個觀察者,能量是不能確定的。
2,統一場論能量方程
將統一場論動量方程的標量形式m’c = mc√(1 - v²/c²)兩邊乘以標量光速c,就是統一場論能量方程:
e = m’c² = mc²√(1 - v²/c²)
m’c²為o點靜止能量,當質點的運動速度v=0時候,以上的能量方程和相對論的質能方程e = mc²是一樣的。
m’c²為o點的靜止時候能量,這個和相對論的看法一致。
一個相對於我們觀測者靜止的質點質量為m’,相對論認為有一個靜止能量E = m’c²,意思是指這個質點周圍n條空間點的向量光速的平方,n的大小取決質量m’。
統一場論中的基本假設:宇宙任何物體靜止時候周圍空間以向量光速向四周發散運動,可以直接解釋相對論靜止能量。
在統一場論中,mc²√(1- v²/c²)為o點以速度v運動的時候的能量, 和靜止能量m’c²是相等的。
這個和相對論的看法稍稍不同。
相對論認為o點靜止時候的能量m’c²和以速度v運動的時候能量mc²是不一樣的。
而統一場論認為o點以速度v運動的時候能量mc²√(1- v²/c²)和靜止能量m’c²是相等的。
統一場論認為質點能量的量必須相對於一個確定的觀察者才有意義。
s’系的觀察者發現o點靜止,能量為 m’c²。
s系裡觀察者發現o點以速度v相對於自己運動,能量為mc²√(1- v²/c²)。0
但無論哪一個觀察者都不可能觀察到o點能量為mc²。
統一場論強調了不同的觀測者,看到了能量有不同的表現形式,但總的能量的數量與觀測者無關,這種觀點應該比相對論的觀點要合理一些。
我們可以設想,一個質量為m的火車相對於我們地面的觀測者以勻速度V【數量為v】直線運動,地面的觀測者認為這個火車有動能mv²/2 ,而火車上的觀測者認為火車的速度為零,因而動能為零。
所以講,現代物理學認為動能相對於不同的參考系是不守恆的,一個物體具有的動能在不同的觀測者看來是不一樣的。
但是,統一場論有著不同的看法。統一場論認為一個物體具有能量0在相互運動的觀測者看來數量是一樣的,能量對於不同的參考系仍然是守恆的。不同的觀察者看到的只是粒子運動形式有所不同,而粒子總的能量是不變的。
3,統一場論能量方程和經典力學動能公式的關係
經典力學認為,一個質量為m的質點o點相對於我們觀測者以速度V【數量為v】運動時候,在我們觀測者看來,具有動能 Ek = 1/2 mv²。
統一場論和相對論有相同的動能方程:
(m - m’)c² = Ek,
Ek也是牛頓力學中的動能,
將統一場論能量方程
e = mc²√(1- v²/c²)中√(1- v²/c²)用級數展開為
1- v²/2c²·····
略去後面的高次項,得到:
e ≈ mc²- mv²/2
mv²/2就是牛頓力學 的動能Ek,
由e = m’c²可知mv²/2≈ mc² - m’c² = c²(m - m’),這個表明經典動能是物體以速度v運動的時候引起靜止質量發生變化的變化量。
4,統一場論中動量和動能之間的關係
統一場論的靜止動量P’= m’C,運動動量為P = m(C- V)【標量式為p = mc√(1-v²/c²)】。
統一場論認為質點的靜止動量的數量和運動動量是相等的。
p = mc√(1-v²/c²)= m’c
m’為物體o點靜止質量,m是o點以速度V【標量為v】運動時候的質量。
統一場論給出的能量方程認為質點o靜止時候具有能量m’c ²,以速度v運動的時候具有能量mc²-Ek是一樣的,並且:
mc² - Ek = m’c ²
其中Ek ≈(1/2)m v² 為o點的動能。
利用以上公式,可以求出光子的動能Ek 和光子的動量P【數量為p】 之間的關係,
把式mc² - Ek = m’c ²中m’c ²用p²= m’²c² 換掉,有:
mc² - Ek = p²/m’
對於光子量m’= 0,式mc² - Ek = m’c²中的
m’c ² = 0由此匯出光子的動能Ek = mc²一場論能量方程m’c² = mc²√(1 - v²/c²)除以光速c,\了統一場論的動量方程mc√(1-v²/c\ ²)= m’c,按照這種思想,我們把光子的能量方程e = mc²除以光速c得到光子的動量方程:
p = mc
向量式為P = mC
光子的動量p和能量e滿足以下關係:
P = e/c
可以看出統一場論給出的能量公式和相對論有相同部分,也有不同部分。
光子的靜止質量為零,因而其靜止能量m’c²也是零,而光子的運動總的能量 mc²√(1 - v²/c²)也是零,因為光子的運動速度v = c。
但是,光子運動能量分為正負兩部分,其中任意一部分都是
mc²,所以,光子運動的時候,其運動能量也可以表示為mc²。
以上表明,光子仍然遵守能量守恆。
對於統一場論能量和統一場論動量之間的關係,只要將能量方程兩邊除以標量光速c就能夠得到統一場論的動量公式。
對於統一場論能量和相對論動量P’=mV【數量為p’= mv】之間的關係。
對統一場論能量方程e = m’c² = mc²√(1 - v²/c²)兩邊平方,可得:
e ²= m’²c²c² = m²c²c² - m²c²v²
由此得到:
m²c²c² = m²c²v² + m’²c²c²
m²c²c² = p’²c² + m’²c²c²
這個結果和相對論看起來是一樣的,但是,相對論認為m²c²c²是總能量e的平方e²= m²c²c²。
而統一場論認為總能量e平方為:
e ²= m’²c²c² = m²c²c² - p’²c²
四十,光子模型
相對於我們觀測者加速運動的電荷會在周圍空間產生加速變化的電磁場,加速變化的電磁場可以產生反引力場,反引力場可以使加速電荷、或者附近的某些電子的質量和電荷消失。
電子的質量、電荷消失,導致周圍的力場和電磁特性消失後而激發起來,以光速向外運動,這個就是電磁波,又稱光。
光子模型一種是由單個激發電子相對於我們觀察者以螺旋式遠離我們運動,並且旋轉的中心是條直線,在這個直線方向速度是光速。
第二種是兩個激發電子繞一條直線旋轉,同時又沿著這條直線平行方向以光速運動,結果是以圓柱狀螺旋式遠離我們觀察者運動,並且這兩個電子在中心這條直線的垂直方向是對稱的。
光子的動量為P = m C,
m是光子運動質量,C是向量光速。光子靜止動量和靜止質量都為零。
光子的運動能量為e = m c²
電子受到了加質量力(C-V)dm/dt的作用後,處於靜止質量為零的激發狀態,這個就是光子,光子相對於觀察者始終以光速運動。
宇宙中任何物體粒子周圍空間以粒子為中心,以光速向四周發散運動,光子其實是靜止在空間中隨空間一同運動。
光子的粒子性,是因為光子由激發電子構成,光子的波動性是空間本身的波動,空間時刻在波動,波動速度就是光速。