电子的电磁质量不是电子静止质量的一部分.docx

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1、电子的电磁质量不是电子静止质量的一部分1916年爱因斯坦完成广义相对论以后，基于物质世界的统一性和内在和谐性信念，认为广义相对论只能描述引力场是不够的，应该将广义相对论加以推广，使它不仅能够描述引力场，同时也能够描述电磁场.在爱因斯坦看来“还不能断言，广义相对论中今天可以看作是定论的那些部分已为物理学提供了一个完整的和令人满意的基础.首先，出现在它里面的总场是由逻辑上亳无关系的两部分，即引力部分和电磁部分所组成的.其次，象以前的场论一样，这理论直到现在还未提出一个关于物质的原子论性结构的解释.这种失败，也许同它对理解量子现象至今尚无贡献这一事实多少有点关系.爱因斯坦在论动体的电动力学中W=jt

2、Vi(-jl.-)的原始公式如下：卜?，式中W为电子的动能；为电子质量；V为光速；V为电子的运动速度.爱因斯坦在论文中谈到：“在比较电子运动的不同理论时，我们必须非常谨慎.这些关于质量的结果也适用于有质的质点上，因为一个有质的质点加上一个任意小的电荷,就能成为一个(我们所讲的)电子.”爱因斯坦说：“既然依据我们今天的见解，物质的基本粒子按其本质来说，不过是电磁场的凝聚，而决非别的什么，那末我们今天的世界图像,就得承认有两种在概念上彼此完全独立的(尽管在因果关系上是相互联系的)实在，即引力场和电磁场,或者一一人们还可以把它们叫做空间和物质.”爱因斯坦1905年3月曾经指出：“在物理学家关于气体或

3、其他有重物体所形成的理论观念同麦克斯韦关于所谓空虚空间中的电磁过程的理论之间，有着深刻的形式上的分歧.”在电磁学的学习中，作为点电荷来引入相互作用能的概念.然而在介绍静电能时却抛弃了点电荷模型，把研究对象改为体电荷与面电荷.为探究其中的原因，首先探讨电荷量为q的点电荷的自能：W白=ape(r)U(r)dV(1)其中U(r)是点电荷在自身处产生的电势不妨将点电荷看做00的均匀带电球体，电荷球内r处的电势为竺力，则60W自=;p(4d叨甘=1p2瑶把P=/代入上式得：W白/羔(3)很明显r()0时，W自8如果通过点电荷能量密度对能量进行全空间积分也能得到自能趋于无穷大的结论:f+00lzq77q2

4、W自=Jro2（E）,4rdr=E一+cr一+8）无穷大的能量存在是具有迷惑性的，为什么会有这种现象呢？最普遍的解释是由于点电荷是一种理想化模型，它并非尺寸为零的几何点，而是尺寸有限但远小于考察距离的带电体.在计算点电荷自能时，我们必须考虑它自身上的电势，这便使带电体无法再被看做点电荷，于是积分式显得没有意义.这种说法可以定性地解释点电荷自能发散问题，同时也可以解释线电荷同样的自能发散问题.然而，它不是完美的.一个重要的原因是我们还不能确定点电荷是否只是理论模型.电子是最有可能被认可为理想点电荷的带电体，迄今没有一个实验发现电子具有更加精细的结构，但同时我们无法想象什么作用可以抵抗电子的电磁斥

5、力而使其保持如此稳定.如果电子是现实存在的点电荷,那么这两方面矛盾就自动消除了.然而如果点电荷确实存在，我们必须寻找一些步骤消去或者至少避开无穷大.这类发散困难在量子场论中不少见，因为量子场论就将一些基本粒子看做点粒子，而几乎所有的发散都来源于场对这些粒子的自作用.重新以电子为例，如果它是一个点，它产生的电磁场在自身处作用而引起的电势能将是无穷大的.为了解决发散问题，有一类称为重整化的方法，它告诉我们可以通过加上或者乘以一个无穷大将发散量隐藏起来.在实际运算当中譬如点电荷自能在各种背景之下没有实际作用，它始终保持不变，那么我们就可以用无穷大的常量将这些发散项减去，而仅仅考虑有意义的部分，这是重

6、整化方法的基本构想.事实上可观测量与理论本身的参数并不一定是一致的.可以证明，在足够小的距离范围之内，仅仅修改发散部分，对不发散部分的影响很小.就如考虑点电荷系统自能为一可度量常数，点电荷系统静电能为这一常数与互能之和，修改后的物理量值对各种物理情形的分析没有影响.因此这种处理方法是有效的.基于此种思想下的实验测量,检验也证明了重整化理论的合理性.尽管重整化解决了一些发散问题，但它是否为正确的理论仍然存疑.引进重整化是为了处理发散问题，然而这种思想基于我们认为一个物理理论是不应该发散的.在高能物理方面的不成熟迫使我们不得不模糊与发散有关的现象并且进行刻意的回避.总而言之，重整化是解决问题的一条

7、途径，然而不是最终的方法.如果要确切的解决自能发散问题，不得不发展出一套正面应对发散困难的理论.笔者通过认真地思考后认为电子的电磁质量不可能是引力质量的一部分，原因有二*一个：1.根据广义相对论，物理定律对于任何物理定律具有相同的形式.当电子在引力场中加速运动的时候，其电量是不变，不满足LorenIZtranSfOrmatiOrb所以其电磁质量也应该不变（电磁质量应该是电量的单值函数，与运动状态无关，否则下面的理想实验无法解释一一假设在一个封闭系统中有两个物体，一个不带电荷也没有磁矩，另一个带有电荷，它们的引力质量相等，分别位于A、B两点，观察者处于线段AB的中点，两个物体同时由静止出发相向运

8、动，它们所受的力大小相等.按照狭义相对论，它们的引力质量在任何时刻都相等，引力能量相等，可是根据经典电动力学由带电的物体将不断地辐射光波，那么能量从何而来？如果能量守恒把物体辐射的光波考虑在内，由于电磁力满足宇称守恒，因此辐射光波的总动量应当为0,由带电的物体速率应当大，能量仍然不守恒.），根据经典电动力学如果把电子看做球体的话电子的静电能与电量的平方成正比.如果电子的电磁质量与运动速度有关，满足，那么电子的电荷具有的能量也满足Lorentztransformation,不符合广义相对论的要求.根据经典电动力学电子的电磁质量m-Q2r,如果将来通过某种手段把电子的半径变为原来的2倍，电磁质量变

9、为原来的1/2,可是根据洛伦兹变换电子的静止质量没有变化，可以得出电子的电磁质量不是定值.假设一个带电球体电量为Q，电磁质量为m,然后使其电量增加一倍，电磁质量是否为4m?根据经典电动力学质子与正电子的电磁质量不相等，因为半径不相同.现代物理学认为电磁质量由电荷附近的电磁场分布结构决定，与电荷没有多大的直接关系，只是间接关系.因此质子与正电子的电磁质量应该相等.电荷附近的电磁场的源是电荷，但当电荷运动的时候，电荷附近的电磁场分布结构会发生变化，如发生压缩畸变,其分布结构是速度的函数，这可见一般教材，因此电磁质量也是速度的函数，满足当运动速度为0时，电子和质子的电磁质量是否相等？当一个质子与电子

10、组成H时，总体看不带电，电磁质量为0,可是两个微观粒子均具有电磁质量，如何理解？2、物体的静止质量是内禀的，是个常数，有人认为电磁质量是应该与静止质量有关的，电磁场的能量由电荷决定，电量与带电体的运动状态无关，引力质量与运动状态有关.假设电子的静止引力质量是m,电子的电磁质量是叫，电子的引力质量另外的部分为m-11.当电子以百2c运动时，根据洛伦兹变换此时电子的引力质量为2m,电子的引力质量另外的部分为2m-2m1,电子的电磁质量应当为2m.,可是电子的电量没有变化，显然存在着不和谐.电量不满足Lorentztransformation,因此把电磁质量作为引力质量的一部分存在着不协调性一一只要

11、维持电子电荷值不变的观念，这个问题不管怎么也解释不通.这中间，要么质速关系式错了，要么就是电子电荷值不变的信念错了，然而这与实验事实又高度一致.由于公式E=InC2,物体的引力结合能具有（负）质量，因而系统总质量不等于各部分质量之和.而在麦克斯韦理论中，作为线性理论的直接结果，电荷（类比于质量）是严格可加的.3 .电磁力存在吸引与排斥两种状态，只有物体带电时才有，而引力是永远存在的；如果电磁质量是引力质量的一部分，那么库仑力也应当是万有引力的一部分，电子、质子等带电粒子之间的电磁力远大于万有引力，电磁质量远大于引力质量，电磁质量不可能是引力质量的一部分；电子激发的电磁场的能量小于电子的电磁质量

12、，正如物体激发的引力场能量小于引力质量的能量一样.通过将1个氢原子作为模型和对比，可求出氢原子上正电子对壳上负电子的电磁力Fe与原子核质量与壳上电子质量的引力R之比，即FFg=L11=2.27x1039;狄拉克大数，这是因为静电力和引力都同时作用在电子和原子核上，而有着同一个距离R.4 .根据质速关系引力质量可以连续变化，而电荷和电磁场呈量子化分布，现代物理学未让量子力学进入的唯一领域是引力和宇宙的大尺度结构,将引力场量子化遇到无穷大的困难.重整化可以消除无限大的问题,但是由于重整化意味着引力质量作用力的强度的实际值不能从理论上得到预言，必须被选择以去适合观测，因此重整化有一严重缺陷.目前要取

13、得进展，能够建议采用的最有力的方法,就是在企图完成和推广组成理论物理现有基础的数学形式时,利用纯数学的所有源泉，并在这个方面取得每次成功之后，试着用物理的实体来解释新的数学特色.如何把量子论和泻曲时空（即广义相对论）结合起来却是十分困难的事情.到现在为止，虽然学术界在电磁场、电子场等各种物质场的量子化中取得了极其成功的进展，但引力场量子化的工作却遇到了意想不到的巨大困难.到目前为止，所有试图把引力场量子化的理论（包括超弦和圈量子引力理论）都存在问题.在物理学发展过程中，量子论引起的疑义始终多于相对论.量子论留给了人们太多的争议.爱因斯坦曾经说过,我思考量子论的时间几乎是思考相对论的100倍，但

14、是我还是不清楚什么是光量子.5 .电荷具有正负，电磁质量应当相反，而物体的引力质量无此区别.现代物理学认为中子有一个上夸克和两个下夸克组成，外观上看电量为0,由于每个夸克均激发电磁场，因此电磁质量不等于0,显然存在不协调性.电荷分为正负，但电场的能量密度却总是正的，所以积分得到的电磁能量总是正的，因而电磁质量也总是一个正值.根据牛顿第二定律，惯性质量是表征当物体受到外力作用的时候，物体运动状态改变的难易程度，即物体保持原来运动状态的本领大小的物理量.这个和电荷的正负无关，所以正负电子可以具有相同的惯性质量.当正负电荷中和的时候，电磁质量减少，引力质量没增加，但正负电荷中和会释放原来具有的电势能

15、，即原来的电磁质量会转化为别的能量，如正负电荷中和释放两个光子，则原来的电磁质量就转化到了光子中.那么转化的机制是什么？同种电荷的电磁力相互排斥，异种电荷的电磁力相互吸引，电荷之间的作用力依靠电磁场来传递，为什么电磁场的能量都是正值？一个中性原子的电磁场的能量为0,说明正负电荷激发的电磁场的能量相反.6 .爱因斯坦的广义相对论是引力理论，把引力场量子化给出引力场的量子成为引力子,它应具有自旋为2,和IeCtrieCfield的量子一一光子性质很不相同.近年来理论上对超对称性的探讨提供了新的可能性，超对称性在自旋不同的粒子间建立了联系，因此就有可能把引力相互作用和其它相互作用联系起来,通过超对称

16、性建立的四种相互作用的统一理论称为超大统一理论.但是根据对称的相对性与绝对性原理,超对称的工作是没有止境的.超对称要求除引力子外，还应当有自旋3/2的引力微子存在，但是实验上并没有发现它的存在.7 .引力质量都占有一定的空间，也就是具有体积，而电磁质量没有体积，因此量子电动力学的点模型观点是正确的.8 .电磁质量和引力质量可以分离，存在Maxwell理论中脱离物体携带能量的场.最近，法国里昂的科学家发现了有四个中子组成的粒子，又称为“零号元素”.最新的实验表明，中微子具有引力质量，大约为电子引力质量的50000分之一.中微子具有引力质量但是不带有electriccharge电磁质量.现代物理学认为除了带电介子外，还存在中性介子，其（引力）质量恰好等于或者近似等于（其实相等）带电介子的（引力）质量，性质相似.爱因斯坦指出了波函数坍缩过程与相对论之间的不相容性,爱因斯坦的这一