类星体的本质(理论)

 

包学行

 

一、光子的波特性与光子的频率红移

在地面实验早就发现了光子不但具有粒子特性,而且还具有波动特性,在宇宙空间又发现越远星系发出的光其频率红移就越大,这二者之间有什么关系呢?作者认为二者产生于同一原因。

因为波粒二重性不仅光子有,而且任何微观粒子都具有波粒二重性,任何一个微观粒子都具有质量m,光子的质量

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上式(1.1)中 h 为普朗克常数,f 为光子的频率,c 为光速。实验表明上式(1.1)也适用于任何一个微观粒子,由式(1.1)可推出任何一个微观粒子表现的波特性的频率为

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实验也表明任何一个微观粒子表现的波特性的波长为

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上式(1.3)中 P 为粒子的动量,v 为粒子的运动速度。那么这种表现出粒子波动特性的波(德布罗意波)的波速为

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因为粒子的运动速度 v 是低于或等于光速 c 的,所以 c2 / v ≥ c,即粒子的德布罗意波的波速是可超光速的。

那么现代物理怎么解释这个问题呢?现代物理令人悲哀地用一种称为“群速度”的牵强的解释,硬把德布罗意波超光速这个科学突破的线索给埋没了。

(以上所述网友们可参考:《现代物理学》、《近代物理学》、《理论物理学》、《量子物理学》、《粒子与波》等书籍,这类书同名不同作者不同版次的很多。)

作者认为:只要承认了德布罗意波是可超光速的波,那么天上的光子频率红移与地面观测到的微观粒子表现的波粒二重性都变得非常容易理解与非常容易解释了。

微观粒子是一个幅射德布罗意波的波的波源,因幅射德布罗意波的波需要消耗能量,而使粒子的频率发生了红移,只不过这种幅射的量很低,在地面实验是观测不到这种频率红移变化的。

但类星体与河外星系发出的光要经过远大于数十万年的时间才能到达地球,这样长时间的德布罗意波幅射频率红移就很显著了。

在单光子双缝实验中,二缝靠得很近的话,若光子穿过甲缝,光子幅射的德布罗意波的波将穿过乙缝与光子发生相互作用,因光子到达时的初相角分布落在0度至360度中的任一角度的几率是相等的,光子穿过窄缝宽度方向上任一点的几率也是相等的,但不同初相角的光子及穿过窄缝宽度方向上的不同位置的光子与德布罗意波相互作用力的大小与方向将有所不同,总的干扰结果就使光子投射到屏上各个位置上分布几率成波动样式。

相干的激光束远传会散开,其原因也是光子幅射的德布罗意波的相互作用的结果。

如果光子频率红移是起因于光子幅射的德布罗意波,星系与类星体的光谱红移就不再用宇宙大爆炸来解释了,类星体将变成一种非常好理解的天体,其中最近的类星体3C273还是本星系群的一个成员呢。

 

二、德布罗意波中的奥秘

  微观粒子的波动特性其表现的频率与波长是通过实验观测得到的,也就是说存在一种波,它有可观测的频率与波长。

  时间频率( f )的定义为:波动单位时间振荡的次数(简称:频率);

  波长(λ)的定义为:波动每振荡一次波动传递的距离;

  波长(λ)也可定义:波动传递波形中二个同相位(角)点间的距离;

  (因为波某相位(角)点通过到下一次同相位(角)点通过刚好是波振荡一次的时间)

  一个有频率( f )与波长(λ)的波显然有波速 V = fλ.

  但当德布罗意波的波速 V = fλ= c2 / v ≥ c 时为什么要把它打为“段速度”呢?

 

  波动的描述的另外几个量为:

  角频率(ω)的定义为:ω= 2πf ,这个概念最初来自正弦交流电发电机转角与波形之间的关系;

  空间频率(K)的定义为:波动传播过程中单位长度上分布的波动个数(有人简称:波数);

  空间角频率(k)的定义为:k = 2πK。

  那么波速也可表达为:

  V= 单位时间传播的距离/单位时间

   = (单位角位移传播的距离/单位角位移)×角频率

   = (1/空间角频率)×角频率

   = (1/k)×ω

   = ω/ k

( 以下用 ω0 代表ω带足标0 ,SQR( x ) 表示 x 的开方,

   SQR( n , x ) 表示 x 的开 n 次方,ββ 表示 β 的平方)

  对于微观粒子的德布罗意波的波的时间频率

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  lxtbz200.gif (950 bytes) ( v 为粒子运动速度,c 光速。)

  德布罗意波的波的空间角频率

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  从式(2.1)与(2.2)可求得德布罗意波的波速

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  这样一个有明确定义的德布罗意波的波的波速,为什么会被某些人称为:

  "相速度",即"等相位点的速度",是一种"巧合速度"或"概念速度"呢?

  因为从(2.1)与(2.2)式知 ω与 k 都是 v 或β的函数,现在我们来分析一下德布罗意波的波的波速变化的动态情况,对(2.1)式与(2.2)式求微商(导数)得

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  那么从式(2.4)与(2.5)得,时间角频率 ω 相对于空间角频率 k 的瞬时变化速率应为

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  为什么德布罗意波的波的时间角频率 ω 相对于空间角频率 k 的瞬时变化速率 dω/dk 刚好等于微观粒子的运动速度 v,这是揭示微观世界特性的一条重要线索。

  但为什么德布罗意波的波的时间角频率 ω 相对于空间角频率 k 的瞬时变化速率 dω/dk 也被某些人称为“群速度”呢?

  德布罗意发现德布罗意波是他一项伟大的贡献,但他又被他发现的德布罗意波的波超光速与当时的光速极限论相抵触所困惑,他预期要找出德布罗意波与粒子运动速度的关系,他通过复杂的数学推导找到了式(2.6),他把德布罗意波的波速V称为“相速度”,把德布罗意波的波的时间角频率 ω 相对于空间角频率 k 的瞬时变化速率 dω/dk 称为“群速度”,以解释他的困惑。

 

三、光速不变原理的再认识

牛顿与爱因斯坦是最令我敬佩的两位伟大的科学家,但是我们敬佩他们并不是迷信他们,他们的伟大也并不等于他就没有错误。因此本文要谈一谈对相对论中光速不变原理的再认识。

相对论从光速与观察者的运动无关,得出了运动物体将会尺缩钟慢,这将引出许多矛盾。

我们设想做一个理想的实验:在静止坐标系与光子坐标系中各有一节静态约30万公里长的车厢,车厢的头部用A与A'表示,车厢的尾部B与B'表示,其中带“ '”的代表光子坐标系的头尾标志,在时刻 t = 0 时前,两节车厢重迭,从时刻 t = 0 开始以光速及B到A方向运动。

如果仅作点观察(设想A'与B'都有一个光子与车厢一起运动):

在时刻 t = 0 时,A与A',B与B'都分别重迭;

在时刻 t = 0.5 时,A'在A前约15万公里,B'在A与B的中间;

在时刻 t = 1 时,A'在A前约30万公里,B'与A重迭。

如果静止坐标系要作线观察:

在时刻 t = 0 前的瞬间,AB与A'B'重迭;

在时刻 t = 0 时,因尺缩A'与B'重迭;

矛盾1:A'与B'要以无穷大的速度靠拢,这显然与相对论的光速极限论相矛盾;

矛盾2:按尺缩在质心A'B'要位于AB的中点,按光在A与A'点发射A'B'要位于A点,这将产生定位矛盾;

在 t = 0.5 , t = 1等时刻的矛盾;在光子坐标系作线观察的矛盾读者可自行分析。

因此说:“观察者运动不会影响观察者观测到的光速”的论断是错误的。

双星观测的前半周期与后半周期的一致等天文观测都有证明了光速与光源运动速度无关。

因此说:光速在“真空”中的运动速度与光源运动速度无关的论断是正确的。

此外天文观测也表明:

1. 从强引力场中出来的光子(如中子星的辐射光)在“真空”中的传播速度仍是不变的光速,但可改变光子的频率;

2. 光子在引力场中改变传播方向后,仍在“真空”中以不变的光速量值在新的方向上传播。

因此光速不变原理应修正表达为:

1. 光在“真空”中的运动速度与光源运动速度无关,是不变的;

2. 光子运动方向上的重力加速度(分量)不会改变光在“真空”中的运动速度,但会改变光子的频率,频率变化量应遵守能量守恒;

3. 与光子运动方向垂直的重力加速度(分量)会改变光在“真空”中的运动速度的方向,但不会改变光子在“真空”中的运动速度的量值,也不会改变光子的频率。

按这个新的光速不变原理,显然类星体不会是“黑洞”。

 

(未完待续)

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