量子力学和相对论的关系精选(九篇)

第1篇：量子力学和相对论的关系范文

近年来，许多人著书立说，认为当代物理学与东方哲学(包括中国与印度)之间存在着某种相似性。在本文中，作者将着重讨论它与中国哲学，特别是易哲学的共同点。易哲学主要源出于《易传》，该书是约在公元前3世纪编成的，传统的看法是由儒家编纂的，但从它的内容来看应该推测是由道家编纂的。

简单地把量子力学与易哲学做直接的类比，只能给出它们之间相同性的肤浅描述。为了把这种无定形的直觉变成为一种有价值的、具有透彻性的思想，必须要在本体论的层面上对二者进行深入的分析比较。本文作者试图在这一工作的基础上，融合量子力学与易哲学这两方面的思想成果，建立起一个崭新的哲学观，这一哲学观将会较好地对量子力学做出哲学上的诠释，同时也包含对易经哲学中的主要哲学思想进行科学化与形式化的转变。

2 量子力学的本体论表述

2.1 玻尔的哲学观

从经典物理学到量子力学，这一过渡对物理学观念产生了深远的影响。现在人们已清楚地认识到，经典物理学的原理仅适用于有限的范围，而且只是一种近似。经典力学的标准哲学诠释混淆了物理的现象与本体论的概念，并且与量子力学是不相容的。

尼尔斯·玻尔是在量子论出现时期的一位偏好哲学的著名物理学家。他对量子理论引起的哲学问题进行过深刻思考。玻尔关于量子力学的哲学观既深刻又有局限性，这源于他的方法学。他的方法学的中心部分是关于物理学概念体系的分析。他尖锐地指出，西方本体论的概念是对经验现象产生的概念体系的不适当的外推。玻尔的哲学观的局限在于，他的方法学过份强调了物理学中的经验基础而忽视了他分析中暴露出的量子力学含有的思想体系的内涵。

在他著名的科莫演讲中，玻尔陈述了量子论的基础：或许可以用所谓“量子假设”来表述，即一个基本的不连续性或更确切地说是分立性，存在于任何原子过程中。这对经典理论来说是完全陌生的，这一分界以普朗克的量子运动为标志。据此，他做出以下结论：量子假设表明，有关原子现象的任何观察，都不可避免地包含观察者与观察媒介的相互作用。

2．2 相互作用原理

当然，玻尔自己很小心地避开了本体论的话题，也拒绝提出任何本体的假设，因为这样的假设违背了他的方法论的原则。虽然如此，因为上面说过量子力学包涵着新的思想材料，我们可以看见他的立场很含蓄地赞成了本体实体的存在。这是因为他的立场既要把观察描述成一种相互作用又要把在不同实验条件下对同一被观察物得出的现象的描述，作为对这一被观察物的互补性的信息。

需要一种新的本体论的原则，来描述本体与现象之间的关系。这个原则可取之于两个来源，一个是玻尔对观察与相互作用的观念；另一个是假设现象是本体与观测仪器相互作用的结果。这导致了相互作用原理：

现象是由于本体与观测媒介相互作用的结果。

相互作用原理将全面的现实分为两个领域：一个领域是本体现实，它与实验媒介相互作用，这一现实是独立存在于相互作用之外的；另一领域是指相互作用的结果，这是被称为现象的现实，相互作用使得这一现实可以被实验所感觉到。从这一理解出发，本体论的中心问题是探索这一本体现实的性质。

2．3 通向本体论的三个步骤

建立量子力学的本体论哲学体系可以分为三个步骤。第一个步骤是给出这一概念的形式化的数学结构。薛定谔方程中的波函数概念是量子力学的中心形式化概念。玻恩的几率诠释符合了使波包与实验统一起来的需求，但是创造一个本体论的独立实在的概念需要完全不同的方法。由于薛定谔方程可以用来描述观测之间的真实变化过程，而符合薛氏方程的波包的量子力学的干涉有物质的结果，所以本文作者认为，薛氏方程所描述的波包概念是一个比较合适的用以建立本体论概念的形式化概念。

第二步，我们必须考虑，假如有实体满足该描述，为了真正的存在，它们还要满足什么样的其他条件。在目前情形下，我们必须考虑波包应具有怎样的本体性的性质才能得以存在，这即是说一个单独的波包不能做一个本体实体，我们必须考虑要加上怎样更多的性质去构成一个完备的本体实体。这一考虑的结果将会给波包一个实在性的诠释。具有波包的数学结构的真实存在，将与我们通常所认为的自然实体有着截然的不同。这一诠释需要一个全新的概念体系的框架。因此，诠释的问题，便是在波包的数学结构基础上，创造一个全新的范畴体系，来表达一个合适的本体实体概念。这一概念必须承认，实体在孤立时是非局域性的，而当与一个实验媒介发生系列相互作用后，便会成为局域的。根据这一要求，本文作者提出一个新的概念就是“双波包”的概念。双波包由正弦元波包与相调节子波包构成。这些概念将在下一章节里加以阐明。

第三步，是要建立一个普遍的哲学体系，使我们能够理解现实的一切，它将包含而又超出我们一开始所讨论的所有科学问题。这将导致对精神一类性质的问题的哲学探索，以及对双波包体系的哲学上的思考。后一问题是本文的主要重点，并将在“3”讨论，出于适当的动机，将在“2．5”对精神和意识问题做出一个粗略的描述。

2．4 双波包

本体实体必须是某种真实波包，从而波包的形式体系可以用来描述它。构成这一波包的波可以认为是一组单色正弦元波。这样的波包是量子力学的群包的本体论的诠释。它所组成的各个单色正弦波不是真正的本体实体，但是为了构成真实的波包，它们必须具有一种似实非实的存在性质。它们没有现象上的存在，是因为它们自己本身不能有量子力学的干涉从而产生局域化而被观测到。可以说本体实体的原料不是正弦波而是正弦波之间的量子力学的干涉。

构成这波包的波，必然有很复杂的相互关联，这样波与波之间的干涉才能建立并保持下来。进一步，它们还必须具有一些特别的性质来造成它们的粒子现象。如果粒子现象是由于波包里的波之间的干涉被重新调节而形成的一个极限小结构，那么，这就可以用相关联的重新调节来解释群包的塌缩，就是粒子的出现。所以，在波包形成与塌缩时，便会通过相关联来建立或调节构成波之间的干涉。

在量子力学中，没有任何力可以在波包中调节一个单独的元波。所有的量子力学的力都表现于不可分割的基本粒子之间，不表现于一个基本粒子之内。因此，本文作者认为本体性的干涉实际上是通过一种比量子力学的力更复杂精巧的调节来实现。借鉴电磁相互作用与强相互作用中的光子与胶子概念，可以把这些干涉相应地解释为一种本体性的实体，即所谓的相调节子，因为它调节正弦元波的相位。

为构成一个波包，一大群的相调节子必须一齐配合起作用。所以，我们提出这大群调制子构成一个调节波包。没有相调节子来调节一群正弦元波，这群正弦元波就不能构成一个波包。因此正弦波包的存在依靠着相调节子波包的作用。所以本文作者认为，一个基本的本体实体，是由一对双波包构成的，它包含密切相关的正弦元波包与相调节子波包。双波包概念是建立在形式化量子理论基础上的本体论的中心概念。

2．5 精神与意识

相互作用原理和双波包的本体论提供了一个基础，可以用来建立一个关于意识的解释性体系，而这一点用其他的量子论诠释是无法达到的。首先，我们利用相互作用原理把意识经验解释为本体现实与经验媒介、我们的感官相互作用的结果。这样的相互作用的概念是由相调制波包的相互作用的概念扩展而来的。其次，双波包的本体论让我们可以假定相互作用是相调节子波包，而非量子力学的群波包。因此，意识是本体实体的相调节子与人类的器官的相互作用结果。意识现象与它的相应本体现实分子的关系，与物质实体与它的相应本体现实分子的关系类似。当然，在进入相互作用中的本体现实分子的性质必须被诠释为如下两种不同的情形：进入物理作用的是正弦元波包，它是量子力学的群波包，可用薛定谔方程描述；有意识现象做结果的是相调节子波包，它不能用量子力学来描述。但是只是通过量子力学概念体系就能够发挥这个概念。在这两个范围内相互作用必然有性质上的不同。在物质的方面相互作用是波包的塌缩。在意识的方面，可以类似地称之为相调节子波包的塌缩。可是由于我们没有一个关于相调节子波包的决定性概念，这样说必然依旧相对地不明朗。无论怎样，这种概念在区分相互作用的来源与结果上有着重要的用处，正像在量子力学中一样。正如物质实体是现象，意识也是现象。它是本体实体与人类的器官的相互作用的结果，就像量子力学的粒子是本体实体与观察媒介的相互作用的结果一样。

现在，我们有了一个关于精神哲学的全新的概念体系。我们可以称其最高范畴为相调节子领域中的“心”或“灵”，它相应于传统上西方哲学对心与灵的理解。但我们必须注意，传统的解释有严重缺陷，因为人们把关于心和灵的本体的因素与意识的现象的因素混淆在一块了。现象的因素必须从本体论概念中抽出来，归到现象性的自我，即意识。心或灵概念中剩下的本体论的内容应该被诠释为一个相调节子波包系统。进一步地，相调节子除在解释量子力学的现实诠释上有重要作用外，它既给心以自然诠释也使心的概念自然化，并将它扩大到整个自然界。

总之，量子力学的双波包本体论使本体实体与现象实体之间有了本质上的区分。现象实体是本体实体与经验媒介相互作用的结果。本体实体与现象实体，都各有两个领域。现象实体的两个领域是意识和物质实体。本体实体的两个领域是物质的正弦元波包和非物质的相调节子波包。

3 中国的本体论与量子力学

3．1 双波包的本体论与西方本体论概念

现在我们必须把我们的注意力转向建立一个解释现实的普遍的哲学概念体系。纵观西方哲学概念，没有类似双波包理论的。西方哲学有二元论的传统，其中以笛卡尔为最。但是二元论与这里提到的双波包的二元性有根本上的不同。在二元论中，物质与精神两个领域是截然隔离的。这就是说，物质与精神这两个领域中的每一个别的实体，都有着独立的本体的存在。但是在双波包理论中，正弦元波包与相调节子波包只能互相关联地存在以构成独立存在的真实波包。在这里要强调，由逻辑观点来说正弦元波包与调节子波包是先于存在的，但它们本身不是这一本体论的真实存在，仅仅是构成真实存在的某种前提性的东西。

3．2 双波包本体论与阴阳

笛卡尔的二元论深刻地影响了现代西方哲学和科学，但双波包本体论与它在结构上是完全不相同的。与双波包类似的本体论却主导了中国哲学近2000年，这就是易哲学。这种哲学根源于阴阳的原理；阴阳是《易经》中有关变化过程的东西。在阴阳及其变化的观念基础上形成了《易传》的宇宙论体系，这是此后所有哲学的基础，也是此后大多数儒家的本体论的基础。

阴阳的概念，来源于对自然现象中呈现的对立两方面的观察，并认为这是自然界存在与运行的基本动力。例如，男人与女人的对立被认为是产生生命与维系自然物种的力量。光与暗、热与冷代表循环变化的动力。当《易经》演变成为一个哲学体系时，阴与阳便成为本体论上的二元性的宇宙的原则。

这就是双波包与阴阳之间的类同之处。纯的阴与阳可以被认为是正弦元波与相调节子波。正弦元波与相调节子波单独地并不构成真实的存在，只有它们的混合交织才能构成波包，波包又构成双波包，就是构成真实实体。这十分近似于对阴阳的本体论解释的原理。阴和阳并不单独构成真实世界。自然中没有任何东西是纯阴或纯阳的。所有存在之物都是阴与阳相互交织的杂交体。本体现实是由两个不同的似实非实的领域组成，这两个领域的成分本身又不是真实的实体。这一命题是两者比拟的核心；但这抽象命题在两种不同的体系中却有着两种不同的具体内容。

3．3 复杂性的两个层次

在《易经》体系里，八卦(经卦)有三爻，六十四卦(别卦)有六爻，别卦由两经卦组成，这是另外一项类比的根据。在双波包本体论与《易经》哲学中，真实存在的基本成分都是由两个部分组成：一个双波包包含了正弦元波包和相调节子波包，而一个有六爻的别卦是由二个有三爻的经卦组成的。这便产生了两个层次上的现象的复杂性，在《易经》中这一点被十分清楚地阐明了。把这一点应用到双波包情形上，对于一个深刻的哲学问题会产生十分有趣的观点。

《易经》把现实组成描述为两个阶段，其中基本的具体物象是由有三爻的经卦结构揭示出的，而事件以及关于变化运动的规律是由有六爻的别卦的结构揭示出的。《易传·系辞传(下)》说：“八卦成列，象在其中矣。因而重之，爻在其中矣。”

从双波包实在论的观点看，不同程度的复杂性的区分是十分有意义的。但是把这种区分看成是现象与变化之间的不同是错误的。最好是区分两个不同层次的复杂性的现象的领域，每一个层次又包含了相应的变化规则。

在20世纪，好多西方哲学家试图将意识现象归并到物质现象，两个层次的复杂性对这个归并方案导致了一个既新颖又深刻的观点。这一方案对西方的唯物论哲学家们一直是一个难于应付的问题。“现象”这个概念，在普通语言中，比在经典物理学中，是丰富多了。现象的本质在物理上处理为位置与动量这些东西，但是对某种层次的现象的彻底性的分析，并不适合去解释有目的的行为与主观经验这类现象。

使复杂性的层次性原理适应双波包理论的概念体系便会产生以下的解释。正弦元波包与物理中的物质联系在一起，相调节子波包与意识联系在一起。物理学的原理仅仅是作用在整个现象范围的一部分；而作用在这个有限的物理范围的原理比之作用在整个现象现实的原理要有限得多。任何包含人在内的变化必须包含相调节子对正弦元波的影响。这表明，物理只是现象现实的一部分的描述，在目的性可以被概括进描述之前需要引伸到相调节子范围。

双波包理论与易哲学的两种复杂性的二层次的原理有两个重要不同的地方。第一，组成《易经》的六爻别卦与两个三爻的经卦的性质是一样的，但是，组成双波包的两个成分是不同的，互补性的。第二，在《易经》的体系中阴阳的互相交织组成三爻经卦，经卦是独立的真正的现象，阴阳是现象界的原始原料，可是，在双波包理论中，正弦元波包与相调节子波包不是真正现象，只是现象界的原始原料，现象界是由它们的交织构成的。

3.4 关于自然概念的含义

自然的含义在西方科学中与在易哲学中是不同的，在西方物理学中，自然是与能测量的自然属性联系在一起的，例如位置与动量，所以意识与目的的范畴被完全排斥在外。西方方法学的优点在于分离测量过程，这使得科学得以诞生。它的缺点是丢弃了现实中的一个十分重要的部分。

孕育了科学的哲学背景现在却成了它的绊脚石，因为它使科学与一个包括意识在内的全面世界不能相容。量子力学把经典物理的物质的本体论粉碎了。我们应当更进一步，希望能在量子力学的体系中发掘出能包含目的性在内的关于自然的观念。《易经》的一种方法做到了这一点，难以为西方的想象力所接受。双波包的本体论也做到了这一点，它是以科学哲学的理论方式来叙述的。

基于这一观点，可以得出结论：自然的概念应该包含目的性。物理学不包含它的原因在于它是限制于双波包的正弦波包的范围。双波包的哲学体系的相调节子波包却潜在的蕴涵了目的性的因素。这样自然化目的性的结果相似于《易经》的自然概念。可是在易经的体系中，三爻的经卦跟六爻的别卦都有目的性，不过是两个层次的。物理学的伟大成就证明自然界有一个非目的性的层次。这表明，在这个方面双波包理论的二层次的结构比《易经》优越。

3．5 道的三个层面

关于自然的广义概念中，易经哲学强调一种整体性的原理，其中一个抽象的单一的自然的规则“道”可以在自然界中不同的实体与结构中有不同的表现。《易传·说卦》中说：“是以立天之道，曰阴与阳。立地之道，曰柔与刚。立人之道，曰仁与义。”道的三个自然层面可以解释为，一个统一的规则概括了物理、生命和目的性过程。这一点与西方的观念截然不同。西方哲学家对此进退两难：要么把目的性现象看成是物理过程(唯物主义)；要么把物理过程看成是目的性现象(唯心主义)；要么认为二者是完全地不相容(二元论)。为了把这一统一的原理引进现代的西方科学框架中，需要对非决定论与目的性做出新的解释，这将给予它们一个共同的基础核心。

3.6 非决定论

双波包的本体理论既可以把自然的概念由物质现象扩大到意识现象，也可以对非决定论提出新的解释。在量子力学中，从决定论转换到非决定论，不会给出更深的哲学意义。

这是因为，量子力学不过是简单的而已。如果能给出一个物理上的解释，一个选择可以怎样从一些可能性中做出，那么在量子力学观念上这将不是非决定论了。可是相调节子的假设提出选择过程在量子力学描述的领域之外受到影响。

在双波包中，正弦元波包领域与相调节子波包领域在本体论上是截然分开的。相调节子波包对一个事件的影响，从本体论上而言，是在量子力学描述范围之外的。所以，这样讲并不矛盾：在物理上是非决定论的，但在更广的整个现实范围里却遵从某一选择。在这一意义上，物理现实只是本体的现实的一个部分而量子力学是它的完全性描述。这意味着，量子力学在玻尔与爱因斯坦争论的意义上是完全的，因为在它的范围内它是完整的；但在一个本体论的意义上说，它又是不完全的，因为它只是描述了本体现实的一个部分而已。

在单个粒子的量子体系中，选择由相调节子波包所决定，它从由波函数塌缩而致的可能性中做出选择，而这一塌缩过程在标准的量子力学看来是纯随机的。在两个粒子的情形中，例如在贝尔实验中所描述的那样，两个粒子的量子力学的干涉纠缠在一起以至两个事件的结果是相干的。这两个粒子的相调节波包也纠缠在一起了，这是一些相调节波包构成复杂组织的根据。在更复杂的系统中，相调节子波包之间的相互关联变得更强，逐渐地导致了生命、行为、意识和目的性。在更复杂的系统中，选择变得更复杂，更有效。量子力学的可能的观察结果的选择变为完全目的性的自由意志过程。这需要建立一系列的新概念，量子力学的选择是其中一个极端，自由意志是另一极端。这一系列新生的概念可以延伸至

包括意识与目的性，覆盖所有层次，而且必须在双波包的基础上给它们自然的诠释。

3．7 目的性概念的广义化

在这一诠释下，相调节子在十分复杂的物理体系中于不同层次上发生作用。第一，它们有着纯物理的功能，用以调节正弦元波构成真实实在，也作为最基本的选择。第二，在包含生命在内的十分复杂的物理体系中，从无生命物质到生物体的构成过程，是一个更高级的规则；这是由相互关联的相调节子所构成的(关于所有的有关的物理粒子)。最后，考虑到人类行为的适应性和意识以及目的性的出现，更高级的相调节子过程必须构造出来。

在现代科学思想体系中，关于现象过程的三个层面的特性可以概括为一个单一的普遍的规则，它实现并应用在不同的形式中：物质实体的存在与稳定；生命从物质中演化出来；目的性行为从生命中产生出来。除了语言上的不同外，这一规则与道的三个层面的特性有共同之处，它们都给出了自然的一个图景，并且都强调一个单一的规则作用在不同的体系中，体现出不同的特性。

第2篇：量子力学和相对论的关系范文

[关键词]量子体系对称性守恒定律

一、引言

对称性是自然界最普遍、最重要的特性。近代科学表明，自然界的所有重要的规律均与某种对称性有关，甚至所有自然界中的相互作用，都具有某种特殊的对称性——所谓“规范对称性”。实际上，对称性的研究日趋深入，已越来越广泛的应用到物理学的各个分支：量子论、高能物理、相对论、原子分子物理、晶体物理、原子核物理，以及化学（分子轨道理论、配位场理论等）、生物（DNA的构型对称性等）和工程技术。

何谓对称性？按照英国《韦氏国际辞典》中的定义：“对称性乃是分界线或中央平面两侧各部分在大小、形状和相对位置的对应性”。这里讲的是人们观察客观事物形体上的最直观特征而形成的认识，也就是所谓的几何对称性。

关于对称性和守恒定律的研究一直是物理学中的一个重要领域，对称性与守恒定律的本质和它们之间的关系一直是人们研究的重要内容。在经典力学中，从牛顿方程出发，在一定条件下可以导出力学量的守恒定律，粗看起来，守恒定律似乎是运动方程的结果．但从本质上来看，守恒定律比运动方程更为基本，因为它表述了自然界的一些普遍法则，支配着自然界的所有过程，制约着不同领域的运动方程．物理学关于对称性探索的一个重要进展是诺特定理的建立，定理指出，如果运动定律在某一变换下具有不变性，必相应地存在一条守恒定律．简言之，物理定律的一种对称性，对应地存在一条守恒定律．经典物理范围内的对称性和守恒定律相联系的诺特定理后来经过推广，在量子力学范围内也成立．在量子力学和粒子物理学中，又引入了一些新的内部自由度,认识了一些新的抽象空间的对称性以及与之相应的守恒定律，这就给解决复杂的微观问题带来好处，尤其现在根据量子体系对称性用群论的方法处理问题，更显优越。

在物理学中，尤其是在理论物理学中，我们所说的对称性指的是体系的拉格朗日量或者哈密顿量在某种变换下的不变性。这些变换一般可分为连续变换、分立变换和对于内禀参量的变换。每一种变换下的不变性，都对应一种守恒律，意味着存在某种不可观测量。例如，时间平移不变性，对应能量守恒，意味着时间的原点不可观测；空间平移评议不变性，对应动量守恒，意味着空间的绝对位置不可观测；空间旋转不变性，对应角动量守恒，意味着空间的绝对方向不可观测，等等。在物理学中对称性与守恒定律占着重要地位,特别是三个普遍的守恒定律——动量、能量、角动量守恒，其重要性是众所周知，并且在工程技术上也得到广泛的应用。因此，为了对守恒定律的物理实质有较深刻的理解，必须研究体系的时空对称性与守恒定律之间的关系。

本文将着重讨论非相对论情形下讨论量子体系的时空对称性与三个守恒定律的关系，并在最后给出一些我们常见的对称变换与守恒定律的简单介绍。

二、对称变换及其性质

一个力学系统的对称性就是它的运动规律的不变性，在经典力学里，运动规律由拉格朗日函数决定，因而时空对称性表现为拉格朗日函数在时空变换下的不变性．在量子力学里，运动规律是薛定谔方程，它决定于系统的哈密顿算符，因此，量子力学系统的对称性表现为哈密顿算符的不变性。

对称变换就是保持体系的哈密顿算符不变的变换．在变换S（例如空间平移、空间转动等）下，体系的任何状态ψ变为ψ（s）。

三、对称变换与守恒量的关系

经典力学中守恒量就是在运动过程中不随时间变化的量，从此考虑过渡到量子力学，当是厄米算符，则表示某个力学量，而

然而,当不是厄米算符,则就不表示力学量.但是，若为连续变换时，我们就很方便的找到了力学量守恒。

设是连续变换，于是可写成为=1+IλF,λ为一无穷小参量，当λ0时，为恒等变换。考虑到除时间反演外，时空对称变换都是幺正变换，所以

（8）式中忽略λ的高阶小量，由上式看到

即F是厄米算符，F称为变换算符的生成元。由此可见，当不是厄米算符时，与某个力学量F相对应。再根据可得

（10）可见F是体系的一个守恒量。

从上面的讨论说明，量子体系的对称性，对应着力学量的守恒，下面具体讨论时空对称性与动量、能量、角动量守恒。

1.空间平移不变性（空间均匀性）与动量守恒。

空间平移不变性就是指体系整体移动δr时，体系的哈密顿算符保持不变．当没有外场时，体系就是具有空间平移不变性。

设体系的坐标自r平移到，那么波函数ψ(r)变换到ψ(s)(r)

2.空间旋转不变性（空间各向同性）与角动量守恒

空间旋转不变性就是指体系整体绕任意轴n旋δφ时，体系的哈密顿算符不变。当体系处于中心对称场或无外场时，体系具有空间旋转不变性。

3.时间平移不变性与能量守恒

时间平移不变性就是指体系作时间平移时，其哈密顿算符不变。当体系处于不变外场或没有外场时，体系的哈密顿算符与时间无关（），体系具有时间平移不变性。

和空间平移讨论类似，时间平移算符δt对波函数的作用就是使体系从态变为时间平移态：

同样，将（27）式的右端在T的领域展开为泰勒级数

四、结语

从上面的讨论我们可以看到，三个守恒定律都是由于体系的时空对称性引起的，这说明物质运动与时间空间的对称性有着密切的联系，并且这三个守恒定律的确立为后来认识普遍运动规律提供了线索和启示，曾加了我们对对称性和守恒定律的认识．对称性和守恒定律之间的联系，使我们认识到，任何一种对称性，或者说一种拉格朗日或哈密顿的变换不变性，都对应着一种守恒定律和一种不可观测量，这一结论在我们的物理研究中具有极其重要的意义，尤其是在粒子物理学和物理学中，重子数守恒、轻子数守恒和同位旋守恒等内禀参量的守恒在我们的研究中起着重要的作用．下表中我们简要给出一些对称性和守恒律之间的关系。

参考文献

［1］戴元本.相互作用的规范理论，科学出版社，2005.

［2］张瑞明,钟志成.应用群伦导引.华中理工大学出版社，2001.

［3］A.W.约什.物理学中的群伦基础.科学出版社，1982.

［4］W.顾莱纳，B.缪勒.量子力学：对称性.北京大学出版社，2002.

［5］于祖荣.核物理中的群论方法.原子能出版社，1993.

［6］卓崇培，刘文杰.时空对称性与守恒定律.人民教育出版社，1982.

［7］曾谨言，钱伯初.量子力学专题分析（上册）.高等教育出版社，1990.207-208.

［8］李政道.场论与粒子物理（上册）.科学出版社，1980.112-119.

第3篇：量子力学和相对论的关系范文

[关键词]量子体系对称性守恒定律

一、引言

对称性是自然界最普遍、最重要的特性。近代科学表明，自然界的所有重要的规律均与某种对称性有关，甚至所有自然界中的相互作用，都具有某种特殊的对称性——所谓“规范对称性”。实际上，对称性的研究日趋深入，已越来越广泛的应用到物理学的各个分支：量子论、高能物理、相对论、原子分子物理、晶体物理、原子核物理，以及化学（分子轨道理论、配位场理论等）、生物（DNA的构型对称性等）和工程技术。

何谓对称性？按照英国《韦氏国际辞典》中的定义：“对称性乃是分界线或中央平面两侧各部分在大小、形状和相对位置的对应性”。这里讲的是人们观察客观事物形体上的最直观特征而形成的认识，也就是所谓的几何对称性。

关于对称性和守恒定律的研究一直是物理学中的一个重要领域，对称性与守恒定律的本质和它们之间的关系一直是人们研究的重要内容。在经典力学中，从牛顿方程出发，在一定条件下可以导出力学量的守恒定律，粗看起来，守恒定律似乎是运动方程的结果．但从本质上来看，守恒定律比运动方程更为基本，因为它表述了自然界的一些普遍法则，支配着自然界的所有过程，制约着不同领域的运动方程．物理学关于对称性探索的一个重要进展是诺特定理的建立，定理指出，如果运动定律在某一变换下具有不变性，必相应地存在一条守恒定律．简言之，物理定律的一种对称性，对应地存在一条守恒定律．经典物理范围内的对称性和守恒定律相联系的诺特定理后来经过推广，在量子力学范围内也成立．在量子力学和粒子物理学中，又引入了一些新的内部自由度,认识了一些新的抽象空间的对称性以及与之相应的守恒定律，这就给解决复杂的微观问题带来好处，尤其现在根据量子体系对称性用群论的方法处理问题，更显优越。

在物理学中，尤其是在理论物理学中，我们所说的对称性指的是体系的拉格朗日量或者哈密顿量在某种变换下的不变性。这些变换一般可分为连续变换、分立变换和对于内禀参量的变换。每一种变换下的不变性，都对应一种守恒律，意味着存在某种不可观测量。例如，时间平移不变性，对应能量守恒，意味着时间的原点不可观测；空间平移评议不变性，对应动量守恒，意味着空间的绝对位置不可观测；空间旋转不变性，对应角动量守恒，意味着空间的绝对方向不可观测，等等。在物理学中对称性与守恒定律占着重要地位,特别是三个普遍的守恒定律——动量、能量、角动量守恒，其重要性是众所周知，并且在工程技术上也得到广泛的应用。因此，为了对守恒定律的物理实质有较深刻的理解，必须研究体系的时空对称性与守恒定律之间的关系。

本文将着重讨论非相对论情形下讨论量子体系的时空对称性与三个守恒定律的关系，并在最后给出一些我们常见的对称变换与守恒定律的简单介绍。

二、对称变换及其性质

一个力学系统的对称性就是它的运动规律的不变性，在经典力学里，运动规律由拉格朗日函数决定，因而时空对称性表现为拉格朗日函数在时空变换下的不变性．在量子力学里，运动规律是薛定谔方程，它决定于系统的哈密顿算符，因此，量子力学系统的对称性表现为哈密顿算符的不变性。

对称变换就是保持体系的哈密顿算符不变的变换．在变换S（例如空间平移、空间转动等）下，体系的任何状态ψ变为ψ（s）。

三、对称变换与守恒量的关系

经典力学中守恒量就是在运动过程中不随时间变化的量，从此考虑过渡到量子力学，当是厄米算符，则表示某个力学量，而

然而,当不是厄米算符,则就不表示力学量.但是，若为连续变换时，我们就很方便的找到了力学量守恒。

设是连续变换，于是可写成为=1+IλF,λ为一无穷小参量，当λ0时，为恒等变换。考虑到除时间反演外，时空对称变换都是幺正变换，所以

（8）式中忽略λ的高阶小量，由上式看到

即F是厄米算符，F称为变换算符的生成元。由此可见，当不是厄米算符时，与某个力学量F相对应。再根据可得

可见F是体系的一个守恒量。

从上面的讨论说明，量子体系的对称性，对应着力学量的守恒，下面具体讨论时空对称性与动量、能量、角动量守恒。

1.空间平移不变性（空间均匀性）与动量守恒。

空间平移不变性就是指体系整体移动δr时，体系的哈密顿算符保持不变．当没有外场时，体系就是具有空间平移不变性。

设体系的坐标自r平移到，那么波函数ψ(r)变换到ψ(s)(r)

2.空间旋转不变性（空间各向同性）与角动量守恒

空间旋转不变性就是指体系整体绕任意轴n旋δφ时，体系的哈密顿算符不变。当体系处于中心对称场或无外场时，体系具有空间旋转不变性。

3.时间平移不变性与能量守恒

时间平移不变性就是指体系作时间平移时，其哈密顿算符不变。当体系处于不变外场或没有外场时，体系的哈密顿算符与时间无关（），体系具有时间平移不变性。

和空间平移讨论类似，时间平移算符δt对波函数的作用就是使体系从态变为时间平移态：

同样，将（27）式的右端在T的领域展开为泰勒级数

四、结语

从上面的讨论我们可以看到，三个守恒定律都是由于体系的时空对称性引起的，这说明物质运动与时间空间的对称性有着密切的联系，并且这三个守恒定律的确立为后来认识普遍运动规律提供了线索和启示，曾加了我们对对称性和守恒定律的认识．对称性和守恒定律之间的联系，使我们认识到，任何一种对称性，或者说一种拉格朗日或哈密顿的变换不变性，都对应着一种守恒定律和一种不可观测量，这一结论在我们的物理研究中具有极其重要的意义，尤其是在粒子物理学和物理学中，重子数守恒、轻子数守恒和同位旋守恒等内禀参量的守恒在我们的研究中起着重要的作用．下表中我们简要给出一些对称性和守恒律之间的关系。

参考文献

［1］戴元本.相互作用的规范理论，科学出版社，2005.

［2］张瑞明,钟志成.应用群伦导引.华中理工大学出版社，2001.

［3］A.W.约什.物理学中的群伦基础.科学出版社，1982.

［4］W.顾莱纳，B.缪勒.量子力学：对称性.北京大学出版社，2002.

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［6］卓崇培，刘文杰.时空对称性与守恒定律.人民教育出版社，1982.

［7］曾谨言，钱伯初.量子力学专题分析（上册）.高等教育出版社，1990.207-208.

［8］李政道.场论与粒子物理（上册）.科学出版社，1980.112-119.

第4篇：量子力学和相对论的关系范文

1929年哈勃宣布：“宇宙正在膨胀着。星系之间的空间随时间线性增加，星系本身并没有改变；而且星系越远，离去得越快”〔1-P115〕。而后，由列梅特、伽莫夫等人发展为大爆炸理论，基本要点是：在100-200亿年之前，宇宙生之于一次大爆炸，物质、能量、时间和空间都由爆炸中创生，爆炸前那种原始的无限稠密被称为“奇点”,由爆炸引起的膨胀，现在仍在继续着。从30年代开始，膨胀的宇宙模型已经为大多数宇宙学家所接受，现在被称为现代宇宙学标准模型。现代宇宙学被定义为：“以广义相对论为理论基础，以哈勃定律为观测依据，并在宇宙学原理的假设下,研究整体宇宙的结构、运动和演化规律的一门学科”(2-P85)。

此前15年，斯利弗在美国天文学协会的一次会议上，公布的观察结果是：“一些明亮星云(后来被证实是星系)，既有蓝移的，也有红移的”；更远的弱光星云，“全都展示红移”(1-P111)。没有做出任何解释。哈勃有效地以“宇宙梯”法解决了确定星系距离的问题之后，通过对自己测定的24个河外星系距离的分析，发现红移量大致同星系距离成正比，即(λ1-λ0)/(λ2-λ0)＝D1/D2。当时普遍认为，这个结果“唯一可能的物理学解释便是河外星系都在以正比于它们距离的速度退离我们而去”〔3-P140〕，由此得出的H＝V/D，被称为哈勃定律。其中H为哈勃常数，D为星系距离，V为星系退离速度。D和V“都不是可测量的量”(8-P403)。

哈勃定律作为膨胀宇宙论的基础原典、现代宇宙学的观测依据，存在如下纰漏：1、该定律中既没有可观测的物理量，何以能成为“观测依据”?又缺乏作为必要条件的观测数据，如何判定其正确?

2、设星系在t内退离距离D=Vt=HDt；依据哈勃关系式λ/λ=D/D，λ应随时间线性增加，即该定律成立的必要条件是红移谱线持续移动而不是红移。

3.取H=3×10-2m/s光年，代入λ/λ=D/D=Ht=3×10-2m/s光年·t=10-10/年·t可知，任一星系的λ/λ都将以每年10-10持续增加。60年代观测精度(λ/λ～2.5×10-15)已达这个数据的4×104倍，要证明哈勃定律成立，就必须提供对同一星系λ/λ随时间线性增加的观测证据。

近40年来，新理论与新技术的结合，相继发现了一些不调和的红移现象。海尔天文台的阿普80年代末就宣称：“我们已知有38个不调和红移天体与24个星系相关联。这个数字之大，不允许我们将它一笔勾销”(1-P151)。依据这些佐证，至少在某些情况下，关于红移跟膨胀关联的传统解释是错的。

红移跟运动的关联确实并不具有唯一性。依据狭义相对论，运动物体发出的光被静止者观测时将发生频移，和声波频移机理相同，用多普勒效应解释没有错。依据广义相对论，具有强引力场的静止物体发出的光，在引力势较高处观测也要红移。即光的频移有两种机制，声波频移却仅有一种，用多普勒频移解释光现象就必然会丢失引力频移机制。通常的解释是：“引力不能定量解释星系的普遍红移，引力效应至少不占主导地位”(4-P509)，可以忽略不计；霍金的说法是：“星系的引力场没有足够强到对它有明显的效应”(5-P47)。

哈勃宣布宇宙在膨胀时，全世界能够理解广义相对论的人寥若晨星，“据记载，本世纪20年代初有一位记者告诉爱丁顿，说他听说世界上只有三个人能理解广义相对论，爱丁顿停了下，然后回答：我正在想这第三个人是谁”(5-P83)；50年代之前，“广义相对论大体上是数学的一个分支”，60年代之后才“从考察数学结构到开始按照物理来思考”(6-P72)；尤为重要的是，这个时期利用穆斯堡尔效应在高度差H=22.5m的条件下，“极其精密地测得57Fe的一条γ谱线的紫移，波长相对变化仅有λ/λ≌gH/C2～2.5×10-15，与理论预告值在误差范围内符合”(7-P94)。引力频移被精确地测量出来后，就不得不承认“引力是一种极其巨大的力量”(6-P66)。即此不难算出，在地球引力场中γ光子通过22.5m，需时t1=h/C=22.5m/3×108ms-1=7.5×10-8s。

由哈勃关系λ/λ=D/D=Ht=10-10/年·t；当λ/λ～2.5×10-15时，t2=2.5×10-15×3.15×107s/10-10=7.88×102s。

依据平直而各向同性的宇宙学原理,当λ/λ～2.5×10-15时，引力效应/哈勃效应=7.88×102s/7.5×10-8s=1.5×1010。很显然忽略引力效应肯定是个重大失误。

大爆炸——膨胀宇宙论被称为标准宇宙模型，存在3个问题：其一、不考虑引力效应就不符合现代宇宙学的定义；其二、40年前就测出的引力频移比膨胀效应大1010数量级，早已粉碎了“唯一的物理学解释”神话；其三、“广义相对论用时空结构的几何性质来表示引力场”(8-P328)，哈勃当时并不理解，用多普勒效应解释红移属于以偏概全；时至今日如果仍不考虑引力效应，宇宙常数偏小、退离速度偏大的错谬，将永远不可能得到纠正。

为了确定引力跟红移的定量关系，特作如下讨论：

一、改变高度差重做穆斯堡尔实验，依据两次测得的数据，可以确定：

1、红移相对变化量跟距离还是距离平方相关；

2、导出相关公式，为比较引力贡献和哈勃贡献提供依据。

二、有人认为，光在漫长的星际旅途中会受到无数恒星的影响，其左弯右折必然使红移量产生较大改变，无法予以判定。其实并非如此，可依据右图阐明如下：图中A为发光恒星，M、N为两个恒星，P为太阳；光线AB受它们影响的实际传播线路为AB、BC、CD、DE、EF；F为地球，FA为依据经验认定的光传播线路。实际上BC是光在M附近沿能级相同的测地线通过的轨迹，能够影响红移的仅为B′C′。即此可得如下推论：

推论1、光无论受多少恒星影响发生左弯右折，决定红移或紫移的只有直线距离。

推论2、A使光红移，F使光紫移，由于M地《M恒，地球的影响可以忽略不计。

推论3、由实验得出的公式，可以用于定量解释星系的普遍红移，同时将成为确证哈勃定律正确与否的判据。

参考书目

1、(美)巴里·派克著爱因斯坦的梦湖南师范大学出版社1989年

2、薛晓舟等著现代物理学的哲学问题河南大学出版社1996年

3、袁正光主编领导干部科普知识全书改革出版社2000年

4、大百科全书编委会大百科全书·物理卷大百科全书出版社

5、(英)霍金著许明贤等译时间简史湖南科技出版社1995年

6、(英)霍金著胡小明等译时间简史续篇湖南科技出版社1995年

7、倪光炯等著近代物理上海科技出版社1979年

8、董光璧等著世界物理学史吉林教育出版社1994年

二、光速不变与波粒二象性

在讨论这两个问题之前，首先需要廊清物理学理论中的3种观念。

1、物理学不研究“物质”，正如没有人能够讲出“水果”是什么滋味一样，因为二者都是抽象的类概念。实际上物理学只研究质量、电量、能量跟时空的关系，“物质”属于误用的哲学概念。

2、从牛顿那个时代开始，物理学就分牛顿范式和非牛顿范式，前者研究孤立质点运动的规律，后者探讨热、光、电、磁的本质；现在已经非常清楚，热、光、电、磁现象的本质都是电磁波，统称为能量。

3、现代物理学理论可以分为以质量计量、用时空描述，以能量计量、用位形描述两大体系，物理客体理应分为质量系统和能量系统两大类。同理粒子物理学就应该分清质量子(即费米子)和能量子(即玻色子)，本质差异在于有没有静质量。

据此，先讨论光速不变问题。

所谓的光速不变是一种简称，实际所指是光速与光源运动的速度无关，或曰：光总是各向同性的。依据“质量是惯性的量度”，光子没有静质量，自然就应该与光源的惯性无关。人们通常表现出的“不理解”，根源在于误认为任何“物质”都具有惯性，忘记了惯性只与质量相关，属于牛顿范式独霸天下产生的常识性错误，不清楚物理客体应该分为质量系统和能量系统两大类。

讨论光的各向同性，首先必须依据两系统结构论确立如下观念：所谓的宇宙是质量体(包括电子、质子、原子、分子到其大无比的天球)悬浮在能量海洋(即连续辐射)中的巨系统。只有当能量(子)从质量体中放出(或被吸收)时，才表现出一份一份的粒子属性，被称为光子；而这种能量(团)在连续辐射的海洋中传播时，则总表现为波。只需要以石块掷入水中后，水波总是各向同性传播为类比，就很容易理解光波总是各向同性的道理。

得布罗意提出波粒二象性，至今已有七十余年，开始时说微观“物质”既是粒子又是波，后来改为既不是粒子又不是波；由于实际测量的结果是：用干涉仪得到衍射图象，用计数器记下的是粒子数，就将微观粒子的实在性跟意识联系起来，认为究竟是粒子还是波，由测量者的意识所决定，关键在于选用什么样的仪器。直到今天波粒二象性依旧是个说不清道不明的谜。

实际上只需要摈弃掉“物质”这个误用的哲学概念，并承认物理客体分质量、能量两个系统，问题即可以迎刃而解。光子的波粒二象性已如前述，只需要将在能量海洋中传播和由质量体吸收(或放出)分开考虑，答案就已经非常明确：波属于能量系统的属性，而粒子性总跟质量系统相关。

光子属于能量子，现在讨论质量子的问题。依据量子运动的特点，粒子永远不会停止运动。按En＝n2h2/8mL2被关在L＝4A箱内的电子(m=me=9.1×10-31kg)，最低能量状态(基态)也还有2.3eV能量，通常称它为电子的动能，又是一种植根于“物质”这个误用概念的常识性错误。量子场论承认微观存在分粒子和场，每一种粒子都对应着一种场，却讲不清二者之间的关系究竟如何。只需要将电子放到质能两系统结构论的框架去考察，就不难发现所谓的电子动能并非属于电子，而是网络态的能量海洋作用于电子的结果。任何粒子实际上都处在“树欲静而风不止”的被动状态，传统将这种能量理解为电子“自能”，是基于质、能不分产生的常识性错误。试想：空中悬浮的气球不能静止的原因在于空中能量分布不均衡，水中木屑的动能亦来自于水，都不属于气球和木屑自身所有；即此为类比就不难理解粒子性和波之间的相互关系。

结论：所谓的波粒二象性，是使用分别适用于能量或质量系统的仪器，检测由质量子和能量子构成的复合态产生的不同效应。

验证实验：同时使用干涉仪和计数器对质量子进行观测，当光栅的隙缝小于粒子的直径时，放在光栅背后的计数器就不会记下粒子数。理由是通过光栅的只能是能量海洋中传递的一列波，具有静质量的粒子将被“滤”掉。

三、绝对时间和相对相间

牛顿将时间分为“自身在那里流”的绝对时间和“可感知的及外界的度量”的相对时间。狭义相对论预言“动钟变慢”；广义相对论预言“一个钟所处的引力势越低(深)，它走得越慢”。通常都说相对论的预言被证实，说明牛顿的时间观念是错的；实际上恰恰相反，即此正好证明了时间确实有绝对和相对之分。

牛顿之前，惠更斯已导出单摆周期公式T＝2π(L/g)1/2，据此发明的摆钟至今仍在使用，其走时快慢与g直接相关：g越大，T越小，走时读数即变大；反之即被称为变慢。这个结果为什么正好跟广义相对论的预言相反呢?因为物理学研究的客体分两个系统：一是由牛顿范式沿袭而来的，用质量计量、用时间和空间描述运动的质量系统；一是由非牛顿范式沿袭而来的，用能量计量、用位形描述运动的能量系统。摆钟的读数属于质量系统计量的相对时间，可以通过调节摆长L使所有的钟走时一致，其作用直接源于发条的弹性势。刚旋紧发条时走时慢些，发条松弛时走时即变快。

用原子钟实测的结果正好跟广义相对论预言一致，这又是为什么呢?由于原子释放能量子跟它所处环境的能级直接相关，而能量子的T即代表该能级的内禀时间，由能密梯度g′决定，是无法人为改变的，故而称之为绝对时间。

如图所示，行星R从远日点N向近日点M运行时，动能(正能)逐渐增大，g亦随之增大；由M向N运行时，势能(负能)逐渐增大，g′亦随之增大。沿NM方向，正能密梯度g递增，负能密梯度g′递减。原子钟走时由g′决定，显示的是绝对时间；摆钟走时由g决定，显示的则是相对时间。

小结：绝对时间是弯曲时空(负能密梯度决定其曲率)的内禀时间，传统使用的摆钟“度量”的属于相对时间。当使用人为规定的时间标准去度量负能量海的内禀时间时，就必然会出现时间变快或变慢的实测结果。

验证实验：将在同一地点校准的摆钟和原子钟各一枚，用气球带上高空，依据电台播放的校钟讯号去校钟时，原子钟的读数要大些(变快)，摆钟则变慢。

意义：该实验可以确证：

1、狄拉克所说的负能量海即是充满连续辐射的广袤空域；

第5篇：量子力学和相对论的关系范文

经典物理的产生一般认为从文艺复兴时期开始，前期经过许多科学家，特别是伽利略、笛卡尔、惠更斯等先贤的努力，建立起力学的实验基础。牛顿总结前人的成果，确立了经典力学的基本理论体系，麦克斯韦、玻尔兹曼等确立了经典统计力学和电磁场理论。经典物理经过几百年的不断发展和完善，形成了自然科学中唯一有完整的理论、思想、数学推理和研究方法体系的学科。牛顿力学和麦克斯韦电动力学号称经典物理的两大支柱，牛顿和麦克斯韦在物理学界的位置，可以相比于中医学的先圣张仲景。

现代物理从20世纪初始兴起，由爱因斯坦、玻尔为代表的众多科学家的杰出工作，创立了相对论和量子力学，开创了物理学的新局面。以相对论和量子力学标志的、研究微观、高速物理现象的新的理论和方法体系，统称现代物理学。现代物理学在原子、分子、固体、原子核、天体力学和宇宙学、等离子体、激光技术、基本粒子、半导体、超导的研究中得到了广泛的应用。

有人称相对论和量子力学的创立是“物理学上的一次革命”。更多的局外人则认为现代物理是一种全新的理论，完全和取代了经典物理学，经典物理已经完成了自己的历史使命，现代社会已经不再需要她。这其实是一种误解。如果我们从历史和现实的的角度重新审视事实，就会发现，经典物理没有被抛弃，她不仅是现代物理产生的温床、理论与方法的启示、研究的工具，更是现代社会的顶梁柱，仍在现今众多高科技领域中发挥着不可替代的作用。下面，我从以下三个方面讨论现代物理与经典物理的关系，从而说明重视经典是物理发展的需要，是现代科学、社会发展的需要。

1 现代是经典恰当的扩展

爱因斯坦在创立狭义相对论时，提出了两个基本假定：相对性原理和光速不变原理[1]。首先我们注意到，爱因斯坦的相对性原理与伽利略相对性原理惊人地相似，比较一下就可以看到：

伽利略相对本文由论文联盟收集整理性原理（由伽利略等人经过反复多次的实验检验而提出）：一个相对于惯性参照系做匀速直线运动的系统，其内部所发生的一切力学过程，都不受系统运动的影响，或一切惯性系统都是等价的。

爱因斯坦假定，不仅力学过程，所有的物理过程都不受系统运动的影响，即：

物理学的基本规律在相互作匀速运动的一切参照系中都是相同的；或：一切惯性系统都是等价的。

从中我们不仅看出，爱因斯坦对伽利略的相对原理有着非常深刻的、超出常人的理解，已经达到了熟能生巧的地步，自然会有如此随手拈来、为我所用的“上工”境界；也看出创造经典的先贤们的超前意识和睿智之魅力所在。

再看光速不变原理，只要对经典电磁理论稍有了解的人都会发现，麦克斯韦的电磁理论完全可以给出明确的关于光速不变的预言。这是因为，只要从著名的麦克斯韦方程组出发，利用简单的数学推演，可以毫不困难地导出电磁场波动方程，不仅预言了电磁波的存在，还给出了电磁波在真空中的传播速度。用c表示电磁波在真空中的速度，c的大小是：

c=■≈3.0×10■米秒

其中μ■为真空磁导率，ε■为真空介电常数，由于μ■和ε■数值的大小固定，与参照系的选择无关，换句话说，与系统的运动状态无关，这正是光速（光属于电磁波）不变原理。

爱因斯坦在创立狭义相对论时，对当时著名的、能够证明光速不变的迈克耳孙光干涉实验并不知晓，他能参考的资料只有经典电动力学，麦克斯韦方程组和电磁场波动方程表达的深刻内涵才是他提出光速不变假设的根据。

2 现代是对经典的包容而非否定

无论是相对论和量子力学，都无法否定经典物理，也没有否定经典的企图。相反，所有的新理论都试图找到和经典的联系，如果找不到应有的联系，这样的新理论有可能破产。所以，相对论和量子力学实际都包含了经典。这与所有的后世中医大家，在发表自己的新见解时，都要证明自己的观点与《内经》、《伤寒论》有内在联系如出一辙。

相对性原理最著名的数学表示即洛仑兹变换，具体表述如下：设两个相对有匀速运动，速度为v参照系统，它们沿v方向各自建立的直角的坐标系分别为x，y，z，t和x’，y’，x’，z’，t’，若初始时，两坐标原点重合，两坐标系由以下变换公式[1]联系：

x′=■ y′=y z′=z t′=■

式中 c 是前面提到的光速，具体数值为30万公里每秒。我们通常能见到的物体运动速度，如汽车、火车、飞机，能达到1公里每秒的速度并不多见，宇宙飞船的速度，也最多达到10几公里每秒，即使将来提高100倍，与光速相比仍显得微不足道。而上式表明，当系统的相对速度v远远达不到光速的时候，（日常中大量事实正是如此）上面的公式就变成伽利略变换：

x′=x-vt y′=y z′=z t′=t

说明洛仑兹变换与经典的伽利略变换并没有矛盾，前者包含了后者，后者用更加广泛。

再看量子力学，量子力学的基本原理是测不准关系[2]。其典型的表述是：粒子的位置和动量不能同时确定。它们在某一方向上不确定量的乘积大于或等于h/2。即

δx？?δpx≥■， h=6.62×10-32焦耳秒

可以看出，h是一个很小的量，小到什么程度呢？小数点后面有34个0！是6的百亿亿亿亿分之一。一般气体分子够小

转贴于论文联盟

的了，如氧气分子质量为10-23的数量级，常温下速度大约为102的数量级，则动量为10-21的数量级，和h相比大了10万亿倍，完全可以不考虑测不准关系的影响。所以，当我们研究的对象系统中物理量的数量级远远大于普朗克常数时，不确定度数值相对来讲，必然微不足道，量子力学很自然地回归到经典力学。也可以说，测不准关系包容了经典力学，后者应用更为广泛。

3 现代对经典的接收和继承

现代物理不是空中楼阁，它是采用经典的材料和艺术，一砖一瓦构建的绝美珍品。在现代物理学中，经典的概念、定义、研究方法无处不在，发挥着主导的、关键的作用。在相对论力学中，我们可以看到力、加速度和动量以及它们的矢量形式，能量、拉格朗日量、哈密顿量等在经典中熟知的力学量。这些力学量全部统一到了满足洛仑兹协变的四维形式中去。至于经典电磁理论中所有规律，由于自然地满足相对性协变，几乎很少更改地进入相对论，成为相对论的重要的组成部分。

在量子力学中，同样采用了经典力学的所有量，只是为了描述测不准关系、描述系统的状态需要，力学量在不同的表象中可以有不同的形式，可以是标量、矢量、张量算符。如在坐标表象中，动量具有梯度矢量的算符形式，哈密顿量则包含了拉普拉斯算符。量子力学的创立者之一海森堡更是心有灵犀，他把测不准关系表示成为力学量的对易关系[2]：

q■p■δ■■i■

这很容易想到经典力学中的泊松括号

q■p■δ■■

第6篇：量子力学和相对论的关系范文

《周易》包括《易经》和《易传》两部分，实际上是上古巫文化化出的符号、周初时期占筮验词集锦和战国末年理性诠释的统合。作为《易传》的十篇释文已经完全脱离卜筮，建立起一套以阴阳为纲阐释变化的理论体系。汉兴，《周易》作为官学传习和研究的对象，被尊称为“五经”之首；汉易已经纳入阴阳五行学说，隋唐时期易学即以其理性向科学领域渗透；进而逐渐形成以符号系统与以阴阳为纲纪相结合的范畴体系和理论结构。?

易学对宇宙的基本观点是：阴阳相涵相因、流变会通，构成一个合谐互补的有机整体。?

张立文教授在《王船山易学思想略论》〔1-191〕中指出：船山的本体哲学，统体会通于和合。所谓和合者，就是“阴阳未分，二气合一，氤氲太和之真体”。《易传》有言“形而上者谓之道，形而下者谓之器”，作者认定道器是虚实范畴，虚与实的主要差异在于隐与显。“形而上者是隐也”，隐不是无，而是潜在，是形而下所以存在的根据。“形而下者是显也”，指有形质的东西，“即形之成乎物而可见可循者也”。即此可知，显指可见可循的事物和现象，隐指寓于“器”而起作用的现象背后更本质的东西；而隐又不是虚无，“道不虚生，则凡道皆实也”。从而推定道乃实存之体，得出道器交与为体、相涵相因、流变会通的两系统结构论。?

道和器的关系究竟如何？就逻辑上讲，“形上者乃形之所自生”，因为凡器皆有形，由“形”逻辑上得出对应于“形下”必然存在着“形上”。就二者的主从关系讲，“当其未形而隐然有不可喻之天则，天以之化”，依此概括二者的关系为：道是器存在的依据；道通过器而表现自己，一切显性的运动变化之因皆源之于道。再就孰先孰后的角度讲，是“理不先而气不后”，二者既不存在先后、本末之别，也就从根本上排除了天理、神创的观念。?

张教授立足于人文（兼及自然）阐述问题，认为“王船山道器、气关系，充分体现和贯彻了《周易》和合人文的精神”，本文专门讨论自然而不涉及人文。依据形上学本体哲学，自然界的物理客体应该分两类，即“形之已成乎物”和“未形”，二者的本质区别在于形下之“显”和形上之“隐”。?

小结：易学自然观是两系统结构论。从静态角度讲 ，“万物（包括宇宙自身）负阴而抱阳，冲气以为和”；从动态角度讲，“阴变阳，阳变阴，其变无穷”。所谓的易，就是讲阴阳变化之理的学问，即“易以道阴阳”。?

二、两种物理学理论?

物理学作为一门学术的名称，是从亚里士多德的希腊文著作延续下来的，这个希腊词的意思是探讨自然的秩序和原理的“自然学”，亚氏又称其为自然哲学。大约到18世纪中叶，由于学科内容的分化，自然史和化学从物理学中独立出来，18世纪后半叶法国讨论过留下的物理学意味着什么，结果是把物理学分为一般物理学和特殊物理学。前者指牛顿力学或由《自然哲学的数学原理》导出的以数学描述质点运动的传统，后者包括声、光、电、磁等广泛领域。通常都把这种划分说成是数学科学传统和实验物理学的分离。?

1829年，泊松把当时法国物理学的思想倾向归为两类：物理力学和解析力学。他把前者的特征描述为“它的唯一的原理是把一切还原为分子运动，而这些分子是把力的效果从一点传到另一点并保持这些力之平衡作用的核心”，即期望用天体运动的牛顿平方反比定律数学格式，精密地描述宇宙一切现象，称牛顿范式；而后者则强调现象的解析格式，轻视对物理原因进行讨论，称非牛顿范式。1840年以后，牛顿范式的地位被非牛顿范式所取代；与之同时，拉格朗日原理被泊松和哈密顿予以发展，使力学成为完全分析的形式，并且以能量取代力的概念体系。本应该由之意识到“根本不存在纯粹的力学现象，实际上运动总是结合着热和电磁的变化，它们也规定运动”〔2-9〕，从而结束牛顿的“力学神话”，可惜的是西方哲学没有能够为物理学提供合适的自然观，以后的物理学就在迷茫中走了许多弯路。对两种范式的本质差异，一般都视为用几何法还是用解析法的数学问题。?

19世纪30年代之后，随着实验物理学的成熟，出现了实验物理学和理论物理学之区分；物理学的理论又分原理理论和构造理论两类。前者是先使用分析法在经验中发现自然过程的普遍特征（即原理），然后给出各种过程必须满足的数学形式的判据，比如牛顿力学；后者又叫“假说—演绎”法，即先确立“想象的原理”（即“假说”），然后采用反证法通过由原理导出的结论对原理进行证明，给出的内容与经验所显示的现象吻合得愈多愈一致，特别是能够从假说来预言现象并得到证实，这种构造理论就愈成功。依据这种分类方法，一般都承认17世纪牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》就分别代表了原理理论和构造理论。对这两种理论划分的依据主要在于思维方式，即前者采用分析法而后者采用综合法。?

三、两类物理客体?

牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》，从近代物理学奠基开始，两种截然不同的理论分别传承为两种体系，即牛顿范式——原理理论，惠更斯范式——构造理论，其本质差异不在思维方式和数学形式之不同，也不在是采用数学方法还是实验方法之别，而在于研究的客体分属于根本不同的两类。?

以质量对物体进行计量，并假定质量都集中在一个质点，以相互传递力的作用描述运动，是牛顿范式的核心观念；非牛顿范式研究的光、热、电、磁等现象，都不能以质量进行计量，最终认识到了这种现象都与“能量”直接相关，并且以能量取代了力学概念体系。?

而今首当其冲应该明确的是物理学根本就不直觉研究“物质”，正象无法品尝水果一样，因为二者都是抽象的类概念。物理学只研究质量、能量、电量、时间和空间之间的关系，两种理论的适用范围不同，前者是关于质量系统的理论，后者则适用于能量系统。以往不适当地把能量说成是物质运动的形式（如“能即运动”）〔3-526〕，是产生混乱的肇端。现代物理学已经确认物理客体分两类：宇观上有分立的天球和连续辐射，微观上分粒子和场，粒子物理学分费米子和玻色子，理论物理学称其为物质粒子和相互作用；物理学理论也分用质量计量和时空描述、用能量计量和位形描述两个系统。“我们首先把宇宙的物质内容分成两个部分：“物质”即诸如夸克、电子和缪介子等粒子，以及“相互作用”诸如引力和电磁力等等”〔4-38〕。当代著名物理学家霍金居然会说出如此不合逻辑的荒唐话，不难看出“物质”这个误用概念带来的混乱是何等严重。?

物理客体不能用“物质”这个概念进行抽象和概括，而应该分为质量和能量两个系统，二者的本质差异有3：1、分立和连续；2、有无静质量；3、量传递时物理客体仅只振动而不发生运动方向的位移。确认能量系统存在的依据有5：1、德西特从广义相对论场方程得出没有物质的宇宙时空解；2、无限的（负能电子）海的发现；3、爱因斯坦说：“依据广义相对论没有以太的空间是不可思议的”；4、3K微波背景辐射证明“空间”不空；5、粒子物理学的实验发现，绝大多数粒子为瞬息亿变的动态网络。?

“全〖ZZ(〗空间〖ZZ)〗充满着相互作用着的各种不同的场”〔2-387〕，这种分布着某种物理量的空间，不同于经典物理学中作为参量的空间。“场从数学上表述了能量局域性概念”，“是一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。即此可知，一切自然现象虽表现为质量系统单元个体的运动和变化，动变之因却源于能量系统的作用；而能量系统本身不通过作用于质量系统的效应也根本就无法观测。? 物理学早已将物理客体分为弥散态粒子和凝聚态物体，3K微波辐射发现之后，就应该从分类学的角度再增添一种连续态网络；进而将弥散态粒子分为质量子和能量子，如此一来，物理世界图象就会变得非常清晰。?

物理客体分物体、粒子、网络三类，分别用质量、电量（或荷质比）、能量计量；人类生活的现实世界属于质量系统（从天球到原子乃至质子、电子），能量系统则是一切运动变化的动力之源；所有的共振态、复合态粒子均属于能量系统的动态网络，只有那些稳定的能量子才有现实意义；不同能量子的有序组合构成信息（从质量系统讲，传递信息必须有载体，而对能量系统，信息和载体则合而为一，于此无暇展开讨论），可以用于操作质量系统的变化和存储一切自然现象。

小结：物理客体分两个系统三种态。质量系统和能量系统确实属于“负阴而抱阳，冲气以为和”的状态；作为两系统“中介”的弥散态，是演绎世间万象的“大舞台”；何以产生质量和电量，是现实世界存在的最根本机制。

四、时间和空间

无论哲学还是物理学，时间和空间都是一对非常重要的范畴，同时又是亘古至今争论最多直到今天还没有取得共识的两个概念。16世纪之前，基本上没有留下多少值得关注的重要论点；牛顿为了创立完整的力学体系，不得不提出人类历史上第一个时空构架。他认为物质是在绝对空间中运动，时间不跟任何物质对象相关、自身等速地在那里流；时间和空间各自独立互不相关。亦即是说时间和空间仅只是描述运动的参量。?

现代物理学的发现则是：“广义相对论用空时结构的几何性质来表示引力场”〔2-328〕，场不但“是某种物理量的空间分布”，还是“一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。很显然，时空结构应该被理解为改变物体或带电粒子运动状态的作用量。?

依据质能两系统结构论看待，即使在牛顿力学体系中，时空结构也是作用量而不是描述运动的参量。比如牛顿力学的第一号自然力——重力G=mg，如果没有g作用于m，物体就不会自由下落，很显然g是使m自由下落的作用量。如果用电磁作用相类比，g可以被称为引力场强，其作用效应跟电场作用于电量没什么两样。自从发现了动量和能量守恒之后，牛顿力学方程基本上已经不再使用，足以说明牛顿力学非常片面，能够沟通三个领域最基本的物理量只有动量和动能，根本就不需要力这个概念。?

时间和空间究竟指什么？答曰：二者分别是对能量系统单元个体持续性和广延性的计量，恰如用质量计量物体、用电量计量带电粒子那样。

“空间一时间未必是一种可以认为离开物理实在的实际客体而独立存在的东西。物理客体不是在空间之中，而是这些客体有着空间的广延性”〔5-112〕。爱因斯坦如果对中国古典哲学稍有理解，就会再说一句：这些客体还有着时间的持续性。这种“物理实在的实际客体”即指能量系统而言。

能量系统虽是连续态，探究其具体作用时却需要量子化。假定其最小单元为h，由ε＝hν＝h/T可知，只要测出周期T，即可以知道具体的能量值，同理测出波长即可知动量。故而可以说时间和空间是对能量系统两种属性的计量。

董光璧教授猜想对于不同的相互作用，应该“各有其时空结构”，是有道理的。用于电动力学的时空结构已经非常成功，“对于电磁相互作用，相对论提供的时空结构和量子论提供的能量结构，既在逻辑上自洽又与经验相符”〔2-429〕?；而对于质量，发挥作用的时空结构有ι2t -2?和ιt -1?两种，对行星的运行则有R3/T2＝K。

小结：时空不是独立的存在，而是用于计量能量系统属性的概念构架。对于物体或带电粒子，不同的时空结构作用于质量和电量可得能量和动量；对于能量系统，只需要用T和λ对基本单元个体计量，即是能量和动量。

五、两种运动?

讨论过物理学不应该使用“物质”这个哲学范畴，明确了物理客体分质量、能量两个系统，确立了质量、电量、能量和时空是基本的物理量，并且弄清了时（T）空（λ）可以直接作为计量能量和动量的基本量，不同时空结构又分别是驱动质量或电量的基本作用量之后，还应该讨论一下运动形式问题。?

亚里士多德很早就提出自然运动和强迫运动区分之必要，物理学界至今都没有认真对待。所谓自然运动，应该是不受人的干预，不准附加任何人为条件的运动，比如自由落体、自组织系统的变化和行星运转等（下文称绝对运动）；所谓的强迫运动当指人为增添了特设条件的运动，比如将物体抬高、摆钟和日常生活中经常发生的许多运动。?

牛顿力学除自由落体之外，几乎都有附加条件，将运动定义为一个物体对另一个物体的位移，运动的基点建立在物体对物体的作用（即力）之上，并将物体看作一个质点等，基本上都属于质量系统的相对运动。现代物理学发现的因果关系被破坏，基本上都产生于对绝对运动和相对运动的作用机制之混淆。?

“一个钟所处的引力势越低（深），它走得越慢，而那里发出的光在引力势较高处去接收就会发生红移”〔5-92〕，亦即是说原子钟在那里发出的光频率较小，周期变大。如果是摆钟，依据T＝2πL/g，由于g变大，周期就必然变小。两种钟的结果居然完全相反，基于什么原因呢？这就恰好能够说明相对运动和绝对运动的作用机制不同，显示的结果就必然会适得其反。由于原子钟的频率直接决定于能量子的频率，属于绝对运动；而摆钟的周期则由作用量g与弹性势的平衡决定，属于相对运动，g变大时相对而言等于固定不变的弹性势变小，故而钟的周期亦随之变小。? “量子理论和每一种合理的真实世界观念都冲突”〔6-127〕；“量子力学改变了古典物理学的因果观和实在论”〔2-328〕。这些观念产生于发现了绝对运动和相对运动效果迥异，感到困惑的原因是没有树立起时间和空间“不再是事件在其中发生的被动的背景”，“相反的，它们现在成为动力学的量”〔4-53〕，根源在于没有突破“物质”一元论的樊篱。?

问起广义相对论场方程的意义，通常的回答是：“物质和能量要使时空向其自身弯曲”〔4-60〕?，反过来弯曲时空的曲率又决定着物体运动的路径。这种表述本来存在一个因果互易的逻辑循环，只需要将误用概念“物质”去掉，就变成了非常明晰的单因（能量）决定单果（质量运动路径）的关系。再如“势函数V表示质量系统对空间任意点的引力作用”〔2-361〕，实质上则是势函数表示任意时空点对质量的趋动作用。作用和被作用的因果关系弄颠倒的原因，许多都出在用相对运动的观念去解释绝对运动；产生这种观念的根源又非常久远和牢固，先是哲学上把物质说成第一性，继而近代科学一开始就决定只研究属于第一性的质量和重量，外加担心宗教神学找麻烦，所有物理学理论就都必须把物质或质量说成是运动变化的起因。依据两系统结构论，动因仅来源于能量系统。?

宇观上的星体都是绝对运动，很早很早之前就受到许多哲人的关注，他们的不少观点由于跟相对运动的理论不合，都受到了冷遇。欧拉认为“一切物理过程都是以太与物质相互作用的结果”〔2-180〕，欧多克斯认为“日、月和行星分别固定在想象的匀速转动的天球上，星体本身不动，它们随着天球运动”〔2-51〕，笛卡尔的观点更明确：“宇宙空间充满媒质的旋涡运动，天体被媒质的旋涡推动”〔2-145〕?；最直观形象的描述莫过于那个阴阳互动的太极图，那是华夏先民无数代人仰观俯察智慧的结晶。天空中所有星系或星系团无不都是一个涡旋，其中不少涡旋的中心根本就找不到质量（被称为质量丢失的暗物质）。很显然这些涡旋都是能量积累形成的畸变时空，那些特定的R3/2＝K的不同旋线上，都可能会有星体在做自然运动，根本就不需要什么引力作为向心力，自然也就没有必要去找切线力的源。

易学中虽说没有“自组织”这个词，王船山却早就讲清了自组织的作用机制。“阳变阴合，乘机而为动静”，“二气之动，交感而生，凝滞而成物我之万象”，如果将质量子和能量子类比为阴阳，这种说法还满有道理的。

第7篇：量子力学和相对论的关系范文

1研究方法

将引证报告核心板的118类核心期刊归并成为8大类即基础及综合类农业类医疗卫生类工程技术类电子信息计算机类交通运输类材料能源及环境类文化教育管理及其它分别对载文量大的500篇及以上和载文量小的100篇及以下的期刊上述期刊指标进行分类分析载文量总被引频次影响因子和综合评价总分之间的关系曰对相关数据用统计分析软件spss19.0进行统计分析求出其相关系数r的值r值越接近-1或+1则相关程度越高正值为正相关负值为负相关同时进行相关性的显著性检验从统计学的维度来说明其相关性及相关程度[5]<0.05为显著相关<0.01为极显著相关>0.05则相关性不显著为了便于叙述和书写分别将4个指标即载文量总被引频次影响因子综合评价总分用abcd表示4个指标的排名依次用ABCD表示分别对样本的大小和排名进行比较并对样本数量达到有统计意义的期刊类别用统计软件spss19.0进行相关性统计分析求出相关系数r值和反映相关程度即显著性的P值

2研究结果

2.1计量学统计结果

从核心版的1989种期刊中选出载文量逸500和载文量臆100的期刊及具有一定数量的同时有500篇以上和100篇以下载文量的期刊类别分别对其载文量总被引频次影响因子综合评价总分进行排名如物理类37种期刊中7种载文量逸5009种载文量臆100农业综合类33种期刊中6种载文量逸5003种载文量臆100农业工程类2种载文量逸5001种载文量臆100临床医学综合类37种期刊中8种载文量逸5005种载文量臆100化学工程综合类36种期刊中5种载文量逸5008种载文量臆100计算机科学类28种期刊中11种载文量逸5001种载文量臆100环境和资源科学技术33种期刊中种3种载文量逸5001种载文量臆100管理类19种期刊中4种载文量逸5002种载文量臆100各期刊的载文量总被引频次影响因子

2.2各类期刊

4个指标间的关系分别取样本数量达到有统计意义具有一定数量并同时具有载文量逸500和臆100的期刊类别进行统计如基础及综合类中的物理类期刊农业类中的农业综合类和农业工程类医疗卫生类中的临床医学综合类工程技术类中的化学工程综合类电子信息计算机类中计算机科学技术类和电子技术类均满足统计分析条件根据表1统计数据用统计软件spss19.0先对上述各类的载文量总被引频次影响因子和综合评价总分4个核心指标分别进行相关性统计分析求出相关系数r值和反映相关程度即相关显著性的P值.2.2.1物理类物理类载文量a总被引频次b影响因子c综合评价总分d4个指标数值之间均为显著性正相关其中载文量与总被引频次影响因子之间相关性均为极显著正相关置信度双侧为0.01<0.01与综合评价总分之间相关性为显著正相关置信度双侧为0.05<0.052.2.2电子信息计算机类a与b之间有极显著正相关<0.01a与cb之间无显著相关>0.05曰bcd三者之间有极显著正相关<0.01说明电子信息计算机类载文量总被引频次之间有极显著正向相关关系载文量与影响因子综合评价总分相关性不大曰总被引频次影响因子综合评价总分三者之间有很强的正向相关2.2.3医疗卫生类表2显示临床医学综合类4个指标中的a与b之间呈极显著正相关<0.01a与cd之间无显著相关>0.05曰b与c之间P值接近0.05有一定相关曰c与d呈极显著的正相关<0.01结果说明医疗卫生类载文量总被引频次之间显著正向相关关系载文量与另两项指标间无显著相关曰总被引频次影响因子和综合评价总分之间存在正相关关系2.2.4工程技术类工程技术类中的化学工程综合类a与b之间显著正相关<0.05a与cd之间均无显著相关>0.05曰bcd三者之间相互均为极显著正相关<0.01说明工程技术类载文量总被引频次之间有显著正向相关关系载文量与影响因子综合评价总分不相关曰总被引频次影响因子综合评价总分三者之间有很强的正向相关2.2.5农业类农业综合类和农业工程类中a与b之间a与cd之间的相关性与化学工程类相同结果说明农业类期刊的载文量与总被引频次有明显地正相关关系曰载文量与影响因子综合评价总分的高低没有明显关系P>0.05曰总被引频次影响因子和综合评价总分的高低之间相关性极显著<0.01

3讨论

3.1载文量与其它指标的关系

研究结果表明各类期刊载文量与总被引频次为正相关<0.05<0.01说明期刊载文量升高总被引频次也升高载文量降低总被引频次也降低曰载文量与影响因子综合评价总分物理类呈显著正相关<0.01其它几类均无明显相关P>0.05说明除了物理类其它4类增加载文量不会造成影响因子和综合评价总分下降曰何荣利[2]对期刊被引频次和影响因子与载文量相关趋势研究认为随着载文量的增加被引频次也相应增加两者之间呈正比例关系贾志云[3]对生命科学领域期刊研究后认为综述性期刊的影响因子不受载文量的影响;他认为在研究性期刊中当影响因子小于1的时候所有领域期刊的影响因子与载文量无关;在影响因子大于1的情况下42%领域的期刊的影响因子与载文量正相关58%领域期刊的影响因子与载文量无关可见针对相当多数期刊而言影响因子与载文量无关这与笔者研究结果有共同之处在正常情况下载文量高的期刊被引频次相对高被引频次高的期刊影响因子也相对高笔者的研究也证实了这一点

3.2总被引频次与其它指标的关系

总被引频次是期刊创刊以来被引用的总次数可反映期刊的受关注程度是评价期刊影响力的动态指标程维红[9]等研究了农业类期刊认为农业类期刊学科平均总被引频次与影响因子呈极显著正相关此论点与本研究结果一致总被引频次与影响因子在物理类农业类工程技术类电子计算机科学技术类等多数学科有显著正相关曰总被引频次与综合评价总分在各个学科均呈现正相关关系多数情况下期刊总被引频次高其综合平均总分也高这与之前的许多研究结果一致

3.3影响因子与其它指标的关系

研究结果显示各学科的期刊影响因子与总被引频次综合评价总分均呈正相关关系<0.01或<0.05说明影响因子的高低与总被引频次和综合评价总分的高低有密切关系是评价期刊影响力的重要指标

第8篇：量子力学和相对论的关系范文

关键词空间热力学平衡相变量子自由能相对论时间熵场黑洞宇宙统一场

微观物质运动与宏观宇宙运动的自然逻辑关系是不言而喻的，但是作为这两个物理领域的主导理论体系，量子理论与相对论的统一却至今未能实现（1、2）。注意到普遍的物质运动遵从热力学规律，如果相对论和量子理论分别与热力学互洽，它们之间必定统一。

设计一个理想的热力学平衡系统，该系统应当满足以下条件：1、允许在系统内（包括系统边界）随机选择任意多的检测点，点的大小是检测手段可能实现的最小范围（点区域）。2、允许以任何可能方式对“点区域”的能量状态进行检测。3、任意两个不同点的检测结果差异都在检测水平之下。如果检测在任意精细的水平上进行，满足上述三个条件的热力学系统是检测意义上的热力学绝对平衡系统。

因为热力学第二定律要求封闭系统的熵随时间增大，所以同时设计检测意义上的热力学绝对平衡系统在相当长的时间跨度上的熵增也在检测水平之下，该系统即时间意义上的热力学绝对平衡系统。一个检测意义与时间意义上的热力学绝对平衡系统理论上拥有最大的系统熵，系统在获得最大无序程度的同时在大跨度时间内也拥有最大的系统稳定程度。一个长时间保持系统状态不变的、封闭系统的热力学性质接近上述热力学绝对平衡系统。

如果给这个系统输入一个量子的能量，会发生什么？

能量介入热力学绝对平衡系统后会引起悖论。

首先，输入能量在输入点及其附近导致系统能量状态发生改变，偏离热力学平衡，这个小的区域理论上将形成耗散结构。如果这样的耗散结构不能得到适当的反馈而形成稳定的、偏离热平衡的自组织结构，该结构就是不稳定的，它将在第二定律规定的时间方向上因为耗散而瓦解，并且将耗散能量传播到邻近区域。根据设定条件，系统内任意一个区域与其邻近区域同质、同性，耗散能量的涉及区域也会形成耗散结构，然后瓦解。显然，只要输入能量不对系统做功，在足够长的时间内，这样的过程将遍历系统的任意点以及邻近区域，所以该事件可以被视为全系统事件。

现在存在两种可能。一是输入能量弥散至整个系统，最终导致系统内任意点区域的能量增大，系统在相对高的能量上处于热力学平衡状态，属于常态热力学变化。二是系统的稳定性对介入能量发生强烈反应，致使点区域耗散结构瞬间产生又瞬间瓦解，介入能量虽然转变为耗散能量却不能弥散，输入能量不断地进入系统又不断地被系统“反弹”出来。在这种情形下，如果限定输入能量对系统的做功为零，这个能量就将使系统内的点区域乃至整个系统在足够长的时间内偏离热力学平衡，而这种偏离竟然是系统执行热力学第二定律的结果，意味着该定律在某种终极条件下的执行结果是对定律本身的背反。

问题是：我们是否可以在彻底地接受热力学第二定律的同时又能对这样的背反行为做出解释？

热力学平衡系统P0在输入能量e的作用下形成耗散结构Pe，称该过程为系统P0的激发相变。由于耗散结构不稳定，Pe还原为稳定的热力学平衡系统P0，同时释放耗散能量e，称该过程为耗散结构Pe的相变还原。显然，只要不以任何形式对系统P0做功，输入能量e就会经过一个激发—还原过程全部转换为耗散能量。对于下一个激发—还原过程而言，耗散能量与输入能量等价并且物理意义相同。如果系统P0完成一次相变—还原过程所需要的时间是t，只要t充分小，我们将很难注意到相变过程，而只是看到输入能量对系统P0的似乎连续的影响。而如果限定P0的相变只是点区域事件，我们甚至可以认为e对P0的影响以点或线性形式连续存在。

相变对于上述事件在时间轴向上演变的意义在于：无论输入能量是否无限连续，它在系统P0内引起的一系列事件都将被相变“截断”为一个个因果相关但又并非处处连续的激发态耗散结构，每个耗散结构还原时所释放的耗散能量只能是输入能量的量子单位。因此，系统内活跃的只能是量子化能量，而不是连续输入系统的能量流。这种情形与神经系统的生理活动十分类似。向动物神经系统外周感受器施加连续的电流刺激，其在神经系统内的传导是生物电脉冲而不是连续的物理电流，这是因为物理电能在神经元轴突末端突触转换为化学能递质，然后通过化学递质与受体间的作用引起下位神经元的电脉冲。“突触换能器”对于神经系统的意义相当于上面所说的系统“相变”。

接下来，只要系统内一系列因果相关的耗散结构的“串联”方向与外部能量介入系统时的初始方向有关，系统内的自由能（系统有序性构造的标志）就是在矢量方向上运动的量子化能量。

如果绝对热力学平衡系统的稳定性能够对介入能量做出“相变”响应，系统就可以根据单位时间内相变发生的次数—相变频率对介入能量的大小做出评价，或者说该系统内自由能的“量子值”决定于介入能量引起的系统相变频率。

根据设定条件，一个绝对热力学平衡系统的能量状态是无法通过实际测量予以评价的，但是可以用P0表示它的恒稳态的“相”，以Pe表示它的激发态的“相”，根据上面的陈述，这个系统的相变可以表示为：Pe=P0+e，e代表介入系统的单位能量。相变在系统内的传布过程表示为：P0+e=PeP0+e=Pe…………，只要e不对系统做功（比如被系统边界吸收），相变—还原过程将无限次地重复进行。若将相变传布的矢量性质考虑在内，则有：

P0+e(—)=P(—)eP0+e(—)=P(—)e…………。

如果介入系统的是单一形式的能量流E，相变使得E转变为量子能量的过程表示为：P0+E(—)=P0+me(—)=mP(—)eP0+me(—)=mP(—)e…………，m为系统内的量子数。系统P0对单位介入能量e(—)的大小的响应形式为系统的相变频率f，即单位时间t内的相变次数n，f=n/t，而频率的表达与系统P0的状态函数f（P0）有关。即：e(—)=f(—)•f(P0)=(n/t(—))•f(P0)。表达形式：P0+E(—)=mP(—)e=P0+me(—)=P0+f(—)•f(P0)=P0+(mn/t(—))•f(P0)。因为m、n均为自然数，所以时间是唯一显示系统P0内有序能量运动方向的物理矢量，从中我们可以看到有序能量的“量子值”是如何通过时间与耗散结构在系统P0内的传布方向相联系的。如果时间t变大而n不变，单位量子的相变频率降低，“量子值”变小；反之，如果时间t变小，“量子值”增大。如果e(—)对系统边界做功（为系统边界吸收），则不能继续引起系统P0的激发，耗散结构P(—)e的产生和传布随之终止，时间对于P0没有意义。时间是评价偏离热力学平衡的能量结构在传布方向上单位量子能量大小的物理量。时间具有方向。时间对于绝对热力学平衡系统没有意义。

现在我们已经能够清楚地看到以光量子为代表的、纯粹的物理能量在物理真空（以下简称物理空间或空间）中的基本行为方式。事实上，物理空间是迄今已知的、最稳定的“物质”实体，关于它的稳定性我们无从测度或评价。相反，无论经验还是理论，空间都是我们评价其他物质形式或构造稳定性的物理背景。量子理论认为物理真空是高度无序的能量质体。因此，我们有理由认为物理真空对于任何具体的物理事实都完全满足所设定的绝对热力学平衡系统条件。那么，物理真空是否存在能量激发下的系统相变呢？

实验证实，物理真空具有理想的热力学黑体性质。根据普朗克辐射定律（Planck`sradiationlaw），M=C1λ—5/exp(C2λT-1)，热力学温度T可以通过黑体转换为波长为λ的量子辐射能量M。如果将热力学温度视为向空间连续输入的能量流E，E将依照该定律通过物理真空辐射量子化能量，这种转换符合物理空间受激相变—相变还原机制。空间相变机制对于以下基本物理问题具有重要意义。

一.物理空间相变是量子力学理论的动力学基础

1.物理空间相变与海森堡的“测不准”原理

空间相变使得量子在空间中的运动带有或然性。由于相变是局域空间的能量激发事件而不是发生在确定点上，因此每一个激发态耗散结构生成的位置只能是涉及区域一个概率点。如果激发态耗散结构的传布速度为光速，它的每一个激发位置将不能被精确测定，而一旦引入测定激发位置的附加能量，它本身产生的空间激发必然会改变被测量子在传布路径上的空间状态，从而不能客观地得到被测量子的路径位置。空间相变机制符合海森堡的“测不准”原理。

基于物理真空的恒稳态性质，它的系统状态函数f（P0）应该为常数，这个常数就是普朗克常数h=f(P0)=6.626196×10—34Js。就量子的激发位置而言，普朗克常数可能是一个概率值。对于单位量子：e=f•f(P0)=h•f，f—自由量子频率。

2.物理空间相变与自由量子运动的波粒两重性

光量子的空间运动路径是由一系列相变“点”构成的。无论对于空间的“稳态相”还是“激发相”，这条路径都不是无限连续、光滑的，但只要相转换速度充分快，光量子的空间路径就是充分连续的，类似于粒子的连续运动轨迹。然而，相变毕竟是局域空间构造的变化过程，会对邻近区域的空间结构产生影响，并且以波的方式扩散，这就使得光量子的运动同时具有粒子—波动两种形式。其中，光量子在时间方向上的矢量运动是谓“粒子”运动，而相变对周围空间状态的影响是谓波动。根据相变机制，光量子运动的波粒两重性不可分割。称空间对局域相变产生的低能态响应形式为量子场。

这里出现一个问题：如果相变对邻近区域的影响足以使空间结构发生相变，那么一个光量子就会以光的形式在三维空间中没有衰减地扩散，等价于复制出越来越多的光量子本身，违背能量守恒定律。因此，物理真空的相变必定对激发条件提出临界要求，使得相变只能在一个矢量上递进产生，而相变对邻近的其他矢量上空间结构的影响因为不能满足临界条件而形成量子场。这个激发条件本身必须具有单一的矢量性质，它就是光速。光速的时间方向就是光量子的线性运动矢量方向，与确定光量子频率的时间方向同一。即：

f(—)•λ=nλ/t(—)=c(—)（光速），λ—光量子波长，f—光量子频率。

设想物理真空充满随机分布的点。因为这些点在任何位置出现的概率相等，所以物理空间处于热力学平衡的完全无序状态，可视为能量的均质体，它的任何一个充分小的区域P0状态与整体相同。受到介入能量的激发，区域空间的无序点以某种有序的形式排列，形成局部的耗散结构Pe，称这样的耗散结构为“量子结构”，物理真空相变与量子运动的波粒两重性.

为空间的热力学平衡性质所决定，激发区域附近的点也呈现一定程度的有序排列，但不足以产生Pe结构，这样的有序形式即“量子场”。假定“量子场”内每个点平均携带一定的有序能量，随着“量子场”区域的扩大，会有更多的点参与有序能量的分配，而每个点得到的有序能量则减少。所以，以激发区域为中心，相变对附近空间状态的影响随距离增大而减小。

作为一种局域不稳定结构，Pe按照热力学第二定律发生耗散而瓦解，但耗散能量的释放具有方向，引起这个方向上下一个P0区域的相变，如此依次传递，形成量子的光速路径。随着Pe结构瓦解，能量点的分布状态还原至稳态物理真空，对附近空间的影响也随之消除。依序发生的、相变对附近区域三维结构的影响—消退过程构成完整的量子波动，称量子场的传布为自由量子的本征波动。

必须指出，每个光量子能量仅对受激区域的空间相变负责，与附近区域的空间结构变化无关。空间相变引起的波动是由空间的热力学平衡性质所决定的。对于恒稳态物理空间而言，相变不会导致自由量子的能量衰减。原理上，自由量子的单一矢量运动对于维持其在时间方向上的持续存在具有重要的反馈作用，考察自由量子e在恒稳态空间P0中的相变机制可以发现，由于量子结构P(—)e的矢量性质，它对矢量前方空间的影响可以使那里点排列的有序程度高于其他方向，获得在同一能量激发下优先实现相变的较大概率，乃至主导相变的传递方向。也就是说，量子场的有序形式指向量子的运动方向。称量子场有序形式的方向为“量子势”。量子的矢量运动本身以及量子势是量子在空间中持续运动的反馈机制—自反馈机制。正因如此，如果一个光量子恰好通过另一个光量子的本征波动区域，量子矢量方向上的空间状态变化会干扰自反馈机制，它的路径可能因此改变。称自由量子本征波动对其他量子行为的影响为相干波动。相干波动使得自由量子的运动方向不能被准确预测。显示光的波粒两重性的经典狭缝实验是对相干波动的直接证明，也是对量子本征波动的间接证明，其本质则是对空间激发相变模式的证明空间相变以及相变传递的物理实像即自由量子的矢量运动。每一个相变—还原过程等效于一个稳态空间区域从A移动到B，A与B之间的距离就是量子的波长，每个波长对应一次相变。单位时间内量子以光速经过的距离为nλ，nλ/t=f•λ=c，f=n/t。所以自由量子的频率f即单位时间t内量子在矢量方向上经历的相变次数n。

物理空间受激相变产生量子化能量以及以光量子为代表的自由量子的波粒两重性。其中，量子的“粒子”式运动是量子的本征属性，而量子场则源于稳态物理空间对局域相变的低能态响应，反映稳态物理空间热力学平衡的本征属性。自由量子的波粒两重性符合海森堡的“测不准”原理，满足热力学第二定律和能量守恒定律。

二.物理空间相变是相对论的物理基础

空间相变要求物理空间是高度无序的热力学平衡系统，意味着空间是一种实在的、可以与其他物质体系相互作用的能量质体。空间状态可以通过量子的波粒两重性以及单位量子的能量得到反映，因此与时间具有不可分割的联系，符合相对论原理。

量子理论以及相关实验表明，物质之间的相互作用是通过彼此交换被称为介子的一类量子实现的。借用这个概念，我们发现空间的受激相变就是激发能量与稳态空间交换“能量介子”的过程，也就是单位自由量子与空间相互作用的物理形式，只不过被交换的“能量介子”就是自由量子（能量）本身。以下将看到，这一概念是怎样通过相对论得到体现的。假定一个静止物体对一个自由量子的评价由e=hf=hn/t给出，t是系统的静止时间。现在我们要求该物体吸收量子e并且因此以速度v运动。根据相变原理，单位量子的能量反映这份能量与空间的结合能力。经典力学定义物体吸收能量并获得速度增量的过程为物体的加速度a，物理作用力f=a•m。因此也可以说，物体吸收能量获得速度增量是因为该物体吸收了能量与空间的结合力，加速度是物体与空间作用力增大的结果。

假定物体吸收能量e后并没有速度变化，该物体就只能按照爱因斯坦方程e=mc2获得质量增量。无论对于速度增量还是质量增量，e都提供相等的空间结合力，e的等价质量所产生的空间结合力必然等于使物体产生加速度的空间结合力。质量与空间的结合力通过重力加速度表达，即所谓引力场效应，符合广义相对论原理。具体细节上，我们甚至可以发现量子场与引力场的平方反比关系完全一致。

这里存在一个关于狭义相对论的物理现象。静止物体吸收能量e后获得速度v，它的时间将按照洛伦兹变换t`=(t-vx/c2)/(1-v2/c2)1/2发生变化。在相对论速度域(0,c)内，t`t，相对论称之为时间膨胀。运动物体对同一量子的评价由e`=hf`=hn/t`给出。因为t`t，所以e`e，对于静止时间，e`=hn/t`=•hn/t，1，量子的能量增大了。这个结果对于量子的波长表达形式也一样，e`=hf`=hc/λ`，因为洛伦兹变换给出λ`=(λ-vt)/(1-v2/c2)1/2，λ`λ，e`e。结果显示同一能量对于速度较快或质量较大的物体具有更大的力学效能。例如，分别从地球和太阳表面观测远处同一光源的光谱线，太阳处谱线的蓝移程度大于地球。相反，从这个光源处观察地球和太阳同一元素的谱线，太阳谱线的红移程度将大于地球，即爱因斯坦引力红移（3）。根据上面的分析，引力红移效应实际上具有相对论动力学意义。可以说，相对论的本质物理意义在于反映运动系统或质量系统对自由能“作用量”的评价形式。

经典引力作用所遵循的平方反比定律使我们相信，质量物体周围的空间“序型”是与量子场同质的低能态有序构造，可以参与自由量子的自反馈机制并影响光量子的路径方向，构造的有序程度与物体质量正相关。我们可以将光在大质量天体附近的弯曲归因于引力空间的有序程度而不是空间形变，事实上，自由量子的本征波动可能是产生引力平方反比定律、相对论引力红移以及光线在大质量天体附近弯曲等现象的物理基础。将质量物体视为自由量子，该物体附近空间的有序程度因为自由量子的存在而增高，但不足以产生激发相变。量子场以及量子势是量子矢量运动自反馈机制的一部分，因而与时间方向一致。既然物体与空间的结合力等价于自由量子与空间作用力的累计或集合，物体附近空间“序型”的方向应当指向物体，称这样的“序型”形式为“向心性序优势”。显然，“向心性序优势”与定义在物理场概念下的“能量势”的物理内涵完全相同。“向心性序”的优势随空间范围的扩大而逐渐离散，与距离成反比关系。因为入射光的矢量方向与物体附近空间的“序向”一致，量子运动的自反馈机制强化，量子能量增大，波长变短，光谱蓝移。相反，出射光线逆“势”而行，自反馈机制被削弱，量子能量减小，波长增大，光谱红移。当然，引力空间的“向心性序优势”也会通过相干波动原理影响附近经过的自由量子路径，使之内向偏移。

“向心性序优势”是引力空间的本质物理特征，“向心性序优势”的方向与引力空间的时间方向重合，指向物体的质量中心。

引力空间的“序优势”赋予广义相对论效应以实际物理意义。

随着物体质量增大，引力空间的“序优势”逐渐强化。当“序优势”达到空间相变能级时，空间受激生成自由量子并向物体质量中心运动。经过该区域的其他自由量子在相干波动机制作用下改变矢量路径，同样向物体质量中心运动，使得该区域形成黑洞（1、4）。黑洞视界即引力空间的相变临界或亚临界区域。

三.统一的物理相互作用

引力是迄今已知最普遍的物理相互作用。一旦我们发现引力及引力场的物理本质其实只是自由量子与空间结合的一种物理形式，后者的物理意义立即凸现。根据相变原理，空间不再仅仅是包容万物的思想容器，而是一切物质形式赖以构造和运动的物理实体。

A.所有物理运动都是物质系统与物理空间结合的结果。

无论理论、经验还是实验，命题A都无一例外地成立。因为如果脱离空间，一切都无从谈起。一切物质运动都是物理空间事件，一切物理空间事件都必然有空间的直接参与，否则我们无从知晓。

根据命题A，可以直接得到以下推论：

a.物理测量以物质系统与物理空间的结合关系为物质基础。

b.任何物质系统的运动都具有波粒两重性。

c.物质系统之间的相互作用是它们各自与空间作用的结果。

依照质能等价关系e=mc2，宇宙中所有物质构造和运动形式都是能量结构或能量运动的结果，而一旦发现能量的基本单元—量子与空间的结合形式，我们就不再需要除物理空间之外的任何物质实体之间的相互作用，它们之间的相互作用是它们分别与空间相互作用的结果。实际上我们也不可能发现比量子—空间作用更基本的物质作用形式。实验证明，四种基本相互作用中的强力、弱力和电磁力是通过传递明确的介子能量实现的。传递引力的介子尽管没有被直接发现，但是根据相变原理和e=mc2，所有的自由量子都可以成为传递引力的介子，因为它们被物体吸收后以等价质量的形式对重力场有所贡献。

物理空间的热力学平衡性质（即空间的无序状态）使之具有充分甚至无限的几何构造可塑性，可以对任何形式的激发能量做出相变响应并产生相应的自由量子和量子场，产生不同的物理相互作用模式，包括力的强度和力的作用距离，继而产生不同的物质结构形式或体系。上面的分析显示，这样的物质构造过程同时满足热力学、经典力学、量子力学以及相对论的基本原理，而由空间相变产生的自由量子—空间结合关系将成为统一场理论的基础。统一场的物理本质是量子场，量子场的累计或集合构成物理力场。

四.时间之箭

根据相变原理，时间是在定量自由量子的“能值”时引入的，与量子本身的自然运动没有必然的联系。经典力学中，时间只是与评价自由量子能量有关的一个物理测量概念。我们可以利用与空间相变完全无关的时间定义一个自由量子的频率。在这个意义上，时间相对独立于具体的物理事件。但是相对论表明时间具有运动属性，根据物体运动速度的变化而变化。对于系统相变和引力红移效应的分析显示，作为评价量子能量的物理量，时间的方向必须与自由量子的运动方向保持一致并且必须遵循等效性原则客观反映量子能量在不同空间状态下的变化。因此，时间必须具有实际物理属性并且直接参与物理过程。

时间对于绝对热力学平衡系统没有意义。时间就是某种耗散结构存在的标志，而耗散结构必须通过某种运动形式维持其存在。物理真空相变产生自由量子，而自由量子随即因为耗散而还原，这个过程符合热力学第二定律，只是耗散能量在量子势的反馈支持下可以激发下一次相变。所以，自由量子在空间的存在本身就是量子化的，是不连续的。但是对于有限测量精度而言，空间激发态的相转移是充分连续的，我们看到连续的自由量子光速轨迹，时间也因此连续。本质上，时间是能量的有序状态。根据能量守恒定律，能量不会消失，所以时间也不会消失，但只是对于能量的有序状态有意义。能量的有序状态必然要求“序”的方向，就是时间的方向。

根据命题B，可以有以下推论：

a.时间可以转移

能量可以由一种有序状态转变为另一种有序状态，时间也因此可以转移。比如自由量子的能量可以转换为物体的动能或质量，时间的方向也因此指向物体的运动方向或者引力空间“序优势”的方向。

b.时间随耗散结构状态的变化而变化

时间是能量的有序状态，所以状态的改变必然导致时间变化。相对论给出关于物体运动速度或物体质量与时间的关系函数。

c.时间转移与时间延续的关系不确定

对一个有序结构输入能量的结果是不确定的，可能以正反馈形式延续其存在，也可能以负反馈形式促其崩溃。自由量子的矢量方向决定于输入能量的初始方向，而每一次相变产生的量子都是下一次相变的输入能量，每一个相变“点”的位置不能精确预言。

仅仅限于物理真空受激产生自由量子事件范围，如果物理真空恒定，只要自由量子不对其他物质系统做功（自由量子对其自身做功），它将在空间中永久存在。但是如果视物理真空为一个能量系统，热力学第二定律并不阻止自由能量对系统边界做功，结果将导致宇宙膨胀，每一个自由量子都将为此付出代价，能量衰减，光谱整体红移。根据命题A(c)，物质系统之间的相互作用将被削弱，包括中子、质子在内的所有基本粒子都将衰变，物质宇宙最终“热寂”。按照这样的模式，时间的方向指向宇宙边界，指向宇宙“热寂”，与引力空间的时间方向相背。现在我们看到宇宙历史上系统引力与系统膨胀是如何关于时间直接对抗的，对抗的结果决定宇宙的命运。:

宇宙的命运究竟是什么？就是两种对抗力量的平衡。

平衡的方式或许很简单。基于自由量子的相干波动原理，足够强大的宇宙引力可以限制自由量子的活动范围，避免其对宇宙边界做功，宇宙边界将得以稳定。对于边界的外部而言，边界的内部是一个黑洞。当然，这就要求引力空间的“序优势”范围扩展到整个宇宙。一旦如此，自由量子最终会以连续变化的曲率轨迹向宇宙的质量中心运动，宇宙仍然难逃坍缩的命运。

前面已经谈到，物理空间在黑洞视界发生相变，产生的自由量子在“序优势”的作用下以光速向黑洞的质心运动。设想黑洞是一个容积有限的中空球体，它的质心与球心重合。来自各个方向上的自由量子在球心处相遇，它们的本征波动相干，任何微小的对称失衡都将引起量子运动的极大混乱，瓦解能量的所有有序结构并最终实现热力学平衡，物理空间得到还原，时间之箭失去方向。

回顾物理空间的激发相变，可以认为一个独立的激发状态Pe不能作为物理实在，只能用“虚”状态表示，即：Pe•(i)=P0+e。从对称的角度上考虑，如果从P0中取出单位能量e，则有：-Pe•(i)=P0-e。于是得到结果：Pe2=P02-e2，即：P02=(Pe2+e2)。……（1）,方程（1）中，物理空间的激发相Pe是一个能量“陷阱”，无论量子能量e有多大，P0保持不变，意味着在任何物理相互作用中，物理空间的状态恒定。即使将宇宙的全部物质作为自由能投入Pe也不会改变物理空间的性质，这也是对物质宇宙与黑洞关系的描述。

那么，黑洞空间需要一个具体的、有质量的“壁”么？试想将宇宙质量放入一个黑洞，它所产生的引力当然足以形成黑洞效应，所谓黑洞空间的“壁”其实与我们熟悉的引力空间没有区别。的确，相对论黑洞极度紧致，甚至不能容纳概念空间，但是相对论效应同时表明，任何一个进入黑洞的自由量子e`=h•n/t`的时间t`都会极大地甚至无限膨胀，量子能量甚至无限增大，相应增加黑洞与空间的作用力，等价于相应的质量增量。根据黑洞的史瓦西半径r=2GM/c2，在保持黑洞效应不变的条件下，充分大的M的增量允许r充分扩大。另外一个例证来自光电效应。如果用相同频率的光照射金属表面，那些运动速度较大的电子应当更容易被击出它原来的位置。

物理真空好比白纸上一些随机散落的点。相变造成某个局部的点以特定形式有序排列（量子结构），附近的点倾向性排列（量子场和量子势），相变还原后这些点回复到原来的状态，甚至没有发生任何可以测量的位移。相变的传递只是点的有序排列方式的传递而不是点本身，譬如电流传递的只是电能而不是电子。特定形式的能量传递特定形式的秩序，物质体系就是相同或不同能量秩序的集合体。外部宇宙的秩序在通过黑洞时被彻底瓦解。

现在我们可以清楚地理解能量究竟意味着什么。所谓“能”就是特定形式的秩序。当这种秩序在确定方向上运动时取得“量”的概念，它的“量”和方向通过时间得到定义。广义而言：时间是反映秩序运动方向和大小的物理量，与秩序本身的状态不可分割。

根据物理空间的热力学性质，方程（1）中空间的稳态“相”和激发“相”可以用系统的“熵”表示：P0=S0，Pe=Se，则：e2=(S02-Se2)，其中S0是一个恒量。当|e|0时，S0Se。

这样处理后，量子能量与系统的“熵”联系在一起。较大的|e|拥有较小的Se，能量的有序程度较高。对于能量的累积形式，则可以表示为：S02=Σe2+ΣSe2。若E=mc2=Σe，则S02=Σ(mc2)2+ΣSe2。根据相变原理，量子结构、量子场以及量子“势”都是能量系统有序程度的表达，归结为“场”的有序状态，通过“熵”Sm2=ΣSe2予以量化评价。粒子之间或粒子与量子之间存在“场相干”，产生波动。S02=e2+Se2可以作为物质运动波粒两重性的基本表达形式。讨论:量子理论研究正在逼近物理真空（2），但是可能受到经验以及经典力学时空概念的影响，物理空间至今仍然只是物质存在与运动的载体而不是具有独立意义的物质实体。当然，物理空间无从测量因而无从定义、无从把握的性质也很难被作为具体的研究客体，尽管空间的黑体性质以及相对论表明它是宇宙物质的一部分，至少它参与宇宙的物质过程。另一方面，空间无从测量恰恰反映它完全无序的状态，没有特征，不会主动参与物质运动，这就是它的特征。因为无序，所以拥有充分的、被动塑造的可能。

在热力学平衡的背景上将热力学耗散系统推向极端的结果必定引起相变，这是由热力学平衡系统性质所决定的悖论形式。只要赋予物理空间以适当的张量，好比一方绷紧的水面，相变就会将能量进行“量子式”裁切，量子就会像“打水漂”的石片一样跳跃，同时引起水面的涟漪。称这样的量子为自由量子，它们携带的能量为自由能。自由量子的运动是能量与空间结合的结果，是自由能与空间的结合力“拉动”量子以光速运动。在这里，空间响应速度扮演裁刀的角色，裁切的原则是保证下一次相变的条件，这个条件就是光速。所以自由能的速度只能是光速。

量子结构、量子场及量子势三者共同构成空间相变完整的动力学形式，为“测不准”原理的阐释呈示物理细节。对于解释包括波粒两重性在内的诸多量子行为而言，空间相变是一个十分理想的模型。

“打水漂”的石片的动力并非来自水面，但是量子运动的动力却来自能量与空间的结合力，好比一个人拽着胡子把自己拉动得飞快。换一个角度说，量子通过与空间的结合力对自己做功，做功时产生的“废能”竟然又生成一个相同的量子，相变的传递犹如接力。将这样的怪异与质能等价方程e=mc2放在一起，我们发现广义相对论竟然可以从量子理论的角度上得到简洁而且准确的解释：作为能量的构造形式，质量同时承载着能量与空间的结合力，而引力场则是量子场的累计或集合表达形式。作为回应，相对论通过影响自由量子的时间或空间表达相对论量子效应。相对论量子的能量与物体的速度或质量正相关，也因此与能量对物体的作用效能有关，这一点对于黑洞空间的存在至关重要。没有黑洞视界处的相对论时空效应，就没有自由能的相对论增量，也就不会产生自由能对黑洞质量的相对论贡献，不可能出现史瓦西“解”允许的黑洞空间。物质宇宙的演变会是另外的样子。

根据相变原理，相对论和量子理论分别与热力学互洽，所以两者统一，其中关键在于能量与空间的结合关系。以能量—空间结合关系为基础，热力学、经典引力理论、量子理论以

及相对论可以统一；以能量—空间结合力为基本作用关系，物理相互作用可以实现统一。

能量与空间的结合关系是最基本的物质作用形式。量子场是最基本的物理力场。热力学属性是时间的本质属性，但是作为对热力学在绝对条件下的背反，引力时间与热力学时间构成宇宙最基本的、彼此相背的时间体系。根据e2=(S02-Se2)，因为自由量子的能量e在引力场中增大，所以引力场的“熵”Se减小，有序程度增高。黑洞是极端有序的物质构造，但其内部e=0，Se=±S0，是对极端有序的背反。

Se=±S0所展示的对称性意味着什么？反物质？暗物质或其他？

根据命题B(b)，时间的基本形式是量子化形式。

直接参与物质作用的空间才是真实的物理空间。真实的物理空间对于完整的自然宇宙是不可或缺的，因为这样才自然。

参考

1.《时间简史》史蒂芬•霍金著，许明贤、吴忠超译，湖南科学技术出版社1996年4月第1版。

2.《时间之箭》彼得•柯文尼罗杰•海菲尔得著，江涛、向守平译，湖南科学技术出版社1995年10月第1版。

3.《狭义与广义相对论浅说》阿•爱因斯坦著，杨润殷译，上海科学技术出版社，1964年8月第1版。

4.《时空本性》史蒂芬•霍金罗杰•彭罗斯著，杜欣欣、吴忠超译，湖南科学技术出版社，2003年2月第1版。

第9篇：量子力学和相对论的关系范文

【关键词】量子场论 还原性 问题

物理中的突现主要是指很多因素，对于系统组成要素具有性质问题，不是在于任何单个要素，因素系统的低层次形成时期才会出现，所以说才成为涌现。系统功能之所以表现是整体会大于部分，是因为系统会涌现出新质因素。人们对于这一个现象的研究是从生物学开始的，后来应用于人工智能和复杂物理理论中，随着社会现代科学即使发展，出现了很多问题，在整体性为主题中，量子场论的建立都针对很多问题进行发展和研究，也引发了很多原论和反原论问题深入研究。从重整化操作参数中选取任意性理论问题都是没相关性，场论知识具有自主性理论体系，各个理论之间没有关系，所以说量子场论涉及当今物理学和哲学领域很多问题。

1 有效场论思想的提出分析

一般意义的有效场论指的是某一个研究领域事物内在机制理论问题，也就是用粒子物理学家话来说就是有效理论对于物理参数空间物理实体描述，从物理学看，很多物理学理论都是随着不断变化而形成了多样性，也就是同一物理实体中的粗放型和精致形理论，这就构成了物理学参数空间唯像学理论研究。不需要费心去寻找一个物理终极理论，只要能够恰当的描述一切现象就可以了，从本质上讲也就是说对于物理具有本身局限性，是反映物理世界信息模型问题。

为了能够很好协调量子力学和相对论之间量子场论，就应该考虑到二次量子化，也就是一种包含粒子生产的基本粒子问题，在数学中量子场论系统拥有无穷自由度，数学中对于理论有很多新的要求，对于重整化问题解释争论也是突出表现了场论思想提出，从历史发展来看，重整化理论是具有一定场论理论依据的。对于有效场论思想提出都有一定追溯作用。

从重整化方法发展历史看，有效思想在建立量子场论中是非常富有启发作用的，量子场论语言的作用是非常恰当描述依赖作用的，本质就是能够超级力量。有效理论思想可以很好推动量子场论深入发展，也就是说基础物理学家说的基础物理学问题，本质上就是高能物理学和低能物理学之间相互隔离和各个击破研究问题。如何划分物理现象标准能否跨度，形式随着精度分化不断变化，也就是在重整化基础上能够实现对于理论重整。能够就会出现很多处理重整化物理学理论发展的初始阶段是处理量子电动力学发散引进方法，对于物理学家首先应该引起截至作用，将发散部分吸收，然后再进行重新定义理论参数问题，在这个过程就会出现很多处理方法问题，重整方法从此就会成功开始。随着测试现象尺度变化物理学作用和结构也会发生变化，接着人们就会缓慢减小截至思想指导，运用重整化参数变化情况进行更深度分析和研究，有效的将参数和分数关系用数学方式描述出来。能够在群方程参数变化中，降低重整化的有限维子丛。有效的低能理论有别于高能的情形，不同的高能日量可能 会产生相同低能日量，事实上在数众多不同质量粒子共存体系中，系统能量远会小于粒子质量，这时质量扮演截至就可以近似重整化有效场论，质量的影响也会相互作用不可重整化，一种新的可重整化量子场论理论广泛应用自然会导致人们对于基础物理学看法，这种观点的转变结果是量子场论的标准模型问题。

2有效场论引发的争论问题

人们认为基础物理学研究宇宙物质基础结构和物质运动规律的学科，所以说近代自然科学追求的确定性和必然性，根据这个观点对于高能物理学享有的基础地位和粒子物理学的终极理论都是有一定领地的。从弱点理论到量子色动力学发展起来的标准模型，在基础物理研究中都具有里程碑意义和作用，根据标准模型可以看出，物质有夸克和轻子组成，他们之间相互作用可以用一个统一规场论来完成，量子场论这种进展就是重整化方法更加深入人心。

重整化概念对于标准模型哲学基础构成需要更加深入分析和研究，在理论早起时候，重整化的概念在处理微饶问题时，物理学家对于突现驾驶主要是纠缠于两种备选方案，就是前面提及到的还原论和反还原论述，分别指的是高能物理学和凝聚态物理学问题。粒子高能物理学的科学家以高能物理学基础来辩护，就是粒子物理学提升了人们对于物理世界的认识，引领人们一步步走到宇宙绝对性结构面前，在还原论中也有很多关键性词语，所以说凝聚物理学家工作和粒子物理学家工作是一样的基础性。

还原重整化概念建立的历史进行实证分析，确实是可以提供理论之间相关性依据问题，但是这种论证本身没有坚实基础。理论之间联系建立只是局限于特定语境，另外理论之间是否存在基础性问题，也只是局限于各种文化层次之间，理论是否具有一定基础性争论，将是未来人类文明发展的重要问题。也就是理论之间存在内在很多联系，反还原阶段基于突现事实理论之间联系，量子场确实恰当又方面的描述了特定精度物理现象问题。根本上依赖于特定语境中和物理相对应的世界，其中包括主观意向、理论背景和实验测量问题等，所以要不断结合各种综合要素进行分析和科学解释人类现象。

3结语

粒子物理中物理场论等多个理论之间相互竞争并存在很多现象，有效的微观世界信息，可以反映客观理论语境，这样就会避免工具主义无法解释参量问题，和实在主义经验数据问题，总之就是客观事物本身是非常丰富多彩和复杂多变的，一种语言描述复杂事物行不通，对于还原论和反还原论争论，问题不是一方压倒另一方，而是要相互之间能够互补，全面客观的把两者进行相互结合起来，做到最大限度的兼收并蓄、取长补短和综合统一。

参考文献：

[1] 王博涛，舒华英.基于自组织理论的信息系统演化研究[J]；北京邮电大学学报（社会科学版），2006年01期.

[2] 林祯祺.从量子论到玻色-爱因斯坦统计[J]；重庆师范大学学报（自然科学版），2006年04期.

[3] 聂耀东，彭新武.复杂性思维・中国传统哲学・深层生态学[J]；思想理论教育导刊；2005年04期.