梅晓春 认为经典牛顿力学对时间反演可逆，完全是由于我们在运动方程中只考虑保守力的缘故

3.时间反演不可逆性问题的最终解决方案


每个大学物理系的学生从一年级开始就被灌输这样的理念，那就是电磁相互作用过程对时间反演是对称的。因此当你听说有人认为电磁相互作用中包含时间反演对称性破坏时，第一印象也许是，又来了个胡说八道的。事实上你只要观察一下周围每天发生的事情，就会觉得这实在是稀疏平常的事。也许你现在正在电脑上看这段文字，电脑里的风扇正为驱散电路板发出的热量而呼呼叫。你于是意识到，不可逆过程正在电脑里数不清的集成块中发生。那是电子在半导体中运动时，电阻导致的热耗散。碰巧你正在学习热力学或电磁学，于是你去问教授，“导致电阻发热的原因是什么”？“电子热运动”，教授会立即不假思索地回答。你再问，“电子热运动由什么引起的呢”？教授马上傻了眼，他会跟你急。废话一句！地球人都知道热量由原子分子运动引起，还用你教授来教授？但对热耗散起源问题，这种回答已经是地球最高水平了。分子运动就是分子运动，却非要说什么分子热运动!难道还有什么分子非热运动？说热运动无非是为了表示这种运动会产生热耗散，但世界上有不产生热耗散的分子运动吗？如果有，这种运动与热运动在本质上有什么差别呢？别以为你老兄在玩文字游戏，这里学问大着呢。你家电脑、电视机、电冰箱里导体半导体中所有电子的热运动，以及你我日常所见的所有热运动，在本质上都由电磁相互作用支配，为什么你就不能将热运动与电磁相互作用相联系呢？你有必要舍近求远，去考虑什么李雅普诺夫指数和非幺正半群吗？

事实上电磁相互作用导致热耗散是在地球上宇宙间已经重复了几十亿年情景剧，问题在于物理学家们至今对它视而不见，毫无察觉。宏观物质系统由微观带电粒子组成，宏观演化过程的时间反演不可逆性只能由电磁相互作用引起。微观带电粒子相互作用过程必定存在对时间反演不可逆的因素，问题在于如何找出这个隐藏在表象之下的角色。我们需要从量子力学，量子场论，电动力学和经典力学的角度来分析。量子力学是前世纪发现的专门用来描述微观粒子的学问，比牛顿力学更高深一点，但也常常被用来吓唬外行人。但你千万不要被吓住，事实上就连量子力学专家们自己也闹不清它是怎么回事。量子场论就是讨论希格斯粒子时，水管老是漏水的理论，它比量子力学又更高级一点。

电磁相互作用包含光与带电粒子间的相互作用和带电粒子间是相互作用，也就是前文谈到的，带电粒子之间互抛光子的过程。作者在“电磁推迟相互作用与光的高阶受激辐射和吸收过程的时间反演对称性破坏”（发表于《中国科学G辑》2008年第5期）文中证明，采用量子力学微扰论方法证明，考虑到辐射场的推迟效应后，光的高阶受激辐射和受激吸收过程是破坏时间反演对称性的，尽管量子力学运动方程和辐射场与带电粒子间的电磁相互作用哈密顿量在时间反演下保持不变。产生时间反演对称性破坏的原因在于，束缚态原子不同能级间的跃迁要满足能量守恒关系，以及时间反演前后有效跃迁算符的作用存在的不对称性，以及束缚态原子本身的某些特殊性质，导致某些跃迁子过程实际上被禁戒或实际上无法实现。从而使另外一些可实现的跃迁子过程的时间反演对称性被破坏，这些可实现的跃迁子过程就是我们实际观察到的物理过程。束缚态原子就是把电子牢牢地困在自己身边的原子，你看连原子都不想当孤家寡人。时间反演对称性破坏还与束缚态原子在时间反演前后初始态的不对称有关，对于能级连续分布的非束缚态带电粒子与光子的相互作用，就不存在这种时间反演对称性破坏。过去在量子力学中没有发现这个结果，是由于我们对光的辐射与吸收仅计算低阶过程。再加上由于相互作用哈密顿量在时间反演下保持不变，就没有深究高阶过程可能存在的时间反演不对称性。

我们知道宏观系统主要由大量的原子分子组成，原子分子又由束缚态带电粒子组成，而带电粒子间的电磁相互作用一般是通过发射与吸收光子来完成的。如果光与带电粒子间的高阶电磁相互作用过程破坏时间反演对称性，这种对称性破坏就是普遍存在的现象，足以解释任何宏观过程的不可逆性。事实上在激光的产生过程，以及非线性光学过程中存在大量的对时间反演不可逆的现象。激光你一定很熟悉了，你手中的MP3里就有一台激光器。什么叫非线性光学？举个例子，让一束让光穿过玻璃，光的颜色不变，那就叫线性光学。但有一类晶体，你让光从中穿过，红光会变成绿光，或者紫光会变成黄光，这种晶体就叫非线性光学晶体。非线性光学已经把我们的世界弄得五彩斑斓，如光学倍频、和频、差频过程，光学双稳态过程，多光子发射和吸收，光学自聚焦和自发散过程，光回波现象，以及光的自变透明和自变吸收等等，真是已经到了不胜枚举的地步。另外自然界中只存在光的自发辐射，不存在光的自发吸收，这个现象本身就是关于时间反演是完全不对称的。但物理学家就是看不见呀！物理学家似乎愿意遵守爱因斯坦说过的一条原则，即理论决定我们观察到什么。尽管激光的产生过程和非线性光学过程总是伴随着强烈非平衡和不可逆性，物理学家就是硬说没有看见。既然量子力学运动方程对时间反演不变，电磁相互作用哈密顿量对时间反演保持不变，那么在电磁相互作用中就不可能存在破坏时间反演对称性的现象。言之堂皇，你奈我何？

且慢，量子力学运动方程对时间反演对称吗？那是由于你采用了与时间无关的保守的相互作用哈密顿量。你考虑电磁推迟势试试，地球人都知道推迟势破坏时间反演对称性，采用推迟势量子力学运动方程还能对时间反演保持对称吗？用电磁推迟势构造带电粒子间的相互作用哈密顿量，再用量子力学计算带电粒子的散射几率，你能得到对时间反演可逆的结果吗？问题在于用推迟势构造出的相互作用哈密顿量后，要在三阶过程才能出现时间反演对称性破坏，粒子运动速度与光速之比的三次方是个多么小的数字，你不能期望在通常的弱电磁场的情况下观察到这种对称性破坏。与带电粒子间相互作用的情况不一样，光与束缚态带电粒子相互作用中的时间反演对称性破坏发生在二阶过程，不可逆现象就到处可见。这就是热耗散现象，只要你愿意睁开眼睛看看，真是躲也躲不开。

那么量子场论的情况又怎样呢？量子场论描写光子与带电粒子之间的相互作用，以及自由带电粒子间的相互作用。理论物理学家言之灼灼，电磁相互作用哈密顿量对时间反演保持不变。实验物理学家也言之灼灼，至今为止没有发现电磁相互过程破坏时间反演对称性的事例。时间反演对称性破坏只在中性K介子的某些弱相互作用过程中存在，与电磁相互作用无关。然而如作者证明，具有讽刺意义的是，信不信由你，理论物理学家们将量子场论中时间反演算符的定义搞错了。按现有的定义，旋量粒子的产生算符在时间反演后仍是产生算符，湮灭算符在时间反演后也仍是湮灭算符。但这与时间反演的本意不符，按照真正的时间反演（T变换），粒子产生算符应变为湮灭算符，湮灭算符应变为产生算符。与此错误相匹配，物理学家们也将粒子正反粒子共轭变换（Ｃ变换）算符的定义搞错了。

如果按照正确的方式对时间反演算符和粒子正反粒子共轭变换算符进行重新定义，就可以提出一种新的更为合理的C，P，T变换方案。按新的变换方案，玻色子的传播函数在时间反演下不变，但费米子的传播函数在时间反演下要改变一个负号。在新的C，P，T 分立变换下不考虑重整化效应时，强、弱和电磁相互作用过程跃迁几率密度的变换与现有理论完全一致。考虑电磁相互作用高阶微扰质量重整化效应后，按新的变换方案会出现Ｔ破坏和Ｃ破坏，而且Ｔ破坏和Ｃ破坏是互补的。但在联合变换下，不论是否考虑高阶微扰重整化效应，强、弱和电磁相互作用的哈密顿量具有完全对称的形式。用通俗一点的话说，正确定义时间反演算符后，量子场论电磁相互作用高阶微扰重整化过程会产生时间反演对称性破坏。这种对称性破坏也发生在三阶过程，破坏的程度很小，约在10的负５次方的数量级。按目前粒子物理的实验精度，尚无法检测到这样小的对称性破坏，这也就是在目前的粒子物理学实验中，我们无法观察到非束缚态带电粒子间电磁相互作用时间反演对称性破坏的原因。

那么经典力学的情况又是怎样呢？与量子力学的情况一样，在牛顿力学运动方程中考虑推迟相互作用力，立即出现时间反演对称性破坏。认为经典牛顿力学对时间反演可逆，完全是由于我们在运动方程中只考虑保守力的缘故。作者实在真的弄不明白，在量子力学还没有诞生的十九世纪，电磁学就已经是成熟的理论了。为何历史上这样多的聪明人不愿意考虑电磁推迟势的作用，非要在保守势上兜圈子呢？当年玻尔兹曼只要在牛顿力学运动方程中加上电磁推迟势，就马上可以将所有反对他的人的嘴堵上。但他宁可以命相博，却不愿多看推迟势一眼。难道是推迟势长的丑？也许确是如此。我那读过好几个数学物理学位的弟弟从美国回来，看到我老在把弄推迟势，还恨恨地就说那玩意儿难弄得很，讨厌得很，当初学电动力学的时候恨不得把那几页东西给撕了。然而好戏还在后头，有兴趣的客官在将下文中看到，单个带电粒子任意运动产生的电磁推迟势破坏时空相对性！天降大任于斯人，电磁推迟势将成为爱因斯坦狭义相对论的终结者之一！但愿当今的物理学家们看后能有点慈悲心，不要把老兄我也给撕了。

说来你也许不相信，尽管物理学已经达到今天种前所未有的高度，但经典统计物理学的基础并没有真正地建立。对于平衡态统计理论，涉及到其基本假设——等几率假设的合理性问题。等几率假设或微正则系综假设自从提出以来就受到不少的批评。为了对这一假设给予合理的解释，玻尔兹曼提出各态历经假说，证明系统只要各态历经，等几率假设就能成立。然而研究表明系统的演化一般是不可能各态历经的，因此等几率假设的合理性是有问题的，它仅是一个有用的工具而已。至于非平衡态统计理论，至今没有完备而统一的理论，没有一个真正合理的基础。问题的关键在于，在统计物理学的基本方程——刘维方程中我们一直采用保守力。其结果使我们既不知道如何正确地描述一个系统从非平衡态到平衡态的演化，也不知如何解决可逆性佯谬问题。考虑到微观粒子间的电磁推迟相互作用后，就可以自然地在经典统计力学中引入非保守的耗散力和时间反演不对称性，为经典统计物理学提供合理的动力学基础。通过修正的刘维方程，就不需要孤立系统平衡态的等几率假设。我们可以直接从修正后的刘维方程出发，导出微正则系综，正则系综，近独立子系统分布，最可几分布和麦克斯韦速度分布。结果表明，大部分孤立系统的平衡态都是不等几率的，微正则系综不适合作为平衡态统计理论的基础。在微观动力学的与系综假设的基础上，我们就可以使平衡态统计力学与非平衡态统计力学的描述达到统一，完成统计物理学的奠基工作。

详细论证可见作者《现代物理学基础问题研究》文集，文集可在《中国预印本服务系统http://prep.istic.ac.cn》网中输入作者“梅晓春”查询下载（部分内容有英文版），也可以通过E-mail: [e-mail]直接向作者本人索取。
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新浪网友2008-10-18 15:20:20 [举报]
好文章，顶

和谐哲学2008-10-29 20:09:36 [举报]
看的不是很明白。但相信时间不能反演----我是从哲学方面给于证明的。博主回复：2008-10-29 21:37:03
许多从事科学研究的人轻视哲学，但我相信人对科学问题的基本理解和基本态度取决与他的基本哲学观念，这就是许多伟大的科学家都是伟大的哲学家的原因。而糟糕的哲学必然导致糟糕的科学，至少对科学定律的理解会如此，比如目前对量子力学的理解。哲学是物理学的朋友，而不是弃妇。


新浪网友2008-11-07 23:52:39 [举报]
文章写得很好

新浪网友2008-11-12 19:45:31 [举报]
相信时间不能反演。
他们认为时间可以倒推只是一个假象，比如说电脑可以仿真地球，我把一个发展到2000年保存一下，然后复制到别的电脑上。过了8年，两个电脑联网，让2008年的电脑人回到2000年，感觉时间倒退了8年，但其实他们相对于我们都在2008，而且2000年的再次发展8年，绝对与现在2008不一样。
所以爱因斯坦的历史回归是真，但时间反演是假

YCQ2008-11-21 01:19:39 [举报]
哲学是物理学的朋友没错，但哲学也是人观察周围的事务而得到的，人的主观性很大，视野也是很狭小的，所以每个人得出的结论是不同的——即使他的论据是正确的。一个卖白菜的农妇、天天卖白菜、天天卖白菜，你拿块CPU给她，说要几百块，她称一下——一两不到，要这么贵！骗我！....世界是平的，是在所知的知识下得出的，地心说是在所知的知识下得来的，日心说是在一定的知识下得来的，宇宙.......你所认知的知识能否证明你的是正确的了？卖白菜的大嫂从她卖菜得到的经验来评价CPU的贵贱怎么行了？大嫂的重的白菜就贵，引申的东西重的就贵，不对吗？如果你的结论引用的东西是这类堆积起来的，有个成语-危如累卵，是非常不可靠的。你引用的东西有坚实的理论和实践基础吗？能保证不是用卖菜的经验来评论cpu的价钱吗？博主回复：2008-11-21 14:47:42
我也不知道，所以拿到这里来讨论，求教于天下武林高手。


YCQ2008-11-21 01:53:21 [举报]
电子的热运动是两个靠近的原子间高能级的电子跃迁到低能级的运行轨道上，发出的电磁波博主回复：2008-11-21 14:44:54
那么电子冷运动呢？


新浪网友2008-11-22 13:41:40 [举报]
其实就如生命一样,假如有一天科技能够用一台机械仪器,直接组合出一个物(可以是动物植物或其他什么的)时,对他(它)的定义.

新浪网友2008-12-03 21:36:17 [举报]
梅教授，很惭愧，对于物理，我仅懂皮毛。对那么深奥的理论证明，更是很晕乎。
既然您认为现代物理学有问题。那么，按照您的理论，您能否预测有些现在物理学无法探测的东西吗？例如粒子，天体运动之类的？博主回复：2008-12-12 11:27:56
比如光在地球引力场中要速度变慢，比如电磁相互作用高阶过程存在C破坏，等等，详细实验方案可文集。


新浪网友2008-12-11 16:32:28 [举报]
请教梅教授：你就汽车是物质的，还是精神的？博主回复：2008-12-12 11:30:33
我想一个人不可能在海南岛想象自己到北京就能到北京，因此汽车当然是物质的。


觅鹿人2008-12-25 20:16:59 [举报]
梅教授，在电视看了你的节目后，拜读了您的文章。可惜我水平太低，很多看不懂。
我想请问：推迟相互作用力是什么意思呢？
我假设一个模型。两个球静止不动，距离X，它们之间的引力为F1。另外两个同样的球相对运动，在T时刻距离X，T时刻引力为F2。您的意思是不是F2不等于F1，而是在T+某个时间后才能等于F1。
如果这样，运动自然不能可逆。但运动不可逆难道就等于时间不可逆？
我说说我片面的想法。
时间只是我们的感觉。我们看到墨水在水中扩散，不能代表我们看到时间在流逝。假使我们把墨水看成只2个质点，将它滴入水中，它会渐渐散开。我们看到它散开，能说时间在往前吗？假使突然给它一个力，让墨水质点接近，我们能说时间退后了吗？
我认为，时间前进只是物质运动的一个过程的附加产物。我们总看到了物理的杂散，那应该可以用纯概率来计算。比如一个房间左边放2个空气分子，扩散后他们都在房子左边的时间是4分之1（排除空气之间的力）。当分子到N时，分子出现在一边这种概率就小到几乎不可能，考虑分子之间的力后，几率就是不可能了（这就像墨水扩散）。假使在某一时刻，所有空气分子方向相反运动，它们若力无延迟，确实会发生空气聚集到左边的状况。貌似时间反了？但是，这只是我们看到的人为现象，就像那2个墨水质点在靠近一样。现象反了不代表时间反了。时间只是事物发展过程的体现，至于过程是否可逆无关紧要。我们地球之所以自西向东，是因为它一开始就这样。哪一天，科学让它自东向西反转，时间依然在运行，没有可逆。
所以，我认为您用时间不可逆来证明您延迟的观点不正确。
我只是说不能用时间不可逆不能证明您的观点，任何理论任何模型都是靠推理和实验来验证的。
一个理论即使对了99999999次，当下一次错了，我们就需要更改或修正。
当然，我是个外行，也许我压根就理解错误了您推迟相互作用力的意思。不要见笑。

新浪网友2009-02-17 20:24:18 [举报]
我是一个业余无线电爱好者，虽然没有物理学的基础，但是平常也喜欢这类的话题。刚拜读了梅教授的这篇文章，想请教教授一个问题：物理学上光子是不是等同于一个电磁振荡能量包？
在业余无线电领域，很讲究天线与发射机的匹配，其中有个驻波比的概念，当驻波比等于1的时候发生全辐射，否则就有一部分能量反射回发射机，那么在我的理解中，在原子结构中，带电粒子的高速运动必然产生电磁现象，通俗的讲，每一个原子系统都是一部复杂的电磁波振荡源？如果以无线电发射和接收系统的思路来理解物质的能量交换和物理现象会不会更容易明白？博主回复：2009-02-20 21:48:55
这涉及到光的本性问题，物理学上有很多争议。博主认为光的本性是粒子的，光的波动性必须有大量光子才能体现出来，是一种统计行为，所谓波包的说法牵强附会。无线电辐射中涉及的是大量光子，属于宏观现象，与微观过程有很多差别。按宏观电磁理论，电子绕原子核做圆周运动时是要辐射的，由于辐射要消耗能量，电子最后要掉到原子核上，原子就不稳定。但实际上原子是稳定的，这个问题的解决涉及量子力学，可去看看相关的论著。


新浪网友2009-03-30 03:26:48 [举报]
从“博主认为光的本性是粒子的，光的波动性必须有大量光子才能体现出来，是一种统计行为，所谓波包的说法牵强附会。”可以看出，您的量子力学并没有学懂。虽然波包理论是错误的，但是您对于粒子性的论断下的实在是有些仓促。波动性是人们对于物质物理量的存在依赖于测量精度的现象的一种归纳和抽象。单个粒子在精度高的试验中物理量是离散度很高的，这就是波动性的体现。您应该深入理解后再发表评论。现在学术上虽然有浮躁之气你的精神非常可嘉，但不求甚解一位从单一角度考虑问题并不会对理解物质世界有多大帮助。祝您阴越学越扎实。

新浪网友2009-06-16 22:47:14 [举报]
我有新的宇宙模型，不是大爆炸模型，是震荡模型。它能解释很多现象，比如反物质，收缩时空，黑洞，白洞等。
另外我提出新的原子模型，它能解释物质三态，多原子光谱，分子斥力和引力，以及原子怎么构成分子。最重要一点是，我全部用经典理论来解释，没有用到任何量子理论。
对于电流，我认为导线传递的是场，没有所谓的自由电子，三态物质的电子从来没有脱离原子核的控制。 先在这里给大家简单的介绍一下我的宇宙模型。
1恒星是什么？
恒星就是黑洞，比如太阳就是黑洞，黑洞位于恒星核心，由于强大的引力和高速的自转，在黑洞的中心发生剧烈的撞击，它向中心轴两侧喷射高速的粒子流，粒子流就象旋转的喷泉，由于是双向喷出，所以从外面看起来就是一球体，这些粒子流大部分在黑洞的引力作用下，又回到黑洞的旋转平面上，重复上面得运动，少部分速度比较高，回离开黑洞，被抛到空间中，比如太阳风就是这样。喷泉模型可以解释很多现象。这里是简单介绍，不深入展开


新浪网友2009-06-16 22:47:46 [举报]
我是完全经典模型
不需要相对论也不需要量子理论
而且我把运动分类
分为质体运动和场运动
质体就是有质量的物体
场运动就没有质量的能量运动
二者怎么比较
有没有比较意义
我正在考虑


新浪网友2009-12-20 17:01:40 [举报]
博主，推迟势导致时间反演破坏也不是什么新鲜观点，事实上这也不是电动力学的专利，量子力学中处理散射问题时也是人为地取推迟解。但是为什么要取推迟解？这才是根本的问题。其实严格来说是因为在现实中从没见过超前波，所以人为将其舍去了，而不能说推迟解是破坏时间反演不变的根源。追根溯源，推迟势也是一种表象，宇宙为什么偏爱这样一个对称破缺的解才是问题的本质博主回复：2009-12-22 15:03:04
狭义地说，物理学只对现实问题感趣。既然现实世界只存在推迟效应，我们就研究推迟效应。问题是很多物理家对推迟效应不感兴趣，几乎可以说是视而不见。因此就非要认为现实世界是对时间反演对称的。推迟势不是一种表象，而是自然规律。其基础在于相互作用的传递速度有限，总是要延迟，这是本质。谢谢讨论。


新浪网友2009-12-20 17:05:27 [举报]
还有这句话“既然量子力学运动方程对时间反演不变，电磁相互作用哈密顿量对时间反演保持不变，那么在电磁相互作用中就不可能存在破坏时间反演对称性的现象。言之堂皇，你奈我何？”。物理学家没那么笨吧，哈密顿量具有某种对称性而系统本身破坏了这一对称这样的例子并不鲜见，去年南部还因为对陈破缺得了诺贝尔奖
博主回复：2009-12-22 15:10:02
物理学家这样说是只知其一，不知其二。电磁相互作用哈密顿量对时间反演保持不变，但对光的受激辐射与吸收过程，电磁相互作用哈密顿量有两项，一项代表辐射，另一项代表吸收。若只考虑一项，就不存在时间反演对称性。物理学家有时候很天真，有些甚至很愚蠢，蠢的不可药救，不必太高看他们。南部因为对称破缺得了诺贝尔奖，但这个奖给错了，具体见我博客，诺贝尔委员会迟早是要后悔的。



新浪网友2009-12-24 19:03:27 [举报]
“狭义地说，物理学只对现实问题感趣。既然现实世界只存在推迟效应，我们就研究推迟效应”？“很多物理学家对推迟效应视而不见”？“电磁相互作用哈密顿量有两项，一项代表辐射，另一项代表吸收。若只考虑一项，就不存在时间反演对称性”这两项当然都是考虑的。总的来说，与博主道不同不相为谋