合理解释导体中电流以光速传播

时空可变系多线矢物理学
　　　　　　　　　　　　　　　中国科学院 力学研究所 吴中祥
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　提 要
　　按相对论所表明的，高速(3维空间速度与真空中光速相比，不可忽略)运动物体，必须由4维时空表达，和非惯性牵引运动系，必须计及时空弯曲的基本特性，而发展、创建了在时空可变系各类多线矢及其矢算基础上的广义协变物理学。
　　能演绎矢算地研讨各种物理问题。
　　其在惯性条件的特例就简化为狭义相对论的相应结果。
　　其在低速(3维空间速度与真空中光速相比，可以忽略)和小时空范围(时空弯曲的影响可以忽略)非惯性牵引运动的近似就是通常经典物理的相应结果。
　　将它用于实测证明迄今唯一已有的非惯性牵引运动理论，广义相对论的正确性重要依据的，“三大验证”问题，也都与Einstein的结果完全一致，并与已知的实测结果完全相符。当然也证明了本文在相应条件下的正确性。
　　进而，相应创建了各类多线矢的统计力学，并以此，排除了本身就不能自圆其说的所谓“波、粒2象性”错误观点的基础，而对量子力学及其场论，进行改造与发展。
　　形成了解决各种宏观和微观物理问题的《时空可变系多线矢物理学》新理论体系。解决了现有理论尚未，或不能解决的，诸如：统一场论、基本粒子等等问题。
　　关键词：相对论 4维时空 时空弯曲 可变系 多线矢及其矢算和统计力学

1．创建时空可变系多线矢物理学的必要性
　　实验事实和相对论，已充分表明：高速运动物体，必须由4维时空表达，和非惯性牵引运动系，必须计及相应的时空弯曲。通常的经典物理，只是相对论在3维空间的低速(其在3维空间的运动速度与惯性的牵引运动系真空中光速相比可以忽略)和非惯性牵引运动系在较小时空范围内(时空弯曲的影响可以忽略)的近似。
　　导致，迄今尚无时空各类多线矢的确切表达和矢算法则，对于非惯性系，甚至不得不放弃使用矢量。
　　使现有物理学理论受到很大局限，而必然导致物理学理论必需的进一步创新发展。
　　因而，必须创建能反映时空弯曲特性的各类多线矢物理量及其矢算的物理学。
　　量子力学及其场论，都是按物质具有“波、粒2象性”的观点，采用“波函数”表达各运动态，由算符建立运动方程，或由所谓“2次量子化”，和利用经典力学的3维空间的，或推广到4维时空的，正则运动方程，建立起量子电动力学。并由各相互作用粒子的相应拉格朗日(Lagrange)量，及其对称性的特点，按规范场理论，研讨相互作用前、后各粒子的特性、变化规律和发展。
　　但是，“单个粒子既是粒子又是波”这种观点本身就是无法自圆其说的矛盾，还因此而导致哲学上关于“因果论”、“决定论”等一系列争论。
　　虽然早有将微观粒子的波函数解释为：“在已知时间和地点找到该粒子的机率”，提出了应是对大量微观粒子作统计描述，解释微观粒子的波函数的正确观点。
　　但是，通常的统计力学只是从3维空间的位置1-线矢和动量1-线矢组成的“相宇”出发建立的，通常的量子统计力学也还是以通常量子力学解得的各量子态，在3维空间的统计，仍然不能对此作出具体的说明。
　　因而，必须创建能具体说明有关问题的统计力学。

2．时空可变系多线矢物理学的创建
2．1．在相对论基础上，创建时空可变系“多线矢”及其代数和解析“矢算”
　　按相对论，可将3维空间的各种1-线矢物理量扩展为4维时空的各相应的1-线矢物理量。
　　由扩展定义的叉、点乘积以及旋度、散度，各种4维时空1-线矢物理量可形成各种更高次、线的n维多线矢物理量。理论上，可至无穷多种。但是，由于相互作用距离增大，特别是相互屏蔽的效应，过高次、线的多线矢的作用强度，实际上已可忽略不计，而不必考虑。因而，也仅须计及有限次、线的多线矢。
　　对于因相互作用力而有时空弯曲的Riemann时空，创建以牵引位置1线矢各方向余弦表达的变换矩阵表达的可变系基矢。既能反映时空的弯曲特性，又可作适用于任意牵引运动，时空可变系“多线矢”，及其代数和解析“矢算”的，连续演绎运算。具体导出各次、线多线矢的表达式，和它们的微分、时间导数、偏微分，和相应各种积分，以及各矢量场的梯度、散度、旋度等等物理量。以及黎曼时空的度规张量、曲率张量等表达式。并可具体证明、判定：牵引运动系是惯性的 (平直时空) 或非惯性的 (弯曲时空)。
　　由时空可变系“多线矢”统一、区分地表达，演绎矢算推导、运算：包括惯性和非惯性牵引运动系，各种速度(包括3维空间速度与真空中光速相比，可以忽略的低速和不可忽略的高速)的，实物粒子、光子，以及各种场和波的，宏观、微观运动。研讨相应的广义协变力学，演绎地推导出包括非惯性牵引运动系的电动力学方程和光子动量变换的“都卜勒(Doppler)”公式。
2．2．创建时空可变系“多线矢”的统一场论
　　由4维时空位置1线矢表达的引力标量势和电磁场矢量势，以及高次、线的多线矢力的近程、远程或过渡(时空距离1线矢的“时轴”与3维空间分量，分别为远大于、远小于或彼此相当)的不同条件，统一表达、区分全部4种自然力。相应地创建迄今唯一的统一场论。
　　合理解释：永远彼此禁闭地组配成团的所谓“夸克”应是相应高次、线多线矢物理量的各复合维分量。所谓“弦论”的“弦”和“模”等都只是各相应“4维时空常模长多线矢”的弹性力方程在经典近似条件下, 各分量的解，相应的谐振子多线矢，表现出的“弦”、“膜”或相应“高次、线”类的特性。
2．3．创建时空可变系，各种“多线矢”的统计力学
　　对于单个物体的运动，能根据其初始和边界条件，给出其运动轨迹。
　　对于大量粒子，不可能具体确定其中每个粒子的具体状态和变化轨迹，除了对于某些宏观特性和状态可以宏观地作热力学的处理外，还可以，也只能，联系其某些宏观状态、特性和规律，通过分别由3维空间或时空多线矢组成的“相宇”进行统计，求得相应的最可几分布函数，确定其在各种运动状态的几率和变化规律。
　　由3维空间“相宇”进行的统计就是通常的统计力学。
　　由时空多线矢“相宇”进行的统计求得的相应最可几分布函数，是相应的明显含时的，时空几率分布，相当于相应的波函数。对于4维时空的“相宇”，就已具体表明：通常量子力学、量子场论实际上就是大量粒子的统计结果，并非单个粒子的特性。因而，可排除本身就不能自圆其说的，单个粒子有所谓：“波、粒2 象性”的观点，而对通常量子力学、量子场论进行改造和发展。
　　还分别反映相应多线矢取向的最可几分布，例如电磁场强度、动量矩、自旋等2线矢的最可几分布，当以点阵结构的坐标系具体分析，能有效研讨有关磁性和超导等问题。
2．4．时空可变系各多线矢的对称性，及其相应的守恒律和守恒量
　　按变分法导出，时空可变系各多线矢，分别有不同的对称性，及其相应的守恒律和守恒量。从而，明确了通常的量子场论中，出现所谓 “自发破缺对称性”和弱作用条件下， “宇称不守衡”等问题的实际原因。
2．5．合理解释导体中电流以光速传播
　　导体中，下能带通常都被电子占满，而最上的能带(导带)未被电子占满，而有高能态的电子 在导体中传播。但是，这种电子传播的过程，实际上，是激发态的原子，在电动势的作用下，辐射出相应的光子，成为非激发态原子，而其导带的电子从高能态跃迁出回到低能态。邻近非激发态的原子吸收辐射的光子，而成为激发态原子，而其导带的稳态电子就从低能态跃迁到高能态。因而，只是原子的激发态，或其高能态的电子(即导电子)，在相邻的原子间转移。而电流，实际上，就是由光子在原子间交替传播导电子，而使导电子以辐射的光速，在导带中进行传播的。电子只是在相邻原子间交换高、低能态，它们的运动速度是不可能达到光速的。
2．6．具体研讨宇宙论的问题
　　利用演绎推导出的非惯性牵引运动系电动力学方程和光子动量变换的“都卜勒(Doppler)”公式，具体表明：迄今用以确定“哈勃定律”的“都卜勒(Doppler)”公式是只实用于惯性的牵引运动，对于非惯性牵引运动，就会有根本的差别。因而，能具体纠正现有宇宙论中关于“宇宙从大爆炸诞生”、“反引力的暗物质”等等的不实观点，合理解释类星体和黑洞的性质、形成和运动规律。
2．7．具体研讨各种基本粒子的结合、转化、衰变
　　演绎、推导、研究得出：由电子、正电子到中微子，到各种介子，到各种超子，到质子，到中子，到各种原子的，各种基本粒子的转化变换规律。这些事实具体表明：一切实物粒子都是由电子和正电子逐次结合、转变而成，而电子和正电子就是现有已知能量范围内，最基本的粒子。
　　这些都全面符合能量、动量守恒定律，并都与实际观测结果相符。

3．现有的各种理论都是本理论体系在相应条件下的各简化特例和验证
　　本理论体系的各个普适公式，在与现有其它理论相应条件下的，各简化特例都与现有的其它理论结果和相应的实测检验数据相符。例如：
　　在满足惯性牵引运动条件的各种位置和速度的合成公式都蜕化(简化)为狭义相对论的有关公式。
　　在满足惯性牵引运动条件的光子在4维时空各不同“轴矢系” 间的“动量1-线矢”的变换公式就蜕化(简化)为通常已知的、在惯性牵引运动系的“都卜勒效应”表达式。
　　其在低速(3维空间速度与真空中光速相比，可以忽略)和小时空范围(时空弯曲的影响可以忽略)非惯性牵引运动的近似就是通常经典物理的相应结果。
　　在满足惯性牵引运动条件的各电动力学方程都蜕化(简化)为通常已知的(例如：马克斯威尔(Maxwell)方程组、洛仑兹(Lorentz)力、能量动量张量等)相应形式。
　　用本理论体系，由演绎矢算推导、研讨迄今唯一已有的非惯性牵引运动理论，广义相对论的“3大验证” (水星 (并扩大到九大行星) 近日点的“进动”，光子在引力场的“红移”，光子在引力场的“偏折”) 问题，也都与已有理论和实测结果完全相符。
　　当3维空间的运动速度与真空中光速相比可以忽略时，本理论体系在3维空间的各普适公式的近似就是经典力学的各相应公式。
　　演绎推导得到的电子与正电子逐次结合、转变成为一切实物粒子的基本粒子的具体结果。也都与相应各基本粒子结合转变的已有实验、观测事实相符。
　　这些都已验证了本理论体系在相应条件下的正确性。

4．对于本理论体系迄今尚无其它理论给出的那些结果的可行验证
　　对于迄今尚无其它理论给出结果的那些普适公式，还可采用现今可行的技术, 对本理论体系、各普适公式中各不同牵引运动系 (例如分别在地球和不同航天器或“落塔”上，建立的参考系) 的各相应有关物理量进行实测，分析，予以验证。还可将按本理论体系具体计算一些基本粒子的相互作用和运动规律，及其在近程和远程条件下的简化近似的结果, 也能预言一些迄今尚无的结果，分别与相应的已有或专门设计的实验或实测的结果，进行比较、分析，予以验证。

5．参考文献：
[1]《时空可变系多线矢世界》吴中祥 博士菀出版社 2004年11月
[2]http://www.sciencenet.cn/u/可变系时空多线矢主人/