当代物理学的困惑及其解答—真空超大统一终极理论.图解版

作者：昆明理工大学 陈蜀乔
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第 1 章 我们对真空的认识 ....................................................................................................... 6 1.1.1 宇宙中存在那四种力场？ ............................................................................. 6 1.2 认识真空的历史 ......................................................................................................... 8 1.2.1 对真空的直观认识 ......................................................................................... 8 1.2.1 什么是以太? ................................................................................................... 9 1.2.2 狄拉克的真空 ............................................................................................... 10 1.2.3 量子场论的真空图像 ................................................................................... 10 1.3 如何认识和理解真空 ................................................................................................11 1.3.1 探索真空的实验手段及面临的困难.............................................................11 1.3.2 我们如何认识真空? ..................................................................................... 12 1.3.3 为什么我们的时空是四维的?...................................................................... 15 1.3.3 真空场形变量的量纲 ................................................................................... 16 1.4 真空场基本单元的静态应变 ................................................................................... 16 * 1.5 真空场理论是实现四种力场统一的基本原理 ....................................................... 19 1.5.1 超大统一的原理图 ....................................................................................... 19 1.5.2 真空物质的对称性 ....................................................................................... 20 第 2 章 量子场的运动方程和真空背景场的均匀性................................................................ 20 第 3 章 正则量子化和粒子解释 ............................................................................................... 20 第 4 章 引 力 场 ....................................................................................................................... 21 4.1 相对论的时空 ........................................................................................................... 21 4.1.1 狭义相对论时空 ........................................................................................... 21 4.1.2 广义相对论时空 ........................................................................................... 22 4.1.3 什么是测量协变及协变场?.......................................................................... 22 4.1.4 引力场与量子场的分水岭 ........................................................................... 23 4.2 相对论的基本假设是真空场所具有的自然属性.................................................... 23 4.2.1 为什么惯性参照系具有等价性？................................................................ 24 4.2.2 参照系间的相对性 ....................................................................................... 25 4.2.3 为什么光速会具有不变性？........................................................................ 26 4.2.4 为什么潮汐力对测量协变具有破坏性 ....................................................... 27 4.3 时空的本质是什么？ ............................................................................................... 28 * 4.3.1 时钟的本质是什么 ? .................................................................................. 28
当代物理学的困惑及其解答
—真空超大统一终极理论.图像解答版
Confusion of modern physics and its solution
—The ultimate theory of vacuum Super grand unified.Illustration Edition
陈 蜀 乔
著
这是一本献给所有对物理学感兴趣的读者。这本小册子是在《真空超大统 一终极理论》精简版的基础之上进行了进一步的精简优化撰写，尽可能地把数 学描述降到最低程度，并且插入了大量的图片。这本书言简意赅，图文并茂解 答了当代物理学的几乎所有重大困惑，读者在阅读的过程中能够尽情享受到新 理学带给我们的震撼。著者深信这本小册子是不会让读者失望的，这本书为您 提供了一个全新的视角重新审视物理学，当您将站到一个新的高度回头鸟瞰整 个物理学，整个物理学会变得非常清晰，以前困惑我们的许多物理学问题在被 一一解答之时，不由得感叹物质世界原来如此简洁。这本书也有助于理解中学 物理学，适合于中学物理老师阅读，让学生也能接受新的物理学观念。笔者作 为本理论的创立者衷心地希望读者通过阅读此书来享受物理学的简洁之美。
作者：昆明理工大学 陈蜀乔
简 洁 版 前
言
探究物质世界的本质并建立完美超大统一理论是物理学的终极目标。现有的理论尚未 完全实现超大统一，还存在相当多的困惑。目前揭示物质微观世界最成功的理论当属量子 场标准模型理论，该理论对实验结果的解释很成功，但它也有很多缺陷：1.该理论是类点 粒子理论，即所有的基本粒子被简化为类点结构，理论对基本粒子的内部结构没有涉及； 2.标准模型中包含了许多参数，如粒子质量和各相互作用耦合常数，这些参数无法从计算 中得出，而必须由实验决定；3.质量的本质仍是未解之谜；4.理论无法描述引力。对于相 对论来说，相对论无法解释微观世界，更糟糕的是相对论和量子场理论不兼容。现在我们 习惯于把电磁、弱、强作用三种力场统一的理论称为大统一理论，在此基础上包含引力的 称为超大统一理论。 本书从真空场角度建立超大统一场， 故书名为 《真空超大统一场导论》 ， 超大统一场有被称为终极理论。谨以此书与读者分享作者本人长期探究物质本质获得的激 动人心的结果和思考。本书是在本人所著《引力场及量子场的真空动力学》 （电子工业出 版社，2010.7）的基础上进行大量删减和修订而成的，内容讲述的是基于真空不空而建立 的超大统一场理论，四种力场统一的物理学机理源自于四种力场都是真空场不同形式的形 变所导致的，本书分门别类的讲述了不同形式的真空场形变，从物理学原理上实现了超大 统一， 并回答了那些令人困惑的物理学问题。 为了阅读方便， 删减了大量的数学推导过程， 但未删数学公式的编号和章节编号保持不变， 便于读者进行更深入研究时， 方便参考原书。 本书第一章真空场的结构。从真空的基本性质出发，引入基本假设建立真空场，分析了真 空形变；第二章和第三章讲述场的拉格朗日形式、对称性和场量子化，讨论了真空背景场 的性质；第四章从真空场的角度讲述狭义相对论和广义相对论。引入测量协变原理，导出 了光速不变原理。广义相对论的空间不再是真空，时空弯曲被理解为是大范围的真空场形 变；第五章和第六章讲述光子的结构和电磁场理论。由普朗克常数 h 的真空场性质建立了 光子结构，解释了光子各种奇妙的物理特性；第七章和第八章讲述电子的内禀结构和自由 电子理论。引入了球对称波的概念，解释了费密子质量之谜和自旋并算出电磁耦合常数； 第九章和第十章讲述规范不变性和弱作用场，提出了半向空间概念，解释了宇称不守恒和 对称破缺如何获得质量；第十一章讲述了强相互作用。真空场的塑性形变导致维度分裂， 构成强子的弦结构，这使得真空场塑性形变部分可以用弦理论来描述。轻子的真空结构解 释了为什么比反物质如此稀少，根据弦结构可估算出强耦合常数。最后一章讲述了电动力 学，简述了量子电动力学的过程，给出了跑动耦合常数的真空场解释。量子场的相互作用 导致真空场泡沫化，出现量子场反常维度。 本书所建立的真空超大统一场理论，系统地阐述四种力场统一的物理学机制，超大统 一理论也称终极理论，相对于目前的弦理论及其他统一场理论而言，真空超大统一场理论 的物理学图像最为简单优美；其数学形式基于应变理论，也最为简单。书中配有大量的清 晰插图，尽可能地利用图像来说明量子场论的基本概念，以便读者阅读理解。书中讲述的 新的物理概念对于理论物理学工作者有很好的启发和借鉴的作用，为物理学的研究提供了 一个崭新的视角。由于作者本人独立面对一个庞大的物理学体系，所建立的仅只是理论结 构，有相当多的问题没有更深入的研究，出现的错误在所难免，望读者海涵。 陈蜀乔 2013 年 2 月 24