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上传者: jan浩 2011-11-27 评分 5 0 106 14 483 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《物理论doc》,可适用于自然科学领域,主题内容包含孤立子论孤立波的发现年秋英国科学家、造船工程师罗素在运河河道上看到了由两匹俊马拉着的一只迅速前进的船突然停止时被船所推动的一大团水却不停止它积聚在船符等。

孤立子论孤立波的发现年秋英国科学家、造船工程师罗素在运河河道上看到了由两匹俊马拉着的一只迅速前进的船突然停止时被船所推动的一大团水却不停止它积聚在船头周围激烈地扰动然后形成一个滚园、光滑而又轮廓分明的大水包高度约为~米长约米以每小时约公里的速度沿着河面向前滚动。罗素骑马沿运河跟踪这个水包时发现它的大小、形状和速度变化很慢直到~公里后才在河道上渐渐地消失。罗素马上意识到他所发现的这个水包决不是普通的水波。普通水波由水面的振动形成振动沿水平面上下进行水波的一半高于水面另一半低于水面并且由于能量的衰减会很快消失。他所看到的这个水包却完全在水面上能量的衰减也非常缓慢(若水无阻力则不会衰减并消失)。并且由于它具有园润、光滑的波形所以它也不是激波。罗素将他发现的这种奇特的波包称为孤立波并在其后半生专门从事孤立波的研究。他用大水槽模拟运河并模拟当时情形给水以适当的推动再现了他所发现的孤立波。罗素认为孤立波应是流体力学的一个解并试图找到这种解但没有成功。罗素十年后向英国科学促进会报告了自己的观点但却没能说服他的同事们罗素所发现的孤立波现象也未能引起人们的注意。年以后即年两位数学家科特维格与得佛里斯从数学上导出了有名的浅水波KdV方程并给出了一个类似于罗素孤立波的解析解即孤立波解孤立波的存在才得到普遍承认。在罗素逝世周年即年,人们在罗素发现孤立波的运河河边树起了一座罗素像纪念碑以纪念年前他的这一不寻常的发现。孤立子理论孤立波的解只存在于非线性色散方程之中亦即非线性与色散是孤立波存在的必要条件。色散即波的传播速度依赖于波的频率和波长它导致波包散开而非线性却导致波阵面卷缩两者共同作用的结果便形成稳定的波包即孤立波。起初人们认为虽然单个孤立波在行进中非常稳定但在孤立波相互碰撞时就可被撞得四分五裂稳定波包将不复存在。但通过计算机对孤立波进行研究的结果表明两个孤立波相互碰撞后仍然保持原来的形状不变并与物质粒子的弹性碰撞一样遵守动量守恒和能量守恒。孤立波还具有质量特征甚至在外力作用下其运动还服从牛顿第二定律。因此完全可以把孤立波当做原子或分子那样的粒子看待人们将这种具有粒子特性的孤立波称为孤立子有时又简称为孤子。孤立子的高度稳定性和粒子性引起了人们对孤立子的极大兴趣。人们还发展了一套研究孤立子的系统方法反散射方法或逆问题方法。找出了一批非线性方程的普遍解法并通过计算机实验和解析方法相结合发现很多非线性偏微分方程都存在孤立子解这些纯粹数学上的孤立子很快在流体物理、固体物理、等离子体物理和光学实验中被发现。更令人振奋的是这些似乎是纯数学的发现不仅为实验所证实而且还找到了实际应用。例如光纤通讯中传输信息的低强度光脉冲由于色散变形不仅信息传输量低、质量差而且须在线路上每隔一定距离加设波形重复器花费很大年代从理论上首先发现“光学孤子”可以克服这些缺点并可大大提高信息传输量目前这一成果已进入实用阶段。对孤立子的更深入研究发现孤立子不仅像原子或分子而且更像基本粒子这表现在:1孤立子不仅具有质量、能量和动量特征而且还具有电荷特征。2孤立子有的像光子、电子、质子那样稳定而不衰变有的像中子、πo介子、μ子那样可以衰变具有衰变性不稳定性。3和基本粒子都存在其反粒子一样孤立子也都存在其相应的反孤立子。对应于运动方程的种种对称性孤立子也存在相应的守恒定律如动量守恒、能量守恒和“粒子数”守恒等等。孤立子原本是波但却具有粒子的特性而物质粒子原本是粒子但却具有波的特性。两者原本风马牛不相及但却具有共同的属性“波粒二象性”。人们曾确信孤立子和物质粒子之间一定存在某种必然联系并预言孤立子必将在基本粒子研究中起到独特的作用。但是由于孤立子解只存在于非线性微分方程中而非线性微分方程没有一般解法,孤立子解很难找到,尤其对于多维孤立子的研究目前还只是刚刚起步并且对多维孤立子的研究更加困难人们对基本粒子的了解远多于孤立子因而借用孤立子理论还难以对基本粒子作出完备的描述。物质的本质“物质的本质是什么”这是一个古老又新颖、激动人心而又让人困惑的问题。从古到今有多少人在思索、在探求。早在周代中国就提出了五行说即万物由金、木、水、火、土五种物质组成。在汉代中国又提出了天地万物由“元气”组成的元气说。古希腊人认为水、火、空气和泥土是构成物质的基本元素。古希腊哲学家德谟克利特把构成物质的最小单元叫做原子。列宁有一个关于物质的著名定义:“物质是标志客观实在的哲学范畴这种客观实在是人感觉到的它不依赖于我们的感觉而存在为我们的感觉所复写、摄影、反映。”但是列宁关于物质的这个定义对物质本身实际上什么都没有说它只是描述了物质的一个普遍属性客观实在性。是当时唯物主义和唯心主义进行关于“物质是世界的本原”还是“精神是世界的本原”、是“精神决定物质”还是“物质决定精神”论战时所表明的一种唯物主义的立场。古代思想家和哲学家对物质的认识*的是猜想和思辨并试图从总体上对物质进行描述和把握。对物质进一步的科学的认识是一百年前后才开始的并随着相对论和量子论的建立人类进入了认识物质的新时期。爱因斯坦多次强调:“物理学的目前局面可以概括如下:有一些现象可以用量子论来解释但不能用波动说来解释光电效应就是这样一个例子此外还有已被发现的其它的例子。又有一些现象只能用波动说来解释而不能用量子论来解释典型的例子是光遇到障碍物会弯曲的现象。还有一些现象既可用量子论又可用波动说来解释例如光的直线传播。到底光是什么东西呢?是波呢还是光子“雨”呢?我们以前也曾经提出过类似的问题:光到底是波还是一阵微粒?那时是抛弃光的微粒说而接受波动说的因为波动说已经可以解释一切现象了。但是现在的问题远比以前复杂。单独的应用这两种理论的任一种似乎已不能对光的现象作出完全而彻底的解释了有时得用这一种理论有时得用另一种理论又有时要两种理论同时并用。我们已经面临了一种新的困难。现在有两种相互矛盾的实在的图景两者中的任何一个不能圆满地解释所有的光的现象但是联合起来就可以了!怎样才能够把这两种图景统一起来。我们又怎样理解光的这两个完全不同的方面呢?要克服这个新的困难是不容易的。我们再一次碰到一个根本性问题。我们以前问过光是什么?它是一阵波还是一阵粒子?现在我们又要问电子是什么?它们是一阵粒子还是一阵波?电子在外电场或外磁场中运动时的行为像粒子但在穿过晶体而衍射时的行为又像波。对于物质我们又遇到了在讨论光子时所遇到的同一困难。”物质是什么?怎样把粒子和波这两种对立的观点统一起来?这是现代物理学最重要的问题之一!一旦解决了一定会导致科学的巨大进步。实际上物质波粒二象性的本质问题已经直接触及到了物质的本质是什么的问题。不搞清物质的本质是什么就无从认识物质波粒二象性的本质。上世纪六十年代以来发展起来的孤立子理论可以为理解物质的粒子性与波动性的相互联系、搞清物质的本质提供新的线索并有助于理解为什么会存在隐形的虚物质和显形的实物质为什么所有的物质周围都存在引力场以及引力场的本质是什么。要认识物质的本质就必须走出在物质认识上的误区有勇气放弃对物质认识的先入之见。人们对物质波粒二象性的认识有一种倾向认为物质粒子本质上是粒子只是这种粒子带有波动性。人们的“物质粒子的波粒二象性”这种提法就有意无意地隐含了这种思想。而对孤立子的认识却又有另一种倾向即认为孤立子本身是波但这种波因保持形状不变而具有粒子性。正是基于这样的认识使得人们虽然已经认识到物质粒子和孤立子具有惊人的相似性但却没有从本质上将物质粒子和孤立子联系在一起虽然人们也曾试图借助于孤立子理论来研究物质粒子但却没有从根本上把物质粒子当做某种孤立子而只是从相反的角度来看问题只是认为孤立子像物质粒子研究孤立子为什么像物质粒子。其实只要大胆地向前迈进一步换一个角度来看孤立子和物质粒子的相似性来研究为什么孤立子和物质粒子都具有波粒二象性一切问题便迎刃而解。物质粒子并不是经典意义上的没有内部结构的“颗粒”也不是其小无内的点粒子。广义相对论表明真空是时空是可以变形的引力场实际上就是一种旋涡式的时空变形这种旋涡式的时空变形可以在时空中扩散传播从而形成引力波。旋涡式的时空变形受非线性和色散性的共同作用又形成稳定的时空旋涡孤立子引力子。物质粒子实质上就是时空旋涡孤立子的组合。认识到物质粒子就是时空旋涡孤立子的组合物质粒子的波粒二象性就很容易理解了。物质粒子之所以具有波动性是因为物质粒子本身就是真空的一种波之所以说真空的这种波具有粒子性是因为这种波由于受非线性和色散性的共同作用而聚集在一起从而形成了稳定的“波包”具有了质量表现出了粒子性。物质粒子是真空的时空旋涡孤立子组合说明物质粒子不过是真空的一种特殊形态因而物质粒子在真空中的产生与湮灭也就不难理解了因此物质的本质就是真空中的时空旋涡孤立子群的不同组合也就容易理解了。那么真空为什么会形成时空旋涡孤立子呢?广义相对论证明真空是一种零质量的物质是一种时空能量。慧勒指出真空至少具有不确定性原理所要求的最小能量并计算出它的最小量值为gcm(象征性的用gcm为单位)它会因不确定性而形成时空旋涡然后在非线性和色散性的共同作用下成为时空旋涡孤立子从而具有了质量表现出了粒子性。狭义相对论推广复数相对论根据狭义相对论的速度变换公式及质量变换公式运动速度低于光速的物质粒子不可能通过加速或速度变换而达到超光速。爱因斯坦曾经断言大于光速的速度是不存在的,光速成为物质粒子的速度极限。但是后来通过进一步的理论分析认为狭义相对论只说明原来运动速度小于或等于光速的物质粒子不可能通过加速或速度变换而达到超光速却不能排除宇宙中本来就存在超光速粒子。这种速度本来就大于光速的物质粒子同速度本来就低于光速的物质粒子相类似其速度也不能通过减速或速度变换而低于光速光速仍然是分界速度。这说明了狭义相对论有待推广和扩展应将其推广扩展到具有零质量和虚质量解的应用范围这样我就得到了“复数相对论”。复数相对论所具有的内外运动速度始终都超过光速质量为虚数的解其对应的物质为虚物质粒子称为虚子。所具有的内运动速度为虚数无穷大质量为零的解其对应的物质为零物质粒子称为零子。所具有的内外运动速度都小于光速c质量为实数的解其对应的物质为实物质粒子称为实子。现代物理学对虚子、零子的认识在确立了宇宙应该存在虚子和零子(这两种粒子科学家们又称为快子)以后便开始了检验虚子和零子是否存在的一系列实验并企图在宇宙射线中找到虚子和零子的踪迹年阿斯佩克特(AlainAspect)和他的同事在巴黎理论和应用光学研究所证实确实有一种超光速的联系存在于非常遥远的时空区域之间年月日美藉华人王力军等证实光波群能以超光速传播。这些都只能证明有超光速的现象存在但是在宇宙射线中寻找虚子和零子的一系列实验却一直没有成功。复数相对论按照狭义相对论质量变换公式M=m(vc)来分析,当速度v大于光速c时所得质量为虚数能量和动量也为虚数所以其物质粒子称为虚子。当外运动速度v小于光速c时所得质量为实数所以其物质粒子称为实子。当内运动速度v为虚无穷大(绝对静止)时所得质量成为零所以其物质粒子称为零子。这样我们就得到:质量为实数对应于实子、实物质实子、实物质的外运动速度v为零至光速c,内运动速度v在趋于光速(外运动速度为零处)至零(外运动速度为虚无穷大处)之间。质量为虚数对应于虚子、虚物质虚子的内外运动速度v都大于光速c至无穷大,而虚子之间的环绕束缚态虚物质的外运动速度v可为零至无穷大。质量为零对应于零子、零物质零子的内运动(静止)而零子之间的环绕束缚态零物质的外运动速度v可为零至无穷大。如果将狭义相对论中的所有速度因子(vc)都按这样的方法作复数推广就得到了“复数相对论”。由于虚子的质量为虚数零子的质量为零这就决定了虚子和零子会具有很多与实子所不同的奇异特性 (本文源自http:wwwhrufocomltdispbbsaspboardid=id=)

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