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引力和电磁力相互作用初探

物理学家在解释微观物质结构和运动规律时,只需考虑电磁力、强力和弱力的作用;在解释宏观物质结构和运动规律时,只需考虑引力和电磁力的作用。自然中的四种基本力在微观物质结构中都有表现,它们以“量子力”的形式出现,强力和弱力分别是“量子强力”和“量子弱力”,由于量子引力和其它三种“量子力”不在一个数量级上,在微观物质结构和运动规律的分析时,物理学家忽略了量子引力的作用,只有在天体物理学的尺度上,引力开始变成一种支配的、或统治天体运动的作用力。就像物理学家一项主要的使命是实现引力量子化、或量子化引力一样,我们可以引入电磁力量子化、或量子化电磁力概念,而物理学家已经相当成功地实现了对电磁力的量子化解释,建立了非常精确的量子电动力学。

法拉第发现了电磁感应现象,麦克斯韦建立了系统化、理论化的电磁理论,法拉第和麦克斯韦等电磁学家没有在理论上预言电子和“磁子”的存在。“磁子”可能是一种“虚拟粒子”概念,物理学家至今没有发现“磁子”的影子,而汤普逊在十九世纪末发现了电子。电磁现象不是法拉第发现的,而引力现象是牛顿发现的,牛顿建立了系统化、理论化的力学和运动学,发现了万有引力定律,就像法拉第和麦克斯韦没有预言电子和“磁子”的可能,牛顿在更早的科学年代没有预言“引力子”的可能。爱因斯坦没有探索“引力子”存在和属性的粒子物理学,他终生思考了新引力论和宇宙学问题。后爱因斯坦时代的物理学家希望像汤普逊在电磁现象中发现电子一样,他们能在引力现象中发现”引力子“。我们可以确认一点,从电磁现象发现电子和从引力现象发现“引力子”符合哲学逻辑论和哲学发现论的“等效原理”。电子和电磁现象形成对应关系,也许“引力子”和引力现象有符合“对应原理”的关联;电子和电磁波符合对应关系,也许“引力子”和引力波有符合“对应原理”的关联。

电和磁就像一块硬币的两面,一面是“电”,另一面是“磁”,电能生磁。磁能生电,电和磁的相互转化证明了电和磁符合哲学属性论的“等效原理”。电磁力的特殊性在于它是一种统一的力,包括了电力和磁力的两种力。人们解释不了大自然为什么对电磁力做出“双面性”的安排,当人们试图解释“一分为二”属性的电磁力时,必然遭遇“广义测不准原理”的限定,电力和磁力的统一性大自然的基本安排,物理学的“宿命论”让人们的思维终止于大自然的基本事实。“科学的尽头是哲学,哲学的尽头是宗教”,这是一种“回避论”、“虚无论”的观点,这种观点可以用“广义测不准原理“或“广义认不准原理”来解释。电磁力的特殊性应该是一个需要得到解释的具体科学问题。

强力、弱力、引力没有电磁力的特殊性,如果发现了强力、弱力、引力具有电磁力一样的“双面性”,那么可能意味着“新物理学”的线索,既然电场和磁场的交替变化产生了电磁波,那么是否存在一种可能性,即:“引力场1”和“引力场2”的交替变化产生了引力波。也许引力和引力场具有比我们过去理解的更为复杂的性质。爱因斯坦发现了引力的特殊性,它指的是引力不是牛顿理解的两个物体的相互作用,而是物质和时空的相互作用,即:物体弯曲了时空,弯曲的时空对物体形成了引力效果。我们现在引入两种引力特殊性的概念,一种是爱因斯坦解释的引力特殊性,另一种是我们将引力和电磁力进行比较,猜想了引力的特殊性。目前的一些物理学家对爱因斯坦提出的引力特殊性出现很大的争议,他们没有顾及到第二种概念的引力特殊性,也许两种概念的引力特殊性符合哲学解释学的“等效原理”。物理学家在实验中可以给运动的电子加上电磁场,天体物理学家却很难设想给运动的“引力子”加上引力场,电磁场会影响电子的行为,那么引力场是否影响“引力子”的行为?

“引力波物理学”是一门新物理学,研究引力和电磁力的相互作用,这也可以形成一门新物理学。光是一种电磁波,爱因斯坦的广义相对论预言了光线在引力场发生弯折,天文学家后来证实了爱因斯坦的预言,这相当于证明了引力场和电磁波存在相互作用。既然电磁波受到引力场的作用,那么引力波是否受到电磁场的作用?也许存在引力场和电磁场的双向作用,就像电磁波受到引力场的作用,引力波也受到电磁场的作用。目前的物理学家对电磁波和引力波的相互作用知道的很少。我们知道,电磁波从强引力场移动到弱引力场时会发生波长的“红移”,反之,电磁波从弱引力场移动到强引力场时会发生波长的“蓝移”,能不能由此推测,引力波从强电磁场移动到弱电磁场时会发生波长的“拉伸”,反之,引力波从弱电磁场移动到强电磁场时会发生波长的“缩短”。就像物理学家在实验中给电子和其它粒子的运动加上磁场一样,天体物理学家可以设想给移动的引力波加上磁场。

引力场和电磁场,引力波和电磁波也许存在奇异的相互作用,也许它们“各行其是”,不发生任何的交集。爱因斯坦的预言和科学家对预言的证实至少证明了引力场对电磁波的单向作用。爱因斯坦的第一个预言、或光线在引力场发生弯折也许不能充分说明引力场对光、或电磁波的作用,人们会认为这不是引力对电磁波产生了作用,而是由于光线、或电磁波自然形成一种和时空弯曲一致的路径,不仅光线,任何一个物体在弯曲的时空运动都会形成“一道弧线”。爱因斯坦的第二个预言、或光线的波长在强弱引力场的变化真正揭示了引力场对电磁波的作用,除了引力场的因素,还有什么其它因素造成电磁波波长的变化?爱因斯坦显然没有预言电磁场对引力波的作用,磁场对引力的影响也许存在,也许不存在,如果存在,那么引力场和电磁场,引力波和电磁波存在双向的作用;如果不存在,那么两者之间产生一种单向的作用,或者两者的作用形成“对称性破缺”,

电磁力在宇宙中是一种强大的力,电磁力和引力在宇宙的强大性符合哲学量级论的“等效原理”。从牛顿时代以来的物理学家更多地考虑引力在宇宙中的影响,他们很少考虑电磁力在宇宙学的重要作用,极少考虑引力和电磁力的相互关联对宇宙学的影响,主要的原因是他们对自然天体中两种强大基本力关联性的认识还非常欠缺,既缺少理论的深入分析,也缺少物理实验的证据。如果在引力和电磁力相互关系的研究中取得突破,那么我们对天体物理学的认识将会上升到一个新的高度,这种物理认识的跃迁符合哲学认识论的“突变原理”。牛顿和麦克斯韦对引力和电磁力的研究成果形成了两条没有交集的“平行线”,牛顿对引力的观测和计算达到了经典力学的顶峰,而麦克斯韦对电磁力的实验和分析达到了经典电磁学的巅峰,然而,在两座高峰之间缺少一座跨越峡谷的桥梁,爱因斯坦试图用统一理论来融合牛顿对引力和麦克斯韦对电磁力的独有认识,一方面,广义相对论奠定在牛顿引力和麦克斯韦电磁理论的成果上,另一方面,广义相对论实际上预言了引力场对电磁波的作用,爱因斯坦去世留给世人的遗产也许不是物理学家“念念不忘”的“两朵乌云”——暗物质和暗能量,而是我们从中发掘的“一朵乌云”——引力和电磁力的相互作用。

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