如果要改变真空中的光速，必须推翻电动力学的Maxwell方程组。这只有在“真空”成为“非线性介质”的时候才能做到。因为Maxwell方程组实际是“真空本底”上小的“起伏”（Fluctuation）之“线性描述”的最一般形式

如果要改变真空中的光速，必须推翻电动力学的Maxwell方程组。这只有在“真空”成为“非线性介质”的时候才能做到。因为Maxwell方程组实际是“真空本底”上小的“起伏”（Fluctuation）之“线性描述”的最一般形式



物理学之《2012》——物理学基本规律的非线性？ 精选

已有 4224 次阅读 2011-12-30 11:56 |个人分类:学海无涯|系统分类:科研笔记|关键词:物理学 中微子 超光速 非线性

盘点2011年物理学界（乃至科学界）的大事，排在首位的应该是OPERA实验组的“超光速中微子”。

 

如果这个实验结果站得住，那就是当代物理学理论基础的《2012》。

 

下面是《公共物理学导论》的2.6节。原来没有打算贴的。昨天听马伯强教授关于中微子超光速问题的学术报告。觉得这里的一些想法也许有一点启发性。先贴出来供有兴趣的人参考。

 

笔者一直有这样一个看法：

 

1）现在的物理学基本理论都是线性的：

 

我们熟悉的所有“基本”物理方程：Newton定律、Hamiltonian方程组、Maxwell方程组、Schrödinger方程、Dirac方程。。。，这些描述单个粒子或者“单一”场（指在经典理论中没有被Fourier分解，或者在量子理论中没有被“量子化”的）的方程都是线性的。

 

非线性来自粒子之间、场分量（经典的语言就是不同的“模”、量子的语言就是不同的“场量子”）之间的相互作用，而不是物理学基本方程本身。（而且二体相互作用往往可以约化成单体运动，所以一定要有“第三者插足”！才能使得事情变得complicated! ）

 

2）“好”的理论不仅是线性的，而且是时空一阶导数的

 

Newton方程在量子力学中就受到Heisenberg不确定性的限制——因为时间二阶导数项，所以被Schrödinger方程代替；而Schrödinger方程的Hamiltonian算子里有空间的二阶导数项，所以有Dirac方程。

 

而Hamiltonian方程组尽管是在经典力学里得到的，却“放之四海而皆准”，就是因为这组方程是时空一阶导数的！

 

这非常强烈地暗示着：我们的物理世界只是一个非常“大”的“本底”上的小小的“起伏”（fluctuation），而且这个起伏并不“剧烈”，所以连时空的高阶导数都可以忽略！

 

这个“本底”，应该就是我们所说的“真空”！

 

但是，如果这些时空高阶导数不能忽略（特别小的时空尺度，剧烈变化的物理过程），甚至非线性性质（即“本底”——“真空”本身的性质）显现出来了呢？——不是没有人想过，比如：P. A. M. Dirac，Nature 168 (1951) 906。

 

那就是现有的物理学方程性质的破坏——《2012》，和新的理论的建立——一场新的物理学革命？

 

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《公共物理学导论讲义》： 2.6 物理学规律的相对论不变性

 

      物理学规律的另一个重要的不变性是：物理学规律不因为坐标系选取的不同而改变——这就是物理学规律的相对论不变性。（用物理学的语言来说，就是物理学规律是关于相对论坐标变换“协变”。）这也是自然界和人类社会所有客观规律必须满足的不变性——规律不因为你人为选择的“视角”或者“立场”而改变。如果坐标系是惯性系，这就是“狭义相对性原理”，如果是任意坐标系，则是“广义相对性原理”。

 

      这个简单的道理，直接导致了Einstein的相对论理论。真空中的光速不随坐标系选取而改变，只是这个不变性的直接结果，而不是狭义相对论的另一个出发点（所谓“光速不变原理”）。如果要改变真空中的光速，必须推翻电动力学的Maxwell方程组。这只有在“真空”成为“非线性介质”的时候才能做到。因为Maxwell方程组实际是“真空本底”上小的“起伏”（Fluctuation）之“线性描述”的最一般形式。根据宇宙“大爆炸”模型，我们的物质世界是在宇宙大爆炸的初期从“真空”中“激发”出来的。根据最近的天文学观测结果，理论物理学家们推测：即使这个“激发”出来的、与“真空”相比是一点点“小量”的物质世界，也主要是“暗物质”与“暗能量”组成的——75%是“暗能量”、21%是“暗物质”、其余4%才是我们能够观测到的“普通物质”。所以，我们能够观测到的“普通”物质组成的世界确实只是“真空”的一个小的“线性起伏”。而对于“线性响应”来说，其“响应系数”只描述“本底”（这里是“真空”）的“零阶”性质，与“起伏”或者“扰动”无关。这就是所谓“线性响应理论”。关于线性响应的理论，我们会在下一章介绍。

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*Hidden Phase Space* at the Holo Cosmo corral (Verlinde video) Jun 27, 2011 #1 marcus 24,749 Science Advisor Gold Member 2014 Award (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); Erik Verlinde gave this great talk at Perimeter on Wednesday last week, which is online as video. It was at a recent Holo Cosmo workshop they had there http://pirsa.org/C11010 It is a very exciting talk. He is actively grasping for what many people dream about: a concrete way to think of geometry and matter as the same thing---just different aspects of "it". Geometry and matter growing up from the same hidden phase space roots. And he has ideas of how both inertia and the gravitational force arise. http://pirsa.org/11060065/ The Hidden Phase Space of our Universe Erik Verlinde By combining insights from black holes and string theory we argue for the existence of a hidden phase space associated with an underlying fast dynamical system, which is largely invisible from a macroscopic point of view. The dynamical system is influenced by slow macroscopic observables, such as positions of objects. This leads to a collection of reaction forces, whose leading order Born Oppenheimer force is determined by the general principle that the phase space volume of the underlying system is preserved. We propose that this adiabatic force is responsible for inertia and gravity. This fact allows us to calculate the hidden phase space volume from the known laws of inertia and gravity. We find that in a cosmological setting the appearance of dark energy is naturally explained by the finite temperature of the underlying system. The adiabatic approximation that leads to the usual laws of inertia and gravity breaks down in the neighborhood of horizons. In this regime the reaction force degenerates into an entropic force, and the laws of inertia and gravity receive corrections due to thermal effects. A simple estimate of these effects leads to the conclusion that they coincide with observed phenomena attributed to dark matter. Date: 22/06/2011 - 9:00 am

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