现代 理论物理 中 的疑问
作者 廖腾
Ⅰ 狭义相对论方面
1. 假设真空那个中有两个相对静止物体质量均为 M，以系统的质心为参照系，它们在万有
引力作用下开始加速运动 到接近光速 ，根据相对论 两个 物体的质量 都 将不断增加，增加
的质量应该来源于引力场，如何用数学定量表达？
2. 一个物体与其激发的引力场的能量之和是否为 0？ 关于这个问题，有人认为这个之和是
可以为 0，如有人认为宇宙创生于无 .但也有 人不认同 .在引力规范理论中，如果将
Lagrange关于度规 g_{ab}作变分，得到的张量，认作为物质与引力场的“能量 -动量张
量之和”，那么这个和就是 0（这就是变分原理得到的结果） .为何现代物理学计算的引
力场能量与质能方程计算的物体的能量不是一个数量级？
3. 狭义相对论的出发点是两个基本假设 —— 真空中光速不变原理和狭义相对性原理，如果
承认狭义相对性原理 —— 物理规律对于所有的惯性系都成立，麦克斯韦理论对于所有的
惯性系都成立，就可以得出真空中光速不变性原理，这样两个基本假设就可以减少一个
基本基本假设，狭义相对论就更加 简洁、优美，这样理解是否可以？
4. 介质的洛伦兹变换是用真空中的光速还是介质中的光速？ 有人认为 介质的洛伦兹变换
是用光子所在介质中的光速 ， 如何看待这个问 题。
5. 在中子星上一个物体从高处开始下落，在地面上的观察者测量物体的速度不断增加，由
狭义相对论可以得出其质量应该不断增加，进一步根据质能方程可以得出其能量不断增
加，根据机械能守恒定律其能量保持不变 .如何理解这个问题？
Ⅱ 广义相对论 与宇宙学 方面
1. 广义相对论认为没有物质时空不存在，同时认为质量改变了时空结构，这两种表述之间
的关系如何理解？引力场是 否相对时空？ 物体的质量 改变了附近的时空结构，一个物体
不存在时，时空 是否依然存在？ 其它物体产生的引力场，只有所有物质不存在时，时空
才不存在 .这种理解是否正确？
2.广义相对论认为存在奇点，可是在微观世界存在强相互作用与弱相互作用，如果考虑到这
两种相互作用，是否仍然存在奇点？黑洞是根据万有引力定律或者说广义相对论得出的结
论，没有考虑到电磁相互作用（例如分子之间的斥力）、强相互作用和弱相互作用、宇宙常
数等方面，如果考虑到这些因素，是否存在黑洞？物质在塌缩到黑洞的过程中，费米子是否
仍然满足泡利不相容原理？现代物理学研究黑洞向外辐射粒子， 这是否与黑洞的定义矛盾？
万有引力定律对于运动质量是否近似成立？
3.根据对 Seeliger 佯谬的讨论看到，如果宇宙学原理假设成立，宇宙中物质是均匀分布，
则在宇宙中任意一个空间点都不应当存在引力场 .我们还可以换个角度来讨论这个问题：如
果宇宙中引力场不为 0，则根据宇宙学原理，引力场至少应当是均匀的 .因为引力场是一个
矢量场，如果宇宙中存在有均匀的引力场，则宇宙就不可能是各向同性 .因为引力场的矢量
方向就是一个特殊的方向 .因此如果宇宙学原理成立，宇宙中任意一个空间点都不应当存在
有强度不为 0的引力场 .
4.大爆炸理论 认为在大爆炸初期，没有时间和空间，根据广义相对论也就不存在物质， 能量
守恒定律认为能量是不可创造，质量守恒定律认为质量是不可创造， 电荷守恒定律认为电荷
是不可创造 ,大爆炸理论认为能量、物质（质量）、空间、时间已经被一个无限小的点爆炸创
造，并且是在四大皆空发生的 ，如何理解这些关系？
5.大爆炸理论和动量守恒定律以及角动量守恒都是不相容的 .宇宙学观测表明宇宙是膨胀着
的，通过对微波背景辐射和宇宙大尺度结构等的观测，宇宙的历史可以追溯到极早期发生的
大爆炸 .我们所知的基本物理，比如广义相对论和粒子物理标准模型，在那里都不 适用，这
显然与 Einstein的思想相悖 （满足相对性原理的物理规律没有时间方向） .为理解宇宙起源，
需要了解大爆炸时期的基本物理量，可是根据相对论时间不能倒流，如何了解大爆炸时期的
基本物理量？ 相对性原理认为，惯性系没有优越的速度 .然而河外星系红移的发现表明，宇
宙尺度上的现象具有优越的速度，如何理解这个问题？
6.现代物理学认为物质之间有四种相互作用，可是大爆炸理论没有提及大爆炸是何种相互作
用 .既然宇宙现在加速膨胀，显然能量在增加，是否违背能量守恒定律？ 现代物理学中的暗
物质与暗能量与十九世纪的以太 (类似于鬼身之 类的东西，实际上不存在 )的区别有哪些？
7.泡利不相容原理背后是否有更本质的内容，是否也是一种相互作用，是哪一种力？
8.爱因斯坦在广义相对论中只研究了二体问题，即开普勒问题 .在经典力学 万有引力定律 中
三体问题无法求精确解，在广义相对论中是否也存在三体问题？
9.根据爱因斯坦 广义相对论 ,运动方程是测地线方程 .可是 当 粒子 沿着测地线 运动时 ,粒子会发
出引力波 .因此应该有一个引力辐射反作用力粒子反应 .然而 ,爱因斯坦没有发现辐射反作用
力的存在 ，如何理解这个问题？
10.量子力学 中的算符通常是不可对易的 ,而相对论中的时空度规是非正定的 .量子力学的发
展表明，算符的非对易性非但不是理论的缺陷，恰恰是其精华所在 ,而度规的非正定性是否
会进一步揭示相对论的某种内在的物理本质呢？ 会的。
11.现代物理学认为 狭义相对论钟慢效应是速度引起的 ， 广义相对论钟慢效应是引力引起的 ，
两种效应独立存在 、 互不影响 .狭义相对论的钟慢 效应和广义相对论的钟慢效应能否统一在
一起？如何统一？
12.现代宇宙学认为宇宙钟存在暗物质与暗能量，那么在太阳系中也应该存在暗物质与暗能
量，因此推导行星的运行轨道也需要考虑这些因素，得出的轨道与经典力学计算出来的椭圆
轨道应该有区别？ 可是为何实验观察得到的结论与牛顿力学、广义相对论计算的偏差不大？
Ⅲ 广义相对论与电磁场综合问题
1. Einstein晚年致力于引力场与电磁场统一的研究，如果统一场论按照广义相对论的基础
建立，那么电磁场也应当满足广义相对论的等效原理 .根据 Einstein的广义相对性原理，
物理定律对于 任何参照系都成立，那么下面的理想实验如何解释：现代物理学认为“ 一
个粒子 惯性质量为 m，是指在无穷远处观察该粒子，粒子携带的质量加上它的场能之和
才是它的惯性质量 m.” 假设在真空中相距充分远处有两个质点 A、 B，惯性质量均为 m,
带有等量的同种电荷，它们在万有引力和静电力的共同作用下处于平衡状态，能否根据
等效原理相当于它们的惯性质量为 0？如果把其中的一个质点的电荷换成异种电荷，能
否根据等效原理相当于它们的惯性质量为 2m?
2. 在 Klein-Kluza 理论理论中，引力和电磁力可以通过统一的方式结合在一起 .在那
里，最重要的也 就是所谓的“荷质比” .KK理论中时空是五维的，而第五个维度则
必须是卷曲维度，即必须具有有限大小的半径，而且这个半径必须足够小 .KK 理论
的问题在于得到的与事实相符的力学行为所对应的荷质比，却和真实粒子不同 .从
而一段时间内人们普遍认为电磁力和广义相对论无法融合 .但后来人们却发现在
11维的 KK理论中，一切就会变得和现实相符，但必须引入超对称性，从而 11维
的 KK 理论又称为超引力理论 .随后人们发现超引力理论和 10 维的超弦理论的 11
维拓展版本具有相似性，从而在 11维的 M理论中，超弦理论和超引力理论被结合
在了一起，成为同 一种理论 .可是现代弦论越到了难以逾越的困难，尤其是引力场
的量子化不可重整化 .笔者认为电磁波的传播媒介就是引力场，因此引力的传播速
度与光速始终相等，不知是否正确？
Ⅳ 狭义相对论与广义相对论的综合问题
1.狭义相对论认为运动物体的时钟延缓，广义相对论认为强引力场中时钟延缓，两种效
应能否统一？是否可以从广义相对论方程推导出狭义相对论效应？只有把两种效应统一在
一起，才符合 Einstein科学简单性原则 .狭义相对论框架内是否也存在机械能守恒定律，如
果存在，如何证明？
2.广义相对论和狭 义相对论的最大不同，在于对于真空绝对速度 C（真空绝对速度和一
般所言的 “ 电磁波真空波速 ” 不是一个概念，只不过后者在数学上恰好等于前者而已）只能
在局部观测者上定义 .也就是说，狭义相对论可以定义一个全局观测者，而在广义相对论中
只能使用局部观测者，而参照系的选择就体现了观测者的选择 .在广义相对论中，从始至终
所说的是：在局部观测者自己看来，自己所在位置的电磁波的真空光速等于真空绝对速度 C，
这才是广义相对论中对于光速所说的全部内容 .在非本地观测者看来，自己所在位置以外的
别的地方的光速完全可以不是光速，这是广义相对论的一 个很常见的结果 ， 可是现代宇宙学
却是利用广义相对论研究， 笔者认为广义相对论没有全局观察。狭义相对论中的 全局观测者，
就是广义相对论中的局部观察者。这样理解是否正确？ 否则如何理解大爆炸理论？
Ⅴ 量子力学与量子场论问题
1.在相对论量子力学中，一个粒子的能量不但可以为正值，也可以为负值，负值对应于
反粒子 .根据质能方程 反粒子的惯性质量是为负值 ，可是 1960年数学家和物理学家提出并证
明了一条定理：在广义相对论（ GR）中一个孤立物体的质量必定是非负的 .这些关系如何理
解？仅仅靠一个空 穴的概念了之？ 真空破缺的动力学机制是什么？基本粒子是如何生成
的？真空为何存在零点振荡能？能量来自何处？ (在广义相对论（ GR）中一个孤立物体的质
量必定是非负的 , 基本粒子来自于其他物质的引力场中的场能。真空并不存在，空间中布满
了物质和能量，零点也并不存在，所以任意一点都有 振荡能？ 能量来自于其他物质的引力场
中的场能。）
2.现代物理学认为反粒子携带正能量，由于数学上的性质的差异，其数学表征为负频率，
从而在原先的相对论性量子力学中认为是负能量与负概率，而采用了场论中的算符表述，这
些就都变成了正常的正能量与正概率， 只不过相同的粒子却带有相反的电荷（包括 QCD中的
色荷，以及弱相互作用中的同位旋） .这与 Einstein的科学思想是相悖的，是否说明量子场
论和相对论量子力学有着不可调和的矛盾？ 这说明 量子场论和相对论量子力学 也需要统一
起 来，最终是可以统一起来的，应该可以通过无穷维度单位空间向量统一起来，笔者这样理
解是否正确？
3.经典电动力学认为加速运动的电荷能够辐射电磁波 ,而量子力学指出电子在同一能级
内做加速运动不能辐射电磁波，如何把它们统一在一起？
4.假设一个中性的氢原子在电磁场中作变速运动，根据经典电动力学应当不辐射电 磁
波， (把 氢原子 看作是一个整体，电磁波矢量合成后为零 )可是如果我们把电子和质子分开来
分析， （单个电子和单个质子的电磁波矢量不为零） 那么它们应该都辐射电磁波，如何解释
这个问题？ 笔者认为 引力场至少分为广义相对论引力场、狭义相对论引力场、牛顿引力场 (又
称经典引力场 )，在狭义相对论引力场和牛顿引力场内，不同惯性系中的物理学定律都是一
样的，在广义相对论引力场内，不同惯性系中的物理学定律也是一样的，而在这几个引力场
之间来比较的话，不同惯性系中的物理学定律不是一样的，即 在狭义相对论引力场和牛顿引
力场中的物理学定律在广义相 对论引力场惯性系中内就不一定适用。 笔者这样理解是否正
确？
5.量子力学的有效范围是高能领域，一般来说微观物理是高能范围，所以量子力学适用
于微观领域 .从数学上可以知道，在最低能级层面，无论是强力、弱力还是电磁力，带同种
性质的力荷的粒子之间都是排斥力，而带不同性质力荷的粒子之间是吸引力 .这是数学上的
必然结果 .随着能量的增高，各种量子修正都会逐渐变得越来越重要，强力是吸引的，弱力
是排斥的，是一种近似说法 .各种量子修正把现代量子力学变得日益复杂，是否类似于当年
托勒密的天体力学？ 现代高能物理的所谓量子修正有两个来源 ， 一个是量子场论本身要求的
圈图展开，更高阶的圈图会对低阶结果给出量子修正 ， 而这仅仅是因为现在的数学无法计算
不做展开的非微扰量子场论，和量子场论的基础做出修正是两个截然不同的概念 .另一个，
是源自量子场论的重整化，对于重整化的本质我们还有很多不知道的东西，这也是现代弦论、
圈量子、非对易几何等等理论在做的事情 ， 从后者来说，弦论等理论的确是一种 “ 重新思
考 ” ，然而现代弦论等理论也遇到了难以克服的困难 ， 应当重新考虑其基础 ，笔者这种理解
是否正确？
6.量子统计物理证明了，任何具有上限能量且有有限个能级的平衡孤立系统，可以出 现
负绝对温度 .当温度 T→ +∞后，系统内能再增大，温度跳变到 T＜ 0，这就是负温度状态 .负
温度的存在，不仅在理论上得到证明，而且在核磁共振与激光技术中已有应用 .由量子统计
物理可知，粒子具有的统计平均速率与系统温度的平方根成正比， V∝ T0.5 ，当 T＞ 0时， V
为实速率；当 T＜ 0时， V=vi为虚速率 .此时洛伦兹变换是否仍然成立？
7. 电子是 约瑟夫·约翰·汤姆森在研究阴极射线时发现的，经一百多年的发展，人们对
电子有了了很多认识，电子是带负电的亚原子粒子 .它可以是自由的 (不属于任何原子 )，也可
以被原子核束缚 .原子中 的电子在各种各样的半径和描述能量级别的球形壳里存在 .球形壳越
大，包含在电子里的能量越高，随着电子层数的增加，原子核对外层电子的吸引能力减弱，
对电子行为的描述有泡利不相容原则和洪特原理…… 通常认为 电子 是 基本粒子 ， 不能在分割
成更小的粒子，但是 将电子看作 “ 整体 ” 或者 “ 基本 ” 粒子，将使我们对电子在某些物理情
境下的行为感到极端困惑，比如当电子被置入磁场后出现的非整量子霍尔效应 以及原子为什
么具有线状光谱 .1925 年 G.E.乌伦贝克和 S.A.古兹密特受到泡利不相容原理的启发 ,分析原
子光谱的一些实验结果 ,提出电子具有内禀运 动 —— 自旋 ,并且有与电子自旋相联系的自旋磁
矩 .由此可以解释原子光谱的精细结构及反常塞曼效应，为了不与相对论矛盾，他们把电子
的自旋完全描述为数学上的性质，把电子的自旋看做是 1/2， 洛伦兹把电子当做刚体处理，
计算出电子如果有自旋的话，它的外围切线速度超过光速，这样的结论是错误的 .如何理解
电子的模型呢？
Ⅵ 相对论与量子力学之间的问题
1.希格斯粒子解释了宇宙质量之源，是否具有反粒子，说明宇宙质量消失的途径？质量
守恒定律和希格斯机制是否矛盾？根据狭义相对论，运动物体的质量增加，是否与希格斯粒
子有关？
2.量子力学中的真空并非一无所有，它们和光子之间根据现代物理学理论应当有相互作
用，可是狭义相对论认为在真空中的光速是不变的，显然存在着矛盾 .如何理解这些关系？
量子力学认为宏观物体存在物质波，显然这与广义相对论是矛盾的，如何理解这些关系？ 笔
者认为 这是 广义相对论 效应的溢出，你是如何看待这个问题的？
3.在牛顿动力学中，暗含着将以下一点视为当然的事，即同时测量（即知道）一个粒子
（一个质点）的位置和动量在原则上是可能的 .这种可能性隐含在运动定律本身中：运动的
二阶微分方程的解要求知道 x 和 px 的某个同一时刻的 初始值，但是这种可能性在量子力学
中从根本上被否定 .牛顿动力学中运动方程是决定论的和因果律的，即从一个由系统的粒子
之坐标和动量所规定的已知初态出发，运动方程以一种决定论的方式导致一切其后时刻的确
定状态 .导致拉普拉斯宣称：一旦给出了某一瞬间宇宙中所有星星的位置和动量，那么宇宙
过去和未来的状态都将完全被决定，但这种决定论和因果律在量子力学中基本上被否定 .
4.对于一个宏观物体来说， P=h/λ ，当物体静止时， P=mv=0，此时 λ 为无穷大？ E=mc2=h
ν =hc/λ ,所以 λ =h/mc≠ 0. 假设 P=MV= h/λ =h/(V/ν )=hν /V,则 hν =MV2.这与 E=mc2是矛
盾的 .这说明宏观物体的能量不仅仅是物质波的能量，它们之间的关系是什么？
5. Einstein的广义相对论是引力理论，把引力场量子化给出引力场的量子成为引力子，
它应具有自旋为 2，和 lectriec field 的量子 —— 光子性质很不相同 .近年来理论上对超
对称性的探讨提供了新的可能性，超对称性在自旋不同的粒子间建立了联系，因此就有可能
把引力相互作用和其它相互作用联系起来，通过超对称性建立的四种相互作用的统一理论称
为超大统一理论 .但是根据对称的相对性与 绝对性原理，超对称的工作是没有止境的 .超对称
要求除引力子外，还应当有自旋 3/2的引力微子存在，但是实验上并没有发现它的存在 .
6.根据质速关系引力质量可以连续变化，而电荷和电磁场呈量子化分布，现代物理学未
让量子力学进入的唯一领域是引力和宇宙的大尺度结构，将引力场量子化遇到无穷大的困难 .
重整化可以消除无限大的问题，但是由于重整化意味着引力质量作用力的强度的实际值不能
从理论上得到预言，必须被选择以去适合观测，因此重整化有一严重缺陷 .目前要取得进展，
能够建议采用的最有力的方法，就是在企图完成和推广组成理论物理现有 基础的数学形式
时，利用纯数学的所有源泉，并在这个方面取得每次成功之后，试着用物理的实体来解释新
的数学特色 .如何把量子论和弯曲时空（即广义相对论）结合起来却是十分困难的事情 .到现
在为止，虽然学术界在电磁场、电子场等各种物质场的量子化中取得了极其成功的进展，但
引力场量子化的工作却遇到了意想不到的巨大困难 .到目前为止，所有试图把引力场量子化
的理论（包括超弦和圈量子引力理论）都存在问题 .在物理学发展过程中，量子论引起的疑
义始终多于相对论 .量子论留给了人们太多的争议 .Einstein 曾经说过，我思考量子论的时
间几乎是 思考相对论的 100 倍，但是我还是不清楚什么是光量子 .
Ⅶ 热学与光学问题
1． 热力学第二定律的实质 :自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 .
不可逆性的微观本质：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 .在化学
变化中在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向 △ H－ T△ S<0 的方向进行，二者如何
统一？ 薛定谔认为：生命之所以免于死亡，其主要原因就在于他能不断地获得负熵” .生命
的本质是否就是能够不断负熵？人们发现无机界、无生命的世界总是从有序向无序变化，但
生命现象却越来越有序，生物由 低级向高级发展、进化 .以致出现人类这样高度有序的生物 .
意大利科学家普里高津提出了耗散结构理论，解释了这个问题 .现代物理学认为宇宙中存在
熵增原理，这背后是否有更本质的内涵？根据对称性原理也应当存在熵减的现象，如何理解
这些关系？
2． 光子是电中性粒子，为什么有电磁波的特性？ 现代物理学认为光子不带有电量也不
具有磁矩， 作为创建 “ 量子场论路径积分 ” 的核心人物费曼先生，认为两个静电荷之间的相
互作用的传递过程是交换虚光子来完成的，可用费曼图形象地表示 .简单说来，规范场负责
传递相互作用，而场的量子化的稳定态对应了粒子，所以 规范场的量子化必然就对应了某种
场媒介粒子，比如电磁场的量子化对应了光子 .传播相互作用的时候的光子，和独立被激发
时候的光子还有不同，术语叫做“虚光子”和“实光子” .虚光子只在相互作用的过程中出
现，对应到费曼图，就是虚光子只是费曼图中的内线，而实光子则对应了费曼图的外线 .在
量子力学中，粒子是场的激发态，而场传播力，所以这种激发态既可以是稳定的激发态，对
应实光子，也可以是被别的粒子激发而导致的激发态，对应虚光子 .在虚光子过程中，只要
在相互作用过程中符合能量守恒（具体说来就是费曼图的顶角上能量总和不变），怎么样的
光 子都可以出现 .量子理论中的激发态，如果是对应虚光子的被动激发态，那么其实是没有
除了能量守恒以外更多的限制的 —— 当然，严格说来还需要满足对称性与规范条件，以及反
常消除条件等等，不过都是量子化以后的，没有经典对应 .实光子与虚光子有何区别，它们
是如何转化的？ 所谓虚光子的概念以及正负电子对的湮灭和创生的概念仅仅是量子场论的
理论概念， 是否 已经为实验证实的事实 ？ 笔者认为光子不具有引力质量（惯性质量），而具
有电磁质量（电量），只是太小，实验中可能观察不到 .质子与电子辐射的光子的能量相反，
便可以圆满解释上面的理想实验，进一 步否定了“超光速问题”，解释了光速不变性原理、
光速为物体运动的极限速度的原因与广义相对论的红移危机 ，笔者这种理解是否正确？
3． 广义相对论中时间是时刻存在的， 广义相对论方程 中 没有时间方向 ，而热力学中时
间存在着方向，如何理解这些关系呢？
4.相对论力学已经十分完善，相比之下相对论热学的讨论仍然存在诸多争议 .对于理想
气体，压强和熵是相对论不变量，分子的平均 平动 动能、内能、功、热量、温度是协变量，
您认为是否正确？ 在狭义相对论框架下研究温度，现在学术界提出了运动系比静止系温度
低、温度高、相等以及没有关系四种结果， 100多年来一直争议不断，您如何看待这个问题？
力不是洛伦兹变换的不变量， 温度是否伽利略变换的不变量 ?
5.现代物理学认为在没有实物粒子的真空也有温度的概念，而是通过光谱定义，频率与温
度成反比 .如果微观粒子不辐射电磁波，例如中微子，根据现代物理学的观点是否存在温度
的概念？如果把温度用分子的平均动能定义，可以得出重力改变温度的现象，以至于 近年来
人们一直研究引力熵减现象 ,您如何看待引力熵减现象？ 如何把传统定义与现代 物理学定义
统一起来？
6.在理想气体方程中玻意耳定律和焦耳定律是否独立？如何证明？
7. 假设真空中一个光子，在地面静止观察者测量光子频率为 v，可以发生光电效应，根据
多普勒效应在运动的观察者测量频率应该是变化的，那么是否就无法发生光电效应呢？
Ⅷ 电子的电磁质量问题
1.现代物理学认为电磁质量由电荷附近的电磁场分布结构决定，与电荷没有多大的
直接关系，只是间接关系 .电荷附近的电磁场的源是电荷 ， 但当电荷运动的时候，电荷附近
的电磁场分布结构会发 生变化，如发生压缩畸变，其分布结构是速度的函数，这可 见一般教
材 ,因此 电磁质量也是速度的函数 ，满足 .当运动速度为 0 时， 电子和质子的电磁质
量是否相等？ 当一个质子与电子组成 11H 时，总体看不带电，电磁质量为 0，可是两个微观
粒子均具有电磁质量，如何理解？
2.您认为静止电子的电磁质量与静止质量比值的多少？ 现代物理 学认为电子的电磁质
量是电子静止质量的一部分 现代物理学认为电子的电磁质量是电子静止质量的一部分，
Einstein在 《论动体的电动力学》 中的原始公式如下：
)111(
22
2 ??? VvVW ?
，式中 W为电子的动能；
μ 为电子质量； V为光速； v为电子的运动速度 .Einstein在论文中谈到：“在比较电子运动
的不同理论时，我们必须非常谨慎 .这些关于质量的结果也适用于有质的质点上，因为一个
有质的质点加上一个任意小的电荷，就能成为一个（我们所讲的）电子 .”
Einstein在研究统一场论时才认为电子的电磁质量是 引力质量的一部分，曾经试图证
明电子的电磁质量是电子质量的 43 ，即 宇宙的能量 43 起源于电磁， 41 起源于引力 .但是没有
成功，现代物理学中相对论和量子力学对于电子的电磁质量的计算是矛盾的，彭桓武认为这
个问题可能需要未来的高等数学来解决 .Einstein 晚年 进一步提出 electric charge 没有
引力质量的问题，指明引力场和 lectriec field 是逻辑上 毫无联系的 两 部分 .由此可见，
Einstein的一生对于这个问题是摇摆不定的 .
笔者通过认真地思考后认为电子的电磁质量不可能是引力质量的一部分，原因有 11 个
方面：
(1).根据广义相对论，物理定律对于任何物理定律具有相同的形式 .当电子在引力场中加
速运动的时候，其电量是不变，不满足 Lorentz transformation， 根据经典电动力学在电
子的半径不变的情形下，电磁质量与电量的平方成正比， 所以其电磁质量也应该不变，电荷
的电磁质量既然由电荷所带的电量决定，那么应当是电量的增函数，根据经典电动力学如果
把电子 看做球体的话电子的静电能与电量的平方成正比 .如果电子的电磁质量与运动速度有
关，满足 ，那么电子的电荷具有的能量也满足 Lorentz transformation，不符合广
义相对论的要求 .
静止的质子与正电子的电磁质量是否相等？它们的电磁场的能量相等， 但是由于半径
不相等，根据经典电动力学电磁质量不相等，如何理解？ 根据经典电动力学电子的电磁质量
m∝ Q2/r，如果将来通过某种手段把电子的半径变为原来的 2 倍，电磁质量变为原来的 1/2,
可是根据洛伦兹变换电子的静止质量没有变化，可以得出电子的电磁质量不是定值 .假设一
个带电球体电量为 Q,电磁质量为 m,然后使其电量增加一倍，电磁质量是否为 4m？
(2).物体的静止质量是内禀的，是个常数，有人认为电磁质量是应该与静止质量有关的，
电磁场的能量由电荷决定，电量与带电体的运动状态无关，引力质量与运动状态有关 .假设
电子的静止引 力质量是 m,电子的电磁质量是 m1,电子的引力质量另外的部分为 m- m1.当电子
以 2/3 c运动时，根据洛伦兹变换此时电子的引力质量为 2m，电子的引力质量另外的部分
为 2m-2m1，电子的电磁质量应当为 2 m1,可是电子的电量没有变化，显然存在着不和谐 .电量
不满足 Lorentz transformation，因此把电磁质量作为引力质量的一部分存在着不协调性
—— 只要维持电子电荷值不变的观念，这个问题不管怎么也解释不通 .这中间，要么质速关
系式错了，要么就是电子电荷值不变的信念错 了，然而这与实验事实又高度一致 .由于公式
E＝ mc2，物体的引力结合能具有 (负 )质量，因而系统总质量不等于各部分质量之和．而在麦
克斯韦理论中，作为线性理论的直接结果，电荷 (类比于质量 )是严格可加的 .所有的基本粒
子间电荷同质量间找不出一个固定的关系： 不同静止质量的基本粒子可以具有相同的基本单
位电荷，在所有的基本粒子的静止质量和所带的电荷间也没有一个共同的质量与电荷的关
系 .
（ 3） .电磁力存在吸引与排斥两种状态，只有物体带电时才有，而引力是永远存在的；
如果电磁质量是引力质量的一部分，那么库仑力也应当是万有引力的一 部分，电子、质子等
带电粒子之间的电磁力远大于万有引力，电磁质量远大于引力质量，电磁质量不可能是引力
质量的一部分；电子激发的电磁场的能量小于电子的电磁质量，正如物体激发的引力场能量
小于引力质量的能量一样 .通过将 1 个氢原子作为模型和对比，可求出氢原子上正电子对壳
上负电子的电磁力 Fe与原子核 质量与壳上电子质量的引力 Fg之比，即 Fe/Fg = Ln =2.27?1039
= 狄拉克大数，因为静电力和引力都同时作用在电子和原子核上 ,而有着同一个距离 R.
(4).电荷 具有正负，电磁质量应当相反，而物体的引力质量无此区别 .现代物理学认为 中
子有一个上夸克和两个下夸克组成，外观上看电量为 0，由于每个夸克均激发电磁场，因此
电磁质量不等于 0，显然存在不协调性 .电荷分为正负，但电场的能量密度却总是正的，所
以积分得到的电磁能量总是正的，因而电磁质量也总是一个正值 .根据牛顿第二定律，惯性
质量是表征当物体受到外力作用的时候，物体运动状态改变的难易程度 ，即物体保持原来
运动状态的本领大小的物理量 .这个和电荷的正负无关，所以正负电子可以具有相同的惯性
质量 .当正负电荷中和的时候，电磁质量减少，引力质量没增加，但正负电荷中和会释放原
来具有的电势能 ，即原来的电磁质量会转化为别的能量，如正负电荷中和释放两个光子，则
原来的电磁质量就转化到了光子中 .那么转化的机制是什么？同种电荷的电磁力相互排斥，
异种电荷的电磁力相互吸引，电荷之间的作用力依靠电磁场来传递，为什么电磁场的能量都
是正值？一个中性原子的电磁场的能量为 0，说明正负电荷激发的电磁场的能量相反 .
(5).引力质量都占有一定的空间，也就是具有体积，而电磁质量没有体积，因此量子电
动力学的点模型观点是正确的 .
(6).电磁质量和引力质量可以分离，存在 Maxwell理论中脱离物体携带能量的场 .最近，
法国里昂的 科学家发现了有四个中子组成的粒子，又称为“零号元素” .最新的实验表明，
中微子具有引力质量，大约为电子引力质量的 50000 分之一 .中微子具有引力质量但是不带
有 electric charge—— 电磁质量 .现代物理学认为除了带电介子外，还存在中性介子，其
（引力）质量恰好等于或者近似等于（其实相等）带电介子的（引力）质量，性质相似 .Einstein
指出了波函数坍缩过程与相对论之间的不相容性， Einstein 的这一分析是关于量子力学与
相对论的不相容性的最早认识 .或许有人会说电磁质量与引力质量是毫无关系的两部分，那
么有何作用力把它们联系在一起，笔者认为靠作用力联系在一起，是引力质量、电磁质量各
自联系的思想，没有任何作用力也可以联系在一起 .
（ 7） .布朗粒子满足能量均分定理，在绝对温度为 0 时，动能为 0，可是 受量子力学支
配的物体即使温度为零，也同样具有一定的动能 .布朗粒子的能量均分定理研究的是引力质
量问题，量子力学研究的是电磁质量，绝对温度为 0时，引力质量能量为 0，可是电磁质量
的能量仍然不为 0.
(8). Einstein 之所以要提出引力场与电磁场的统一问题，乃是基于广义相对论以太与
电磁场之间存在着原则的区别这一事实 .他说： “ 如果我们从以太假说的观点来考查引力场
和电磁场，那末两者之间就存在着一个值得注意的原则性的差别 .没有任何一种空间，而且
也没有空间的任何一部分是没有引力势的；因为这些引力势赋予了它以空间的度规性质，要
是没有这些度规性质，空间就根本无法想象 .引力场的存在是同空间的存在直接联系在一起
的 .反之，空间一部分没有电磁场却是完全可以想象的；因此，电磁场看来同引力场相反，
似乎同以太只有间接的关系，这是由于电磁场的形式性质完全不是由引力以太来确定的 .从
理论的现状看来，电磁场同引力场相比它好象是以一种完全新的形式作为基础 的，好象自然
界能够不赋予以太以电磁类型的场，而赋予它另一种完全不同类型的场，比如一种标势的场
也会是同样适合的 .” 这段话说明引力质量（引力场）和电磁质量（电磁场）在一定程度上
可以分离 .
(9).量子力学在曲线坐标系中一直无法合理地定义动量算符 . 采用量子力学动能算符
和动量算符计算微观粒子的动能，得到的结果一般是不一样的，也就是说现有量子力学的动
量算符与动能算符不能一一对应 .将动量算符作用于非本征态波函数，得到非本征值都是复
数 .坐标空间中动量算符的平均值也是复数，在物理上没有意义（除非等于零） .为了解决复
数非本 征值和复数平均值问题，现有量子力学将任意波函数用算符的本征态波函数展开，实
际上将算符的平均值变换到动量空间计算 .其结果是，虽然动量算符的复数平均值问题被消
除，但坐标算符的复数平均值问题又出现 .问题实际上没有被解决，只是被转移 . 在直角坐标
系中，角动量算符没有本征态波函数和本征值，将角动量算符作用任意波函数，得到的都是
虚数 .但我们能说直角坐标系中角动量算符没有意义吗？反之，动能算符对任意波函数作用
结果都是实数，我们就没有必要将任意波函数按它的本征函数召开 .氢原子定态波函数就是
一个例子，它们都不是动能算符的本征 函数 .
(10) .电磁场具有能量和质量，电磁场以光速运动，静止质量应当为 0，所以电磁质量
不是静止质量的一部分 .现代物理学认为微观粒子包括玻色子和费马子，前者不满足泡利不
相容原理，后者满足泡利不相容原理 .笔者认为前者无静止质量，应该为只有电磁质量组成
的粒子；后者具有静止质量，是有引力质量组成的粒子或者是电磁质量和引力质量共同组成
的粒子 .您认为是否正确？
（ 11） .假设在水平地面上一个物体静止，在各个方向上均匀接受热辐射，根据能量守
恒定律和狭义相对论物体的能量增加，静止质量增加，动量不变，根据动量定理物体所有 合
力为 0；在水平地面上有一位观察者以 0.99C 匀速运动，他测量的物体的动量增加，根据动
量定理物体所受合外力不等于 0，这是否与相对性原理矛盾？ 如果把引力质量和电磁质量分
开，显然不存在这样的矛盾，光子是电磁质量，不具有引力质量，不影响物体的质量 .
Ⅸ 统一场论问题
1.在已知的主要的相互作用中，都有着明显的区间作用性：在强子内部和周围，强相互
作用起着主要作用；在原子世界，电磁相互作用占着主导地位；引力相互作用在微观世界是
微不足道的，到了太阳系世界，它才成了支配天体运动的主宰 .现代物理学认为弱相 互作用
和强相互作用只适用于微观世界，可是微观与宏观没有截然的界限， 微观、宏观、宇观是人
为规定的，人类的生存空间并不是宇宙大的方面和小的方面的绝对分界线， 这显然存在着不
协调性 . 是否满足玻尔的对应原理呢（同一个物理世界，不能仅仅因为物体大小的不同，就
需要不同的两个理论来描述）？
2.能量标度上升，对称性增高，各种力都走向同一，物理学趋向统一 .所以大统一理论（弱、
电、强力三者的统一）以及四种力（弱、电、强、引力）的统一，都必然是在极高能标下完
成的；能量标度下降，对称破缺产生，四种力（弱、电、强、引力）都逐渐分离 ，表现不同
行为 .世界变得复杂，丰富多彩 .超低能低温下有五花八门的现象，其实只是对称破缺的表面
现象，我们眼睛观察到的其实都非实相，它们在高能标下其实只有一个本质 .现代物理学已
经把电磁力与强相互作用 、弱相互作用 的统一问题起来，可是对于电磁力同种电荷相互排斥，
而对于强相互作用作用力的 近似 方向相反， 弱相互作用是从解释 β 衰变提出的，宏观上看 近
似 排斥力， 同理 强相互作用是 近似 吸引力， 如何理解这一关系？ 现代物理学认为元素的衰变
主要是弱相互作用的结果，并且具有确定的半衰期，是否说明元素的衰变不具有随机性？
3.为了得到弱和电 的统一，物理学家大胆假定有 W粒子作为中间粒子，它的质量要比作
为母体的核子大 100多倍 . 如果弱电统一理论确实能将两种力统一起来，它就应该能够处理
同一理论的特殊情况，即只有电磁相互作用或只有弱相互作用存在的情形，只有一种相互作
用的情形应该比两种相互作用同时存在的情形要简单的多 .可是温伯格 -萨拉姆的弱电统一
理论只能处理电磁相互作用和弱相互作用同时存在的情形，而不能处理只有弱相互作用或只
有电磁相互作用的情形 .强相互作用是作用于强子之间的力，是所知四种宇宙间基本作用力
最强的，也是作用距离最短的（大约在 10-15～ 10-10 m 范围内） .核子间的核力就是强相互
作用，它抵抗了质子之间的强大的电磁力，维持了原子核的稳定 .是否说明强相互作用与电
磁力是相反的作用？
4.笔者指明了四种相互作用力之间的关系，万有引力与弱相互作用、电磁力与强相互作
用是互为反作用力，在此基础上分析了宇宙常数、暗物质与暗能量、引力徉谬和密度徉谬、
太阳角动量的逃逸的问题，从根本上说明 卡西米尔效应 (Casimir effect)是不存在的， 定性
地解释了“ DI 海格立斯双星进动 ”问题和轻子为何不参与强相互作用，对统一场论的研究
可能会有所帮助，不知是否正确？ 为何基本相互作用都是汤川型强相互作用？ 爱因斯坦广义
相对论可能不是最普遍的引力规律，按照这种假设，暗能量可能不是实体物质，而是大尺度
上偏离广义相对论的几何效应 ，笔者这种理解是否正确？
5.现代物理学的理论是根据对称产生的，可是我们周围的世界又是不对称的，李政道教
授把分立对称性失效的原因列为 21 世纪科技界面临的四大难题之一 ,您是如何理解这个问
题呢？笔者根据现代科技理论提出了对称的相对性与绝对性原理，不知是否正确？另外分析
了有限与无限的相对性与绝对性、离散与连续的相对性与绝对性、运动与静止的相对性与绝
对性、时空的 相对性与绝对性、同时性的相对性与绝对性等 .
6.现代物理学认为 不同相互作用力在低于大统一能标的情况下没有任何联系 ，可是大统
一能标是人为确定的， 现代物理学认为弱相互作用和电磁力是一种力，为此 1979年诺贝尔
奖金授予 温伯格、萨拉姆和格拉肖的 弱电统一理论 ，中微子不带有电荷 也不具有磁矩 ，没有
电磁力， 只 存在弱相互作用，如何理解这些关系？ 现代物理学认为中微子存在运动质量，也
应该存在万 有引力 ，运动速度是否会发生变换 ？
大统一理论预言的质子衰变在实验中也没有发现，说明大统一理论也存在着弊端 .质子之
间的强相互作用是引力，电磁力是斥力，如何统一在一起？
7.现代物理学认为波包括三类：机械波、电磁波和几率波，这三种波能否也像各种作用
力一样统一在一起？
8.强相互作用和弱相互作用是否也是保守力？ 笔者指明了万有引力与弱相互作用互为反
作用力，在此基础上分析了宇宙常数、暗物质与暗能量、引力徉谬和密度徉谬、太阳角动量
的逃逸的问题，从根本上说明 卡西米尔效应 是不存在的， 定性地解释了大爆炸理论的实验依
据，否定 了宇宙奇点的存在、宇宙大爆炸理论和黑洞的存在，定性地解释了“ DI 海格立斯
双星进动 ”问题和轻子为何不参与强相互作用，对统一场论的研究可能会有所帮助，不知是
否正确？为何基本相互作用都是汤川型强相互作用？
9.如果考虑到分子内部的斥力，那么是否还会存在黑洞呢？
10.万有引力作用是一切静止质量不为 0 的物体之间的相互作用，电磁力是电荷之间的
作用力，它们之间有本质的区别，怎么可以统一在一起呢？
11.现代物理学认为参 与强相互作用的粒子叫强子，不参与强相互作用的粒子叫轻子 .
大统一理论既然把强相互作用和电磁力统一在一起，电子是否不但可以叫轻子，也可以称为
强子？
12.根据德布罗意物质波的观点，任何物质都具有波粒二性，可是现代物理学实验仅仅
局限在分子及其以下层次，对于宏观物体是否具有波粒二象性并没有测量到，宏观物体是否
具有波粒二象性呢？
X经典力学 、电磁学 方面
1. 导体中的电流是电磁场的传播，也就是电磁波的传播 .导体分子中的电子只是从相
应低能级跃迁到相应高能级，经相应的驰豫时间跃迁回相应低能级，并发射相应
频率的光 子，传送的是电位差，电位差在导体中的移动就形成电流，有磁效应 .
导体中各分子交替传送电位差的速度是由光子在导体中的速度决定的，不是电子
的任何速度 .电流不能理解为电子或者空穴的定向移动？
2. 有静止质量的正、负电子结合，为什么不产生任何有静止质量的新粒子而能仅辐射
出光子？光子在铅 Ph 中是如何能转变成正、负电子对？ 笔者认为： 正电子与电
子在相应强力作用下结合成激发态的中微子或反中微子，经一定的弛豫时间后，
在相应弱力作用下成为非激发态的中微子或反中微子 .正电子与电子都有确定的
静止质量，与光子转换过程中，近程力作功和它们结 合能发生变化的重要作用，
结合能的减少就很大，辐射的光子就很强，而使得中微子或反中微子的质量很小，
又是电中性，这些实验就只观察到光子，观察不到中微子或反中微子，而无视其
客观存在 ,而且电子与正电子不仅有近程强力和弱力引起的转化和演变，还有远
程电磁力作用下形成的，类似以正电子取代氢原子核的氢原子结构称为电子偶
素，正因铅 Ph 中存在这种电子偶素，它吸收了光子，才分裂为正、负电子对 。
厦门天正数学与物理研究所黎曼数学与物理研究中心
2020-12-09
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