解析物理學的底層邏輯

胡 良

（深圳市宏源清實業(yè)有限公司 ，深圳市羅湖區(qū)? 郵編? 518004）

摘要：牛頓力學與參考系有關，體現(xiàn)為伽利略變換；而相對論與參考系無關，體現(xiàn)為洛倫茲變換；兩者體現(xiàn)為二套完全不同的邏輯體系。

關鍵詞：牛頓力學，相對論，參考系，慣性系，非慣性系，光子 量子化 對稱性 相位 量綱分析

中圖分類號：O412.3 ，O413.1 ， 0572.3

作者：總工，高工，碩士（全日制）

0引言

程序的底層邏輯就是零和壹（真理是簡約的），用零及壹可表達所有的程序。但用程序表達零及壹不可能，因為零及壹（底層邏輯）是公設。

?光子的公設是物理學的底層邏輯，通過光子的公設可解讀所有的物理學分支及已有的所有物理學實驗及觀測（證明了光子公設的正確性）。但已有物理學的分支（都是唯象理論）并不能推導出光子的公設（底層邏輯）。這意味著，不可能用已有的物理學理論的模式表達光子的結構（因為是公設）。

牛頓力學，量子力學，熱力學及相對論等都有自己的架構。大統(tǒng)一理論（光子的結構）也有自己的架構。也就是說，不可能沿用原有的架構，必須開創(chuàng)一個新的學科及新的表達式。量子三維常數(shù)理論（光子的結構）真正的大統(tǒng)一理論。

1參考系的內涵

牛頓力學與參考系有關，體現(xiàn)為伽利略變換；而相對論與參考系無關，體現(xiàn)為洛倫茲變換；兩者體現(xiàn)為二套完全不同的邏輯體系。

狹義相對論的邊界條件是，慣性系及平直時空。光速（不變）是指光子內稟的信號速度保持不變（與參考系無關，體現(xiàn)為洛倫茲變換）。

由于光子具有內稟的橫波屬性，光子相對于光源的速度（光子離開光源的瞬間）體現(xiàn)為光子的信號速度（與光源的運動速度無關）。

聲音在空氣里的傳播速度保持不變；這意味，聲音（不變）是空氣內稟的信號速度（與參考系無關，體現(xiàn)為洛倫茲變換）。空氣中的聲速是空氣的內稟屬性，空氣中的聲速與聲源的運動速度無關。

這意味著，聲源的運動速度有可能超過空氣中的聲速；體現(xiàn)為超音速（聲源的運動速度超過空氣中的聲速）。

值得注意的是，牛頓力學與參考系有關，體現(xiàn)為伽利略變換。這意味著，相對速度與參考系有關（ 體現(xiàn)為伽利略變換）。

麥克斯韋電磁學與參考系無關，這意味著光子的信號速度是光子的內稟屬性（體現(xiàn)為洛倫茲變換）。

狹義相對論假設光速在不同的參考系下都是一樣的；推導出來的新公式都跟光速有聯(lián)系（例如，時間、長度、質量及能量等）；狹義相對論的效應就是指運動物體的時間變慢，長度縮短及質量增加等。

假如電梯垂直自由下落，如果有一個人在電梯里自由落體，則他是感受不到重力（在電梯里懸?。?/span>

根據(jù)量子三維常數(shù)理論，該人體現(xiàn)為空間荷屬性；

量綱，<[L^(3)T^(0)]>*<[L^(3)T^(-3)]>。

電梯自由下落是引力引起的，這意味著，引力場與加速度具有內在聯(lián)系。換句話說，局部引力場中自由下落的參考系與無引力場的慣性系，是不可能區(qū)分的（等效原理）；都體現(xiàn)為空間荷屬性。

具體來說，如果懸浮在電梯里，你從電梯里面是完全無法區(qū)分是懸浮在太空里（慣性系），還是在一個自由落體運動的電梯里（有地球引力的非慣性系）。

物質告訴時空怎么彎曲，而時空告訴物質怎么運動。任何有質量的物體都會引起時空彎曲，然后，物體在這個彎曲的時空里繼續(xù)做他們的慣性運動。這意味著，萬有引力與時空的曲面曲率有關。

量綱，{<[L^(3)T^(0)]>*<[L^(1)T^(-3)]>}* <[L^(2)T^(0)]>。

?

3慣性運動的本質

根據(jù)廣義相對性原理，物理規(guī)律在所有參考系中都具有相同的形式。非慣性系中存在慣性力（例如轉動圓盤上的慣性離心力及科里奧利力）。牛頓的水桶實驗（理想實驗）論證了存在有絕對的空間。

質量與空間荷及空間荷的振動頻率有關；物質（荷及相應的場組成）是客觀存在的，不生不滅。

物體的質量與它的慣性成正比，質量是物體慣性的量度，體現(xiàn)為慣性質量。引力質量就是慣性質量。

更進一步來說，當觀測者感到自己與升降機內的一切物體都處于失重狀態(tài)時，他同樣無法斷定自己處在下列兩種情況中的哪一種：

第一種情況，升降機在引力場中自由下落；第二種情況，升降機在無引力的太空中作慣性運動。

這意味著，處于失重狀態(tài)時，觀測者與升降機內的一切物體都體現(xiàn)為空間荷屬性。無法用任何物理實驗來區(qū)分引力場及慣性場。

由于引力起源于質量，時空彎曲與物質的存在及運動有關；萬有引力與時空的曲面彎曲率有關。

?

5慣性系與參考系

牛頓運動定律能夠成立的參考系就稱為慣性系。在某些參考系中，不受力的物體會保持相對靜止（或勻速直線運動）狀態(tài)，其時間是均勻流逝的，空間是均勻及各向同性的。在該參考系內，描述運動的方程具有最簡約的形式，該參考系就是慣性參考系(慣性系)。例如，相對于慣性系作勻速直線運動的參考系都是慣性系。

值得注意的是，根據(jù)量子三維常數(shù)理論，慣性系是由空間荷及相應的場（能量-動量場）組成；量綱，<[L^(3)T^(0)]>*<[L^(3)T^(-3)]>。

由于參考系選取的不同，則對運動的描述（運動方程的形式）也隨之不同。換句話說，對一切運動的描述都與選定的參考系有關。

慣性參考系有幾何學的及動力學的兩種表達方式。幾何學的定義：相對于某些無窮遠的目標來說，參考系坐標軸的方向是固定的。動力學的定義：在物體空間運動的微分方程式中，并不包括任何由參考系坐標軸帶來的旋轉項。

牛頓第一定律成立的參照系就是慣性系 ；這意味著，在慣性參考系中，一個不受相互作用的粒子將保持相對靜止（或勻速直線運動)。

慣性系具有一個特性:兩個慣性系之間的相對速度一定是常數(shù);相對于一個慣性系，任何非慣性參考系(非慣性系)一定會呈現(xiàn)加速度運動。

從另一個角度來看，一個凈外力是零的點粒子，在任何慣性參考系內測量出的速度一定是常數(shù);只有在凈外力非零的狀況下，才會有點粒子加速度運動。

慣性系是不存在引力作用（不存在自身加速度）的自由參考系；體現(xiàn)了最小作量的內涵。

一個參考系是不是慣性系的判據(jù)就是牛頓運動定律成立與否。根據(jù)伽利略相對性原理，和一個慣性系保持相對靜止（或相對勻速直線運動狀態(tài)）的參考系也是慣性系。

相對慣性系作等速直線運動的任何參考系都是慣性系，因為在這些參考系中牛頓運動定律都成立；這意味著，在相對慣性系作等速直線運動的任何參考系中，力學規(guī)律的表達形式都一樣。

6慣性系具有等效性

任何一個慣性系中所作的任何力學實驗都無法測定慣性系本身的速度。例如，在等速直線運動著的船上與在地面上的力學規(guī)律的表達形式完全相同。所有的慣性參考系都是等效的。

例如，在一個封閉的系統(tǒng)中，不論進行怎樣的力學實驗，都不能判斷一個慣性系統(tǒng)是處于靜止（或是在作等速直線運動）狀態(tài)。

7非慣性系的邏輯

非慣性系（非慣性參考系）是指相對于地面慣性系做加速運動的物體。在非慣性系中，牛頓第一定律并不成立。

第一種情況，平動加速系是指相對于慣性系作變速直線運動，但是本身并沒有轉動的物體。

例如，在平直軌道上加速運動的火車。

第二種情況，轉動參考系是指相對慣性系轉動的物體。例如，在水平面勻速轉動的轉盤。

8結論

物理學是簡約的，已有的物理學理論（牛頓力學，電磁學，相對論及量子力學等）的架構都相當于手工繪畫（成本高，模糊）。而大統(tǒng)一理論（量子三維常數(shù)理論）的架構相當于拍照（成本低，清晰）。