物理科学探疑-网友天空-系统观点-李学生-引力质量与电磁质量关系新探
引力质量与电磁质量关系新探
李学生
摘要: 本文首先回顾了引力质量与电磁质量的关系，指明了引力质量与电磁质量的区别，提出了两个基本假设，分析了引力与Coulom,力的相似，推导出了引力场中的高斯定理，由万有引力定律与Coulomb,s law的相似性得到了引力质量、电磁质量的等价关系，使引力质量与电磁质量的单位统一，国际基本物理量再减少一个。
关键词：引力质量、电磁质量、量子电动力学、高斯定理、国际基本物理量
㈠ 引力质量与惯性质量的关系回顾
在经典物理学中，采用引力质量来确定物体的量，然后再采用惯性质量的模式来建立物质的运动变化规律，但是这两种物体的质量定量的模式在属性上都是相同的，都是采用作用力的方法进行定量。不论是引力场给予物体的作用力得到质量的特点。只要作用力的属性是相同的，那么物体的质量属性就是相同的，因此两种质量属性是相同的，没有区别。Einstein说：“经典力学包含一个根本性的不和谐点：同一质量常数以不同的角色出现了两次，即运动定律中的“惯性质量”和引力定律中的“引力质量”。结果是：纯引力场中的物体的加速度与其惯性质量无关，或者说，在一个匀加速（相对“惯性系”而言）的坐标系中，运动的行为恰如在一个均匀引力场（相对“不动”的坐标系而言）中一样。若假定两种情形的等效性是完全的，那就合乎我们的逻辑思考，即引力质量和惯性质量是相等的。”（5）“惯性质量和引力质量相等这件事、、、可以表述如下：如果在一个（空间范围很小的）引力场中，我们不是引进一个惯性系，而是引进一个相对于它作加速运动的参照系，那么事物就象在没有引力的空间里那样运动。”即“参照系的加速同引力场等效。”（2）
弱等效原理认为：只要给定初始位置和初始速度，那么一个不带电的检验物体在外部引力场中的运动轨迹与它的引力质量和材料无关。Einstein在《狭义与广义相对论浅说》中说：“、、、、、、我们对相对性原理的推广隐含着惯性质量和引力质量相等这一定律的必然性，、、、、、、”。引力质量与惯性质量的相等使Einstein坚信，这是一个精确的自然规律，它应当在理论物理学中找到它自身的反映，从等效原理出发的理论探索，创立了广义相对论。中子波的相移与地球自转有关，证明了微观世界的等效原理。
等效原理原来知识在均匀引力场的情况下提出的，对于一般的情形，等效原理可以作如下的表述，对于每一个无限小的世界区域（在这样一个区域中，引力随时间和空间的变化可以忽略不计），总存在一个坐标系
在这个坐标系中,引力即不影响粒子的运动,每一个引力场都可以被变换掉.我们可以设想用一个自由漂浮的、充分小的匣子来作为定域坐标系K0的物理体现,这个匣子除了受重力作用外,不受任何外力,并且在重力的作用下自由落下.显然这种＂变换掉”只所以可能是由于重力场具有这样的基本属性:它对所有的物体都赋予相同的加速度;或者换一种说法,是由于引力质量总等于惯性质量的缘故.(6)
在中国科学院理论物理所主持下，华中科技大学和中国科学院物理所合作，在华中科技大学引力实验中心进行了一个实验进一步验证了这个问题。该项目属于中国科学院力学所国家微重力实验室主持的科技部攀A预选项目的一个子课题：对宏观物体的自转与地球引力场之间可能存在的相互作用在理论和实验两个方面进行了研究；实验装置是两个10米高的真空管，其中顶端各悬挂一个陀螺（一个高速转动，另一个不转），实验中证明它们（几乎）同时自由下落，用激光干涉的技术观测两个陀螺相对位置在下落过程中的可能变化；测量结果显示：在10-7的精度内没有观测到等效原理的破坏。1964年R.H.Dicke 在10-11精度量级上证实了惯性质量=引力质量。有人认为在狭义相对论中，质能通过E2=c2p2+m2c4相联系，能够感受或影响时空弯曲的是能动量张量，其中有一个分量E，而不只是m，如果定义E=m运动c2，不是通常定义的惯性质量m，但这与上面的实验事实矛盾，也与广义相对论的假设不符，引力质量与惯性质量始终是相等的。
短程线方程是
，式中
这个式子的数学意义是
, 4维加速度是 4维速度的二次函数 .
可见爱因斯坦在解决引力传递问题时巧妙应用了
这－基本物理事实而得到广义相对论
(二)引力质量与电磁质量的区别
Einstein曾经说过：“力是简单的，无论是万有引力，电力或磁力都可以用同样的方法来表述。但是为了求得这个简单的表述方法，我们所付的代价也很高：引人了许多新的、没有重力的物质。它们都是颇为牵强的概念，而且与基本的物质——质量完全无关。”
德国科学家考夫曼，发现β射线的质量随速度的增加而增加，试图据此区分电子的固有质量和速度改变的电磁质量。对于电和磁的理论概念，人们又引入了一种特殊的质量（电磁质量）。并假定在此类物质间存在着类似于Newton的万有引力的超距作用。然而这种特殊物质又似乎缺乏惯性的基本性质，而且作用于这类物质和有重物质之间的力依然很含糊。在这些困难上，又不得不加上此类物质的极性特征——而这又不适合经典力学的纲领。当电动力学现象为人们所熟知时，这个理论的基础仍是不令人满意的。尽管这些现象使得物理学家可以借助电动力学现象解释电磁现象，并从而使电磁质量的假设成为多余。这个进步是由增加相互作用力的复杂性而换来的，在运动着的带电物体之间必须假设存在着这些力。物质参与电磁现象的根本原因在于其基本粒子带有恒定 electric charge（电量）（5），从Einstein的论述中可以看出当时他已经认识到引力质量与电磁质量之间的区别与联系。广义相对论需要被用来解释时空基本结构，研究引力质量的变化规律；量子力学用来解释亚原子粒子运动，是关于电磁质量的变化规律的科学。对于这种数学综合的第一步尝试是量子场理论，它试图通过结合量子力学同狭义相对论来解释电子运动。这个理论取得了某些重大成功，但它的创立者Dirac承认：“要将这个理论建立在坚实的数学基础上似乎是不可能的。”第二步把广义相对论与量子力学结合起来，至今没有任何思路，温伯格认为也许需要一至两个世纪才能完成理论数学化的工作。电荷和质量作为万有引力和电磁力之源，他是我们无法统一该两类力的症结所在。
电子的电磁质量问题在发现相对论前后一段时间比较引人注意，这个问题牵涉到电子的结构。物理学家一直试图将电磁质量作为引力质量的一部分，例如质子和中子的带电状态不同，它们的引力质量有很小的差别，引力质量的这一微小差别很可能是由带电状态不同造成的。按照近代基本粒子理论，电磁质量主要来自粒子与真空中凝聚场之间的相互作用，这种真空凝聚场并造成某些对称性的自发破坏，并影响基本粒子间的配对，对于电磁质量的认识现在已经超出了相对论和量子力学的范畴。经典电动力学计算一个半径为R，带电量为Q的均匀球体的静电自能为
量子电动力学根据电磁场的能量计算电子的电磁质量，然后设电子的质量全部来源于电磁质量，计算出电子的半径a=2.8×10-15米(1)。同样设电子的电荷在半径a的球中有一定的分布也可得电磁质量，结果类似。但要维持这种平衡，需要未知的非电磁力平衡，实验还无法验证。在相对论发现后有理由认为电子的电磁质量是电子引力质量的3/4，其余的与某种非电磁力有关。但对电磁场能量的积分需要涉及电子的半径问题，电子的半径至今仍然不是一个很明确的物理量。另外所谓的电磁质量可能得涉及到电子会参与的弱作用等过程，计算非常复杂。1964年美国的麻省理工学院和哈佛大学制造了一个当时最大的加速器。当电子在加速器中旋转时就产生光子，光子具有60亿的光子能量，因为光子能量很高，所以可打入电子。当时来自哈佛大学和康乃尔大学的世纪上很有名的专家在这个加速器做了一个很重要的实验，实验结果同时证明量子电动力学是错误的，电子是有半径的。1966年，丁肇中在德国用不同的方法做了这个实验，结果发现电子的半径确实小到不可测量，电子是没有半径的,说明经典电动力学的计算方法是错误的。
在量子理论中，把电磁场的Maxwell方程组量子化后，发展为量子电动力学，认为电磁波的发射是量子化的。在通常的量子电动力学理论中，都须设电子为点粒子，否则理论上很难处理。对于点粒子而言，所发射虚光子的波长下限应当为0。若电子有有限半径，则波长比其直径小的光，在电子半径内由于E位置的变化，ρE正负交替使有效耦合衰减，波长更小时耦合衰减到可以不计。若限制虚光子有一波长下限λ，则相当于要求电子半径
（其中A为一量纲为长度的常数），即对数性发散，经典电动力学中为线性发散。目前量子电动力学对各种物理过程的理论计算和实验结果在很高精确度下相符，表明它有反映客观规律的正确性的一面。但是现代量子力学仍有一些基本困难没有解决，一个主要困难是它从点模型出发，没有触及电子的内部结构问题。如果电子的半径r0趋于0，则其电磁质量以r0发散，因而对电子自能或电磁质量的（临时的）毫无用处的答案是无限大，至今还缺乏一种能把原子核物理学范畴内的大量论据联系起来而其基本观念又很简单的理论。只有通过“重整化”再减去一个无穷大使电子质量变为实验所测值，回避了电磁或非电磁质量的问题后，量子电动力学的计算结果才与实验相符。由于重正化意味着质量和力的强度的实际值不能从理论中得到预言，必须被选择以去适合观测，因此重正化有一严重的缺陷。
笔者通过十七年的思考后认为电磁质量不可能是引力质量的一部分，原因有六个方面：
第一，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。当电子加速运动的时候，其电量是不会改变，所以其电磁质量不会发生改变，电磁质量不满足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；
第二，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；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。
第三，电磁质量具有正负，电磁质量应当相反，而物体的引力质量无此区别。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，电磁质量增加，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？
第四，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。另外量子化的引力理论遇到了难以克服的无穷大困难；
第五，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。
第六，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。
如果电磁质量是引力质量的一部分，分析下面志勰先生设计的理想实验：假设一个电子在电场作用下开始作加速运动，电子的这个加速运动等效于它受到一个强大的引力场。但是电子在加速运动过程中，它会辐射出和它的加速度相对应的电磁波。这些电磁波可以给它加速的电场这个参考系产生光子的作用，但如果我们将电子看作静止的，那么则是电场相对于电子作加速运动的了。理论上，这个电子参考系要接受到这个电场在加速过程中辐射的大量光子。但实际上，这个电子不会接受到大量光子的作用，电子只会受到电场的作用，而不是受到大量光子的作用。这样，电荷和电场间加速行为，则可以使等效原理失效。我们只需要在受到引力的物体和引力场上放置定量电荷，在两个惯性参考系个放置一个光谱仪进行分析就可以判断这种差别。如果把电磁质量从引力质量中区别开来，指明等效原理只适用于引力质量，那么这个矛盾自然可以迎刃而解。
Einstein当时已经认识到 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部分。科学迫使我们创造新的观念和理论。它们的任务是拆除那些常常阻碍科学向前发展的矛盾之墙。所有重要的科学观念都是在实在跟我们的理解之间发生强烈冲突时诞生的。（4）物理学形成了一套不断进化的逻辑的思维体系，其基础不能由任何归纳法从经验中提取，而只能通过自由创造获得。这个体系的正确性（真理内容）在于其在感觉经验基础上导出的定理的有用性，而后者与前者的关系只能直觉地理解。进化的方向是朝不断增加逻辑基础的简单性的方向迈进的。为进一步接近这个目的，我们必须决心接受下列事实：逻辑基础离经验事实愈来愈远，而从根本基础通向那些与感觉经验相关联的推论的道路变得愈来愈艰难漫长。（5）
章均豪先生认为经典引力理论是建立在平直时空基础上的。牛顿万有引力公式和牛顿第二定律是经引力理论的两条基本定律。由这两条定律得到:
当一个物体 (例如行星)在另一个物体
(例如太阳)的引力场中运动时,
引力场引起的能量变化
分别是
由这两条公式可以进一步推出行星绕太阳运动轨迹—椭园运动。19世纪末就已经观察到行星的近日点缓慢移动(或它的椭园轴在缓慢转动)。这是经典引力理论所不能解释的, 这一理论面临极大困难。
广义相对论认为: 一个物体使自已周围时空弯曲, 另一物体在弯曲时空中沿短程线运动, 这就是引力的本质。由广义相对论引力场方程和短程线方程, 在线性近似下得到另一组方程
这组方程成功解释了行星近日点的移动。光子经过太阳附近时受到太阳的吸引而改变方向,由(1-3)—(1-4)式求出的光偏折角是牛顿理论预期值的一倍。实际观察结果是与广义相对论一致, 爱因斯坦取得巨大胜利。随后人们观察到从太阳发出的光线
广义相对论用引力势场中不同点时间间隔不同解释了这个实验结果。所以人们认为上述三个经典相对论引力实验支持广义相对论, 并且进一步得到时空是弯曲的结论。
然而根据爱因斯坦的光子
这个式子是光红移实验结果的另一种表示形式。它恰好是
情况下的(1-1)式,
而不是广义相对论所预期的(1-3)式。或者说光红移实验明确告诉人们,
物体在太阳引力场中运动时只有牛顿引力作功。长期以来人们对此迷惑不解。史坦福大学引力研究小组正式承认广义相对论只得到两个半实验的支持。半个不支持广义相对论的实验就是指(1-6)式与(1-3)式矛盾。半个不支持广义相对论的实验意味着什么呢?
光偏折实验和光红移实验都是观察同一物理过程—光子从太阳到地球的运动。因此不可能在两种观察中,
光子具有两种不同的能量变化。(1-6)式是实验结果，因此它是正确的。由于不可能有另一种能量变化也是正确的，所以应排除(1-3)式是正确的可能性。
由行星近日点的移动和光偏角得出联立方程(1-1)—(1-2)是错的,
只有这三种可能：
式错了; (c)
两式都错了。光红移实验告诉人们:
式没有错,
那么三种可能中只剩下一种可能,
式错了。广义相对论导出的(1-3)、(1-4)两个式子恰好相反,
把不应该改动的(1-1)式改了, 而应该改动的(1-2)式却没改。由于(1-3)—(1-4)式都错,
而两个错误产生的效果碰巧互相抵消,
导出一个与实验一致的行星近日点的移动和光偏角结果,
这点正是使人迷惑之处。无论如何,
广义相对论解释行星近日点移动和光偏折的一个前提(1-3)式已被另一个实验(光红移)否定了,
这种解释就不是本质的。这样本质上广义相对论将只得到这三个实验中半个实验的支持。科学家把红移实验暴露出来的困难称为广义相对论的红移危机。笔者认为广义相对论是研究引力质量的，而光子只具有电磁质量，不存在广义相对论的红移危机。
角动量反映在基本粒子的自旋方面，同物理学的三个方面的内容有关。第一个是经典的转动概念，即作旋转运动的物体总是具有角动量；第二个是角动量量子化。在微观领域，基本粒子的角动量是量子化的，这里要特别指出的是基本粒子的自旋角动量纯粹是粒子的内禀属性，它与粒子的运动状态毫无关系。假如用经典的转动概念来解释微观粒子的自旋，很容易得出如电子表面的切向速度远大于光速这样违背相对论理论的结论；第三个是狭义相对论。1927年狄拉克写下了著名的狄拉克方程，方程表明，自旋乃是带电粒子的相对论性理论的一个自然特性。笔者认为基本粒子的角动量与其电磁质量有关。
（三） 引力场中的高斯定理
由于万有引力定律与Coulomb,s law本质是一样的，因此引力场中也存在Gauss， theorem，并且与万有引力定律等价。
1、预备知识
引力场场强：引力场场强是一个向量，其大小等于1千克的质点在该处所受引力的大小，方向与该质点在该处所受引力的方向一致。
引力线：如果在引力场中出一些曲线，使这些曲线上每一点的切线方向和该点的引力场强方向一致，那么所有这样可以作出的曲线叫做引力线。
引力线数密度：在引力场中任一点取一小面元ΔS与该点的场强方向垂直，设穿过ΔS的引力线有ΔN根，则比值ΔN/ΔS叫做该点的引力线数密度，它的意义是通过该点单位垂直截面的引力线根数，规定引力场场强E∝ΔN/ΔS。
引力线性质：引力线其自无穷远点，止与该质点，引力线在宇宙中处处存在。一个质点的任何两条引力线不会相交，不形成闭合线。
引力通量：通过一面元ΔS的引力通量为该点场强的大小E与ΔS在垂直于场强方向的投影面积ΔS`=ΔScosθ的乘积。
2、引力场中的Gauss， theorem
通过一个任意闭合曲面S的引力通量φ=4πG∑m，与闭合曲面外的引力质量无关。
证明：（1）通过包括质点m的同心球面的引力通量都等于4πGm。
以质点m所在处为中心以任意半径r作一球面.根据万有引力定律,在球面上各点场强大小一样E=G
m /r2,场强的方向沿半径向外呈辐射状。在球面上任意取一面元dS，其外法线向量n也是沿着半径方向向外的，即n和E间夹角θ=0，所以通过dS的引力通量为dφ=EcosθdS=EdS=
G m /r2dS,通过整个闭合球面的引力通量为
（2）通过包围质点的任意闭合曲面S的引力通量都等于4πGm
在闭合面S内以质点m所在处O为中心作一任意半径的球面S``，根据（1）通过此球面的引力通量等于4πGm。由于引力场分布的球对称性，这引力通量均匀地分布在4π球面度的立体角内，因此在每个元立体角dΩ内的引力通量是GmdΩ。如果把这个立体角的锥面延长，使它在闭合面S上截出一个面元dS。设dS到质点m的距离为r，dS的法线n与场强E的夹角为θ，则通过dS的引力通量dφ=EcosθdS=Gm/r2cosθdS, cosθdS= dS`是dS在垂直于场强方向的投影面积，所以dφ=EdS`= G m /r2dS`= GmdΩ。所以通过面元dS的引力通量和通过球面S``上与dS对应的面元dS``的引力通量相等，所以通过整个闭合面S的引力通量都必定和通过球面S``的引力通量一样，等于4πGm。
（3）通过不包括质点的任意闭合面S的引力通量恒为0。
因为单个质点产生的引力线是辐向的直线，它们在空间连续不断。当质点在闭合面S之外时，从某个面元dS上进入闭合面的引力线必然从另外一个面元dS`上穿出，而这一对面元dS和dS`对质点所张的立体角相等，通过dS的引力通量和通出dS`的引力通量的代数和为0，通过整个闭合面S的引力通量是通过这样一对对面元的引力通量之和，当然也是等于0的。
（4）多个质点的引力通量等于它们单独存在时的引力通量的代数和。
设物体有
个质点，其中第1到第n个被高斯面S所包围，第n+1到第k个在高斯面之外，则k个质点同时存在时通过S的引力通量为
证毕。
（四）万有引力与Coulom，力的比较
基本假设:1、电磁质量间不存在万有引力，数值在实数集上呈量子分布；引力质量间不存在Coulom力，数值在实数集上呈连续分布。
2、电磁质量与引力质量可以互相转化，在转化过程中作用力大小不变。
由基本假设可知万有引力定律与Coulomb,s law本质是一样的，即可以将万有引力定律从引力质量推广至电磁质量，它们是一个问题的两个方面，从而解决了困绕物理学界多年的难题——Coulomb,s law与万有引力定律相似性的本质。
引力场也是conservative force field，引力线也不是闭合线，circulation theorem依然成立。由于Gauss， theorem与Coulomb,s law的实质都是电力与距离的平方成反比，两者是完全等价的，正如《费曼物理学讲义》卷2中指出：“Gauss， theorem只不过是用一种不同的形式来表述两电荷间的Coulomb,s law。它们是完全等价的，只要我们记住电荷之间的作用力是径向的。”这里“电荷之间的作用力是径向的”是空间旋转对称性的必然结果。
由于Coulomb,s law成立的条件是静止，指两个点电荷相对静止，且相对于观察者静止（均在惯性系中）。静止条件也可以放宽，即可以推广到静止源电荷对运动电荷的作用，但不能推广到运动源电荷对静止或运动电荷的作用——由于推迟效应，运动源电荷对静止或运动电荷的作用不遵循Coulomb,s
law。仅当v=0时，才有
这表明两静止点电荷之间的相互作用力牛顿第三定律，而两运动电荷之间的相互作用力则违背牛顿第三定律，尽管在速度v不大是差别很小。Coulomb,s
law只有对于静止电荷（相对于某一特定的惯性系而言）成立的条件说明了近距作用观点的场的存在，为正确理解牛顿第三定律与动量守恒定律的关系以及牛顿第三定律成立的条件，提供了一个很好的例子。
引力本身似乎携带了与其深层的量子特征相联系的熵，它的热力学特征之本质乃是未来宇宙学家们需要探讨的问题。（3）引力质量可分为主动引力质量和被动引力质量，前者产生引力，后者受到引力。
根据场的时空本质的观点，能量是物质与时空的相互作用，如果认为引力质量具有正的能量，那么必须认为引力场具有负能量，自然界不存在负引力质量的物体，物理学家预言宇宙中存在负引力质量，但是没有发现由负引力质量形成的物质原因在于此。引力定律确保了宇宙中所有质量之间的（负的）引力位能，必定永远和每个质量m相关联的（正的）能量mc2的总和大小相等、符号相反。因此总的结果准确的等于0。现代物理学认为物质的引力场的质量是静止质量的10-37倍，原因在于它只是计算的其时空量子形式。同理整个宇宙的电磁质量之和也为0。
带电体静电能相互作用能与自能的有关理论也可以推广至引力场，可以进一步探讨自能与引力能之间的关系。例如一个半径为R、
引力质量为m的均匀球体引力自能为W自= 3Gm2/5R，令W自=mc2,
得m/R=5c2/3G,R=3Gm/5c2, 根据此可得电子的半径约为4.04646×10-60m，而电子的经典半径约为2.8×10-15m，说明电子并未达到最大密度或者说存在与万有引力相反的作用力，
因为宇宙中物体的最大密度ρ=m/V=3m/（4πR3）=125c6/(36πG3m2)，所以随着引力质量的增加，密度将逐渐减小，与经典观念差异很大，因此物体之间应存在反引力，它就是Einstein所提到的宇宙常数。
（五）、引力质量与电磁质量的等价关系
在物理学上往往因为看出了表面上互不相关的现象之间有相互一致之点而加以类推，结果竟得到很重要的进展。引力质量的超流动性与电磁质量的超导性是对称的绝对性的表现形式，也说明了它们具有等价关系。对于同种electric
charge而言，电磁相互作用与弱相互作用都是排斥，它们能够统一在一起，说明引力场和electric
field可以统一，引力质量与电磁质量具有等价关系。由于电磁质量与引力质量在转化过程中作用力不变。在万有引力定律中，令两物体引力质量均为1kg，转化后的电磁质量
为Q，R不变，得
,把国际基本物理量可以进一步变为5个。Maxwell的微分方程是联系起electric
field及磁场的空间和时间的微分系数。带电体质量（电磁质量）是electric
field 中散度不为零的地方。光波显现为空间中electric field的波动过程。这说明electric
field与引力场具有等价性的一面。电磁质量与引力质量的等价关系是对称的绝对性的表现形式。electric
charge是物质存在的一种状态，电磁质量本质就是quantity of electricity。引力场中的质量就是引力质量（惯性质量），因此广义相对论的假设是正确的。1个电子的电磁质量为1.856×10-9kg
，远大于其引力静止质量9.10956×10-31kg
，电磁质量间作用力远大于引力质量间作用力，e/m≈2.04×1022
(注：无单位)，因此在化学变化中物质的化学性质主要决定于电磁力。
按照现代物理学的观点，Newton的万有引力定律是广义相对论的一级近似，Coulomb,s
law被修正为各种非线性Maxwell,s equation的类型，它们都与广义相对论在形式上不同。笔者认为，既然它们在经典物理学中类似，应该有内在的联系。当A、B两
electric charge相互吸引时，它们的万有引力与Coulomb力只是大小不同，没有任何区别，因此根据Einstein的局域等价性原理，引力质量与电磁质量具有等价性，等价原理的局域特征对当代物理学的思想具有深远的影响。万有引力定律与Coulomb,s
law在现代物理学中被修正，只能说明上面的数值应该修正，但
数量级不会变化。对于相同的自然现象，必须尽可能地寻求相同的原因（10）。在物理学方法论方面，Einstein巨大的、真正具有永恒启发意义的功绩在于，没有根据任何新的实验材料，而仅仅从对于经典力学的基本概念的方法论分析出发就指出，那些“放置着”我们感兴趣的一切客体的空间度量本身的变化，也就是甚至最简单的匀速直线运动的必然结果。对看来是十分“明显的”同时性概念的实质内容所作的非常深刻的操作分析，至今仍是建立一种全新的从前甚至无法想象的联系，即最简单的物理过程同建立物理理论时所使用的抽象数学空间的最深刻的度量特征的变分、变化之联系的榜样。引力质量与惯性质量的相等使Einstein坚信，这是一个精确的自然规律，它应当在理论物理学中找到它自身的反映，同样Coulomb,s
law与万有引力定律的相似也应当在理论物理的原理中找到它自身的反映
。
参考文献：1、《电动力学》296页——297页 郭硕鸿 主编
高等教育出版社1978年10月版
2、《Einstein全集》 第一册
3、《时间简史》［英］Stephen Hawking 著 许明贤、吴忠超 译
湖南科学技术出版社 1996年2月版
4、《物理学的进化》Einstein和英费尔德 著 周肇威
上海科学技术出版社 1962年
5、《Einstein晚年文集》Einstein 著 方在庆 韩文博 何维国 译
海南出版社 2000年3月第1版
6、《相对论》 W.泡利 著 凌德洪 周万生 译 上海科学技术出版社 197页
参考资料
资料来源: 中国公众科技网
远离地球飞船受未知力作用令科学家困惑(图)
2001-12-10 14:25:58 周道奇
科学家们发现，无法解释的力会使离开地球很远距离的航天飞船偏离运行轨道。这可能是发生在飞行器上的微弱变化结果，但是科学家警告说，这也可能是现有的引力慨念需要重新审视的最重要指数。负责这项研究的美国国家航空和航天局约翰·安德森博士指出，“这几乎是一种宇宙飞船表现出与引力定律相矛盾的现象，科学家研究这一问题已有几年时间，现在只能说，一切都可能是这一现象的原因”。
现已查明，不明原因的力曾作用于4艘位于遥远太阳系区域的飞船上。Pioneer-10飞船1972年发射升空飞向太阳系外的行星，现正位于木星附近，仍能与地球保持无线电通讯。在研究发自Pioneer-10飞船的无线电信号多普勒效应时，科学家能计算出飞船在宇宙空间的移动有多快。自1980年以来，Pioneer-10的运行轨道一直被仔细跟踪观测，令科学家迷惑不解的是，Pioneer-10速度的下降幅度比预计的要快得多。最初有人认为，这可以用气体在小范围区域内产生的力或飞船在太阳系中看不见物体引力作用下偏离轨道来解释。
| 随后又分析了另一艘1973年发射的Pioneer-11飞船，该飞船也受到了神秘力的作用。当时科学家遇见了某种科学上未知力的作用：因为Pioneer-11位于与Pioneer-10相反的太阳系一端——相距220亿公里。这意味着，这样的作用不可能用某种暂时未知天体的引力来解释。此外，还有另一种假设，即当“Galileo”号探测器和“Улисс”号探测器围绕太阳飞行时，它们也受到这种神秘力的作用。 安德森博士及其同事在自己的研究领域中对飞船Pioneer的位置和各种弱力进行了深入研究，这些弱力在理论上可以对飞船发生作用。结论令人感到沮丧：“我们的分析提供了假设的理由，但这些机理不能解释所观测到的Pioneer运转状态改变的幅度”。曾有人提出这样的假设，关于飞船移动的数据显示了引力偏差，引力偏差只有在非常大的距离上才会出现。同时有人指出，此引力看来与在宇宙中起作用的两个物理常数有关：光速和宇宙膨胀速度。 虽然如此，其他一些研究人员不同意这类假设，认为如果Pioneer飞船的反常现象真的说明有必要修改我们的引力理论，则这类变化应该出现在围绕太阳运转的行星轨道上，但是没有观测到类似现象。目前这样的神秘效应仍是一个不解之谜，由于4艘飞船永远不会再返回地球，因此神秘效应仍会永远继续下去。 |
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译自俄《宇宙信息分析高架网》
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物理科学探疑