关于达朗贝尔方程的数学解及物理意义
对于这里的数学描述,都是在笛卡尔参考系内进行的表达。
一,参速不变原理
在一维X轴上,设线段x0在时间t内以u速运动,则线段x0的总长度为
x = x₀ + ut
..........................................................................................1式
根据参速c的不变性,有x= c·t,x0= c·t0,则上式可表示为
x = x₀ + u·x/c
对于粒子做圆周运动, 设r0为圆周半径,有
r² = r₀²+ (u·t)²
.........................................................................................2式
把r= c·t,r₀= c·t₀代入上式,得
r² = r₀²/ (1-u²/c²)
即
t² = t₀²/ (1-u²/c²)
..........................................................................................3式
比如在回旋加速器中,电子在磁场中做圆周运动,可以
观察到时间周期的延迟效应。
对于运动电子的总能量可以表示为复合能量的形式,设运动电子的静止能量E0为
E₀= m₀·c²
如果电子得到了一个场能量h·ω = p·c,其产生了运动,则运动电子的总能量E为
E= m₀·c²+ h·ω
即
E= m₀·c²+ p·c
..........................................................................................4式
总能量E为一个复合能量,其中h为普朗克常数。
由于电子有静止质量m₀,它的牛顿动能量为
W=m₀·u²/²
在这里,运动电子所产生的场动量与牛顿动能量显然不是一个物理概念。
二,波函数的物理量
设一个矢量L可以表示为旋量的形式,则有
L = y × u
..........................................................................................5式
分别对上式取二次旋度,令u = dr/dt,则得
▽²L - (1/u²)∂²L /∂t²= 0
▽²y - (1/u²)∂²y /∂t²= 0
为了方便,只用复数表示,其方程的解可以取
L (r,t ) = L₀+L₀₁ ·exp[i ω·(t±r/u )]
y(r,t ) = y₀+y₀₁ ·exp[i ω·(t±r/u )]
..........................................................................................6式
同理,如果一个矢量波函数都可以表示为速度的旋量场形式。
令角动量L的能量为E= L·ω,则
E = (r × p)·ω = r·(p×ω)
在角动量场中,力F可以定义为
F = p×ω
..........................................................................................7式
在角动量场中,力F是一个旋量场。
设任一角动量场L的达朗贝尔方程为
▽²L - (1/c²)∂²L/∂t²= F/c
其上面的解为
L(r,t ) = F·r²/c²+∮p·dr+L₀·exp[i ω·(t±r/c )]
..........................................................................................8式
动量p为常矢。
当F/c=0时,化为波动方程
▽²L - (1/c²)∂²L /∂t²= 0
其方程的解可以取
L(r,t ) = ∮p·dr+L₀·exp[i ω·(t±r/c )]
..........................................................................................9式
令∮p·dr=nh,则得
L(r,t ) = nh+L₀·exp[i ω·(t±r/c)]
..........................................................................................10式
角动量场是量子化的。
不妨假设光子能量场W(r,t ) 的波动方程为
▽²W - (1/c²)∂²W/∂t²= 0
..........................................................................................11式
则其解为
W(r,t ) = ∮F·dr+W₀·exp[i ω·(t±r/c)]
..........................................................................................12式
可令∮F.dr=nh·ω,则得
W(r,t ) = nh·ω+W₀·exp[i ω·(t±r/c)]
..........................................................................................13式
显然,光子场能量场可以分两部分能量,一是它的量子性场能量,二是它的波动能量场。其能量场,动量场都是可量子化的波粒子。
从这里可以看出,一般物质波函数的物理意义并不是唯一确定的。