更新时间:2024-09-04 08:14
对物质的认识是随着人类的实践而不断发展的。古代唯物论者把物质归结为某一种或几种物质的形态,近代形而上学唯物论者将物质归结于原子;现代唯物哲学认为,物质就是客观实在,主要包括实物和场两种形态。然而,无论是物质的客观实在性、还是物质不同形态之间的关系,在哲学和物理学上都只是停留在较为笼统的、定性的理解上,而缺乏明晰的、系统的阐述。
物质的客观实在性是通过人的感觉感知的,它不依赖于我们的感觉而存在。由于感官的局限性,导致我们由此建立起来的宏观经验被推广到微观和宇观过程中必然存在偏差。换言之,我们戴着宏观经验这副眼镜,看到的宇观和微观现象,既有图像上的扭曲,也存在认识上的曲解。我们知道,一些远古的昆虫进化到现在,进入地下穴居的昆虫分支,视觉器官已经退化,取而代之的是,进化出了较为发达的触觉器官--触角;而留在地面的昆虫分支,视觉器官进一步得到强化和完善。类似实例不胜枚举。
这些事实表明,感官的种类及其识别范围是经过长期进化与环境相适应的结果。既然感官是与环境相适应的产物,那么它就不可能超越环境,而是与所处环境相协调的一种特设。
首先,人类生存于地球表面环境中,相对浩渺的、复杂的宇宙,地表环境是极其微小的和极为特殊的一种环境。因此,对于认识整个宇宙,我们的感官种类存在不可逾越的局限性。另一方面,特定的活动方式和竞争关系,也决定了感官种类的有限性。在现实环境中,如果我们的眼睛具有和鹰一样的功能,那么我们的世界将不存在色彩而是一个黑白世界。也就是说,在物质的客观实在性中,我们要去掉“颜色”这一项。还有,我们的感官是在环境的差别刺激下而产生和强化的,因此对于那些无处不在的背景物质,我们也是无法看到和感知的,如同水中的微生物感觉不到水的存在一样。
由此可见,相对纷繁复杂的自然界,我们的感官种类存在局限性,并因此决定了我们只能看到物质世界的部分侧面而不是全部。
其次,特定的活动方式和竞争环境,还决定着感官在分辨能力上的局限性。比如,空中一些飞禽的视觉分辨能力优于我们,地上一些走兽的嗅觉分辨能力优于我们等等。虽然我们通过各种仪器可以更好地观察微观和宇观现象,但这只是感官分辨能力的有限提升而已,所看到的还只是事物的表象、甚至假象。
比如电流,我们通过电流计观测到的电流,是将导线视作一维的线,认为电子在这条线上作直线运动,进而得出正交电磁场的认识(如图1中a所示)。如果用放大镜观察(当然无法直接观测),我们会发现自由电子是沿导线表面螺旋前进的,磁场是由导线表面自由电子之间的耦合场所形成的,磁力线的方向与电子的运动方向是平行的。从图1中b还可以看出,电子运动方向与导线轴线夹角θ总是小于π/2的,显然电流产生的磁场与导线并非严格正交。
由此可见,面对由基本粒子逐级构成的自然界,我们的感官分辨能力存在局限性,并因此决定了我们看到的只是事物的某些层面而不是本质。
感官的局限性,决定了我们通过感官认知的物质客观实在性是局部的和表象的。虽然我们的感官是认识我们所处的极为有限环境的有效工具,但对于认识整个宇宙和物质的本质,它显然是无法胜任的。因此,在认识宇宙的过程中,除了感官直觉,我们更需要大脑的抽象思维。
从历史上看,通常总是实验给理论以寻求更新理论的推动力。而在狭义相对论的建立过程中,实验似乎并没有起到这样的作用,相反,是观念上的洞察力起了独一无二的作用。实际上,狭义和广义相对论的建立,是爱因斯坦对当时已知的各种物理现象进行抽象思维(归纳总结)而创造出来的,而不是基于当时的已知理论通过逻辑推理推导出来的。量子理论的创立过程亦是如此。
宏观环境的物质模型,是我们动用所有的感官而建立起来的。然而到了微观和宇观环境,我们只能靠视觉观察,其它所有感官都不能派上用场。显然对于试图了解微观和宇观的探索者而言,在这种没有任何经验可借鉴的陌生环境中,到处布满了陷阱。在这些环境中,探索者唯一倚重的知识只有宏观经验,而问题恰恰就出在这里。在广义相对论框架下,我们目前得到的被普遍接受的是宇宙大爆炸模型,然而发生宇宙大爆炸的奇点,却不适用于所有物理定律,显然我们从已知定律步入了不可知的误区。同样,在量子理论体系内,不确定性原理和标准模型的若干可自由调节的参数,也将我们带入了不可知的误区。
纵观人类发展的历程,对物质的认识过程是循序渐进的、有层次的。真正的理论源于归纳总结而非逻辑推理,它超前于实践并为实践指引方向;当实践突破了理论的适用范围时,必然催生出新的理论,旧理论自然地成为新理论的一个子集或特例,新理论再次引领人们在其适用范围中前进。周而复始,人类不断扩大实践的疆域、不断逼近自然界的真相和物质的本质。
然而,人类似乎永远无法将实践疆域扩大到整个宇宙。这似乎表明,我们对物质的认识,只能无限靠近而不能到达物质的本质,这不免让我们感到气馁。为了实现到达本质的理想,我们需要另辟蹊径。如果星系或星系团是构成宇宙的基本单元(这可以从黑洞大爆炸和星系结构存在有限尺度的数据中找到答案),我们就可以推出整个宇宙的性质来,也就可以到达物质的本质。这让我们充满希望。
倘如此,通往物质本质的路又在哪儿呢?
唯物论认为,物质的唯一特性是客观实在性,即一元论。当然,“客观实在性”是哲学语言对物质的表述方式;在物理学上,物质的表述方式存在多种形式,而且对物质的一元性表述模糊不清、甚至相背离。
在宏观领域,根据作用力性质(万有引力和库仑力)的不同,对物质的表述分别用质量、电荷两个概念。也就是说,物质包括质量物质和电(磁)物质两种,物质是“二元性”的。然而,这两种物质之间到底存在什么关系,至今物理学界给不出令人信服的答案。毫无疑问,质量和电荷概念是经典物理学的两大支柱,牛顿力学和电磁理论在宏观领域的巨大成功,使人们不假思索(因为不清楚这些概念的适用范围)地将它们直接引入到微观和宇观领域,导致更多物质概念的提出,如暗物质、暗能量、色荷等。可见,随着人们的视野从宏观拓展到宇观和微观,物质概念进一步多元化了。
在宇观领域,随着广义相对论的创立和太空观测研究的不断深入,现代宇宙学认为,物质存在三种形态:普通物质、暗物质、暗能量,它们分别占宇宙的4%、23%和73%,对于这个比例还存在一些相近但不同的观点。20世纪20年代,随着哈勃定律的问世,膨胀宇宙模型取代了静态宇宙模型,并从膨胀宇宙模型反推出了“宇宙大爆炸学说”。科学家推测暗能量能够产生与引力相反的排斥力,导致宇宙膨胀,这进一步支持了“宇宙大爆炸”学说。但是至今,科学界仍然无法对暗物质和暗能量进行解释。
在微观领域,20世纪初,实验证实原子是由电子和原子核组成,从而打破了长久以来认为原子是构成物质的基本单元的认识。到20世纪30年代人们已经普遍接受电子、质子和中子是基本粒子的观念。随着量子论的创立和加速器的建成,微观研究向纵深发展,更多的微观粒子被发现,因而现在大家倾向于不再用“基本粒子”这个名称,而改称为“粒子”。但事实是,仍将光子、电子等视为基本粒子,而且还推导出“胶子”、“希格斯粒子”、“引力子”、“磁单极子”等更多基本粒子概念。
随着人们视野的不断拓宽,物质概念的内涵变得愈加丰富多彩,相对物理学的快速进展,哲学似乎是在原地踏步,这不免使霍金发出“哲学已死”的感慨。然而,随着物质认识的不断深入,不但没有使物质概念变得更加清晰,相反出现了更多的新概念,对物质的理解更加纷乱、模糊。
质量和电荷都是从相互作用导出的概念,它们都源于人们对万有引力和库仑力的体验,将这种体验与对宏观现象的视觉观察相结合,找出它们与运动的关系,于是创立了牛顿力学和电磁理论。系统相对论认为,经典物理学是建立在人身体验和近身观察(即宏观环境)基础之上的,称之为宏观物理学。
随着人们视野进入宇观和微观领域,由于我们无法从中获得人身体验,而只有视觉观察一个手段,人们自然而然地沿用了在宏观中形成的经验,即将宏观体验与宇观(或微观)观察进行结合,开展研究。如图2所示。
但是,宇观的大尺度环境和微观的量子环境,与地表的宏观环境都是完全不同的,如果我们能够身临其境,会有完全不同的人身体验。因此,将宏观经验直接嫁接到宇观或微观观察上是存在问题的。也就是说,将质量和电荷概念引入微观和宇观领域需要特别慎重,否则会将我们引入歧途。
随着光子和一些微观粒子没有“静止质量”被实验证实,已经发现“能量比质量更基本”的事实。基于较大粒子由较小粒子组成的观念,人们自然产生“无质量的粒子是如何产生出质量来的?”疑问。通过极为复杂的数学运算,在量子色动力学(QCD)框架内,仅导出了大部分质量的来源。纵观质量和电荷的认识过程,质量概念进入宇观成为部分物质的概念、进入微观最终化作了能量而消失;单位电荷进入微观开始分数化(最终也化为能量)。沿着这个方向,似乎让我们看到,可以用能量概念将质量和电荷统一的曙光。
对于宇宙谱线“红移”的原因一直存在争论,大多数天文学家赞成“宇宙学红移”的观点,另一种观点认为类星体红移是局地的、非宇宙学的,并曾提出光子衰老、类星体中央有大质量黑洞等观点。系统相对论赞成“光子衰老”的观点。实际上,在类星体辐射出的光子穿越太空到达地球的过程中,难免会穿越黑洞史瓦西半径内的空间,导致光子中部分cn粒子的散解而发生衰变。从“光子衰变”原理看,多普勒的红移解释和哈勃定律是不正确的,由此宇宙年龄的问题也就成了一个伪命题。
毫无疑问,强子不是基本粒子,那么电子、光子呢?一方面,康普顿效应表明,被散射光子的频率f随散射角θ改变;根据光子能量公式E=hf=nε0,光子频率变小,说明光子能量降低,即光子中所含能量子ε0的数量n减少,意味着光子发生了衰变。另一方面,频率和自旋量子数的存在事实,表明光子、电子存在着极性,而极性又预示着结构的存在。从普朗克能量子概念出发,似乎可以将所有粒子统一在一种终极的、唯一的“基本粒子”的麾下。
2011年,欧洲研究人员发现了中微子超光速现象,这一发现的意义在于,包括爱因斯坦相对论和量子论在内的现代物理大厦的一个基本假设--“光速恒定”是不成立的,它动摇了现代物理大厦的根基,如果中微子超光速现象被证实,我们几百年构建起来的物理大厦将需要推倒重建。根据系统相对论,光速并不恒定,中微子超光速现象无疑是对系统相对论的一种证实。
是“哲学已死”还是需要“物理重建”,已到我们必须抉择的时候了。
自然界是物质的,物质是量子化的,物质具有流体态和刚体态两种状态,这两种状态的物质相互依存、相互作用和相互转化。这就是系统相对论的一元二态物质观。
物质的几个基本概念
在系统相对论中,许多概念沿用了现有的物理名词,但这些直接搬来使用的物理名词与现代物理学中的内涵并不完全相同。后文中所提及的这些名词和概念,如未特别说明,均指系统相对论下的定义。
1.能量子
系统相对论认为,一切物质都是由能量子构成的,能量子是构成物质的最基本单元,这就是物质的“一元性”。每个能量子具有一份的能量e0(这份能量体现在与其体积相关联的运动状态之中),它没有质量,能量是物质的最根本属性。
系统相对论中的能量子与普朗克的定义不同,普朗克定义的能量子是指光子中的能量量子(见2.3节),即构成光子的基本单元,它适用于光子;系统相对论中的能量子是指构成物质的基本单元,它适用于包括光子在内的一切物质。
2.爽子与空间
流体态(连续态)的能量子称作爽子(shuon)。自由态(静态)的爽子是具有极大弹性模量的、无核的、内质均匀的近球体,它是能量子存在的基本形态,即物质的基态。
由爽子构成的物质是一种流体态物质,称作爽子流体(一种超流体)。爽子是构成爽子流体的基本单元,爽子流体中的爽子无缝隙地连接在一起,如同肺泡结构,见图3。
爽子流体不可见且充满整个空间,换言之,它是构成几何空间的本体,绝对虚空的空间是不存在的。可见空间是爽子流体的一个别称,历史上曾称之为“以太”。设爽子的体积为Vs,则空间能量密度ρs和空间密度ρ可表示为:
ρs=e0/Vs (1-1.1)
ρ=1/Vs (1-1.2)
系统相对论的空间与现代物理学的真空(即空间)概念不同。现代物理学认为,量子场系统的基态(能量最低的状态)就是真空,它是量子场的一种特殊状态;系统相对论认为,真空是物质的流体态(即连续态),它是物质的一般形态。由此可见二者的物理内涵是完全不同的。
二者的相同点是,都认为场与空间是相统一的。系统相对论认为,空间是对爽子流体几何属性的表述,场是对爽子流体动力学属性的表述,它们本体都是爽子流体。空间与场如同一枚硬币的正反面,是不可分割的。
3. cn粒子与物体
刚体态(离散态)的能量子称作cn粒子(cnon)。cn粒子是一个状如手镯的环状刚体,它是能量子存在的特殊形态,即物质的激发态,见图4。
由cn粒子构成的物质称作刚体态物质,简称物体。物体是对包括cn粒子、光子、电子、质子、原子、分子以及一般物体、天体等的统称,cn粒子是构成所有物体的最基本单元,也是最小的物体,又称宇宙之砖。
在粒子物理学中,标准模型定义了62种不可再分割的基本粒子,其中包括光子、中微子和反中微子、电子和正电子等等。然而光子和电子可以相互转化的事实、以及康普顿效应展现出的光子能量可以改变的事实,是与所定义的基本粒子概念不相协调的。这些实验事实充分表明,光子和电子都不是所谓的基本粒子。
系统相对论中的cn粒子与现代物理学中的基本粒子不同。cn粒子具有唯一性,与普朗克的能量子是等价的概念,它是构成标准模型所定义的62种基本粒子的最基本单元。cn粒子是真正的“宇宙之砖”。
爽子场
涡运动理论认为,涡旋是一群绕公共中心旋转的流体微团,它是涡量聚集的涡结构,称作一个涡量场。爽子流体形成的涡量场称作爽子场。
1. 涡管与涡环
在涡运动理论中,涡量场可以用涡线和涡管来描述。涡线是某一时刻涡量场中的一条条曲线,其上各点的涡量矢量ω与之相切。涡线的方程是:
其中δr为位置矢量。如在涡量场中任取一条可收缩的回线(不是涡线),在其上每一点都引出一条涡线,这些涡线即组成涡管。
涡管强度是用涡通量Ф来表示的,其中S是涡管的任意截曲面,n是该截曲面的法向单位矢量。根据斯托克斯定律,涡管强度可用其截曲面的周界上的速度环量Г来表示。
如上所述可知,涡量场是一个管式矢量场,也就是
其中▽为梯度张量。据此推得:涡管强度沿管长不变,Г=常数;涡线和涡管都不能在流体中终止。对涡量场进行空间积分,利用高斯定理,可得:
(1-4)
这称为总涡量守恒原理。这个结果反映了这样一个事实:作为涡量场几何描述的涡管,在三维空间中总是呈闭合的涡环。
如果将涡管视作一个刚体,涡量就等价于相邻涡管之间的相对运动速度vs。如图5所示,假设涡管的角运动ω和线运动v遵循左手定则(这是系统相对论的一个公设),即用左手握住涡管,将拇指伸直,弯曲的四指沿角运动方向,拇指沿线运动方向。
一般,爽子场内部相邻涡管的线运动方向都相同,故相邻涡管之间的相对运动速度vs可表示为:
vs=2ωr (1-5)
可见,涡量可理解为流体微团绕其中心作刚性旋转的角速度的两倍。
2. 涡环的态函数
基于上述涡管的刚体模型,结合涡运动理论,可以拟合出涡环的角速度ω和线速度v与其曲率半径R的关系:ω、v分别与R成反比。假设R与涡环截面半径r成正比关系,可得ωr、vR均为常数,即:
r/R=k (1-6.1)
ω×r=k1 (1-6.2)
v×R=k2 (1-6.3)
其中k、k1、k2均为普适常数,它们的关系曲线如图6所示。
将涡环随其曲率半径R变化的角运动和线运动状态,统称涡环的态函数,用T(R)表示。则涡环的态函数T(R)可表示为:
T(R)={ωr,v} (1-7)
如图6所示,当R较大时,ωr>v,转动处于主导地位,这时的态称为转态;当R较小时,ωr<v,线运动处于主导地位,这时的态称为线态。
3. 非线性薛定谔方程的孤立波解
爽子场是由无数涡环构成的涡旋场,在涡旋自诱导运动的作用下,涡环中的爽子不断变形运动。一方面涡环的空间尺度不断减小,另一方面涡环中的爽子不断被拉伸,涡环中形成多条细小的涡线,即一个涡环分解为多个更小的子涡环。如图7所示。
每个子涡环所含爽子的数量较原涡环减少。同理,在子涡环自诱导运动的作用下,子涡环进一步分解为所含爽子更少的子涡环,最终形成由一个爽子构成的圆形涡环。由于爽子不可分割,这个单爽子涡环不再进一步分解。可见,爽子场的自诱导运动并非是无限地进行下去,它终止于单爽子涡环的产生。涡运动理论中所谓涡量场的奇异性是不存在的。
从图7容易看到,如同泡泡机连续吹出的泡泡一样,在爽子流体漩涡中心的末端,能够不断生成刚体态的单爽子涡环,并向外散播。
单爽子涡环就是爽子场的非线性薛定谔方程的孤立波解,它以等速度沿其轴线方向运动而不改变其外形。这是可以从Biot-Savart公式得到封闭解析解的一个典型实例。
上述过程称作爽子的跃变。单爽子涡环作刚体式运动,角速度ωc、线速度vc和体积Vc均为恒定值。爽子跃变成的刚体式涡环称作cn粒子。
4. 爽子跃变存在的证据
爽子跃变的理论依据由非线性薛定谔方程提供,现实中是否可以找到爽子跃变存在的证据呢?由于技术上的限制,我们尚无法观测到费米级粒子的结构,而爽子跃变成的cn粒子比费米级粒子还要小得多。可见,爽子跃变的直接证据我们是无法找到的。那么间接证据呢?
根据系统相对论的原子核长毛原理,可知原子核表面存在爽子的跃变,这可以从原子谱线、白炽灯发光、摩擦生热等中获得间接证据。
cn场
为了避免奇异性问题,涡运动理论中引入了涡核的概念。实际上,单爽子涡环就是线涡模型中的涡核,它是爽子场自诱导运动产生的一个子涡的涡核。这个涡核在上文中已经定义为cn粒子,相应的这个子涡我们称作cn粒子的涡量场,简称cn场。
1. cn场的结构
cn场的流线和立体结构见图8,由爽子构成的涡环从cn粒子的一个端面旋进、另一端面旋出,涡环旋进的一端称作阴极,涡环旋出的一端称作阳极。阴极和阳极对应于电磁理论中的磁南极和磁北极,故分别用S和N表示。可见,cn粒子就是一个理想的微小磁体。
在1.2.1节所讨论的能量子的一份能量e0,是通过cn粒子的涡通量Φcn体现出来的(见3.1节)。换言之,流体态能量子的能量是隐性的,我们无法探测;刚体态能量子的能量才是显性的,我们可以探测。
cn场的场极呈对称分布,这样的场称作极性场。与之相对,由若干个N极和S极的子极构成、且不同极性的子极呈相间均匀分布,这样的场称作中性场。
2. cn场的应力张量
爽子流体是应力张量σij为各向同性的流体,即:σij=-рδij 。其中δij是Kronecker Delta,р是标量,称为压强(俗称压力)。换言之,cn场中某点在任意方向上的应力张量σij可表示为:
σij=-р (1-8)
用空间密度ρ代替气体质量密度,爽子流体等价于恒温理想气体。根据理想气体状态方程,cn场中某点的应力强度р可表示为:
其中ks为爽子流体的应力系数。可见应力强度р与空间密度ρ呈正比关系,由于空间密度ρ恒大于0,于是有:
р>0 (1-10)
可见,物质世界是一个严格的正压系统。
本质上讲,爽子场的应力强度p源于相邻涡管之间的相对运动,与相邻涡管之间的相对运动速度vs的平方成正比(这可以从第4章中导出),即:
其中ks1为vs与р之间的转换系数。
3. cn粒子与其场的关系
cn粒子受到其涡量场产生的应力作用,也正是这个应力确保了cn粒子的结构与体积。这个应力作用是相互的,即cn粒子与其涡量场是相互作用的。换言之,流体态物质和刚体态物质是相互作用和相互依存的。cn场又称cn粒子的伴生场。
本质上讲,cn粒子是场的自诱导运动产生的一个单爽子涡环。换言之,爽子流体的涡运动产生了cn粒子,它是爽子的一个特殊形态;cn粒子自身的涡运动又诱导了它的涡量场。因此,cn粒子与其涡量场是一个同生共存的自耦系统。
由此推得:空间(场)和物体是相互依存、不可分割的。
在上一节中我们谈到cn粒子是一个理想的微小磁体,那么如同磁体之间可以相互吸引在一起一样,cn粒子也可以吸聚在一起形成更大的粒子。
涡管耦合原理
不考虑外界影响,当两个cn粒子相距无限远时,通常认为它们的场彼此独立、互不影响;当它们之间为有限距离时,它们外侧的涡环就会发生相互接触。
如图9所示,轴线重合的两cn粒子极性方向一致,即异极相对。从图5和图8可知,两cn粒子的涡环在接触面上角运动方向一致、线运动方向相反,因此两涡环之间的相对运动速度vs是线速度v的两倍,即:vs=2v 。
从图6可以看出,当cn粒子相距较远时,它们相接触涡环的态函数T(R)均为转态,即:ωr>v 。根据公式(1-11),两涡环接触面上的应力强度p'(对应的vs=2v)较接触前的p(对应的vs=2ωr)减小,即:p'<p 。在它们各自内侧应力p的作用下,两涡环开始相互融合,如图9所示。
两涡环融合的过程中,融合点上侧的两涡管彼此诱导(下侧亦如此),在两涡环之间产生物质流,如图9中b所示;在融合区域,在外界应力和内部自诱导运动的共同作用下,原涡环内的物质流分量不断减小,两涡环之间的物质流分量不断增大,最终原涡环内的物质流分量全部被两涡环之间的物质流所取代,这时融合区域从中间位置横向断开;于是,原来两个独立的涡环,耦合成一个较大的涡环,称之为耦合涡环。
cn粒子的凝聚原理
如上所述,耦合涡环是以两cn粒子为涡核的涡量场,耦合涡环的应力作用表现为两cn粒子之间彼此牵引的作用力(与应力强度p成正比),称作耦合力,用Fq表示。耦合力Fq可表示为:
Fq=∫p×dsq (1-12)
其中sq为耦合面,如图10所示。
在涡环的耦合力作用下,两cn粒子不断相互靠近,形成更多耦合涡环。当两粒子之间相邻涡环的转速ωr与线速v相等时,即ωr=v,这时两涡环内外两侧的应力强度p和p'相等,即:p=p'。这时,涡管不再耦合,Fq达到最大值Fqmax,两粒子间隙d=R0,见图10中左图。
在耦合力Fq的作用下,两cn粒子的间距继续减小。一方面,耦合面逐渐减小,耦合力Fq开始减小;与此同时,相接触的两粒子涡环之间相互挤压形变,形成由点到面的一个剪切面sr,于是开始产生彼此排斥的应力作用,称作剪切力,用Fr表示。如图10所示。剪切力Fr可表示为:
Fr=∫-p×dsr (1-13)
随着粒子间距的继续减小,Fq不断减小、Fr的大小随剪切面sr及应力强度p'的增大而不断增大。当Fq与Fr大小相等时,即:Fq=-Fr 。这时,cn粒子停止进一步相互靠近,两粒子间隙d=rb,它们之间达到一种平衡状态,见图10右图。这个过程称作cn粒子的凝聚。
如1.2节所述,cn粒子是“宇宙之砖”。正是cn粒子这一凝聚(耦合)特性,才逐级构成了包括我们自身在内的五彩缤纷的世界。
凝聚力的复合力性质
当两cn粒子凝聚成一个新粒子时,cn粒子之间的结合力称作凝聚力。处于凝聚状态的两cn粒子,各自受到对方的耦合力Fq和剪切力Fr大小相等、方向相反,即它们之间的凝聚力F为零。这时cn粒子的受力状态(引力为正)可表示为:
F=Fq+Fr=0 (1-14)
如图11所示,当处于平衡状态的两cn粒子距离减小时,如1.3.2节所述,这时|Fr|增大、Fq减小,即:F=Fq+Fr<0 。这时,两cn粒子受到彼此的斥力作用而相互远离;反之,当处于平衡状态的两cn粒子距离增大时,|Fr|减小、Fq增大,即:F=Fq+Fr>0 。这时,两cn粒子受到彼此的引力作用而相互靠近。这就是凝聚力的复合力性质。
凝聚力的复合力性质是普遍存在的。在微观环境中,分子中原子之间的作用平衡、原子核中核子之间的作用平衡等等,都是凝聚力的复合力性质的表现。值得一提的是,在夸克模型理论中提出的渐进自由、禁闭等概念,都是凝聚力的复合力性质的体现。
实际上,包括所谓四种基本作用力在内的各种相互作用,都是描述由cn粒子逐级构成的各种粒子或物体的场之间的相互作用,这种相互作用归根结底都源于cn场的应力。因此,自然界中所有作用力都可归结为场之间的耦合力与剪切力的合力。
可见,物体或粒子之间的相互作用都具有复合力性质。由于爽子场的内部应力源于爽子流体的涡运动,因此爽子流体的涡运动才是万力之源。
量子场论认为,当两个被加速了的正反粒子相碰撞时,将发生湮灭反应,即它们湮灭成为虚光子,虚光子又根据能量和动量守恒定律等转变为其它粒子。简言之,正反粒子相碰撞转变为其它粒子。显然,这种湮灭实际上是不同粒子之间的转化,而且转化前后的粒子都可以是所谓的“基本粒子”。可见,所谓的“基本粒子”并不基本,所谓“湮灭”并没有湮灭。
对反粒子与反物质的考查
根据现代物理学对反物质的描述,反物质和正物质相遇会发生湮灭而释放出巨大的能量,我们自然产生两个疑问:
一是,正物质中应不存在反物质。如果在正物质中存在反物质,它就会与正物质相互湮灭,那么,人们又是如何从正物质中提取出反物质来的呢?如果说反粒子来自宇宙射线,这些反粒子的宇宙射线在漫长的太空旅途中,不可避免地会与许多在太空中旅行的其它粒子相撞,这些反粒子还能顺利到达地球的可能解释只能是外太空都是反物质的,那么,我们的地球、太阳系又何以能长期存在而没有被反物质湮灭掉呢?
二是,反物质的消失应是与正物质的湮灭导致,我们抓住的所谓“反物质”湮灭时,所释放的能量怎能会没有任何效应显现出来呢?
可见,所谓反物质和反粒子的概念值得商榷。
cn粒子的湮灭原理
相向运动的两个cn粒子,如果它们的自转(cn粒子环的转动)相反,即同极性相对,如图12所示。这时,两cn粒子之间因涡管无法耦合,故不存在耦合力Fq,即Fq≡0;它们之间只存在剪切力Fr,即Fr<0。两cn粒子之间的作用力F为:F=Fq+Fr<0 。故而两cn粒子相互排斥。在这种情况下,只有借助外力克服两cn粒子之间的斥力,两粒子才能相互靠近。
如上所述,当两cn粒子表面直接相互接触时,一方面,cn粒子的涡环被相互阻断,cn场消失,失去了场的应力保护作用,cn粒子的体积急剧膨胀。于是,刚体式的单爽子涡环恢复为一个弹性的球--cn粒子湮灭而反跃变为爽子。
对于两个cn粒子构成的凝聚体,如果通过外力让两cn粒子的表面直接相互接触时,同样cn粒子湮灭而反跃变为爽子。这可以作为平衡间隙rb(见图10)的存在证据。显然,粒子湮灭不只是发生在所谓的正反粒子之间,同种粒子亦可以发生。沿着这个思路,可以让我们拨开“反粒子”和“反物质”的神秘面纱。
值得一提的是,与现代物理学中定义的湮灭概念不同,这里所说湮灭是刚体态物质转化为流体态物质,是物质在不同形态之间的转化。需要强调的是,这里物质并没有消失,也不存在所谓的“虚粒子”,物质是守恒的。这就是系统相对论的物质不灭原理,又称作能量守恒原理。
寻找cn粒子湮灭的证据
如上所述,实现cn粒子湮灭的关键是克服cn粒子之间的斥力,容易想到的办法就是利用粒子对撞机。从第2章可知,电子和质子都是由cn粒子构成的,如果将cn粒子视为一个小磁体,那么电子和质子就是若干小磁体的堆积体。两个质子对撞产生的各种粒子就是这两堆小磁体的一种重新分组,而在这一过程中cn粒子始终是完好无损的。显然,目前我们还不具备抓取和加速cn粒子的技术,可见利用粒子对撞机无法找到cn粒子湮灭的证据。
另一个思路是,如果能够建立一个消除cn粒子之间斥力的环境,那么cn粒子的湮灭就变得容易实现。根据系统相对论,这是一个极高压力的环境,显然现有的技术也无法实现。
然而,从黑洞大爆炸中,可以找到cn粒子湮灭的证据,详见9.4节。黑洞是一个梭状的超核,其内部压力极高,其中的cn粒子间距rb'较质子中的rb要小得多。随着黑洞内部压力的缓慢增大,最终因cn粒子间距为零而发生湮灭,进而连锁反应,导致黑洞大爆炸。可见,黑洞大爆炸可以作为cn粒子湮灭的证据。
接触的相对性
如上所述可知,两cn粒子之间不存在稳定的真正接触状态。推而广之,物体之间不存在物理意义上的真正接触状态。从1.3节可知,cn粒子凝聚体的两cn粒子之间存在一个平衡间隙rb,即接触间隙。换言之,cn粒子之间的接触(凝聚)是相对接触的概念;推而广之,所有物体之间的碰撞、接触都是物理意义上的相对接触。
由此可以得出结论:不论物体处于何种运动状态,物体之间总是存在一个接触间隙,接触间隙的大小取决于它们的临界场(见下一章)和相互作用强度。因此,现实中一切物体之间的接触都是相对的。