现实物理学纲要

摘    要：现实物理学是基于弹性粒子模型的公理化理论体系。不同于点状和波状粒子，弹性粒子是既有质量又有体积、既能自旋又能形变的物体。电子、质子和原子都是弹性粒子。弹性粒子具有平动、转动和振动三种运动模式，弹性粒子系统遵循简单而普适的运动规律。本文简要回顾现实物理学的核心概念、基本原理、主要内容和重要成就。研究结果表明，经典的物理规律（运动定律、引力定律、电磁定律和热力学定律）都是弹性粒子的统计结论，由此揭示了自然进程不可逆的本性。

关键词：粒子，暗物质，相互作用，统一场论，量子本质，物理定律

—— 上帝不玩骰子。上帝造骰子，人类玩骰子。

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目录：  1. 总论

              2. 理论模型

              3. 弹性粒子场论

              4. 运动状态理论

              5. 热力学理论

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1. 总 论

        现实物理学是不同于经典物理学和现代物理学的新理论体系[1-9]。现实物理学的英文名称是 real physics，含意是现实物理学、真实物理学、实数物理学。《现实物理学纲要》简要回顾现实物理学的核心概念、基本原理、主要内容和重要成就。

1.1 核心概念

      物质、粒子、空间、时间、相互作用是物理学的核心概念。核心概念的差异是不同理论体系的分类依据。表1是三种物理学体系核心概念的内容，其中现实物理学核心概念的内容是作为物理公理提出的。

表1 三种物理学体系的核心概念

核心概念	经典物理学	现代物理学	现实物理学
物质	离散粒子	连续场	离散粒子
粒子	点状几何体 质量守恒，零体积	波状能量场 质量不守恒，无限体积	体状弹性物 质量守恒，有限体积
空间	均匀的，真空的 三维空间	不均匀的、充满能量的 四维时空	均匀的、充满粒子的 三维空间
时间	均匀的，单向的	非均匀的，非单向的	均匀的，单向的
相互作用	引力，电磁力	引力,电磁力,弱力,强力	质量吸引，运动排斥

1.2 物理公理

(1) 物质：物质的唯一形式是离散的粒子。现实物理学证明场是由弹性粒子组成的，从而否定了物质是连续场的现代观念。

(2) 粒子：现实物理学的基石是弹性粒子。弹性粒子（elastic particle）是既有质量又有体积、既能自旋又能形变的三维物体。弹性粒子的质量守恒，但体积和形状可变。经典物理的粒子模型是点状几何体（质点和点电荷），现代物理的粒子模型是波状能量场（波粒二象性）。现实物理学的粒子模型是体状弹性物。弹性粒子模型对经典物理和现代物理作出了根本性修正。

(3) 空间：现实的空间（实空间）是三维的、均匀的、充满粒子的。实空间的三维性放弃了现代物理的四维时空，表明空间独立于时间。均匀性表明空间具有各向同性和平移不变性。实空间公理申明空间充满粒子，经典物理的真空是不存在的。

(4) 时间：现实的时间（实时间）是均匀的、单向的。实时间的均匀性表明时间是不可压缩的。单向性表明时间是不可逆的。相对论的四维时空允许时间的压缩。量子论的数学时空允许时间的逆转。现实物理的原理要求物理进程不可逆、因果关系不可破。

(5) 相互作用：弹性粒子的相互作用包括质量吸引和运动排斥，由此可以统一引力、电磁力、弱力和强力四种基本相互作用。

1.3 主要内容

现实物理学的内容包括弹性粒子场理论、运动状态理论和热力学理论。现实物理学本质上是弹性粒子的统计理论。弹性粒子场论的基础是粒子的质量和动量统计，运动状态理论的基础是粒子的运动能量统计，热力学理论的基础是粒子的数量（系综）统计。表2列出了三种理论所采用的统计方法和主要数学工具。

表2 现实物理学的基本内容、统计方法、数学工具和参考文献

内  容	统计方法	数学工具	参考文献
弹性粒子场论	质量和动量统计	统计学，矢量微积分，微分方程	1,2,6,9
运动状态理论	能量统计	统计学，代数，解析几何	3, 5-9
热力学理论	粒子数(系综)统计	统计学，微积分，微分方程	4, 6-9

1.4  理论特色

现实物理学继承了经典物理的简单性和直观性传统，综合了现代物理的相对论和量子论原理。理论的核心是弹性粒子模型，基本方法是粒子统计。现实物理学以公理化系统的形式呈现，具有数学的严密性和逻辑的一致性。原理的简单性和结论的普适性是现实物理学的显著特征。

1.5  主要成就

(1) 从物理公理出发，现实物理学严格地推导出了物体的运动定律、引力定律、电磁定律和热力学定律。修正了物理学规律，重构了物理学基础，统一了物理学理论。

(2) 解决了诸多物理学基础问题。例如：量子的本质、暗物质的本质，基本相互作用的统一，等。

(3) 解决了诸多实际应用问题。例如：物体的运动方程、状态方程、相变和辐射机理，等。

1.6  重要结论

   (1) 自然界只存在电子和质子两种原始粒子，它们都是弹性粒子。现代物理学中的其它基本粒子都是质子和电子的复合粒子。

   (2) 弹性粒子之间有两种相互作用：质量吸引和运动排斥。它们可以统一现代物理中的四种基本相互作用。电荷概念是有缺陷的。现实物理学不需要电荷概念。

   (3) 质量和能量是两个不同的物理量。质量是物体的内秉属性，能量是物体的运动属性。弹性粒子的质量守恒，质量和能量不可互换。

   (4) 真空是不存在的，“暗物质”确实存在的。暗物质是无处不在的电子。气态的电子是宇宙的背景，聚集的质子是宇宙中的孤岛。

   (5) 引力波和电磁波本质上是相同的，它们都是电子气的振动传播。它们具有相同的传播速度。

   (6) 相互作用是由弹性粒子传递的。电子气是传播引力和电磁力的媒介。相互作用传播的速度是有限的，没有所谓的超距作用。

   (7) 现实的物理空间是各向同性的平坦空间。广义相对论的弯曲空间是不真实的数学想象。各向同性的空间不需要张量形式的度规。

   (8) 量子的本质是物理量的标度。标度是物理量的标识和度规。物理空间是各向同性的，物理量的度规必须是标量。

   (9) 宇宙中没有黑洞。黑洞是弯曲空间理论产生的一种假象。运动排斥作用排除了恒星坍缩的可能性。星系的运动不需要黑洞的引力支持。

   (10) 物体的运动规律本质上是弹性粒子随机运动的统计结论。运动规律的统计性质解释了自然过程的不可逆性。

   (11) 物质的运动和变化规律是简单的、统一的。无论经典还是量子世界、低速还是高速运动、低能还是高能粒子，都遵循无差别的数学物理方程。

1.7 关于相对论

爱因斯坦创建相对论的主要动机是解决运动的相对性问题。经典力学采用轨道描述质点的运动（位置、速度、加速度）。轨道的计算需要借助坐标系。描述相对运动导致了惯性系、非惯性系和绝对参考系的概念。弹性粒子的运动轨道非常复杂，故现实物理学放弃轨道描述方法。现实物理学引入弹性粒子的质心坐标系。在质心坐标系中，弹性粒子有平动、转动和振动三种独立的运动模式。此外，现实物理学通过使用间距和位移量来消除固定参考系的影响。

为了将经典物理规律（运动定律、电磁定律和引力定律）推广到任意参考系（惯性系和非惯性系），爱因斯坦建立了狭义相对论和广义相对论。相对论原理要求运动方程具有坐标变换不变性（或度规变化协变性），即物理规律与参考系的选择无关。因此，相对论的灵魂是物理统一性的思想。尽管相对论突破了参考系的束缚，但代价是进入了复杂的四维数学时空。现实物理学在三维空间中采用粒子质心参考系以消除相对运动的影响。此外，通过引入新的数学维度（标度维）确立了现实物理学的统一性原理（客观性原理）。

1.8 关于量子论

量子的本质涉及物理量的数字化问题。为了进行计算和测量，物理理论必须解决物理量的数字化或数量化问题。经典物理学使用坐标来量化物体的运动，量子理论使用能量量子(hv)来量化连续场。现实物理学中弹性粒子是离散的，以粒子数 N 为基数，物理量的统计平均值提供了一种内在的、客观的量化标准，这个标准称为标度(scale)。标度是物理量的标识和度规，其本质就是量子。例如，三种运动模式的能量标度分别是平动量子 K_s = K/N = kT 、转动量子 L_s = L/N = lz 和振动量子 H_s = H/N = hv。

量子场论的统一性原理是拉格朗日作用量的规范变换不变性。包含引力和电磁作用的统一场理论至今没有成功，其根源在于粒子模型和电荷概念是不正确的。现实物理学的统一原理是客观性原理。客观性原理要求物理公式的标度变换不变性，即物理公式适用于物理量的任意标度范围。

1.9 客观性原理

客观性原理 (objectivity principle) 综合了相对论和量子论的基本思想，是现实物理学的根本原理。客观性原理的内容是：物质运动规律是客观的，不依赖于观察者的主观意识，必须在物理公式中排除一切人为主观因素。物理过程是客观的，但是物理观察（测量）是主观的。物理观察涉及测量标准的制定和参考系的选择，这两者都是主观因素。客观性原理要求物理公式具有标度无关性和原点无关性。

客观性原理是通过物理量的实数形式（实数量）实现的。实数量是标度因子与数字因子  的乘积，即   。标度无关性要求物理量和方程具有标度变换不变性。事实表明，物理量的实数形式是最方便的数字化（量子化）方案，客观性原理是最实用的统一性原理。

（待续）

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论文下载：Outline of Real Physics. Global J. Sci. Front. Res. A. 2020,20(3):9-27

网页链接：https://globaljournals.org/journals/science-frontier-research/a-physics-space-science

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https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/10755/2316422/Essence-of-light-particle-field-and-interaction/10.1117/12.2316422.short?SSO=1 

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https://www.scirp.org/book/DetailedInforOfABook.aspx?bookID=2333 

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