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物质波粒二象性的本质——从“发气原理”到物质粒子空间本底量子辐射

已有 580 次阅读 2023-11-21 19:44 |系统分类:科研笔记

       “发气原理”是古老时代的一种观念,认为天地间有一种无所不在的“精气”存在,“精气”与“物”是可以互相交换的。“气”能作用于“物”上。牛顿在剑桥上大学时,摩尔教授曾经论及“自然之气(精气)”,它能隔空作用于物体,摩尔形容它是“我称为‘本源’的巨大影响及活力。

        通过牛顿早年的笔记和论文,追踪他关于从以太到重力的思想演变,大致可看到“发气原理”的观念逐渐取得重要的分量,开始融于牛顿的头脑并逐渐演变成为一幅重力图景。这种思维上的转变也许是牛顿迈向万有引力过程中最重要的一步。牛顿接受了这个观念,他认为重力也是类似的一种运作方式,由维持潮汐涨退和宇宙运行的造物主以他的圣手来引导,猜想从物体质量中向周围空间发射精气形成了万有引力。这或许与后来霍金提出黑洞辐射有某种联系。

        牛顿猜想引力来自物体质量中发射精气,似乎与现代物理学认识到物体周围存在引力场很类似,只是现代物理学主要是对难以理解的物理现象越来越偏重于越来越高深复杂的数学描述,几乎不再对认识其物理实质比如引力场是怎么形成的抱有多少希望。所以几百年来,几乎无人整理和提及牛顿对引力机制的猜想,直到现在人们还不知道引力场究竟是生成的还是一直就有。如今情况是,引力机制不明,惯性起源不清,还把物质为何具有波粒二象性推升到哲学高度百年来一直争论不休。陷入时间之矢之谜的著名科学家如玻尔兹曼以及后来的埃伦菲斯特相继自杀身亡,霍金年轻气盛,刚踏入破解时间之矢这一千古谜团领域,便身患重病九死一生,虽然凭超人毅力后来发表《时间起源》算是尽其所能有些交代,但他在临终前对合作者坦言之看问题的角度错了。想想霍金当时的心情会是怎样的悲壮,真正具有独创性的科学家是多么的不易!如今空间的本质仍不清楚,宇宙为何膨胀及加速膨胀也指望数学描述帮忙,或干脆推到宇宙大爆炸、暴胀或假设存在“暗能量”来一次次推动加以应对,全然不顾太多的被迫的人为痕迹夹杂其中。把观测得到的哈勃定律解释为空间膨胀推动相互引力吸引的星系之间相互退移远离所致,那么是不是得说说空间不是柔软的而是钢硬的吧?空间致密度和剪切强度尤其是抗压强度能有多大?甚至把观测发现的星系旋转曲线疑难,在认识上也主要往假设存在“暗物质”一推,这可难坏了做实验观察的科学家们,因为那些凭想象图理论省事的科学家赋予“暗物质”和“暗能量”的性质都太奇特了,其踪影实在难寻,无奈望梅止渴不见梅!需要引力多的地方就添点暗物质,需要斥力大的区域就加点暗能量,这即便有孙悟空的火眼金睛大概也无能为力探寻发现它们的蛛丝马迹吧。现在看来,还是加紧把物质粒子波粒二象性的本质和万有引力机制搞出来吧。在还没有把万有引力机制搞清楚之前,对所有这些解释不要太较真。静心想一想,投入大量人力物力巨额资金去观测寻找暗物质和暗能量是否有些操之过急?

        爱因斯坦狭义相对论揭示了质能关系和时空呈一体化构成四维时空。广义相对论表明,物质存在导致时空弯曲,引力是时空弯曲的结果,引力场即是物理时空。爱因斯坦晚年总结其一生时空探索认识到:空间—时间不能脱离物质世界的真实客体而独立存在,并不是物体存在于空间中,而是这些物体具有空间广延性,空间有无限多个,这些空间彼此作相对运动。可惜这些重要的思想认识还尚未得到人们的重视。

        把德布罗意提出的物质粒子具有内在的周期性因素与牛顿关于引力源于物体质量中发射“精气”的猜想和爱因斯坦关于时空与物质密切关联及动态空间新观念联系起来,将给人以新的启示。

        “物质总是作为力的源泉而作用于其它物质”(爱因斯坦), “相互作用是‘事物’的真正的终极原因”(恩格斯)。客观自然现象背后一定存在产生现象的原因。

        根据爱因斯坦——德布罗意关系之一E=Mc2=hν所反映的物质粒子具有内在周期性因素,若不把这种振荡像布朗运动那样归于外在不断随机冲击作用,那就应该把这种振荡想象为物质粒子与其不断辐射某种极细微粒子相生相伴,否则难料其因。进一步推导表明,这种不断辐射出的极细微粒子,如同牛顿猜想的从物体质量中发射的“精气”,它即是空间本底量子(由此推得空间本底量子半径正是普朗克长度,其波长恰为哈勃宇宙半径),同时也是本底性引力子,与物质粒子内在的周期性因素相生相伴,使物质粒子具有波动性,可从物质作用方面自然地推得康普顿波λ=cτ (c是光速、τ是粒子振荡周期)和德布罗意物质波λ=h/p,说明物质波是具有实在性的物理波。物质粒子波动性与物质粒子惯性看似相矛盾,但深入实质二者并无矛盾,物质粒子波动性是物质粒子的惯性之源——由此从作用方面自然推得牛顿第二定律,并经牛顿第二定律自然推得薛定谔方程。在物质粒子不断辐射空间本底量子过程中,物质粒子自然伴生动态空间本底和引力场——自然地推导出牛顿万有引力定律,由此导致的物质粒子自身质量衰减,自然出现具有物理效应和具有普遍意义的时间之矢,以致在相对稳态下宇宙星系之间出现相互退移,天体等物质系统大都处于普遍性膨胀状态,可自然地导出具有普遍性的哈勃定律和类同德西特的宇宙空间加速膨胀模式,还得出空间本底具有固有引力场强度,其大小与哈勃宇宙整体膨胀加速度等值,由此也解决了星系旋转曲线疑难。物质粒子以光速c辐射空间本底,当观测相对运动的物体时,会发现其四维时空出现相对偏转,由此还可进一步推得洛伦兹变换和广义洛伦兹变换,同时也说明时空是客观的,但在观测上具有相对性。由此看来,物质粒子辐射空间本底量子新概念及质量时变关系,能够把一些物理基本概念和基本定律系统化,把牛顿经典力学与现代物理学自然衔接起来,给出经典力学和量子力学以及宇宙膨胀学说乃至狭义与广义相对论共同的物理基础。从而把牛顿视宇宙万物为一体的观念具体化,把爱因斯坦关于物质具有空间广延性和空间是动态的观念落到实处。能够系统推导出已有的主要通过实验观测提升而来的以下基本物理基本公式以及其它新的共80个物理公式,其中E=Mc2亦可从物体与哈勃宇宙引力关系中推得。从揭示演化物理学的角度,初步建立与新创量子引力相关的粒子波动演生时空物理学。

1)爱因斯坦—德布罗意关系:E=Mc2=hν、p=MV=h/λ

2)薛定谔方程(按经典力学理论自然推得):iћ∂ψ/∂t=-(ћ2/2M)▽2ψ+Uψ

3)牛顿第二定律:F=dp/dt

4)牛顿万有引力定律(用五种方式推得):F=GMm/r2 

5)普朗克长度:Lp=(hG/c3)1/2

6)哈勃定律(通过六种方法推得):V=Hor

7)类同德西特的宇宙空间膨胀模式:r=roeHot 

8)  洛伦兹变换以及给出广义相对论结果的广义洛伦兹变换。

       ……

       物质粒子空间本底量子辐射具有十个物理效应,其主要动态演化物理图景如下:

       物质波粒二象性,其实质是粒子与波共存,是粒子波,从物质属性上说,是能量(扩张性)和质量(聚集性)动态存在的对立统一,其能量与内在以光速c随机振荡的质量相融合,不断以光速c辐射空间本底量子生成动态空间本底和引力场以及空间本底固有引力场强度,使得物体具有空间广延性和出现万有引力以及星系旋转“暗物质”现象。粒子波的基本状态呈粒子康普顿波状态,当它以一定速度运动时,则伴生德布罗意物质波;当运动速度变化时,则由粒子动量改变伴随其物质波波动量改变出现相应的惯性力。物质粒子空间本底量子辐射使物质粒子质量衰减形成具有物理过程和物理效应的普遍性时间之矢,自然使宇宙星系之间退移膨胀及加速膨胀(“暗能量现象”)。

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