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经典力学以粒子(质点)概念为基础,量子力学以粒子波动性为基础,狭义和广义相对论分别以光速极限与惯性质量等于引力质量为基础。按宇宙大爆炸理论物质粒子与时间和空间同生。
在经典力学中,粒子的运动状态与时间和空间无关。牛顿认为“时间按其固有的特性而均匀地流逝,与一切外在事物无关,空间是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”。由于粒子与时间和空间相互独立,则牛顿思考的惯性起源和引力机制难以深究,但智力超凡和直觉能力极强的牛顿当时还是猜测到,引力可能是从物体质量中心发射“精气”弥漫在空间而产生的,其强度与距离平方成反比。量子力学中,波动的粒子亦如处在经典力学同样的时空中(粒子惯性与波动性矛盾、量子叠加态、量子遂穿和量子纠缠等令人困惑)。狭义相对论中,时间和空间构成四维时空,物体运动状态与时空相关联。广义相对论中,物体质量和能量使得时空弯曲,弯曲时空行如引力。
物理学发展至今,面临着多种途径探索建立量子引力理论,例如超弦理论、圈量子理论等。物质粒子空间本底量子辐射质量时变引力理论,想方设法协调一百多年来未能协调的量子力学与广义相对论,提出新的更基本物理概念,把粒子波动性与其时空及引力场联系起来,深入挖掘量子力学本身,探究其中可能潜藏的量子引力。肖恩·卡罗尔在《隐藏的宇宙:量子世界与时空涌现》一书中写道:“很多年以来,找到完备的、令人信服的量子引力理论一直是极为重要的科学目标。秘诀也许并不在于从引力入手再将其‘量子化’,而是深入挖掘量子力学本身,最后发现引力一直潜藏其中"。
关于质量、时间、空间与粒子波动性和宇宙膨胀以及物理观念的深入探讨,一些著名物理学家给出了具有重要指导意义的真知灼见。
爱因斯坦指出:“科学的最伟大目标是用最少的假设或公理,通过逻辑演绎覆盖最多的事实。”“质量是物体含有的全部能量的计量标准。”“惯性质量和引力质量在数量上的相等必须追踪到本质上的相同”。“把实物和场看作是彼此完全不同性质的两种东西是毫无意义的。实物是能量密度特别大的地方,场便是能量密度小的地方。”爱因斯坦晚年在总结一生时空探索时明确指出:“空间——时间未必能看作是可以脱离物质世界的真实客体而独立存在的东西。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,这一观念在逻辑上的确是无可避免的,但是这种观念甚至在现代科学思想中也远未起过重要的作用。”
Lee Smolin在《物理学的困惑》一书中坦言:“为了让科学不断进步,我们要再次面对空间、时间和量子理论的基本问题。”
S.Penrose推断“所要寻求的量子引力必定是一个时间不对称的理论。引力论与量子论的结合能够对宇宙作出解释,其中具有内禀的时间之矢。”
惠勒预料“应该会有⼀个物理学的理论从⽅程中把时间和空间给推导出来。只有找到了时空概念更深刻的含义,各种相互作用才有被统一的希望。总有一天,有一扇门肯定会开启,显露出这个世界闪闪发光的中心机制,既质朴又优美”。
John D.Barrow设想“存在着某种更深刻的原理,它使宇宙必然(或者至少是以压倒优势的可能性)肇始于某种各向同性膨胀的状态之中,这一原理也许在较为局部的范围内还有着其他应用,据此便可以揭示其自身之存在”。
武向平院士指出:“19世纪末出现在物理学上空的两朵乌云,催生了相对论和量子力学。如今暗物质和暗能量这两朵新的乌云,将带来一场新的物理学革命。今天我们脑海里一个固有的东西可能或者一定是错的,也许质量会变,也许引力常数会变,也许光速会被超越。”
量子力学和广义相对论从时空观和数学形式都差异太大,一百多年来难以协调。在本人看来,根结在于①粒子波动性的物理机制不清,②广义相对论缺少物体(粒子)存在与时空及引力场关系的物理化、物质化和量子化描述。把质量与时间和空间密切联系起来,揭示粒子波动性与其空间本底量子相生相伴,即粒子辐射空间本底量子过程中形成康普顿波和德布罗意物质波,演生时空及引力场,形成时间之矢和空间本底;物质波具有相应的波动量,阻抗粒子动量改变蕴含着粒子的惯性。理清楚这些,那么广义相对论与量子力学就在物质粒子波动性机制这一分道口处协调起来了,物理学所面临的一些重大的基本的疑难问题几乎都将迎刃而解。破解粒子波动性与惯性起源和引力机制,星系旋转曲线疑难与宇宙膨胀及加速膨胀的所谓“暗物质”和“暗能量”现象等就都成了自然而然的现象了。
在实验观测结果和深入理论研究的基础上,提出了物质粒子辐射空间本底量子新概念及质量时变关系,对解决如下问题及其贡献:①粒子波动性与空间本底量子辐射相生相伴,符合动量守恒定律、动量定理、功能原理、能量守恒与转化定律。揭示了粒子波动性物理机制问题,直接推导出康普顿波和德布罗意物质波公式。②通过物质波波动量阻碍粒子动量改变解决了惯性起源问题,推得牛顿第二定律。③自然地推导出薛定谔方程。④通过物质粒子辐射空间本底量子分布,解决了引力机制问题,推导出万有引力定律,其中自然地出现了⑤普朗克长度,构成空间本底量子半径,空间本底量子物质波波长恰是哈勃宇宙半径。进而结合质量时变推得⑥哈勃定律。⑦给出了时间之矢的物质根基与空间本底的量子构成,确定空间本底量子即本底引力子能量大小,与一些观测限定值相符。推得光速极限和惯性质量等于引力质量,推得引力常数与哈勃常数和光速的关联,给出哈勃常数与精细结构常数以新的物理含义。⑧给出广义相对论引力场方程与哈勃宇宙特征引力和惯性力以及普朗克微观特征力全息性关联。⑨于1996年预测了宇宙在加速膨胀,无需引入暗能量概念,推得宇宙膨胀尺度随时间的变化关系与暗能量居于主导作用下的弗里德曼方程一致;预测观测最遥远星空,将发现成熟星系和超大质量黑洞,被韦伯太空望远镜观测证实。⑩推得物质以及物质系统存在由物质粒子空间本底量子辐射反作用而来的附加引力场,除了给出粒子波动性物理机制,也自然地解决了星系旋转曲线疑难问题,且无需引入暗物质概念。推得月球远离和地球膨胀随时间的变化关系,推得星系及星体公转周期和自转周期随时间的变化关系,均与实际观测结果相符。推得物理公式共82个,预测50项,并尝试解决70个物理学及其相关疑难问题。
附件1:粒子波动性的物理图像
自从光的波粒二象性尤其是物质的波粒二象性提出以来,一直都难以想象其物理图像。粒子和波表现为两种不同的存在形态,粒子可以分成一个个微粒,波是可叠加的连续的能量分布;粒子可以平动、振动和转动,波却能同时向四面八方运动;粒子可以停留在一个固定位置上,波则是可叠加且动态地在空间传播。物质粒子辐射空间本底量子新概念,能够把粒子和波的各种特征自然地贯通起来,揭示物质粒子波动性物理图景:粒子处于与其空间本底量子辐射相伴的康普顿波和德布罗意称之为周期性因素的振荡状态,出现牛顿猜想的从物质质量中不断地发射精气生成的引力场,大量粒子集合周围形成动态引力场,即爱因斯坦所说的动态广延性空间及时空弯曲,形成粒子波动演生时空的自然图景。粒子自身维持以其较高质量和能量密度为核心的动态稳定的康普顿波包结构,并在粒子运动过程中因不断辐射空间本底量子产生脉动力,使得具有局域性的物质粒子还引发和伴随着具有物理实在性和非局域性的德布罗意物质波波场和波形。德布罗意的物质粒子骑在波上和爱因斯坦的光子伴随着鬼场与牛顿的从物体质量中发射精气这三大猜想有共通之处,加之爱因斯坦的动态广延性空间与局部时空弯曲以及康普顿波和德布罗意物质波,这些似乎都殊途同归于物质粒子的空间本底量子辐射。所谓的量子叠加态、波函数坍塌、量子退相干等,很可能是目前观测手段与观测高频高速运动的粒子不匹配的表象,直观上似乎可类比人眼观看自行车轮子上的辐条随自行车轮高速旋转时的情景。视爱因斯坦的因果论针对的是本质,玻尔的互补论反映的是现象,二者就都说得通了,百年之争可逐渐平息。
在双缝干涉实验中,粒子通过一条缝时,粒子携带的物质波同时通过双缝,通过一条缝的粒子受其通过双缝两个物质波叠加时的导引作用,粒子以较高概率前行在两物质波波程差为波长整数倍的波长稳定合振加强区域,逐个撞上屏幕累积形成明纹。这也说明物质波具有物理实在性。粒子若受侦测扰动,将使通过双缝物质波的波长尤其是相位发生改变,无法形成通常稳定干涉条件,粒子无法在屏幕上累积成明暗相间的有一定规则的条纹。微观上的不确定原理与量子遂穿效应和量子纠缠等谜团应该都与物质波的物理实在性密切相关。
附件2.物质粒子空间本底量子辐射10个物理效应
1)物质粒子内在周期性因素与其辐射空间本底量子(能量ε=hHo~10–51 焦耳)相生相伴,且动量守恒和总体能量守恒。
2)使得物质粒子自然伴生具有物理实在性的康普顿波和德布罗意物质波(直接推得康普顿波和德布罗意物质波公式,表明康普顿波和德布罗意物质波的物理实质性)。
3)物质粒子自身质量持续衰减,形成自发、单向、均匀流逝与统一的普适的时间之矢:dt= - dM/HoM、t=(1/Ho)ln(r/ro),与热力学熵 dS=dQ/T、S=klnΩ 形式相仿。
4)使得物质粒子具有动态的广延性空间,物质粒子以恒定光速c不断地辐射空间本底量子形成动态的量子化空间本底以及具有物理过程的四维时空(表明物质粒子与时空和引力场具有同一性,空间本底量子是作为宇宙本原的“物质粒子与时空”及引力场动态统一的物质基元)。
5)当物质粒子受外力作用加速运动时,其德布罗意物质波的运动形态(波长)将同时发生改变,物质粒子便出现与外力作用大小相等方向相反的波性力,阻碍物质粒子动量的改变,即为惯性之源。
6)物质粒子不断辐射空间本底量子,其数量密度及能量和动量密度均与物质粒子质量成正比,与距离平方成反比,产生相应某种分布的量子空间,形成量子引力场(物质粒子辐射空间本底量子与粒子自身波动相生相伴,又对其它粒子的波动带来影响)。
7)各物体的空间彼此做相对运动,其中任何两个物体中的每一个物体,都浸润在由对方提供的向外方向的空间本底净动量流的波性力中,从而出现向内方向作用,形成了万有引力。
8)使得星系或天体自身质量衰减及引力随时间减弱,在相对稳态下,星系间或天体间的距离甚至天体自身半径都按r=roeHot的形式增大,谓之宇宙统一膨胀及加速膨胀。
9)天体系统或物质体系在不断辐射空间本底量子的同时,还受其自身辐射空间本底的反作用,构成空间本底固有的或附加的引力场强度a=Hoc~10–10 m/s2(与哈勃宇宙整体膨胀加速度相等,与先锋号宇宙飞船异常加速度相当),以致星系旋转曲线出现疑难现象、先锋号宇宙飞船加速度出现“异常”。与“暗物质”需要某种分布不同,由空间本底量子辐射形成的附加引力场强度是恒定的,处处均匀一致。
10)物质粒子波动演生时空奠定了狭义与广义相对论基础。表明光速c是空间本底和引力场速度,是物质粒子运动速度的极限;惯性质量即是引力质量。运动物体的时空相对于静止观测者发生相对偏转,使得时空在观测上呈现出相对论的一些效应。质能关系和质速关系具有普遍意义,亦可通过牛顿经典力学推得。
普朗克认为“科学本身是一个内部统一的整体。我们把科学分为独立部分,并不是由于自然本身的条件决定的,而是由于人类的认识能力的局限造成的。”
洛伦兹指出:“物理学研究的目的就在于寻求简单的、可以说明所有现象的基本原理。”“由于人们不能深入地洞察事物的本性,因而把任何已有的认识途径作为唯一可靠的途径加以提倡是轻率的。”“各种基本的理论途径应该同时由不同的研究者加以探索。”
协调量子力学和广义相对论,结果应该把量子力学和广义相对论在基础上的数学化描述进一步上升为物理化和物质化描述,给出粒子波动性的物理过程和物理机制,给出粒子波动演生时空及其惯性起源与引力机制。这样,一百多年来弥漫在广义相对论和量子理论的各种迷雾就将消散,一系列重大的基本的物理学疑难问题得到解决和澄清,量子引力及演化物理学便逐渐清晰起来。
物质粒子辐射空间本底量子新概念及质量时变关系,作为对万物之理新的深入系统的认识,作为探索的物理学深层基本原理,很可能反映了物质世界基本的普遍的自然演化规律。
深入研究时间之矢的物理学家玻尔兹曼把揭示物理学的演化作为伟大的科学目标。数学家希尔伯特提出公理化物理学这一伟大的科学愿景。以物质粒子辐射空间本底量子新概念为基础的〖粒子波动演生时空物理学〗的大幕正在徐徐拉开……
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