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，量子本质，统一场论，物理定律

—— 上帝不玩骰子。上帝造骰子，人类玩骰子。

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

2. 理论模型

现实物理学的首要任务是为物理公理和基本原理建立理论模型[1-6,9]。将物理思想转化为数学形式是新理论走向成功的必要步骤。

2.1 空间

现实的物理空间是均匀的、三维的、充满粒子的。现实的物理空间又称为实空间(real-space)。实空间中的物理量定义在实数域，虚数和无限大（∞）没有物理意义。实空间的均匀性包含各向同性和平移不变性。各向同性要求物理量的度规（测量单位）是标量，即物理量 x 可以表示为如下实数量(real-quantity)的形式

其中 x_s 是标量(scalar)因子，称为标度(scale)。标度是物理量的标识和度规，也称为量子(quantum)。是数字(digit) 因子，表示物理量的大小。数字是与物理量同类的矢量或标量。

实空间的位置由位矢（位置矢量）确定

其中位置标度 r_s 也称为空间量子。r 和是三维矢量，表明空间是三维的。位矢的原点O是空间固定参考点。空间的三维性也表明空间是独立于时间的。空间和时间是两个不同的物理量。

        空间的体积量子是 V_s = ( r_s )³，它是以 r_s 为边长的立方体，称为空胞(space-cell)。空间充满粒子的含意是空胞内必须包含粒子。因此，实空间的粒子密度不为零。现实物理学认为自然界只有质子和电子两种原始粒子。除了质子，充满宇宙的粒子只能是电子。无处不在的电子是所谓的暗物质。

2.2 时间

现实物理学定义实时间(real-time)为

时间标度称为时间量子。时间的数字是自然数序列，表明时间的均匀性和单向性。这个定义包含时间的不可压缩性和物理过程的不可逆性，是因果定律的直接表达。

        式(3)中的 是时间起点(starting time)，是任意时刻(any time)，是下一时刻(next time)。时间起点由同步协议确定[1,2,6]。以通信速度 c 从原点 O 发送起始信号 t₀，在空间点 P(r) 的观察者接收到信号时，将时间设置为 t = t₀ + r/t 。同步后的空间点用 P(r, t)  表示，其中 r 和  t  是相互独立的参数。用于同步的信号速度 c 在现实物理学中具有特殊的意义。信号速度是系统常数，不是普适常数。光速和声速都可以用作信号速度。

2.3 粒子

现实的粒子是三维的（体状的）弹性物体。弹性粒子(elastic particle)既有质量又有体积，它可以自旋和形变。电子、质子和原子都是弹性粒子，电子和质子是仅有的两种原始粒子。弹性粒子有质量有体积，因此弹性粒子的质量密度有限。弹性粒子的质量守恒，但是体积、形状和密度可变。

弹性粒子的空间状态有位态(position)、形态(profile)和姿态(posture)。位态由质心的位矢 r_c = (x_c, y_c, z_c) 表征，形态由转动惯量矩阵的本征值 I_c = (I₁, I₂, I₃)  表征，姿态由转动惯量矩阵的本征矢方向 θ_c = (θ₁, θ₂, θ₃) 表征。弹性粒子有平动(translation)、转动(rotation)和振动(vibration)三种独立的运动模式，分别对应于位态、姿态和形态的时间变化。平动导致温度，转动导致磁性，振动导致辐射。粒子的弹性振动是波粒二象性的原因。弹性粒子的运动覆盖了点状粒子的平动模式和波状粒子的振动模式。

2.4 物质

自然界的物质是由离散的弹性粒子构成的。离散的粒子是物质的唯一形式。严格的数学分析表明，场不是独立的物质形态，场是大量粒子构成的统计关联物体。

采用波速为速度量子 u_s = c，则空间量子为 r_s = ct_s 。以体积量子  V_s = ( r_s )³ 为单位，可以构造粒子场的质量势（标量势）和动量势（矢量势）。质量势和动量势的物理意义十分明确，它们分别是质量密度和动量密度的空间关联函数。从质量势和动量势出发，利用矢量微积分，可以推导出一组微分方程。势场的空间一阶导数是作用场，势场的空间二阶导数包括牛顿引力势方程，以及与麦克斯韦电磁场方程组相似的公式。标度变换与分析表明：引力场和电磁场都源于质量势和动量势。引力场、电磁场、流体场全部统一于弹性粒子场。

2.5 相互作用

弹性粒子之间的相互作用包括质量吸引和运动排斥。质量吸引代表粒子的聚集倾向，运动排斥表明粒子之间存在空隙。运动排斥的数学条件是不同粒子的间隔大于零，即 r_ij = (r_ij · r_ij)^1/2 _{> 0} 。运动排斥作用的直接推论是物体的质量密度有限，即 ρ = M / V < ∞ 。

在弹性粒子场论中，质量势表征质量吸引，动量势表征运动排斥。分析表明，相互作用的形式有梯度力、旋度力和散度力，分别与平动力、转动力和振动力对应。引力和静电力属于梯度力，静磁力属于旋度力，交变电磁力属于散度力。弱力和强力是梯度力、旋度力和散度力的综合作用。

2.6 客观性原理

客观性原理 (objectivity principle) 的内容是：物质的运动规律是客观的，不依赖于观察者的主观意识，必须在物理公式中排除人为主观因素。物理过程是客观的(objective)，但是物理观察（测量）是主观的(subjective)。物理观察需要选择测量单位和参考系，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以及原点无关性。

在物理量的实数表达式中，物理量是客观量和绝对量，标度是主观因子，数字是相对因子。标度无关性的数学表述是物理关系和数字关系的等价性，即

据此可以确定物理量的运算规则[1,2,6]。

原点无关性要求物理量的定义与时空参考点的选择无关。因此，物理量必须定义在任意时刻。粒子的位矢只能以间隔和位移的形式出现，以消除空间固定参考点 O 的影响。

标度无关性表明物理规律适用于物理量的任意尺度范围。无论经典世界还是量子世界、高速运动还是低速运动、低能粒子还是高能粒子，都遵循相同的、无差别的运动方程（不需要近似或逼近）。原点无关性表明物理规律适用于任意时间和任意地点，与参考系的选择无关。客观性原理综合了相对论和量子论精神，它是现实物理学的普适性和统一性原理。

2.7 运算规则

标度无关性规定了物理量的如下运算规则，其中差商运算不包含求极限过程，从而消除了微商运算隐含的逻辑矛盾[1,6]。

(1) 加减法：

(2) 乘法：

(3) 除法：

(4) 差分：

(5) 积分：

(6) 差商：

(7) 微商：

(8) 其它：指数、对数和三角函数仅对数字运算，即要求。

2.8 量子关系

标度是物理量的标识和度规，标度就是量子。标度是物理量的辨别依据，相同的标度代表同类物理量。标度是物理量的度量标准，也就是度规或单位。我们强调：标度是物理量的度规，不是空间的度规。标度是个标量，因为空间是平直和各向同性的，而不是弯曲和各向异性的。

物理空间是三维的，物理量系统的独立标度只有三个。相对论标度系统由 E_s, t_s, u_s= c  构成（E_s 能量标度，t_s 时间标度，u_s  速度标度，c 通信速度），包含如下量子关系

其中  r_s 是空间标度，ω_s 是频率标度，M_s 是质量标度，I_s 是转动惯量标度，p_s 是动量标度，s_s 是角动量标度。相对论标度系统中的速度标度是常数，其它都是变量。 E_s  = M_s c² 是著名的爱因斯坦能量。r_s·ω_s = c 是空标和频标的不确定关系。

量子论的标度系统由 u_s = c, s_s = h, ω_s = v  构成，包含如下关系

量子论的标度系统有两个独立的常数  (c, h)，其它都是变量。 E_s = hv  是著名的普朗克能量。量子不确定关系包括 r_s·p_s = E_s·t_s = h 。波长 r_s = c / v 是空间标度。r_s = h / (u_sM_s) 是德布罗意波长，r_s = h / (cM_s)  是康普顿波长。

弹性粒子有平动、转动和振动三种运动模式，分别有三种运动能量 K, L, H 。这三种独立的能量标度是

其中 N 是系统的粒子数。T 是热力学温度，z 是磁感应强度，v 是振动频率。k, l, h  分别是玻尔兹曼常数、玻尔磁子常数和普朗克常数。事实上，爱因斯坦能量是平动量子，适用于高速粒子的平动。普朗克能量是振动量子，适用于微观粒子的振动。

（未完待续）

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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