適應性局限性
物質的客觀實在性是通過人的感覺感知的,它不依賴於我們的感覺而存在。由於感官的局限性,導致我們由此建立起來的巨觀經驗被推廣到微觀和宇觀過程中必然存在偏差。換言之,我們戴著巨觀經驗這副眼鏡,看到的宇觀和微觀現象,既有圖像上的扭曲,也存在認識上的曲解。我們知道,一些遠古的昆蟲進化到現在,進入地下穴居的昆蟲分支,視覺器官已經退化,取而代之的是,進化出了較為發達的觸覺器官--觸角;而留在地面的昆蟲分支,視覺器官進一步得到強化和完善。類似實例不勝枚舉。
這些事實表明,感官的種類及其識別範圍是經過長期進化與環境相適應的結果。既然感官是與環境相適應的產物,那么它就不可能超越環境,而是與所處環境相協調的一種特設。
首先,人類生存於地球表面環境中,相對浩渺的、複雜的宇宙,地表環境是極其微小的和極為特殊的一種環境。因此,對於認識整個宇宙,我們的感官種類存在不可逾越的局限性。另一方面,特定的活動方式和競爭關係,也決定了感官種類的有限性。在現實環境中,如果我們的眼睛具有和鷹一樣的功能,那么我們的世界將不存在色彩而是一個黑白世界。也就是說,在物質的客觀實在性中,我們要去掉“顏色”這一項。還有,我們的感官是在環境的差別刺激下而產生和強化的,因此對於那些無處不在的背景物質,我們也是無法看到和感知的,如同水中的微生物感覺不到水的存在一樣。
由此可見,相對紛繁複雜的自然界,我們的感官種類存在局限性,並因此決定了我們只能看到物質世界的部分側面而不是全部。
其次,特定的活動方式和競爭環境,還決定著感官在分辨能力上的局限性。比如,空中一些飛禽的視覺分辨能力優於我們,地上一些走獸的嗅覺分辨能力優於我們等等。雖然我們通過各種儀器可以更好地觀察微觀和宇觀現象,但這只是感官分辨能力的有限提升而已,所看到的還只是事物的表象、甚至假象。
比如電流,我們通過電流計觀測到的電流,是將導線視作一維的線,認為電子在這條線上作直線運動,進而得出正交電磁場的認識(如圖1-1a所示)。如果用放大鏡觀察(當然無法直接觀測),我們會發現自由電子是沿導線表面螺旋前進的,磁場是由導線表面自由電子之間的耦合場所形成的,磁力線的方向與電子的運動方向是平行的。從圖1-1b還可以看出,電子運動方向與導線軸線夾角θ總是小於π/2的,顯然電流產生的磁場與導線並非嚴格正交。
由此可見,面對由基本粒子逐級構成的自然界,我們的感官分辨能力存在局限性,並因此決定了我們看到的只是事物的某些層面而不是本質。
抽象思維
感官的局限性,決定了我們通過感官認知的物質客觀實在性是局部的和表象的。雖然我們的感官是認識我們所處的極為有限環境的有效工具,但對於認識整個宇宙和物質的本質,它顯然是無法勝任的。因此,在認識宇宙的過程中,除了感官直覺,我們更需要大腦的抽象思維。
從歷史上看,通常總是實驗給理論以尋求更新理論的推動力。而在狹義相對論的建立過程中,實驗似乎並沒有起到這樣的作用,相反,是觀念上的洞察力起了獨一無二的作用 。實際上,狹義和廣義相對論的建立,是愛因斯坦對當時已知的各種物理現象進行抽象思維(歸納總結)而創造出來的,而不是基於當時的已知理論通過邏輯推理推導出來的。量子理論的創立過程亦是如此。
巨觀環境的物質模型,是我們動用所有的感官而建立起來的。然而到了微觀和宇觀環境,我們只能靠視覺觀察,其它所有感官都不能派上用場。顯然對於試圖了解微觀和宇觀的探索者而言,在這種沒有任何經驗可借鑑的陌生環境中,到處布滿了陷阱。在這些環境中,探索者唯一倚重的知識只有巨觀經驗,而問題恰恰就出在這裡。在廣義相對論框架下,我們目前得到的被普遍接受的是宇宙大爆炸模型,然而發生宇宙大爆炸的奇點,卻不適用於所有物理定律,顯然我們從已知定律步入了不可知的誤區。同樣,在量子理論體系內,不確定性原理和標準模型的若干可自由調節的參數,也將我們帶入了不可知的誤區。
縱觀人類發展的歷程,對物質的認識過程是循序漸進的、有層次的。真正的理論源於歸納總結而非邏輯推理,它超前於實踐並為實踐指引方向;當實踐突破了理論的適用範圍時,必然催生出新的理論,舊理論自然地成為新理論的一個子集或特例,新理論再次引領人們在其適用範圍中前進。周而復始,人類不斷擴大實踐的疆域、不斷逼近自然界的真相和物質的本質。
然而,人類似乎永遠無法將實踐疆域擴大到整個宇宙。這似乎表明,我們對物質的認識,只能無限靠近而不能到達物質的本質,這不免讓我們感到氣餒。為了實現到達本質的理想,我們需要另闢蹊徑。如果星系或星系團是構成宇宙的基本單元(這可以從黑洞大爆炸和星繫結構存在有限尺度的數據中找到答案),我們就可以推出整個宇宙的性質來,也就可以到達物質的本質。這讓我們充滿希望。
倘如此,通往物質本質的路又在哪兒呢?
表述方式
唯物論認為,物質的唯一特性是客觀實在性,即一元論。當然,“客觀實在性”是哲學語言對物質的表述方式;在物理學上,物質的表述方式存在多種形式,而且對物質的一元性表述模糊不清、甚至相背離。
在巨觀領域,根據作用力性質(萬有引力和庫侖力)的不同,對物質的表述分別用質量、電荷兩個概念。也就是說,物質包括質量物質和電(磁)物質兩種,物質是“二元性”的。然而,這兩種物質之間到底存在什麼關係,至今物理學界給不出令人信服的答案。毫無疑問,質量和電荷概念是經典物理學的兩大支柱,牛頓力學和電磁理論在巨觀領域的巨大成功,使人們不假思索(因為不清楚這些概念的適用範圍)地將它們直接引入到微觀和宇觀領域,導致更多物質概念的提出,如暗物質、暗能量、色荷等。可見,隨著人們的視野從巨觀拓展到宇觀和微觀,物質概念進一步多元化了。
在宇觀領域,隨著廣義相對論的創立和太空觀測研究的不斷深入,現代宇宙學認為,物質存在三種形態:普通物質、暗物質、暗能量,它們分別占宇宙的4%、23%和73%,對於這個比例還存在一些相近但不同的觀點。20世紀20年代,隨著哈勃定律的問世,膨脹宇宙模型取代了靜態宇宙模型,並從膨脹宇宙模型反推出了“宇宙大爆炸學說”。科學家推測暗能量能夠產生與引力相反的排斥力,導致宇宙膨脹,這進一步支持了“宇宙大爆炸”學說。但是至今,科學界仍然無法對暗物質和暗能量進行解釋。
在微觀領域,20世紀初,實驗證實原子是由電子和原子核組成,從而打破了長久以來認為原子是構成物質的基本單元的認識。到20世紀30年代人們已經普遍接受電子、質子和中子是基本粒子的觀念。隨著量子論的創立和加速器的建成,微觀研究向縱深發展,更多的微觀粒子被發現,因而現在大家傾向於不再用“基本粒子”這個名稱,而改稱為“粒子” 。但事實是,仍將光子、電子等視為基本粒子,而且還推導出“膠子”、“希格斯粒子”、“引力子”、“磁單極子”等更多基本粒子概念。
隨著人們視野的不斷拓寬,物質概念的內涵變得愈加豐富多彩,相對物理學的快速進展,哲學似乎是在原地踏步,這不免使霍金髮出“哲學已死”的感慨。然而,隨著物質認識的不斷深入,不但沒有使物質概念變得更加清晰,相反出現了更多的新概念,對物質的理解更加紛亂、模糊。
抉擇
質量和電荷都是從相互作用導出的概念,它們都源於人們對萬有引力和庫侖力的體驗,將這種體驗與對巨觀現象的視覺觀察相結合,找出它們與運動的關係,於是創立了牛頓力學和電磁理論。系統相對論認為,經典物理學是建立在人身體驗和近身觀察(即巨觀環境)基礎之上的,稱之為 巨觀物理學 。
隨著人們視野進入宇觀和微觀領域,由於我們無法從中獲得人身體驗,而只有視覺觀察一個手段,人們自然而然地沿用了在巨觀中形成的經驗,即將巨觀體驗與宇觀(或微觀)觀察進行結合,開展研究。如圖1-2所示。
但是,宇觀的大尺度環境和微觀的量子環境,與地表的巨觀環境都是完全不同的,如果我們能夠身臨其境,會有完全不同的人身體驗。因此,將巨觀經驗直接嫁接到宇觀或微觀觀察上是存在問題的。也就是說,將質量和電荷概念引入微觀和宇觀領域需要特別慎重,否則會將我們引入歧途。
隨著光子和一些微觀粒子沒有“靜止質量”被實驗證實,已經發現“能量比質量更基本”的事實。基於較大粒子由較小粒子組成的觀念,人們自然產生“無質量的粒子是如何產生出質量來的?”疑問。通過極為複雜的數學運算,在量子色動力學(QCD)框架內,僅導出了大部分質量的來源。縱觀質量和電荷的認識過程,質量概念進入宇觀成為部分物質的概念、進入微觀最終化作了能量而消失;單位電荷進入微觀開始分數化(最終也化為能量)。沿著這個方向,似乎讓我們看到,可以用能量概念將質量和電荷統一的曙光。
對於宇宙譜線“紅移”的原因一直存在爭論,大多數天文學家贊成“宇宙學紅移”的觀點,另一種觀點認為類星體紅移是局地的、非宇宙學的,並曾提出光子衰老、類星體中央有大質量黑洞等觀點 。系統相對論贊成“光子衰老”的觀點。實際上,在類星體輻射出的光子穿越太空到達地球的過程中,難免會穿越黑洞史瓦西半徑內的空間,導致光子中部分cn粒子的散解而發生衰變。從“光子衰變”原理看,都卜勒的紅移解釋和哈勃定律是不正確的,由此宇宙年齡的問題也就成了一個偽命題。
毫無疑問,強子不是基本粒子,那么電子、光子呢?一方面,康普頓效應表明,被散射光子的頻率f隨散射角θ改變;根據光子能量公式E=hf=nε,光子頻率變小,說明光子能量降低,即光子中所含能量子ε的數量n減少,意味著光子發生了衰變。另一方面,頻率和自旋量子數的存在事實,表明光子、電子存在著極性,而極性又預示著結構的存在。從普朗克能量子概念出發,似乎可以將所有粒子統一在一種終極的、唯一的“基本粒子”的麾下。
2011年,歐洲研究人員發現了中微子超光速現象,這一發現的意義在於,包括愛因斯坦相對論和量子論在內的現代物理大廈的一個基本假設--“光速恆定”是不成立的,它動搖了現代物理大廈的根基,如果中微子超光速現象被證實,我們幾百年構建起來的物理大廈將需要推倒重建。根據系統相對論,光速並不恆定,中微子超光速現象無疑是對系統相對論的一種證實。
是“哲學已死”還是需要“物理重建”,已到我們必須抉擇的時候了。
一元二態
自然界是物質的,物質是量子化的,物質具有流體態和剛體態兩種狀態,這兩種狀態的物質相互依存、相互作用和相互轉化。這就是系統相對論的 一元二態物質觀。
物質的幾個基本概念
在系統相對論中,許多概念沿用了現有的物理名詞,但這些直接搬來使用的物理名詞與現代物理學中的內涵並不完全相同。後文中所提及的這些名詞和概念,如未特別說明,均指系統相對論下的定義。
1. 能量子
系統相對論認為,一切物質都是由 能量子構成的,能量子是構成物質的最基本單元,這就是物質的“一元性”。每個能量子具有一份的能量e(這份能量體現在與其體積相關聯的運動狀態之中),它沒有質量,能量是物質的最根本屬性。
系統相對論中的能量子與普朗克的定義不同,普朗克定義的能量子是指光子中的能量量子(見2.3節),即構成光子的基本單元,它適用於光子;系統相對論中的能量子是指構成物質的基本單元,它適用於包括光子在內的一切物質。
2. 爽子 與空間
流體態(連續態)的能量子稱作 爽子(shuon)。自由態(靜態)的爽子是具有極大彈性模量的、無核的、內質均勻的近球體,它是能量子存在的基本形態,即物質的基態。
由爽子構成的物質是一種 流體態物質,稱作 爽子流體(一種 超流體)。爽子是構成爽子流體的基本單元,爽子流體中的爽子無縫隙地連線在一起,如同肺泡結構,見圖1-3。
爽子流體不可見且充滿整個空間,換言之,它是構成幾何空間的本體,絕對虛空的空間是不存在的。可見 空間是爽子流體的一個別稱,歷史上曾稱之為“以太”。設爽子的體積為V,則 空間能量密度ρ和 空間密度ρ可表示為:
ρ=e/V (1-1.1)
ρ=1/V (1-1.2)
系統相對論的空間與現代物理學的真空(即空間)概念不同。現代物理學認為,量子場系統的基態(能量最低的狀態)就是真空,它是量子場的一種特殊狀態 ;系統相對論認為,真空是物質的流體態(即連續態),它是物質的一般形態。由此可見二者的物理內涵是完全不同的。
二者的相同點是,都認為場與空間是相統一的。系統相對論認為,空間是對爽子流體幾何屬性的表述,場是對爽子流體動力學屬性的表述,它們本體都是爽子流體。空間與場如同一枚硬幣的正反面,是不可分割的。
3. cn 粒子與物體
剛體態(離散態)的能量子稱作 cn 粒子(cnon)。cn粒子是一個狀如手鐲的環狀剛體,它是能量子存在的特殊形態,即物質的激發態,見圖1-4。
由cn粒子構成的物質稱作 剛體態物質,簡稱 物體。物體是對包括cn粒子、光子、電子、質子、原子、分子以及一般物體、天體等的統稱,cn粒子是構成所有物體的最基本單元,也是最小的物體,又稱 宇宙之磚。
在粒子物理學中,標準模型定義了62種不可再分割的基本粒子,其中包括光子、中微子和反中微子、電子和正電子等等。然而光子和電子可以相互轉化的事實、以及康普頓效應展現出的光子能量可以改變的事實,是與所定義的基本粒子概念不相協調的。這些實驗事實充分表明,光子和電子都不是所謂的基本粒子。
系統相對論中的cn粒子與現代物理學中的基本粒子不同。cn粒子具有唯一性,與普朗克的能量子是等價的概念,它是構成標準模型所定義的62種基本粒子的最基本單元。cn粒子是真正的“ 宇宙之磚”。
爽子場
渦運動理論 認為,渦旋是一群繞公共中心旋轉的流體微團,它是渦量聚集的渦結構,稱作一個 渦量場。爽子流體形成的渦量場稱作 爽子場。
1. 渦管與渦環
在渦運動理論中,渦量場可以用渦線和渦管來描述。渦線是某一時刻渦量場中的一條條曲線,其上各點的渦量矢量 ω與之相切。渦線的方程是:
ω×δ r=0 (1-2)
其中δ r為位置矢量。如在渦量場中任取一條可收縮的回線(不是渦線),在其上每一點都引出一條渦線,這些渦線即組成 渦管。
渦管強度是用渦通量Ф來表示的,其中S是渦管的任意截曲面,n是該截曲面的法向單位矢量。根據斯托克斯定律,渦管強度可用其截曲面的周界上的速度環量Г來表示。
如上所述可知,渦量場是一個管式矢量場,也就是
▽· ω=0 (1-3)
其中 ▽為梯度張量。據此推得:渦管強度沿管長不變,Г=常數;渦線和渦管都不能在流體中終止。對渦量場進行空間積分,利用高斯定理,可得:
(1-4)
這稱為 總渦量守恆原理。這個結果反映了這樣一個事實:作為渦量場幾何描述的渦管,在三維空間中總是呈閉合的 渦環。
如果將渦管視作一個剛體,渦量就等價於相鄰渦管之間的相對運動速度v。如圖1-5所示,假設渦管的角運動ω和線運動v遵循左手定則(這是系統相對論的一個 公設),即用左手握住渦管,將拇指伸直,彎曲的四指沿角運動方向,拇指沿線運動方向。
一般,爽子場內部相鄰渦管的線運動方向都相同,故相鄰渦管之間的相對運動速度v可表示為:
v=2ωr (1-5)
可見,渦量可理解為流體微團繞其中心作剛性旋轉的角速度的兩倍。
2. 渦環的態函式
基於上述渦管的剛體模型,結合渦運動理論,可以擬合出渦環的角速度ω和線速度v與其曲率半徑R的關係:ω、v分別與R成反比。假設R與渦環截面半徑r成正比關係,可得ωr、vR均為常數,即:
r/R=k (1-6.1)
ω×r=k (1-6.2)
v×R=k (1-6.3)
其中k、k、k均為普適常數,它們的關係曲線如圖1-6所示。
將渦環隨其曲率半徑R變化的角運動和線運動狀態,統稱渦環的 態函式,用T(R)表示。則渦環的態函式T(R)可表示為:
T(R)={ωr,v} (1-7)
如圖1-6所示,當R較大時,ωr>v,轉動處於主導地位,這時的態稱為 轉態;當R較小時,ωr<v,線運動處於主導地位,這時的態稱為 線態。
3. 非線性薛丁格方程的孤立波解
爽子場是由無數渦環構成的渦旋場,在渦旋 自誘導運動的作用下,渦環中的爽子不斷變形運動。一方面渦環的空間尺度不斷減小,另一方面渦環中的爽子不斷被拉伸,渦環中形成多條細小的渦線,即一個渦環分解為多個更小的 子渦環。如圖1-7所示。
每個子渦環所含爽子的數量較原渦環減少。同理,在子渦環自誘導運動的作用下,子渦環進一步分解為所含爽子更少的子渦環,最終形成由一個爽子構成的圓形渦環。由於爽子不可分割,這個單爽子渦環不再進一步分解。可見,爽子場的自誘導運動並非是無限地進行下去,它終止於單爽子渦環的產生。渦運動理論中所謂渦量場的奇異性是不存在的。
從圖1-7容易看到,如同泡泡機連續吹出的泡泡一樣,在爽子流體漩渦中心的末端,能夠不斷生成剛體態的單爽子渦環,並向外散播。
單爽子渦環就是爽子場的 非線性薛丁格方程的孤立波解,它以等速度沿其軸線方向運動而不改變其外形。這是可以從Biot-Savart公式得到封閉解析解的一個典型實例。
上述過程稱作爽子的 躍變。單爽子渦環作剛體式運動,角速度ω、線速度v和體積V均為恆定值。爽子躍變成的剛體式渦環稱作 cn 粒子。
4. 爽子躍變存在的證據
爽子躍變的理論依據由非線性薛丁格方程提供,現實中是否可以找到爽子躍變存在的證據呢?由於技術上的限制,我們尚無法觀測到費米級粒子的結構,而爽子躍變成的cn粒子比費米級粒子還要小得多。可見,爽子躍變的直接證據我們是無法找到的。那么間接證據呢?
根據系統相對論的原子核長毛原理,可知原子核表面存在爽子的躍變,這可以從原子譜線、白熾燈發光、摩擦生熱等中獲得間接證據。
cn場
為了避免奇異性問題,渦運動理論中引入了 渦核的概念。實際上,單爽子渦環就是線渦模型中的渦核,它是爽子場自誘導運動產生的一個 子渦的渦核。這個渦核在上文中已經定義為cn粒子,相應的這個子渦我們稱作cn粒子的渦量場,簡稱 cn 場。
1. cn 場的結構
cn場的流線和立體結構見圖1-8,由爽子構成的渦環從cn粒子的一個端面旋進、另一端面旋出,渦環旋進的一端稱作 陰極,渦環旋出的一端稱作 陽極。陰極和陽極對應於電磁理論中的磁南極和磁北極,故分別用S和N表示。可見,cn粒子就是一個理想的微小磁體。
在1.2.1節所討論的能量子的一份能量e,是通過cn粒子的渦通量Φ體現出來的(見3.1節)。換言之,流體態能量子的能量是隱性的,我們無法探測;剛體態能量子的能量才是顯性的,我們可以探測。
cn場的場極呈對稱分布,這樣的場稱作 極性場。與之相對,由若干個N極和S極的子極構成、且不同極性的子極呈相間均勻分布(參見圖2-6和圖3-3),這樣的場稱作 中性場。
2. cn 場的應力張量
爽子流體是 應力張量σ為各向同性的流體,即:σ=-рδ 。其中δ是Kronecker Delta,р是標量,稱為壓強(俗稱壓力) 。換言之,cn場中某點在任意方向上的應力張量σ可表示為:
σ=-р (1-8)
用空間密度ρ代替氣體質量密度,爽子流體等價於恆溫理想氣體。根據理想氣體狀態方程,cn場中某點的 應力強度р可表示為:
р=kρ (1-9)
其中k為爽子流體的應力係數。可見應力強度р與空間密度ρ呈正比關係,由於空間密度ρ恆大於0,於是有:
р>0 (1-10)
可見,物質世界是一個嚴格的 正壓系統。
本質上講,爽子場的應力強度p源於相鄰渦管之間的相對運動,與相鄰渦管之間的相對運動速度v的平方成正比(這可以從第4章中導出),即:
р=k v (1-11)
其中k為v與р之間的轉換係數。
3. cn 粒子與其場的關係
cn粒子受到其渦量場產生的應力作用,也正是這個應力確保了cn粒子的結構與體積。這個應力作用是相互的,即cn粒子與其渦量場是相互作用的。換言之,流體態物質和剛體態物質是相互作用和相互依存的。cn場又稱cn粒子的 伴生場。
本質上講,cn粒子是場的自誘導運動產生的一個單爽子渦環。換言之,爽子流體的渦運動產生了cn粒子,它是爽子的一個特殊形態;cn粒子自身的渦運動又誘導了它的渦量場。因此,cn粒子與其渦量場是一個同生共存的 自耦系統。
由此推得:空間(場)和物體是相互依存、不可分割的。
cn粒子的凝聚
在上一節中我們談到cn粒子是一個理想的微小磁體,那么如同磁體之間可以相互吸引在一起一樣,cn粒子也可以吸聚在一起形成更大的粒子。
渦管耦合原理
不考慮外界影響,當兩個cn粒子相距無限遠時,通常認為它們的場彼此獨立、互不影響;當它們之間為有限距離時,它們外側的渦環就會發生相互接觸。
如圖1-9所示,軸線重合的兩cn粒子極性方向一致,即異極相對。從圖1-5和圖1-8可知,兩cn粒子的渦環在接觸面上角運動方向一致、線運動方向相反,因此兩渦環之間的相對運動速度v是線速度v的兩倍,即:v=2v 。
從圖1-6可以看出,當cn粒子相距較遠時,它們相接觸渦環的態函式T(R)均為轉態,即:ωr>v 。根據公式(1-11),兩渦環接觸面上的應力強度p'(對應的v=2v)較接觸前的p(對應的v=2ωr)減小,即:p'<p 。在它們各自內側應力p的作用下,兩渦環開始相互融合,如圖1-9所示。
兩渦環融合的過程中,融合點上側的兩渦管彼此誘導(下側亦如此),在兩渦環之間產生物質流,如圖1-9b所示;在融合區域,在外界應力和內部自誘導運動的共同作用下,原渦環內的物質流分量不斷減小,兩渦環之間的物質流分量不斷增大,最終原渦環內的物質流分量全部被兩渦環之間的物質流所取代,這時融合區域從中間位置橫向斷開;於是,原來兩個獨立的渦環,耦合成一個較大的渦環,稱之為 耦合渦環。
cn粒子的凝聚原理
如上所述,耦合渦環是以兩cn粒子為渦核的渦量場,耦合渦環的應力作用表現為兩cn粒子之間彼此牽引的作用力(與應力強度p成正比),稱作 耦合力,用 F表示。耦合力 F可表示為:
F=∫p×ds (1-12)
其中s為耦合面,如圖1-10所示。
在渦環的耦合力作用下,兩cn粒子不斷相互靠近,形成更多耦合渦環。當兩粒子之間相鄰渦環的轉速ωr與線速v相等時,即ωr=v,這時兩渦環內外兩側的應力強度p和p'相等,即:p=p'。這時,渦管不再耦合,F達到最大值F,兩粒子間隙d=R,見圖1-10a。
在耦合力F的作用下,兩cn粒子的間距繼續減小。一方面,耦合面逐漸減小,耦合力F開始減小;與此同時,相接觸的兩粒子渦環之間相互擠壓形變,形成由點到面的一個剪下面s,於是開始產生彼此排斥的應力作用,稱作 剪下力,用 F表示。如圖1-10所示。剪下力 F可表示為:
F=∫-p×ds (1-13)
隨著粒子間距的繼續減小,F不斷減小、F的大小隨剪下面s及應力強度p'的增大而不斷增大。當F與F大小相等時,即: F= -F 。這時,cn粒子停止進一步相互靠近,兩粒子間隙d=r,它們之間達到一種平衡狀態,見圖1-10b。這個過程稱作 cn 粒子的凝聚。
如1.2節所述,cn粒子是“宇宙之磚”。正是cn粒子這一凝聚(耦合)特性,才逐級構成了包括我們自身在內的五彩繽紛的世界。
凝聚力的複合力性質
當兩cn粒子凝聚成一個新粒子時,cn粒子之間的結合力稱作 凝聚力。處於凝聚狀態的兩cn粒子,各自受到對方的耦合力 F和剪下力 F大小相等、方向相反,即它們之間的凝聚力 F為零。這時cn粒子的受力狀態(引力為正)可表示為:
F= F+ F=0 (1-14)
如圖1-11所示,當處於平衡狀態的兩cn粒子距離減小時,如1.3.2節所述,這時|F|增大、F減小,即: F= F+ F<0 。這時,兩cn粒子受到彼此的斥力作用而相互遠離;反之,當處於平衡狀態的兩cn粒子距離增大時,|F|減小、F增大,即: F= F+ F>0 。這時,兩cn粒子受到彼此的引力作用而相互靠近。這就是凝聚力的 複合力性質。
凝聚力的複合力性質是普遍存在的。在微觀環境中,分子中原子之間的作用平衡、原子核中核子之間的作用平衡等等,都是凝聚力的複合力性質的表現。值得一提的是,在夸克模型理論中提出的漸進自由、禁閉等概念,都是凝聚力的複合力性質的體現。
實際上,包括所謂四種基本作用力在內的各種相互作用,都是描述由cn粒子逐級構成的各種粒子或物體的場之間的相互作用,這種相互作用歸根結底都源於cn場的應力。因此,自然界中所有作用力都可歸結為場之間的耦合力與剪下力的合力。
可見,物體或粒子之間的相互作用都具有複合力性質。由於爽子場的內部應力源於爽子流體的渦運動,因此爽子流體的渦運動才是萬力之源。
cn粒子的湮滅與反粒子
量子場論認為,當兩個被加速了的正反粒子相碰撞時,將發生湮滅反應,即它們湮滅成為虛光子,虛光子又根據能量和動量守恆定律等轉變為其它粒子。簡言之,正反粒子相碰撞轉變為其它粒子。顯然,這種湮滅實際上是不同粒子之間的轉化,而且轉化前後的粒子都可以是所謂的“基本粒子”。可見,所謂的“基本粒子”並不基本,所謂“湮滅”並沒有湮滅。
對反粒子與反物質的考查
根據現代物理學對反物質的描述,反物質和正物質相遇會發生湮滅而釋放出巨大的能量,我們自然產生兩個疑問:
一是,正物質中應不存在反物質。如果在正物質中存在反物質,它就會與正物質相互湮滅,那么,人們又是如何從正物質中提取出反物質來的呢?如果說反粒子來自宇宙射線,這些反粒子的宇宙射線在漫長的太空旅途中,不可避免地會與許多在太空中旅行的其它粒子相撞,這些反粒子還能順利到達地球的可能解釋只能是外太空都是反物質的,那么,我們的地球、太陽系又何以能長期存在而沒有被反物質湮滅掉呢?
二是,反物質的消失應是與正物質的湮滅導致,我們抓住的所謂“反物質”湮滅時,所釋放的能量怎能會沒有任何效應顯現出來呢?
可見,所謂反物質和反粒子的概念值得商榷。
cn粒子的湮滅原理
相向運動的兩個cn粒子,如果它們的自轉(cn粒子環的轉動)相反,即同極性相對,如圖1-12所示。這時,兩cn粒子之間因渦管無法耦合,故不存在耦合力 F,即 F≡0;它們之間只存在剪下力 F,即 F<0。兩cn粒子之間的作用力 F為: F= F+ F<0 。故而兩cn粒子相互排斥。在這種情況下,只有藉助外力克服兩cn粒子之間的斥力,兩粒子才能相互靠近。
如上所述,當兩cn粒子表面直接相互接觸時,一方面,cn粒子的渦環被相互阻斷,cn場消失,失去了場的應力保護作用,cn粒子的體積急劇膨脹。於是,剛體式的單爽子渦環恢復為一個彈性的球--cn粒子湮滅而反躍變為爽子。
對於兩個cn粒子構成的凝聚體,如果通過外力讓兩cn粒子的表面直接相互接觸時,同樣cn粒子湮滅而反躍變為爽子。這可以作為平衡間隙r(見圖1-10)的存在證據。顯然,粒子湮滅不只是發生在所謂的正反粒子之間,同種粒子亦可以發生。沿著這個思路,可以讓我們撥開“反粒子”和“反物質”的神秘面紗。
值得一提的是,與現代物理學中定義的湮滅概念不同,這裡所說湮滅是剛體態物質轉化為流體態物質,是物質在不同形態之間的轉化。需要強調的是,這裡物質並沒有消失,也不存在所謂的“虛粒子”,物質是守恆的。這就是系統相對論的 物質不滅原理,又稱作 能量守恆原理。
尋找cn粒子湮滅的證據
如上所述,實現cn粒子湮滅的關鍵是克服cn粒子之間的斥力,容易想到的辦法就是利用粒子對撞機。從第2章可知,電子和質子都是由cn粒子構成的,如果將cn粒子視為一個小磁體,那么電子和質子就是若干小磁體的堆積體。兩個質子對撞產生的各種粒子就是這兩堆小磁體的一種重新分組,而在這一過程中cn粒子始終是完好無損的。顯然,目前我們還不具備抓取和加速cn粒子的技術,可見利用粒子對撞機無法找到cn粒子湮滅的證據。
另一個思路是,如果能夠建立一個消除cn粒子之間斥力的環境,那么cn粒子的湮滅就變得容易實現。根據系統相對論,這是一個極高壓力的環境,顯然現有的技術也無法實現。
然而,從黑洞大爆炸中,可以找到cn粒子湮滅的證據,詳見9.4節。黑洞是一個梭狀的超核,其內部壓力極高,其中的cn粒子間距r'較質子中的r要小得多。隨著黑洞內部壓力的緩慢增大,最終因cn粒子間距為零而發生湮滅,進而連鎖反應,導致黑洞大爆炸。可見,黑洞大爆炸可以作為cn粒子湮滅的證據。
接觸的相對性
如上所述可知,兩cn粒子之間不存在穩定的真正接觸狀態。推而廣之,物體之間不存在物理意義上的真正接觸狀態。從1.3節可知,cn粒子凝聚體的兩cn粒子之間存在一個平衡間隙r,即 接觸間隙。換言之,cn粒子之間的接觸(凝聚)是相對接觸的概念;推而廣之,所有物體之間的碰撞、接觸都是物理意義上的 相對接觸。
由此可以得出結論:不論物體處於何種運動狀態,物體之間總是存在一個接觸間隙,接觸間隙的大小取決於它們的臨界場(見下一章)和相互作用強度。因此,現實中一切物體之間的接觸都是相對的。