能及单能理论量子物理学对统一场理论的模型研究.doc

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1、能及单能理论 （试用2014-8-1）量子物理学对统一场理论的模型研究 2014论文部分 西安高级中学 理论假说提出：郝迪 目 录1. 对超弦理论的支持和提出改进建议2. 提出粒子趋合论的理论假说3. 单能模型的概述4. 用单能模型解释场及场强5. 能的作用及其统一场的方法6. 单能模型的不足之处7. 对完成统一场理论的愿望 一 对超弦理论的支持和提出改进建议 弦理论是一门理论物理学上的学说。理论里的物理模型认为组成所有物质的最基本单位是一小段“能量弦线”，大至星际银河，小至电子，质子，夸克一类的基本粒子都是由这占有二维时空的“能量线”所组成。弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。弦论

2、中的弦尺度非常小，但操控它们性质的基本原理预言，存在着几种尺度较大的薄膜状物体，后者被简称为“膜”。直观的说，我们所处的宇宙空间可能是9+1维时空中的D3膜。弦论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论。在弦理论中，基本对象不是占据空间单独一点的基本粒子，而是一维的弦。这些弦可以有端点，或者他们可以自己连接成一个闭合圈环。正如小提琴上的弦，弦理论中支持一定的振荡模式，或者共振频率，其波长准确地配合。弦理论会吸引这么多注意，大部分的原因是因为它很有可能会成为终极理论。目前，描述微观世界的量子力学与描述宏观引力的广义相对论在根本上有冲突，广义相对论的平滑时空与微观下时空剧烈的

3、量子涨落相矛盾，这意味着二者不可能都正确，它们不能完整地描述世界。而除了引力之外，量子力学很自然的成功描述了其他三种基本作用力：电磁力、强力和弱力。弦理论也可能是量子引力的解决方案之一。超弦理论还包含了组成物质的基本粒子之一的费米子。至于弦理论能不能成功的解释基于目前物理界已知的所有作用力和物质所组成的宇宙以及应用到“黑洞”、“宇宙大爆炸”等需要同时用到量子力学与广义相对论的极端情况，这还是未知数。但是很遗憾，我们至今无法通过实验的方法证明“弦”的正确性。粒子的属性及其特征是否是“弦”状物我们无法可知。我想，一方面我们应该朝着弦理论的模型进步，另一方面还是应该从物理学界长期坚持的说法即粒子点状

4、物的这一模型下手。著名的理论物理学家杨振宁对于超弦理论是不以为然的。就现有的理论而言（比如标准模型，预言62种粒子，还有一种粒子没有被发现），现有的条件下用实验证实已经很难，更进一步的理论，还没有到出现的历史关头。杨振宁认为：就科学的规范而言，超弦理论还不如地心说。今天，我们认为地心说是不正确的，但是地心说完全是依据科学的范式提出来的，也能解释许多现象。而弦理论，为了统一四种力，弦理论不得不引入十一维究空间，其合理性还不如地心说。 即使超弦理论真的正确，那么为了发现这种“超弦”，恐怕把整个地球都做成一个对撞机都不够。因此在可预见的未来，我们无法证明超弦理论的正确性，也无法证明超弦理论的错误性。

5、人类对于自然研究的路程是艰辛的，藏在微粒中的秘密被揭开必然要通过几代人的共同努力。我们应该多作出理论假设和粒子的基本模型，在失败中寻求经验。不能守着超弦理论去研究四大力和统一场，否则这样的物理研究是没有意义、毫无进步的表现。 二 提出粒子趋合论的理论假说 各场之间的本质统一起来，是大统一场理论的目标。在这里我们不妨提出一种新猜想：基本粒子趋合论。 暂坚持保守粒子模型，即视粒子为点状物。我们要建立“物质基本粒子”（简称基粒）的模型概念。137亿年前由质点爆炸产生的当今宇宙，万物之间最根本的联系，即最基本、最根源的东西是“基本粒子”。 基本粒子： 宇宙大爆炸时期，爆炸点（宇宙诞生点）是一个质量无穷

6、大，体积无穷小的高温、高能质点。这个质点是由不计其数的“基本粒子”组成，这些粒子在质点中由于能量的动荡而在不断振动。这种振动来自基本粒子间的相互作用。这种相互作用是由于质点内高温高压的结果。基本粒子之间相互接触紧靠，长时间保持这种较大的相互作用，而且这种物理属性永恒存在。当质点内部能量动荡剧烈到最大时刻，质点的内能释放，即质点爆炸，从而导致质点内所有物质都被炸开。组成质点的核心物质“基本粒子”之间的作用被这种爆炸产生的扩张趋势所破坏，不计其数的粒子之间被分开，并向外部空间扩张。宇宙爆炸后，其内部的高温被迫释放，各方面对粒子的压强减弱。随着能量的释放，但内部组成物基本粒子之间的相互作用依然存在。

7、但是由于扩张趋势（爆炸后质点内所有物质被扩张于新空间）大于这种相互作用，各基粒之间的距离增大。当然，这里要补充的是，粒子并不是一粒一粒单独的扩张（存在这种情况），而可能是几个或者几十个、几百个基粒作为一个整体（粒子团）向外部空间释放。前面说到基本粒子具有的特定物理属性，在各粒子或粒子团向外部空间扩散的过程中，基本粒子为了保持这种物理属性，在扩散的同时具有粒子间趋合的趋势。这种趋势称为还原趋势。还原趋势其实就是基本粒子之间迫切想还原回未爆炸前的相互接触紧靠的状态，所表现出来的效果有两种：1. 粒子团或粒子之间具有这种还原趋势而试图靠近接触，形成较大的粒子团，这些粒子团在靠近接触的同时还在由于爆炸

8、产生的扩张而向外部空间扩散。这样，多个靠的近的粒子团或粒子之间不受距离的限制而会由于还原趋势而结合在一起，形成更大的粒子团，从而会组成新的物质。这种基本粒子再结合组成新物质的过程称为：基本粒子近距离合并。2. 如果基本粒子团之间受到距离的限制（能具有近距离合并的粒子团之间距离有一个最大限度。这里指出的限制就是粒子团之间的距离超过了这个最大限度），那么粒子之间无法相对运动而结合。但由于他们之间仍然具有还原趋势（还原趋势的这一属性是就所有基本粒子而言的，这种属性对于今后宇宙的形成、引力的诞生有着不可磨灭的关系），虽然不能结合起来组成新的粒子团，但由于还原趋势的原因和距离超过的限制，粒子团之间产生了

9、一种不同于两粒子紧靠在一起的新的相互作用。这种作用保持受到距离影响的两粒子之间有距离的相互作用，一般会形成类似于“双星”之间的运动。那么我们可以说，两粒子或粒子团之间在1和2的情况下之间产生了“引力”，但此时加上双引号的这个引力并不同于万有引力。那么万有引力到底来自于什么呢？对于多年来对四大力的统一，并没有一个准确的说法，但是猜想和假说确实是很多的。在这里，我们也许可以用粒子趋合理论去阐明万有引力和对四大力的统一。在这里，我比较肯定超距力的存在，并对超距力作出解释，而这种解释就是认为这种物质之间不接触就能作用的超距力其实就是由于基本粒子趋合所致。粒子趋合理论的定义：爆炸后脱离原点并向外部空间扩

10、散的基本粒子，由于保持爆炸前基本粒子间相互紧靠并相互作用的基本属性而具有一种与其他基本粒子间存在的合并趋势。由于基本粒子之间迫切还原爆炸前的这一属性，故称这种过程为基本粒子还原趋合。简称粒子趋合。那么其实对于天体来讲，之间产生引力其实来自于这种基本粒子之间的还原趋合属性。我们知道，由于不再有向内的聚合力而保证粒子随着能量的释放而向远处扩张，能量则从无穷大向“0”接近。这段接近的时间也正是当今宇宙存在的时间。在未爆炸前，由于能量局限在质点内部，有助于基本粒子间的相互作用。也得以使基本粒子之间永恒保持了这种特殊的物理属性不变。就算有外部的扩张打破了这种作用使得基本粒子间被分开，但是由于保持这种物理

11、属性不变,各基粒之间都具有着迫切还原紧靠状态的趋势。距离近的基粒团或基粒可以由于这种还原趋势而结合成一个新的、较大的基粒团。而距离远的基本粒子团之间由于存在距离间的干扰（最大限度），既使有还原趋势的存在，它们之间也无法相对运动到一起。（若没有外部环境对基本粒子团的影响，在此种情况下粒子间的距离不会改变）最大限度的解释：由于爆炸产生的扩张，假设两个粒子现被扩散开。由于扩散趋势大，两粒子之间的距离会分开。但是由于还原趋势的存在，他们之间又会有靠近的趋势运动。如果有一时刻（爆炸初期内），两个粒子之间的距离小于值时，恰好还原趋势可以摆脱扩张趋势，那么就会有近距离合并的形式。大爆炸所产生使得基本粒子运动

12、最大加速度的时候只有短暂的初期，时间很短。也就是说随着基本粒子向外扩张的同时，扩张的速度减小，加速度减小，扩张趋势减小。在这个短暂的初期内，有一部分基本粒子由于近距离合并而相对运动结合。另一部分基本粒子则未摆脱向外的扩张趋势，使得两粒子间的距离变得越来越大。但最终度过最大加速度期后，扩张趋势变得很缓慢，扩张加速度很小。此时，这些基本粒子间距离在很小的扩张力和超距离之间的运动（趋合力）共同作用下保持基本不变。我们把这个距离标记为，且与没有本质上的联系。如果有一时刻（爆炸初期内），两个粒子之间的距离等于值时，在这种状态下基本粒子相对保持静止。如果有一时刻（爆炸初期内），两个粒子之间的距离大于值时，

13、此时就回到了上文所提到的后期的情况，最终距离由一开始的变成。在这里要补充说明：对距离超过为何就会影响基本粒子间的趋合运动作出解释。此时，超距过大，粒子相对运动迟缓。起初加速度小于扩张加速度，则未能摆脱扩张加速度的影响。正是因为由于基本粒子之间的这种特性的存在，我们当今的宇宙物质得以形成。也是夸克或原子（中子和质子组成）的形成原因。基本粒子之间的相互结合，是原本单体的体积变大。在这种近距离基本粒子的结合运动中，基本粒子本身也会增大其表面积。基本粒子其本身表面积增大的原因：在粒子之间的相互结合形成大物质的过程中，需要捕获从质点向外部释放的能量（可能存在温度），由于宇宙不断地向外部空间扩张，向外释放

14、的能量也在递减。基本粒子在两两运动的结合中需要能量的辅助，为了在能量的缓慢地减中获取较多的能量，各基本粒子增大其表面积。即增大体积，但质量不会改变。在基本粒子自身扩大体积、多方面结合的作用下，逐步形成一些简单的“粒子”，如夸克、电子、中子、质子等等。这些粒子形成的结合方式都遵循还原趋势。下文所讲的是中子的合成、质子的合成和原子的形成，类似于万有引力的现象使得电子可以绕原子核高速运转。原子核可以解释为两个或者多个（只包含两种性质）的基本粒子大团组成，组成方式是近距离合并。我们把距离中子、质子合成团较远的含基本粒子少的合成物成为电子，那么我们设想，此时中、质子合成团有很多个基本粒子组成，叠加的合并

15、趋势很大，但是电子的基本粒子合成团所含的基本粒子很少，且电子与原子核距离较远，此时超距力出现。由于距离的影响，现在我们只可以把这种趋合看作是一种强相互作用力，即基础引力。这种引力是天体间引力的基础。那么不难看出由原子构成的万物（宏观下）之间的万有引力，可以统一的解释为：组成万物的基本粒子间的趋合运动，也称还原趋势。天体间引力的原因：宇宙爆炸产生的能量将无穷多粒子扩散出外部空间，粒子间由于这种无规律运动导致之间的距离各不相同。有靠的十份近的，也有离得十分远的。靠的近的无穷多粒子团在扩大体积、相互结合的多重作用下组成夸克、质子、中子、原子、分子直至合成天体及万物。拿地球和月球来举例子：地球与月球之

16、间的距离很大，是距离的无穷倍。但组成地球和月球的基本粒子的数量极多，产生的叠加趋合很大。由于两天体产生趋合与两天体各自所含的基本粒子数量都有关系，最终两天体的基本粒子数量以及之间的距离就能产生关系，也就是符合Gm1m2/r2。所以两天体由于万有引力而以双星运动。以上理论均适用于：1.F=Gm1m2/r2（万有引力定律）2.F=kq1q2/r2（库仑定律）3.强相互作用力根据我们提出来的理论，对于两个具有趋合的粒子来讲，设各自所具有的基本粒子数与两者之间的距离比例分别为1、2，暂且将基本粒子含量的多少以质量大小代表，则两比例的乘积为m1m2/r2。符合现推导出来的万有引力定律公式。 三 单能模型

17、的概述我们要用粒子趋合理论对场作出解释，我们承认场的存在，但对于场的进一步理解，我们则认为场是“能”在粒子运动中的强度递变。以下做出粒子微观运动的解释： 我们用原子来分析“能”的作用。作为一个显电中性的整体，电子和原子核因“能”的稳定存在而相对稳定。电子由于趋合而受作用力绕原子核高速运转。我们先对“单能”作出概念假说：“单能”并不是广泛存在于宇宙环境中的，而是存在于物质内部及周围（由大爆炸产生）、大小未知、三维以上状态的具有张性的体膜状物。在真空状态下，若无“波”的影响及温度、射线影响下是没有“单能”存在的，且称这种环境为零环境。有人肯定会用卡西米尔力的存在来反驳此观点，其实卡西米尔力在零环境

18、下是有的，但并不是由于零环境而具有的。同样，卡西米尔力也是由于“能”的作用产生的，这也是在测量卡西米尔力的实验中，为何要求两个金属板之间的距离要很近的原因（两板内侧的能在作用）。“单能”是能量的产物。经过多方面的猜测和考虑，我们认为它是能量、高温高压、辐射以及少量受高压作用后的基本粒子构成的实际物质。它可以为其它基本粒子的趋合作用提供动能。“单能”的具体构成过程：（以下的假说建立在单能是三维状态下的，真实的单能可能会以高速旋转或运动的形式以多维的状态表现，处于三维状态的空间无法与其联系。即我们无法在三维状态观测到单能）受高压作用后的基本粒子被排成一列（在这个过程中还受到粒子趋合的影响，其中大部

19、分原因来自高压结果），且受作用后的基本粒子被压成二维状态(平面状态)。压成二维状态后的基本粒子自动卷起来（三维状态），外形类似于开口子的馒头。我们把开口的空间成为“前单能室”。（一般不存在量子化的概念）空间中的高温与能量进入到“前单能室”中，并将变形后的基本粒子列在未开口的一侧同时拉长（长度不限），则单能膜构成。以上构成的物质就是单能。以上所说的单能是所有物质之间存在的“能”的基本单位，由“单能”组成的“能”均匀地充斥在原子周围，使得原子本身表现稳定。当带负电荷的电子受外力影响而脱离原子核时，此时负电荷开始运动。“单能”则从远及近、从原来的均匀分布变向负电荷积聚提供给负电荷在运动过程中的热（“

20、单能”表面的单能膜张力越大，所提供的能量和温度会越剧烈）。我们要注意的一点是，在此模型中，提供给微粒热的物质是“能”，我们初步可以把单能表面的膜张力作为微粒的动能基础。也就是说，若拿原子举例，原子周围充斥着饱和的“能”以使得原子核及电子之间的运动状态稳定。在电子受到外力的影响作用时运动，“能”就为微粒的运动提供热，此时物体的内能发生改变。用实例来说明“能”模型的作用。我们用铁棍用力敲打石灰岩，铁棍周围会有火花形成。在两物体以较大的作用力接触或碰撞时，会改变铁原子（一般金属原子的能易改变）的结构和形态，从而改变单能的稳定性。单能受到原子内部的影响时，当单能本身的张力变化过于剧烈时，单能膜就会破裂

21、，叠加上前单能室的释放和温度、能量以及辐射以等离子的形态出现在三维空间，也就是热的表现。摩擦生热的围微观原因，用能及单能来论述也是行的通的：两物体间用力摩擦并且沿相反方向做功一段时间时，两物体原子之间的能会受到强作用而改变单能膜的张力，从而释放热。在以下的理论分析中，我们都是以单能的作用效果来解释场及场强高低的原因。 四 用单能模型解释场及场强通过上文的叙述我们知道，“单能”表面的单能膜张力越大，所提供的能量和温度会越剧烈。我们要进一步用电场的问题来说明单能模型的作用与适用性。在电场中正、负电荷之间（异种电荷）互相吸引，同种电荷相排斥。那么表现出来的现象就是靠近负电荷的“能”张力大且数量多。获

22、得足够的“能”后，负电荷不再需要多余的“能”产生运动热，则会保持这样一种状态：离负电荷近的“能”之间张力很大、离其远的“能”之间能的数量递减且张力减弱，直至达到稳定状态下的“能”的张力大小。我们又把“能”产生的张力强弱方向成为“能聚势”，则此时，根据“能”张力的强弱以及分布的多少判断此时“能聚势”方向指向负电荷。相反，原子因脱去电子而显正电，在电子运动获能的过程中，原子核周围的一部分“能”也会靠近电子去提供动能，但造成的结果只是远离正电荷周围的少部分能的分布松散且张力向电子，但并不影响正电荷周围的“能”在向外具有张力的同时张力变大（比稳定时的大），分布也会变多。此时显然正电荷的“能聚势”是向外

23、的，也就是说此时所有单能膜的表面张力都是由正电荷指向负电荷。而在只有正电荷存在的情况下，正电荷周围的单能张力方向指向无限远处，且单能数量递减。在只有负电荷存在的情况下，情况相反。对于场强：这样解释就比较简单了。由于单能的数量靠近电荷多，远离电荷少，所以靠近电荷的膜张力大，张力沿着向外的空间递减直至没有。场强的问题其实就是张力大小的问题，表现出来的电场强度高的地方膜张力大，低的地方膜张力小。对于同种电荷相吸引，异种电荷相排斥的解释：如果用箭头来表示“能聚势”的方向，对于两种“能”是箭尾对箭尾或者是箭头对箭头的性质情况，“能”之间是无法重合的，也就是说只有能聚势不同的“能”才能相互无阻力重合。否则

24、，不同性质的两种能无法重合（重合是为了达到原来的原子的稳定），会导致两种电性相同的电荷遭到排斥。 五 能的作用及其统一场的方法对于用能来解释或者是统一场也许还欠功夫，但是假说还是可以提出来的。总之要想统一场，目前所有假说是不能用一个模型或者是一种论点去解释。所以在这里，我们要类似的用两种情况来分类讨论，以下便是假说观点：1. 如果用来解释万有引力，我们就采用论文二的“粒子趋合论”的观点，这种观点适合于引力的作用和反引力的作用。2. 如果是解释点、磁场、库仑力的作用时，我们就采用论文三的“能及单能理论”。综上所述，统一场需要多种形式的方法和模型概念去解释。我们不能在研究统一场时，迫切想向用一种万

25、能公式或者是万能模型去把四大力牢牢地控制住。或许应该从一步一步踏实的论证中走下去。 六 单能模型的不足之处当然，单能模型也不是万能的。比起超弦理论来讲还欠很多专业理论和实验的支撑。我在通过多名专家、老师、业余同行的帮助下归纳出了能及单能理论的不足之处和缺陷：1. 单能这种量子化的物质为何会处于三维或三维以上的状态？2. 单能的真实状态及形状是怎样的？3. 以等离子态出现的火以及热一定是单能破裂而致？4. 场的存在不一定和“能”有关系。5. 未指出强相互作用力的解释用“能及单能理论”如何进行。6. 该理论欠缺数学方法的论证，说服力较低。 以上六个提问和反驳是对该理论不足之处或者是在论文解释中存在

26、笼统概括的地方的疑问，也是该理论发展的局限处。这些问题是当前此理论要进一步修改和解释的关键，然而这需要长期的知识储备和各个学科领域的多方面合作，这是一个很长且很艰辛的过程。 七 对完成统一场理论的愿望半个世纪以来，物理科学发展的道路上留下了许多物理学家探索大统一理论的足迹。但是迄今为止，实际上当今世界上的人们向这方面的任何发展都遇到了阻力，谁也尚未能取得统一场论（大统一理论）的真正成功。对此，有的人甚至说，就是归并成功了，达到了人们所期待的单一化了，也无人能断言，它将成为包罗万象和综合性的科学思想兴趣的第一个现象。然而，现在真正成为问题的是我们这里的一个十分逆反的观点：所谓大统一理论，首先反映

27、的只是人们有关物理学方面的一个思想意向和主观愿望；至于真正的大统一理论内容究竟是什么或怎么样，到目前为止可能谁也不知道。而且我们还认为这是目前一个关于大统一理论问题的最基本的思想认识；离开了这个最基本的思想认识，一切大统一理论的基本认识都将是脱离实际的。因此前面介绍的那些人们关于统一场论的探索，可能只是人们在跟着感觉走，而事情的一个本来面目，则还远未被人们所了解。比如，一个极其严重的问题可能是，统一场理论或大统一理论，不一定就是强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用这四种自然力在现行物理学基础上的机械统一；一个把全部物理学都汇合在一个大综合体里的大统一理论，也不一定是应用数学方法（包括重整化方法）把现成物理学知识做统一性的机械组合，等等。总之，我们估计，人们曾经的统一场理论研究，完全有可能在问题研究的对象、方法、立场和角度的出发点地方，一开始就弄错了。而如果我们要达到大统一理论的研究成功，那就可能首先要探索一条与客观事实相适应的物理学发展新道路。大统一理论并非完全荒唐可笑的梦想，因为在统一物理学家对物质世界的描述方面已经取得了相当成就，超弦模型、M-理论的正确性正在不断地引领统一场的步伐。终究会有一天，人类会实现对统一场的梦想。 2014-8-1 审核试用