新物理－模型完整版.pdf

新物理新物理－换个视角看世界－换个视角看世界李常春目 录新物理的核心－－空间模型..............................................................................................................2 新物理之新－－实物粒子的存在状态..............................................................................................3 新物理之新－－理解相互作用..........................................................................................................4 新物理之新－－能量和质量..............................................................................................................6 理解世界的新视角..............................................................................................................................7新物理的核心－－空间模型空间到底是什么？广义相对论认为空间能够弯曲；量子理论认为 空间不空，充满量子涨落；弦论认为弦是空间的一维裂缝，并且弦能 拉长，也会断裂。

可见空间模型对新物理至关重要，上述理论也提供 了一种空间模型的可选项－－空间有结构，试想，如无结构，如何弯 曲、存在裂缝，量子涨落从何而来？下面直接给出空间模型的定性描 述：1、空间有结构，其最小单元可称为“空间元”；2、空间元无结构，空间元相对其相邻的空间元可以振动；3、空间元的振动可以在相邻的空间元之间传递4、空间元除振动外，不存在其它运动形式以上称为“空间元”模型新物理之新－－实物粒子的存在状态在空间元模型下，实物粒子是空间元振动形成的驻波结构，可以 想象，实物粒子的驻波结构极其复杂，其关键点如下：1、实物粒子是若干相邻空间元振动形成的驻波结构；2、驻波结构的特殊性在于可向结构外传递振动，也可接受结构 外传来的振动，驻波结构能够保持不被破坏，这是实物粒子稳定存在 的基础；3、如光子类的实物粒子，是特殊驻波结构（电荷）激发的空间 元集体振动，其结构是较为简单的驻波结构，表现为在特定维度不能 维持驻波，因此处于始终运动状态，在不与其它实物粒子发生作用的 情况下，其运动速度仅与空间元传递振动的速度有关新物理之新－－理解相互作用按照现有的物理理论，物质或者说粒子之间存在着四种相互作用， 按强弱排序是强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作 用。

量子理论认为相互作用是通过交换媒介子实现，广义相对论认为 引力作用是因为物质的存在使时空弯曲，其它物质在弯曲的时空中沿 测地线运动，表现为受到引力作用空间元模型对相互作用有完全不同的理解：强相互作用：是表现为粒子的驻波结构间的直接耦合夸克被认 为是强子驻波结构中相对稳定的子结构，因而能够表现出一些子结构 的特性却不能独立维持结构稳定电磁相互作用：电荷是一种特殊的驻波结构（以下称为电荷）， 能激发空间元特殊的振动模式（由此可见，空间元的振动模式至少有 两种）电磁相互作用就是电荷激发空间元的特殊振动，空间元传递 特殊振动，其它的电荷受到空间元特殊振动的影响，表现为携带电荷 的粒子之间存在着电磁相互作用弱相互作用：中微子是一种很奇特的粒子，中微子可能仅仅是空 间元集体振动产生的暂时性的准驻波结构，换言之就是空间元集体运 动产生的比较大的扰动（以下简称为空间扰动），与弱相互作用相关 的粒子要么受到空间扰动的影响，要么产生空间扰动，表现为弱相互 作用引力相互作用：是物质或者说粒子波动的传播和接收，像光子类 无静止质量的粒子也存在这一过程，因此，光子也是引力相互作用的 参与者空间扰动同样是引力相互作用的参与者，这里的空间扰动不 仅仅指能产生弱相互作用效应的较大扰动。

因为波是以球面传播，球面的面积与距离的平方成正比，从波源传播出的波总强度不变，单位面积的强度随球面增大而衰减，因此电 磁相互作用和引力相互作用这两种长程相互作用的作用大小与距离的 平方成反比强相互作用是粒子间的直接耦合，弱相互作用是粒子与 空间扰动相互影响，因此这两种相互作用的力程很短新物理之新－－能量和质量空间元模型对能量和质量的理解很简单：能量：空间元除基态以外的振动质量：局域化的能量实物粒子的质量：是驻波结构中所包含的能量，在有多个实物粒 子组成的系统中，质量是包含于系统体积内的能量引力质量：实物粒子或者物质与周边空间元交换扰动的能力，其 大小与局域化的能量多少相关惯性质量：实物粒子或者物质在相邻空间元间移动所需克服阻碍 的大小，仍与局域化的能量多少相关静质量：相对实物粒子或者物质静止的观察者观察到的质量等于 相对空间静止的局域中所含能量运动质量：相对实物粒子或者物质运动的观察者观察到的质量等 于相对空间静止的局域中所含能量加上实物粒子或者物质所在局域内 空间元与观察者相对运动所表现出的能量在空间元模型中，不需要黑格斯粒子作为质量起源，质量和能量 的区别仅仅在于是否局域化，更确切地说，在于观察者的选择。

理解世界的新视角空间元模型提供了一种观察和理解世界的新视角，是基于逻辑推 理并期望达成对现实世界最大理解的视角从迈克耳逊－莫雷的零结果实验，到爱因斯坦关于光的传播不需 要媒介的选择以来，物理理论本能地回避空间是否有结构这一问题 然而，空间弯曲（没错，不是时空弯曲）、空间量子涨落、弦的本质 及性质，都在暗示着空间需要有结构；引力和电磁力两种长程相互作 用的线性叠加性，暗示着波动，波动暗示着媒介，媒介暗示着空间有 结构比较起来，理解在能量的激发下产生粒子的过程，由能量按一定 规则产生不同驻波结构，比由能量激发出空间潜存着的负能量状态下 的粒子或其反粒子容易理解得多，也比由能量使无结构的弦断裂（通 过不同振动模式）产生出粒子或其反粒子容易理解得多；理解粒子间 的长程相互作用过程，由驻波结构波形的传播及接收，比交换相互作 用媒介子容易理解得多，因为后者主要是一数学过程，如果当作是真 实的物理过程，则存在着严重的逻辑困难，比如一个带电粒子如何发 出适合标准模型要求的光子给另一个带电粒子？现代物理理论主要是唯象的，既使理论与实验拟合得相当完美， 仍不应苛求其逻辑上的严谨性然而，达成对世界的本源性理解是人 类不可抑制的追求。

现代物理理论虽然带有显著的唯象性，但仍不断地尝试着探寻逻 辑上的理论源头，这主要表现在各种模型的建立上建立一种理论模型，在远离经验的微观世界和宇观世界，主要是 采取类比的方法在量子理论发展过程中，此类例子比比皆是，比如 原子的结构模型，曾建立过蛋糕葡萄干模型、太阳系行星模型和壳层 模型；关于原子核的模型，现在仍在使用的就有液滴模型、费米气体 模型、光学模型和壳模型等，这些模型被使用于不同研究方面最有趣的是弦理论中的弦模型，要求弦具有延展、扭曲、断裂等 性质，同时要求弦是无结构的，从宏观来说，物质同时具有这些性质 是不可想象的，是矛盾的然而，运用数学工具进行论证或计算不需 要考虑这种矛盾，理论家可能会说，对于我们要考察的“弦”，就是 这么奇怪，否则，我们的世界还能是什么呢？在这里讨论一下类比方法相类比对象的性质或结构应有可比性， 从而其行为或发展也有可比性，这是一种思考问题的方法在有些物 理理论模型的发展过程中，经常通过类比建立模型，找到可以使用的 参数和数学工具，随后主要通过数学上的论证和推演，得出理论结果， 将理论结果与实验相对比，进而修正参数的个数和具体数值，再做数 学上的推演，逐步逼近实验结果，这一过程实质上就是数学拟合，拟 合出的理论，即是唯象性理论。

这种方法几乎是认识陌生领域的唯一 方法然而，问题也正潜存于其中，类比方法的不适当运用，可能使 其发展出的理论离本源性的理论越来越远，只能通过不断地加大理论 的复杂程度才能维持其相对正确性当前物理理论的发展，正存在着 这种趋势随着物理研究对象向微观和宇观扩展，物理理论变得越来越不可 理解温伯格在《终极理论之梦》中曾写到“大概 1年前，菲利普· 坎德拉斯（Philip Candelas 得克萨斯大学物理系的）和我等电梯交 谈时，说起一个年轻的理论家，曾是一名很有希望的研究生，后来不 见了我问老菲那同学的研究遇到了什么麻烦，老菲遗憾地摇摇头说： ‘他想去弄清量子力学’”在量子理论中，人们已经习惯于“知其然，不必知其所以然 究其原因，多半是因为数学工具的纯熟运用，特别是微扰方法提供了 一个由理论拟合实验数据的基本方法；少半原因是概念的滥用，因为 理论上拟合实验（或实测）数据的需要，在诸如自旋、中微子等理论 预言的激励下，人们越来越倾向于用假设的粒子、假设的物理过程来 拟合实验数据，填抹理论间的鸿沟这种情况不断延续的结果是：造 就了“精确”的“基本粒子标准模型”理论，也造就了不断“精确化”的“宇宙学标准模型”理论。

但我们却不理解自旋因何而来或存 在，不理解除了用于拟合实验数据外，同位旋空间究竟为何物；不理 解时空如何弯曲；不理解原子核自发衰变源于什么；不理解夸克何以 会被禁闭；不理解引力因何与距离的平方成反比；不理解空间反演变 换何以不守恒；不理解基本粒子何以如此之多；不理解轻子和夸克何 以均为三代；不理解宇宙爆炸的能量来源于何处；不理解上帝粒子－ 黑格斯粒子何以至今尚不现身；........理解或弄清量子力学是否果真不可行？有个现实的例子可以类比：现在无处不在的计算机及其组成的网 络，甚至通讯网络和终端，都是在某种操作系统的支持下实现各 种各样的应用，其表现形式之多样及复杂程度难以想象，究其根本原 理，无非就是“1”和“0”的组合：简单的组合用来表现字符和运 算；较复杂的组合用来表现对象和函数；更复杂的表现是计算机或网 络操作系统工具和应用程序；最顶层的是操作系统所有这一切，还 原到硬件的执行，都是“1”和“0”组成的各种序列我相信真实的物理微观的底层存在是简单的，物理规律允许从简 单中产生出各种复杂的粒子及其相互作用，这不仅是所谓美的需要， 更是物理规律内在逻辑的本质体现。