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宇宙自组织演化三定律

(2012-04-03 06:00:51)
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文化

观念变革

物理学创新

杂谈

简介:要创造“新的中国的体系”,就必须依据中国传统文化中的(指隐性存在)、(指显性存在)两系统结构论的自然观,来构建整体宇宙的基本框架;10年前笔者就完成的《中华科学物理宇宙图像》,就是在把用M计量的物质称为Z系统,把不能用M计量的空间称为N系统的基础上勾勒出来的。

进而又按照使用的长度单位不同,把使用天文长度单位的称为宇观世界,使用纳米的称为微观世界,使用毫米~千米的称为宏观世界,从而发现广义相对论跟量子论根本就不能被统一;因为这两种理论使用的长度单位相差20多个数量级,根本就没有可能使用同一的数学方程,去描述长度单位存在着天壤之别的两个领域的规律。

依据图像中那个封闭的三角形和左边那条斜线没有任何重合的地方,就可以判定牛顿范式物理学和非牛范式物理学不可能遵从完全相同的规律。进一步还发现,非牛范式所研究的内容,皆属于“微观世界”的东西。

当笔者把近400年物理学家们在“一个挨一个地和一个跟一个地从事这种无限的认识”的过程中,所发现的东西“弄到一起”去考察时,进一步明确了确实存在着“从歪曲的、片面的、错误的前提出发,循着错误的、弯曲的、不可靠的途径行进”的事实,难怪会出现“真理碰到鼻尖上的时候还是没有得到真理” (恩格斯:《自然辩证法》)的局面。

最为突出的“没有得到真理”的事实是:错误地依据牛顿那种离不开“用人力……的必要性”的学说,去寻找“宇宙何以创生”的途径;却不清楚半个多世纪以来,在对微观世界深入研究所获得的许多数据中,就包含着宇宙作为一个自组织巨系统在进行着自主演化的基本规律。

这篇文章要讨论的,就是依据半个多世纪以来物理学的实证成果,所总结出的宇宙自组织演化的三个定律。

 

 

  宇宙自组织演化三定律

 

 

摘要:首先定义了宇宙、物质、空间、质量、时间、长度六个概念,通过对量纲式中三个物理量的剖析后发现,L、T比M更基本,也就是说空间比物质更重要。进而严格甄别和确立了作用量子h和辐射能ε,是两个完全不同的概念,从而得出宇宙自组织演化三定律:质能交换律,λ/T守恒律,“自集”演化律。

关键词:三维弯曲空间,质能交换,最小作用量子h,辐射能ε,光速C=λ/T

 

 

词汇中跟宇宙相对应的有“universe”和“cosmos”,二者旧时虽有诸多歧义,却均不含“上帝”(the creator God)。

1984年新版英语辞典中已使这两个词汇明确化:

“universe”指称所有空间范围内一切事物存在的总体;

“cosmos”指称天文学意义上的整个天体系统。

这里所谓的宇宙指“universe”而不是“cosmos”。

 

定义

宇宙:是由流体似的空间包容着块状的物质构成的巨系统。

物质:指用量纲式中M计量的、可以被分隔成独立个体的基本存在;

空间:指宇宙中除物质之外,用量纲式中L、T计量的所有空域。

这三个概念虽说均属于哲学范畴内指称基本存在的实体概念,但是我们给出的定义却是物理学的,全都应用了物理学量纲式中的三个物理量M、L、T,使之实现了对思辨哲学的超越。

 

进一步可以对物理学量纲中的三个物理量,给出如下定义

质量M是用于计量物质的量的多少的基本物理量;

时间T是用于计量空间中任意一点弯曲程度的基本物理量;

长度L是用于计量空间中任意两点之间间隔的基本物理量。

在经典物理学中L用于度量空间中欧氏几何的直线距离,在相对论和量子论中L用于度量非欧几何的弧线长度。

经典物理学早已告诉我们:

时钟会随着高度和纬度的不同而变快或变慢。

我们定义时间T依据的就是这种在三维弯曲空间中不同的点,时钟所记录呈现给我们的t(数值)之不同、被称为“变快”、“变慢”的客观事实。

物理学量纲式中的T、L、M,都是用于计量物理实基本特性的属性概念。物理学理论中用L、T的函数表述的物理量(比如g、gR、gμν  等),均指空间中一种“实体结构”的属性;而只用L、T的函数描绘的“数学图像”,代表的则是存在于空间中的一种自然规律

 

1. 从量纲式谈起

物理量虽说有基本量和导出量之分,却都可以用质量M时间T长度L三个基本量统一表示,为检验物理关系式的正确性提供了方便而可靠的保障。比如被称为能量的量纲式〔E〕=〔L2MT-2〕,其中的指数2、1、-2就是该物理量对于长度、质量、时间的量纲。

在国际单位制电磁学量中,电阻和电感的量纲式分别为〔L2MT-3I-2〕和〔L2MT-2I-2〕,而在电磁学的高斯制单位中却非常简明地被记为〔L-1T〕和〔L〕。

量纲式的应用实践证明,无论是力学还是热学、光学、电磁学所使用的物理量,都可以用质量、时间、长度组成的量纲式予以表示,足以说明M、L、T是物理学理论中三个最基本的物理量。

高斯制单位和国际单位制的差异,仅在于对长度、质量使用的单位不同,前者被称为厘米、克、秒制,后者则称为米、千克、秒制。在高斯制单位中,电容、电阻、电感的量纲式中,却都不包含质量M。而且在凡是只有电学量和磁学量的公式中,都存在一个恒量3×1010厘米/秒(即所谓的光速)。

据此不难发现:

推论1:长度L和时间T是比质量M更基本的物理量。

推论2:所谓的光速C,是一个只与空间相关而与物质无关的常量。

 

2. 质能交换律

物质系统的最小单元叫粒子,用量纲式中的质量M予以度量;空间系统中的最小单元叫量子,实际指的是最小作用量h(传统叫做普朗克常数),用量纲式中的时间T(即周期)予以度量,传统理论中所谓的能量子ε(=hν=h/T),只不过是由h以振动方式传递的一种能量而已。

现代物理学实证的结果是:

粒子可以以粒子(实际指的是质量M)/反粒子对的形式从ε中创生;质子、电子与反质子、反电子相遇时亦可能湮灭为ε

 

推论3

宇宙演化的实质是质量M从ε中创生,或重新湮灭为ε的可逆的物理~化学过程。可以极其简明地记为:M→ε和ε→M

质能方程m C2=hν所揭示的,就是物质空间发生质能交换时最基本的当量关系。

在M→ε和ε→M的相互转化过程中,永远都非常严格地遵守着空间系统增加931MeV的ε,物质系统就损失1.66×10-27kg m的规律。

逆向的“交换”过程亦同样严格遵从这种极其精密的当量关系。

宇宙中物质系统和空间系统之间发生的这种M→ε、ε→M的相互转化过程,决定着整体宇宙自组织演化的规律——两系统之间的质能交换,可以称之为宇宙自组织演化第一定律

 

3. λ/T守恒律

C=3×108m/s被叫做光速,属于一个严重的“常识性错误”。

在经典运动学中,速度被定义为:质点在单位时间内通过的位移。

这里讲的位移,指的是质点离开坐标原点的距离。

量子h在传递光能ε时,却只有垂直于传播方向的振动,而根本就不存在传播方向上的位移。

在传统的物理学理论中把这种速度称为相速度,就已经充分说明它不同于经典运动学中的速度。所以,我们就把这种无端地将“速度”和“相速度”混为一谈的做法,称之为“常识性错误”。

依据第一节中的推论2,并不难判定:

C=3×108m/s所表述的,只是空间中的一种规律,而跟用M度量的质点丝毫无关。

ε=h/T、P =h/λ,对量子h而言就有C=ε/ P

ε=h/T、P =h/λ代入即可得到

C=λ/T=3×108m/s 。

 

推论4

C=3×108m/s的实质是:

当粒子以“质量亏损”为代价,“撞击”连续态的量子h“海洋”、使之以振动方式传递能量ε时,无论ε的量值有多大差别,其波长λ和周期T的比值,永远是一个恒定的量、即λ/T=3×10n

所以C=3×10n是一个与用M度量的物质系统无关、而只跟电磁作用相关的物理量,是存在于空间中的一条铁则—— 据此不难悟出:整体宇宙的“背景”(即空间)存在着恒定的λ/T=3×10n的稳态震荡。

正是这个λ/T=3×10n ,决定着宇宙在做自组织演化时,必须遵从一种确定不变的规律。其中的n是一个只跟L、T所选取单位相关的数,在国际单位制中取8,在高斯单位制中取10;而今在卫星定位系统中确认的,时间精度每提高1ns,相对于地面精度就可以提高30cm,也严格遵从这一规律。

—— 此乃宇宙自组织演化第二定律

 

4. “自集”演化律

20世纪中叶创立的耗散结构-自组织理论,基本思想可以概括为一句话:

一个远离热平衡的开放系统,只要能够保持与外界不断地交换物质能量,当外界达到一定阈值时,就将会产生新的序,或曰发生质变。

系统外界物质能量——耗散结构-自组织理论认知的起点不仅是系统论的,而且还必须是二元的。

这里所谓的物质,指用M计量的粒子而言;能量则专指在空间中由最小作用量子h所传递的、用时间T予以计量的ε=h/T而已。

俗谚说的“万物生长靠太阳”,其物理内涵即是:

生物界所有的创生、发育、成熟和死亡,全都由太阳为我们提供的ε环境的周期性变化所决定!

据此,对于宇宙自组织演化这样的问题,就必须被放到粒子量子h共同参与的背景下去讨论,才有可能找到唯一正确的答案。

早在1931年奥地利数学逻辑学家库尔特·哥德尔“通过复杂的逻辑证明,以‘在罗素佯谬系统中不存在命题PK(K)的证明’的结论,确立了著名的哥德尔定理,摧毁了伟大德国数学家大卫·希尔伯特要把数学置于无懈可击牢固基础上的宏伟计划,证明了宇宙公理和法则并非数学逻辑独家所能描述这一科学结论”(姜祖桐:《H自组织理论》)。

罗素对哥德尔证明的回应是:“数学基本上不是一个了解和操纵感觉世界的工具,而是一个抽象的体系”;“我在数学里总是希望得到的那种壮丽的确定性消失在不知所措的困惑之中”。最终他在晚年自传性的《我的哲学的发展》中,不得不直接喊出“放弃毕达哥拉斯”的呼声。

对于这个非常高深而又艰涩难懂的数学问题,我们可以略而不论,只要结论就够了——简要地讲就是:

命题PK(K)的意思是:由A、B两元素构成的“自集”系统,总元素数将会是A、B、AB三种,数学对这种系统既不能证明也不能证伪。

因为这种AB形成的过程,可以确定地说已经是发生了质变,而不再属于量变范畴——数学只能使用于描述量变,而不能用于描述质变,故而罗素才会发出“放弃毕达哥拉斯”的呼吁。

依据上述理论,只需要承认微观的物理客体,除去最基本的质子P、电子e之外,空间中还存在着大量的、用T予以计量的ε,就不难得出:

 

推论5:

中子是由于质子P和电子e在受到反中微子“包装”时,自集而成的0号元素的原子核——这就是能够保证为宇宙自组织演化提供质变机制的宇宙第三定律

正因为这个宇宙自组织演化第三定律的存在,宇宙间才得以出现了跟人类赖以生存的现实的物质世界

 

中子被发现之后,海森堡曾经提出过猜想说“中子是质子和电子的复合体”;后来就因为“这种推测与角动量守恒相矛盾”,最终被否定。费米给出的结论是,中子可以衰变成质子而放出电子和反中微子。

依据物质~空间系统论的自然观,质子和电子属于物质的范畴,而反中微子则属于空间中传递的一种能量ε;如果我们不把中子叫做“质子和电子的复合体”,而称其为0号元素的原子核,一来跟其它元素的原子核也会发生衰变并无差异,二来又不需要遵从角动量守恒定律,问题不就解决了嘛。

进而还可以得出:

由于0号元素的核(中子)和1号元素的核(质子)在具有不同能量值ε的量子h参与下,又可以被“包装”成一百多种原子核,及其数百种“同分异构”的原子核,于是就有了人类生活其间的、总是呈现出纷纭万象变化着的现实世界。具体而详尽的讨论,可以参阅已经发表的“中子是0号元素的原子核”一文。

 

结论:宇宙自组织演化三定律分别为——

质能互变律λ/T守恒律自集演化律;可以简要地表述如下:

﹙1﹚.从微观的角度讲,宇宙是由M→ε、ε→M的自组织演化过程;

﹙2﹚.在M→ε、ε→M的演化中,无论任何一种ε,都严格遵从C=λ/T=3×10n的铁则;

﹙3﹚.由于质子P和电子e受到反中微子的“包装”后,会自集成0号元素的原子核—— 中子;如果自然界不是存在这种“自集演化律”,就只能有质子P和电子e两种微观粒子,肯定就不会有上百种的原子核、乃至于我们能够生活其间的现实世界了。

 

 

 

 

 

 

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