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对物质宇宙中能量的来源及其本质的探索

(2012-03-09 23:45:24)
标签:

能量来源

本质

物质

物理场

宇宙第一推动力

能源开发

质量场

新学术观点

分类: 探索宇宙

对物质宇宙中能量的来源及其本质的探索

马海飞

(http://blog.sina.com.cn/gfis 201239)

几乎所有物理现象的产生都离不开“能量(energy)”的作用。简单地说,能量是某一个物理系统对其他物理系统做功的能力。人们根据需要把能量分成了动能、势能、电能、核能和光能等等很多种类。然而,至今为止,能量的本质是什么、这些不同能量之间的内在联系是什么,以及这些能量是如何形成的等问题还并不清楚。人们只知道能量与物质有关,但不知道能量与物质之间是什么关系。随着质量场的发现,我们对物质有了全面的理解,因而对物质的本质有了正确的认识。因此就可以清楚的认识能量与物质之间的关系了。与此同时,能量的本质是什么和它是如何产生的问题自然也就有答案了。

1.  什么是“物质”?这个问题看似简单,却一直没有一个令人满意的答案。这是因为人们一直对物质的认识还不全面导致的。我们知道,质量是物质的一个属性,但是,我们却不能说质量就是物质。随着质量场的发现,我们又知道,质量场也是物质的一个属性。但是,我们也同样不能说质量场就是物质。其实质量和质量场是物质的两个方面。质量是物质的内在属性,质量场是物质的外在属性。具有这两个不可分割属性的统一体就是物质。只要是物质,就一定同时具有质量和质量场这两个属性。这样,我们就可以给物质下这样的一个定义:物质就是质量与质量场的统一体。质量是物质的内在属性,质量场是物质的外在属性。二者不可分割。因此,把质量作为物质的唯一属性所进行的研究(例如经典力物理学),和把场与物质的质量属性分割开来所进行的研究(例如现代物理学),都是片面的。

2.  什么是“场”?能量与各种物理场有关。那“场”又是什么呢?有人说场也是一种物质,但也有人说场不是物质。两种观点的对错难辨。为什么?从质量场与物质之间的关系不难看出,场是物质的一个外在属性。它是物质在它周围的空间范围内对外表现物质内在质量属性的一个功能空间。显然,把场说成是物质的观点来自对物质的片面理解,但把场说成是与物质无关的独立空间的观点也是来对物质的片面理解。场与物质之间的关系,就像我们既不能把质量说成是物质,也不能说质量与物质无关是一样的。物质具有“阴阳”两面,对人类而言,场是物质的阴面,质量是物质的阳面。人可以看见由质量构成的物体,却看不见物体外围存在的由质量场构成的空间。所以,我们不能把物质的其中一面叫做物质,也不能否定其中的每一个面都是物质不可缺少的一部分。因此,我们不能片面地用物质的质量所表现出来的质点(粒子等)特性去理解场。否则的话,就不可避免地会用理解物质质点性(粒子结构)的思维方式去想象场的结构而导致思路步入歧途。物理场分为两大类。一类是属性场,另一类是波动场。属性场是静态的,它是物质的某种自然属性在空间的外延所形成的功能空间。属性场包括了质量场和静电场等。而波动场则是动态的,它是物质振动所产生的波构成的功能空间。波动场包括了机械波和电磁波。

3.  什么是波动场?波动场是物质通过所有有规律的重复振动形式所产生的波在介质中构成的功能范围或空间。这些波以机械波和电磁波的形式表现出来。机械波是非粒子物体的振动作为波源产生出来的,例如水波和声波等。而电磁波是由微观粒子的振动作为波源产生出来的。粒子包括分子、原子和比原子更基本的粒子。无论是机械波还是电磁波,它们的传递都需要介质。机械波的传播介质是物质的质点,电磁波的传播介质是物质的属性场。不管是什么波,波的传播速度都是由介质的性质决定的,与波的能量大小无关。通常所说的“真空”实际指的是“没有物质质点存在的环境”,但是在这个环境中却仍然“有物质的属性场存在”。所以,在真空环境中不存在机械波的传播介质,却存在电磁波的传播介质。因此,在真空环境中机械波是不能传播的,但电磁波却可以。物理波(机械波和电磁波)在介质中形成的功能范围就是一个波动场。电磁波的场因为是一个空间范围,因此,理想状态下的电磁波场一定是一个完美的球形场。所以,电磁波的强度与到达波源的距离平方成反比。这个平方反比定律起源于球形面积的计算公式:A=4πr2

4.  物质运动的本质什么是?既然物质是质量和质量场这两个属性的统一体,那么物质运动就一定与这两个属性有关。从对质量场的研究结果中知道,当物体静止时,物体的质量场与质心呈现出完全对称状态。反过来讲,完全对称状态反映在力学上就是一种完全平衡的力学关系。因此物体是静止的。但是,当物体的质量场与质心之间处于不对称状态时,在力学上也就是不平衡了。于是物体就会在不平衡的方向上产生运动。其实,可以说“运动是物体以动态的方式来平衡静态不对称的一种自然现象”。所以,只要在质量场与质心之间有不对称性出现,就会有相应的运动形式出现。物体的运动形式由场与质心之间的不对称状态和程度决定。所以,运动的本质就是物体针对物质的属性场与质心之间的不对称性所自然产生出来的一种动态平衡机制。

5.  能量是如何产生的?虽然能量与场之间有密切联系,但是,场的存在并不是孤立的。任何场的中心都必定有一个可以用质点(质心)来表示的实体存在。质点与场之间存在着不可分割的关系。这个质点可以是微观粒子,也可以是宏观物体或是宇观天体。质点与场的统一体就是物质。所以能量最终是从具有质点属性和场属性的物质中产生出来的。但是,具体的产生过程如何呢?

a.  重力势能的产生过程。通过对重力起源的研究发现,重力势能来自于两个物体彼此之间的质量场与质心之间的不对称性。AB两个物体各自具有自己的质量和质量场。在静止条件下,它们“各自的质量场与自己的质心之间成完全对称状态”。但是,“物体A的质量场与物体B的质心之间却是不对称的”。反之也是如此。这种不对称性所产生的不平衡导致物体质心产生了与场之间向着对称过渡的趋势,这个趋势就是通常说的重力势能。所以,重力势能来自两个物体之间物质的两个属性,而不是来自任何能量的转换。重力势能与弹性势能之间有着本质上的区别。弹性势能是事先由外力改变一个弹性物体的形状所“储存”的一种做功能力。它属于“转化能量”,而不是“属性能量”。而重力势能属于不需要能量转化的属性能量。

b.  动能的产生过程。当一个物体受到外力作用而产生运动,这个运动的物体就具有了动能。这个动能与场之间有什么关系呢?如上述“运动的本质”中所提到的,一个静止的物体,它自身的质量场与质心之间是完全对称的。在它受到外力作用开始运动的同时,它的质量场与质心之间的对称性就受到了破坏,从原来的对称状态变成了不对称状态(这个过程可以用对多普勒效应的解释来理解)。一个物体自身质量场与质心之间的不对称性通过物体的行为所表现出来的现象就是运动。只要有这种属性的不对称性存在,物体就一定表现为运动。而动能与运动不同的地方是,运动反映的是物体外在行为的状态,而动能隐含的是物体系统内部的状态。所以,动能也是以场与质心的不对称性形成的。这种不对称性越大,动能就越大。所以,与重力势能一样,动能也是由质量场与质心之间的不对称性产生的。唯一不同的是,重力势能是两个物体彼此之间质量场与质心的不对称性,而动能是一个物体自身内部质量场与质心之间的不对称性产生的。自由落体运动虽然不受外力作用,但是,物体在下落过程中因为也同样存在质量场与质心的不对称性,所以也同样具备动能。这个动能不是来自外力,而是来自质量场与质心的不对称性(即“重力势能”)。

c.  波能的产生过程。无论是机械波还是电磁波,它们都可以传递能量。所以,我们可以把波的能量统称为“波能”。上面已经讲过,机械波和电磁波分别是非粒子的宏观物体振动和微观的粒子振动所产生出来的。机械波的本质与动能有密切联系。它是波源质点的振动影响相邻的质点,后者再影响相邻质点,以这样一种“接力式”的一系列质点原地运动(振动)所形成的波。所以,机械波的传播介质是质点。机械波的能量也是靠质点与质点的相互作用来传递的。所以,机械波的能量是动能的一种特殊形式。而电磁波则与机械波不同。电磁波是以物质的场为介质向外传播的,它在传播过程中与质点没有直接关系。电磁波的能量来自大量波源粒子同时并连续的振动。因为作为电磁波介质的物质属性场没有质量,所以,相同能量的电磁波可以比机械波传播更远。电磁波的能量和作用是通过介质以场与场之间的相互作用方式(例如共振等)传递的。因此,不同种类的波之间可以互不相干。归根结底,波能的产生是来自物质的运动(振动)。而物质具有质点性和场性。以物质的质点属性为介质传递的波就是机械波,以物质的场属性为介质传播的波就是电磁波。

6.  物质结构与能量的关系。宇宙中的物质结构千变万化。一个独立的物质结构就是一个可以用单一质心来代表的物体。它们小到原子以及更小的粒子结构,大到宇宙规模的天体结构,所有这些都是物质结构。从能量的起源可以知道,物质的存在完全不需要任何结构,更不需要复杂的物质结构。那么,这些结构与能量之间有什么关系呢?很明显,物质结构是在转化能量的基础之上形成。物质的存在可以没有转化能量,但是物质结构离不开转化能量。而宇宙原始的转化能量则是在物质的属性从不对称性向对称性过渡的过程中产生出来的。所以可以认为,物质结构的形成过程就是一个储备转化能量的过程。就像煤炭和石油在形成过程中储存了大量的热能的道理一样。原子以原子结构独特的方式储存了从原始的动能转化来的能量,分子以分子的结构、人以人体的结构、地球以地球的结构,太阳系以太阳系的结构,各自以其独特的方式储存着由原始的动能转化来的能量。人类今天在开发能源方面所做的一切努力就是在把宇宙物质结构演化过程中所储存的转化能量按照人类的意愿释放出来加以利用。

综上所述,能量分为转化能量和属性能量。属性能量是来自物质某种自然属性的不对称性所具备的做功能力。例如重力势能等。转化能量则是通过能量的转化而具备的做功能力。除了属性能量以外的所有能量都是转化能量。例如动能和光能等。虽然物理场与能量都是客观存在的物理现象,但它们都不能被说成是物质。然而它们又都是物质对外显示功能的一个组成部分,不能独立存在于物质之外。总而言之,物质宇宙中能量的最终来源是物质属性之间的不对称性。

客观宇宙是由物质构成的。物质是分散地存在于宇宙空间中的。物质具有内在的质量属性和外在的质量场属性。这两个属性对任意两个物体来讲都是相互不对称的。这种不对称性反映在能量上就是重力势能。由于这种不对称所导致的运动就是自由落体运动。自由落体运动是物质宇宙中最原始的运动。在自由落体运动过程中产生出了动能。这个动能是物质宇宙中最原始的能量。动能导致物体之间产生碰撞。剧烈的碰撞产生了能量的进一步转化。与此同时形成了从微观粒子到宇宙天体系统的不同结构。能量不是物质。而物质结构其实就是一种储存能量的形式。所以,物质量的多少通常与能量的大小成正比。当物质结构中的能量储存到一定程度后就可能再以某种形式释放能量,同时让物质结构解体,使物质重新以较小物体的形式分散开来。或许是因为物质的这种聚集和分散(结构形成和解体)之间不断重复的缘故而形成了我们今天看到的这个宇宙。

本文引用地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_63a2663701012ndy.html

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