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“物质统一性”的发现和确认过程

(2012-09-22 20:23:23)
标签:

物质统一性

统一物质物理学

物质的基本属性

科学新发现

未来物理学发展

分类: 统一物质物理学

 “物质统一性”的发现和确认过程

马海飞

(http://blog.sina.com.cn/gfis 2012年9月22日)

这里说的“物质统一性”不是一个哲学概念,而是指:物质世界中“物质的实体与场的统一”这个性质。具体讲就是:物质具有两个不可分割的基本属性,一个是“质量属性,另一个是“质量场属性”。在物理现象中,质量属性以“实体”的形式表现出来,质量场属性以“场”的形式表现出来。“物质的统一性”可以表示为“物质=质量+质量场”。也就是说,物质是实体与场的统一体,物质的实体与场不可分割。

物质的统一性是本人首先发现和最早提出来的。这个发现并不是来自任何的凭空假设和数学模型,也不是来自模棱两可的哲学联想。而完全是来自对实实在在的物理现象的研究和分析。

这个发现具有重大的科学意义。在这个发现的基础之上,一个全新的“统一物质物理学”理论体系正在形成并已经初具雏形。为了让读者对统一物质物理学有深入的了解,笔者认为有必要把物质统一性的发现和确认过程介绍出来。

1. 质量场的发现过程。

a.从物理机制上对光速不变现象的重新认识。“物质统一性”的发现离不开“质量场”的发现。而质量场的发现是从对“光速不变”的重新认识开始的。2009年初,在一个偶然的机会下我看到了一些人对相对论的光速不变原理做出的解释。其中让我最难以理解的就是光速与光源或观察者的运动速度之间不存在叠加问题的解释。例如,光速是每秒30万公里,如果有一个人手里拿着一个手电筒以每秒20万公里的速度沿着光柱射出去的方向运动,结果,光的传播速度依旧是每秒30万公里,而且加上那个人的运动速度之后仍然是每秒30万公里。当那个人的运动方向与光传播方向相反时也还是这个速度。如果另外有个观察者的话,他观察到的结果也是这个速度。如果观察者朝向或背离这个光的方向运动的话,无论观察者的运动速度如何,他测到的光速度也不会变化。总之,如果用公式来表示的话就是c=c+v=c-v。其中c是光速,等于30万千米每秒,v是光源的运动速度,或是观察者的运动速度。从人们的解释上看,v是一个无论多大对光速都不起作用的速度。但从数学公式上讲,只要v不等于0,这个数学等式就完全不能成立,因此,这样的“光速不变”完全无法让人接受。在网上看到的所有解释,没有一个是可以让人信服的。这个问题吸引了我的注意。

因为我不是从物理专业毕业的,所以从来都没有在课堂上学过相对论。以前也从来没有上心过还有光速不变这种理论的存在。但是,对不理解的事情总想弄个明白是我的天性,所以不免就想要对光速不变到底是怎么回事探个究竟出来。我是学生物出身的,当然就不可避免地会用生物学的研究方法和原理来研究这个问题。生物学对所有生命现象都会试图从生物机制上去进行研究和解释,几乎不依赖数学模型。因此,我对这个光速不变的问题也就理所当然地去从机制上开始进行探索。当然,要探索的这个机制不是生物机制而是物理机制。不过,生物学研究虽然不依赖数学模型,但生物学工作者们从来不怀疑数学的准确性。所以,我相信c=c+vc=c-v的等式是绝对不成立的。那么光速不变的物理机制到底是什么呢?这个结论又是如何得出来的呢?

带着这个问题开始了我的物理学研究。众所周知,光的传播过程与声音的传播过程很相似,并且它们都会产生出多普勒效应。物理学家们对声音的传播过程已经研究得很清楚了。声源的运动与声波的传播速度无关。在这一点上与光的传播现象基本上是一样的。但是,观察者的运动速度却可以与声波的速度叠加。这一点与光传播现象完全不同。然而,很多实际的观察结果都证明,在光的传播过程中,观察者的运动与光源的运动在对光速的观察结果上是等效的。这与声音与观察者之间的速度叠加结果完全不同。为什么?光的传播有什么独特之处?

对各种实验和观察结果的进一步分析研究发现,其实科学家们从来都没有测量过光源与观察者之间光传播的实际速度。全都是根据“传播的时间”做出的结论。也就是说,无论光源或观察者之间的相对运动速度是多大,或者是其中的哪一方处在运动状态下,光在同一对光源与观察者之间通过相同距离所需要的时间是永远都不变的。至于在这个过程中的光传播“实际速度”是多少从来都没有人测量过。从这个分析中我们可以看出,光的实际传播速度并非是不可变的。而且恰好相反,只有光的实际传播速度随着光源或观察者的运动速度发生变化,才能得到人们所观察到的那些(时间不变的)结果。因此,从物理机制上讲,正确的计算公式应该是:c=vc+vo+vp,或c=vc-vo-vp。其中c是光的静止速度(光源和观察者都静止不动时的光速),vc是光的实际传播速度。vo是光源的运动速度,vp是观察者的运动速度。当光源与观察者之间处于相互接近的运动状态时,实际光速与光源和观察者运动速度之间的关系是相加的。当光源与观察者之间处于互相远离运动时,实际光速与光源和观察者运动速度之间的关系是相减的。因此,光速不变的本质实际上就是:无论光源或观察者的运动状态如何,它们的速度与实际光速的叠加结果永远都是不变的,永远等于静止光速。为什么会出现这种现象呢?

b.光速不变现象与引力场之间的关系。众所周知,很多观察结果都已经证明“引力场”与光的传播有关。例如,引力红移,引力透镜和引力导致的光线弯折等等。这些观察结果本身都是经过验证无误的。关键的问题是如何解释这些结果。按照相对论的光速不变原理,在解释这些现象的时候因为不承认“实际光速的变化”,因此无法在物理机制上解释清楚。其实,所有这些现象都证明,人们称之为“引力场”的那个“场”起着光传播“介质”的作用。光在这个“场”中随着场的强度分布情况的不同而发生着实际速度上的变化。但是,如果不走出相对论阴影的话,是无法得到这个结论的。

c.光速不变的物理机制。到此为止,我已经发现了两个现象:第一,光的实际速度是可变的。第二,所谓的“引力场”是一个光传播的介质。在这两个发现的基础上,光速不变的问题就非常容易解决了。光速不变的原因来自“运动的对等机制或等效性”。换句话说就是“光源的运动与观察者的运动所产生出同样效果”的机制。这个机制就来自那个所谓的“引力场”的多普勒效应。因为光源和观察者各自都有自己的引力场,因此,当光源在运动时,光源周围的“引力场”会出现多普勒效应,当观察者运动时,观察者周围的“引力场”也会产生出多普勒效应。又因为引力场是光传播的介质,所以,引力场的多普勒效应导致光的波长发生相应的变化,但频率不变,因此实际光速就会随着引力场的多普勒效应而变化。因为发生在光源和观察者上的这种效应对光传播速度的影响是相同的,所以,无论是光源运动还是观察者运动,都不会改变光线在光源与观察者之间的相同距离上的传播时间。这就是光的传播与声音传播不同的地方。也就是能够让观察者的运动与光源的运动产生出相同效果的物理机制。

研究进展到这个阶段,已经完全解决了为什么从观察结果上得出光速不变结论的原因,但是,还没有发现“引力场的本质”到底是什么。但引力场与光传播的关系告诉我们,人们对引力场的传统观念可能是错误的。

d.质量场的发现。接下来需要研究的问题就是“引力场”到底是什么,它与物质质量和引力之间到底是什么关系。当然还是从物理机制上进行研究。首先,从光速与引力场的关系上看到,引力场是一个光传播的介质,而且还会出现多普勒漂移现象。这些都说明,那种“引力场来自万有引力”的传统观念可能是错的。因此我就从一个不同的角度去研究,结果发现“引力场”的存在与物质的质量密切相关,而与引力并没有多大关系。也就是说,在“引力”不存在的情况下,“引力场”照样可以存在。这个发现明确地告诉我,“引力场”并不是像教科书里说的那样是由引力的力线构成的,而是一个与物质的质量属性不可分割的场。另外,从来自牛顿引力定律的重力场强度计算公式E=GM/r2或重力加速度计算公式g=GM/r2中也都可以看出来,与这个场有关的物质因素只有一个质量M,并不需要任何力F的存在。这也是一个对“力线构成引力场”的有力否定。在“明确了引力场与质量密切相关”并且“否定了引力场来自引力”这两个基础上,我认为教科书里写的那个“引力场”在现实中是不存在的,而现实中存在的那个“场”应该是一个与质量密切相关的场,因此我就称之为“质量场”。质量场与质量形影不离。物质统一性的雏形是随着质量场的发现而形成的。

e.为什么前人没有发现质量场?质量场和质量一样,是物质的一个基本属性,因此是一个客观存在的场。其实,物理学家们早就看到了这个场的存在了,只不过他们不知道他们看到的那个场就是质量场,因此,有些人把它误解成了“以太”,另一些人把它误解成了“引力场”。这些误解的根本错误就在于没有认识到这个场与物质实体之间的统一性关系。例如在以太学说中,以太与物质的实体之间是相互独立的。物质的运动被想象成是在以太中穿行。以太被想像成是均匀分布在宇宙空间里的一种“光和引力传播的介质”。至于“引力场”,则是被一些物理学家想像成是从物体(如地球)内部发射出来的力线形成的场。需要注意的是:“引力场”并不是直接从物理现象中发现的,而是间接地根据电磁场中的一些物理现象“想象”出来的。提出引力场的人显然没有把引力场作为物质的一个属性对待,而是把它想像成是物体内部的某种能量在向外传递的过程中形成的一个具有让其他物体(如苹果)产生运动所需能量构成的动态场。因为以前的人没有认识到这个场的真相,而且把它与引力的因果关系弄反了,再加上在学校接受的教育中就形成了“引力场是一种动态场”的成见,因此就无法正确地使用这个场去解决物理学问题。也无法认清它与物质质量的统一关系。这就好像是一个人把从小就握在手里的一块黄金一直误认为是黄铜一样。虽然一直就在他的手中,却不知道它到底是什么以及它的正确用途是什么。质量场与人的距离比空气还近,以至于更加让人难以察觉到它的真实存在和作用。

尽管如此,“引力场”的理论比“以太”还是前进了一步。至少“引力场”被认为是紧紧跟随并围绕在物体周围的场。这一点对质量场的发现是功不可没的。

2. 对质量场的确认。

确认一个基本物理因素是否真实存在的最可靠方法就是看它是否可以进行定量表达。就像我们可以定量表示质量一样,质量场当然也不应该例外。因此,在我发现了人们以往说的那个“引力场”实际上应该就是“质量场”之后,接下来考虑的就是如何用定量来表达这个场的物理量的问题。当然是完全抛弃了教科书上对引力场定量的思路和方法。从发现质量场的那一刻开始,我就相信质量场与质量是平行和不可分割的关系。它们之间并不存在因果关系。不过,在定量问题上,对质量场的定量必须依赖质量。因此我想,也许可以把质量与质量场之间的关系想像成类似光源与光之间的关系一样。既然光的强度可以用密度来表示,因此我也就尝试着用密度来表示质量场看看会是什么结果。于是我就用物质的质量去除以质量场面积(D=M/A)的方法来计算质量场的密度。因为空间场一定都是球形的,而球形面积的计算公式是A=4πr2,把它带入D=M/A中就得到了D=M/4πr2。没想到,这个公式的建立具有划时代的重大意义。随后,我根据这个公式结合卡文迪许的实验结果,不需要借助牛顿的引力理论就直接简单地推导出了一个新的重力加速度计算公式g=GmD并计算出了Gm的数值为Gm=8.38x10-10m3/s2kg。从而建立了一个新的重力计算公式:F=GmmD。进一步的研究发现,这个公式中的常数Gm与牛顿公式中的常数G的关系是Gm=4πG这样,牛顿引力公式中的平方反比定律的来源就找到了。质量场与“引力场”的关系也就明确了。这让我兴奋不已。说明我对质量场密度的数学定义是对的,也说明我对质量场的发现是正确的。显然,前人所说的那个“引力场”是对“质量场”的误解。质量场才是一个客观存在的物质属性场。

3. “物质统一性”概念的提出和确认

a.“物质统一性”概念的提出过程。研究进展到这个阶段,我已经可以充分相信质量场的存在是无可否认的了。但是,质量场的发现引出的一个问题是“场”到底是什么?需不需要能量来维持?经过对各种场的研究发现,物理现象中的“场”可以分为两种:一种是由能量产生出来并维持的动态场(如电磁波形成的场),另一类是物质与生俱来就带有的属性场(如质量场)。属性场是静止的场,不来自任何能量,也不需要任何能量来维持。它实际上就是物质的一种空间属性。但是,由于人们已经熟悉了传统的“场是能量的海洋”这种片面的观点,因此一时难以接受“质量场”这种来源和存在都与能量无关的属性场。但现实毕竟是现实。就像质量不可能有来源,也不需要能量来维持一样,质量场也不可能有来源,也不需要能量来维持。因此,质量场就是物质的属性场。一开始我用“物质的实体与场的二相性”来描述物质同时具有实体与场的属性这个现象。后来,因为进一步的研究发现,占据当前物理学主流的经典物理学和现代物理学这两个理论体系都是在孤立地对待物质的实体性质与场的性质。因此,针对这两个理论体系把物质属性孤立对待的做法,我认为应该把物质作为实体与场的统一体才能让物理学理论统一起来,因此,我就把物质具有实体与场的二相性改用“物质的统一性”来表达并提出和建立起了一个全新的“统一物质物理学”理论体系。

b.对“物质统一性”的确认。物质的统一性在很多基本的物理现象中都可以得到确认。但是,确认物质属性之一的“场”的“存在和功能”并不像确认“实体”的存在和功能那么简单和直接。因此,不能简单地用那些与确认实体的存在和功能相同的方法来确认“场”。对物质统一性进行确认的过程主要是看在物质统一性的理论体系与物质孤立性的理论体系相比在解决实际问题上能够显示出什么优势来。这个优势主要反应在:没有物质的统一性,就无法解释基本的物理现象。例如,“物质运动”是非常基本的物理现象。但是,至今为止,把物质的属性孤立起来进行研究的经典物理学和现代物理学都不能从任何方面对“运动的本质”做出任何解释。相比之下,在物质统一性的理论基础上就能做到这一点。用物质统一性对“运动本质”的解释非常简单:对一个孤立的物体而言, 静止就是物体自身的质量场与自身的质心之间处于完全对称时所表现出来的平衡状态。运动就是物体的质量场与质心之间处于不完全对称时表现出来的不平衡状态。加速和减速运动就是质量场与质心之间的不对称性增加或减小时表现出来的状态。在两个静止的物体之间,即使各自的质量场与自身的质心之间处于对称状态,但是,两个物体之间的质量场与质心却相互交叉不对称。因为这种不对称的存在,就会导致不平衡出现,因此就会产生相对的自由落体运动而产生出重力现象。所以,在物质统一性的理论体系中,作用力导致的运动与自由落体运动都与质量场与质心之间的不对称直接相关。只不过一个是物体自身质量场与质心的不对称,另一个是物体之间相互交叉的质量场与质心的不对称而已。总之,质量场与质心之间的对称关系决定了物体是处于静止还是运动的状态。为什么会这样?因为物质的质量场与质心的对称性所表示的是一种物质的平衡状态。当质量场与质心之间出现不对称时,这个平衡就被打破,因此物体就一定会运动。通过运动来实现另一种意义上的平衡。所以,可以说运动是物质为了维持整个物理体系的稳定而产生出来的一种平衡机制。显然,只有把物质的实体与场统一起来,才有可能做出这样的合理解释。像经典物理学和现代物理学那样把物质的两个属性孤立起来研究的话是永远也不可能找出运动的本质是什么的。

另外,如果不能把物质的两个基本属性统一起来就很难认清物质之间的相互作用的本质是什么。以往的物理学理论体系把物质之间的“相互作用”片面地与“力”等同起来对待,根本就不考虑物质除了实体之外还有“场”的属性存在,以及物质之间的相互作用中除了有实体之间的相互作用以外,还有场之间的相互作用存在。因此而遗留下来很多难以解释的问题。其实很明显,像万有引力现象这样的所谓“超距作用”的物理现象主要是在场的相互作用下产生出来的结果,而不是由实体之间的相互作用产生出来的。只有在物质统一性的基础上,我们才有可能对各种物理现象看得如此清楚。例如,场与场之间的相互作用并不存在作用力与反作用力的问题。但它也是物质之间的一种相互作用。

经典物理学和现代物理学极力回避人们提出的“是什么”和“为什么”的问题。那是因为那些物理学家们没有从物理机制上研究物理现象所造成的必然结果。如果认识不到物质的统一性,就不可能从物理机制上研究物理现象。只能采取瞎子摸象式的局部描述性方法来进行研究。纵观经典物理学和现代物理学的所有理论就可以看出,那些理论都是描述性的,没有一个是本质性的。这就是因为那些物理学家们不知道物质是实体与场的统一体造成的。可想而知,研究物理学的人如果连物质的基本属性是什么都不知道的话,当然就不可能回答“是什么”和“为什么”的问题了。但是,物质统一性的发现让我们有足够的能力可以从物理机制上解释所有的基本物理现象,例如上述解释的物质运动现象与万有引力现象等。这些都直接或间接地证明了物质统一性的存在。

物理学比任何其他学科更讲求数学运算和推导。在物质统一性的基础上可以简单推导出重力加速度和重力计算公式的事实也有力地证明了物质统一性的存在是不需要怀疑的。

物质统一性自发现的第一天开始就显示出了很强的生命力。在这个发现的基础之上所展开的研究涉及到了物理学基础理论的各个方面。这完全不同于那些靠突发的想象或思想的火花等凭空产生出来的新观点或新概念。那些观点就像昙花一样,马上就枯萎了。而物质统一性的发现所带来的却是一片生机。这也证明了物质统一性的存在是一个事实。

物质统一性的发现过程并不是来自哲学上的阴阳学说。但它符合阴阳学说。所以在哲学上也不存在矛盾。然而,与哲学不同的是,物理学的发现结果必须要能够精确定量。而哲学却是模棱两可含糊不清的。物质统一性中的质量属性和质量场属性都可以定量表达,所以,物质统一性的发现是属于科学的,而不是哲学的。这一点必须澄清。用哲学的观点来解释自然现象的做法不是科学研究。

本文题目中使用“确认”而不是“验证”一词的主要理由是“验证”得到的结果可能是正确的,但得到的结论并不一定正确的。关于这一点我已经在“盲人摸象认知症”一文中详细解释过了。

 

总之,从物质统一性的发现和确认过程来看,物质=质量+质量场的结论是确信无疑的。笔者认为,物质统一性的发现必将掀起一场物理学基础理论研究上的大革命。

本文引用地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_63a26637010183r8.html

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