第二节  波粒时空三象性

光到底是粒子还是波？牛顿研究过光的性质，他的结论是光是粒子。光在镜子上的反射就象小球在镜子上按照相同的角度入射，又以相同角度反弹离开一样。牛顿进行了计算：入射镜子的光微粒质量为m，速度为v，入射角为θ₁，反射速度为v，反射角为θ₂，根据光子水平动量守恒mvsinθ₁=mvsinθ₂，结果入射角等于反射角：θ₁=θ₂。

光在水里的折射是水对光微粒在垂直水面方向吸引光微粒的结果，入射光微粒质量为m，速度为v₁，入射角为θ₁，反射速度为v₂，反射角为θ₂，根据光子水平动量守恒mv₁sinθ₁=mv₂sinθ₂，结果得到sinθ₁/ sinθ₂=v₂/v₁，由于θ₁>θ₂，sinθ₁> sinθ₂，竟然得到光在水中的速度v₂大于光在空气中的速度v₁。根据我的分析，实际上是牛顿用错了光微粒的动量公式。根据波粒二象性，光的动量为p=hf/v，由于光的频率在折射前后不改变，所以有p₁sinθ₁=p₂sinθ₂，即sinθ₁/ sinθ₂=v₁/v₂。

普朗克在研究黑体辐射时发现，黑体是一份一份地在辐射能量，其中的每一份普朗克把它叫做光量子。爱因斯坦提出，不仅光子吸引和发射是一份一份的光量子，光的传播也是一份一份的，爱因斯坦把它叫光子。

更进一步，爱因斯坦以光量子的观点解释了光电效应。认为金属吸收光能发射电子与光子的数量多少无关，而与光子的频率大小有关。

再通过康普顿散射实验证实光子确实象小球一样与电子进行弹性碰撞，光子是和电子类似的粒子。

这就是说光子是粒子。

但是，光子同样是波。

科学家发现，光经过特别小的孔，落在小孔后面的屏幕上，图象不是变小了，图象反倒变大了。这又和光是微粒的特点不一致，这个现象类似水波通过小孔后，水波在小孔周围形成一圈又一圈的新水波的样子，这个现象叫做波的衍射（就是转弯传播的意思）。

不仅如此，光在通过两个相互靠近的小孔时还象水波通过两个靠近的小孔后发生波的干涉一样，你干涉我，我干涉你，结果两个小孔后的两圈圈波相互影响有的地方波动比它们各自更强，有的地方变得很弱。那么，光通过小孔后，在屏幕上有的地方更亮，而有的地方又变弱。

光的反射和折射一样可以用光是波的观点加以解释。

最后人们不得不承认光具有波粒二象性，既是粒子，也是波。只是光是一种几率波，光子出现在什么地方，由光子满足的几率波方程决定。几率越大，人们在那里找到这个光子的可能性就越大，反之则小。

而几率的大小是由光子产生和湮灭的“粒子化学”过程决定的，光子由真空在哪里产生出来的几率越大，人们在那里找到该光子的可能性就越大，反之就越小，它符合波动方程。

真空不仅可以产生光子，光子的反粒子是它自己。真空还能产生正反电子、正反缪子、正反淘子，正反夸克等基本粒子，同时也可以湮灭它们。我认为真空就是量子基态，是没有任何粒子的状态，它就是时空本身，既然时空本身能够产生各种基本粒子，各种基本粒子本身也是时空，只是它是波动的弯曲时空。所以，我提出微观粒子的王为民波粒时空三象性。

每个微观粒子都有自己的世界线，自己的时空本身就是一份一份的，是量子化的。

1924年，德布罗意首先大胆提出，不仅仅是光具有波粒二象性，他说：“整个世纪以来，在光学上，比起波动的研究方法来，是过于忽视了粒子的研究方法；在物质粒子理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把关于“粒子”的图象想得太多，而过分地忽略了波的图象？”德布罗意把光学中的对波和粒子的描述应用到一切实物粒子上，提出实物粒子的波粒二象性：一方面用能量和动量描述实物粒子的粒子性，另一方面用波的频率和波长描述实物粒子的波动性。让能量E与频率ν对应，让动量p与波长λ对应，于是得到公式：

E=hν

p=h/λ

我认为，实物粒子的本性是时空，它本身就是时空。并通过自己的时空与其它物质粒子的时空相互作用。物质粒子的结构本质上是一种时空结构。用物质粒子的能量动量张量T_μν与描述时空结构王为民张量Wμν= Gμν－λg μν（Gμν是爱因斯坦张量，λ是常数，gμν是度规分量）相对应，得到物质粒子的时空本性方程：

Tμν= Wμν/k

它描述实物粒子的时空图象，其中，k是相对论引力常数。为了全面反映实物粒子的本性，我提出：实物粒子具有“波粒时空”三象性，用公式表示为：

E=hν

p=h/λ

Tμν=Wμν /k

这就是说，实物粒子不仅有粒子性、波动性，同时还是一个特定的时空结构，微观粒子本身就是一个弯曲的时空，这叫做王为民波粒时空三象性。真空量子涨落产生的正反王为民粒子白洞，它们的奇点相斥。正反王为民粒子白洞不仅是一个弯曲的时空，而且还有一个白洞的视界，它内部的真空量子涨落可以发射到视界的外面，形成正反宇宙，这是正反王为民粒子白洞创生正反宇宙定律。

真空却不能通过量子涨落产生正反粒子黑洞，因为它们的奇点相吸而湮灭，这是王为民李碧琼正反粒子黑洞不可同时空创生定律。

实物粒子通过代表其粒子性的能量和动量相互作用，比如碰撞；同时还可以通过其几率波进行振幅的耦合叠加和干涉，形成引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力；更重要的是还可以通过时空的光锥而相互作用。光锥作用在粒子白洞和粒子黑洞的视界内部或外部形成不同的时空区域，它形成宇宙的边界。

波粒时空三象性对全面认识实物粒子的本性是有帮助的，这样可以避免人们孤立对待物质粒子而发生的错误认识。

我们观测物质，从时空角度看，它只是弯曲的时空。物质间的相互作用实际上也是物质粒子的时空作用，它们相互扭曲，纠结和缠绕。过去牛顿发现了光的粒子性。惠更斯等人发现了光的波动性。爱因斯坦的光量子学说提出了光子既有粒子性，又有波动性。德布罗意提出了一切实物粒子有波粒二象性。我发现，一切实物粒子有波粒时空三象性。实际上就是要改正人们单纯强调波粒二象性带来的错误认识。其实，物质也是时空，它们通过时空曲率而相互作用。“波粒时空”三象性公式是联系“波动性、粒子性、时空性”的纽带。我只是把实物粒子的时空性质提升到物质本性的角度来提出波粒空的观念。而不仅仅象爱因斯坦把时空看成引力的本源。

古人说“至大无外，至小无内”。我的“王为民波粒时空三象性”就体现了这个意思。说大吧，大是波粒时空，说小吧，它还是波粒时空。

古罗马诗人卢克莱修写道：

“实际上是两样东西组成了大自然，这，首先是物体，再则是那虚无缥缈的太空，物体在那儿停留并以不同方式运动。”

按照我的波粒时空三象性，物体和时空是没有区别的，它们的区别仅仅是平坦时空和弯曲时空的区别。物质粒子是有能量和动量的几率性弯曲时空，它瞬时性地随机地到各时空点产生弯曲时空，满足能量动量守恒定律，满足相对论场方程。比如费米子满足狄拉克场方程，而玻色子满足克莱茵-戈登场方程，光子满足麦克斯韦方程组，麦克斯韦方程组是光子的场方程。场是波，但是又由粒子组成的，可以量子化。它可以从真空|0>或<0|无中生有产生出来，而真空就是时空，具有零点能。费米子产生算符a+作用在真空上，a+|0>=|1>产生一个费米子。费米子湮灭算符a作用在粒子态|1>上，a|1>=|0>变成真空。费米子不与任何其它和自己量子状态一样的全同费米子处于同样的量子状态，喜欢独居。玻色子产生算符b+作用在真空上，b+|0>=|1>产生一个玻色子。玻色子喜欢与任何其它和自己一样量子状态的全同玻色子处于同样的量子状态，喜欢群居。玻色子湮灭算符b作用在粒子态|1>上，b|1>=|0>变成真空。

两个全同粒子振幅干涉方式为：

两个全同费米子的散射振幅 = 直接的振幅 － 交换后的振幅

两个全同玻色子的散射振幅 = 直接的振幅 ＋ 交换后的振幅

而散射几率等于散射振幅绝对值的平方，即

散射几率 = |散射振幅|²

这就是说以负号相干涉的粒子为费米子，电子、μ子、τ子、夸克、中微子都是自旋为半整数的粒子，是费米子。以正号相干涉的粒子为玻色子，光子、介子、胶子、引力子等是自旋为整数的玻色子。

全同费米子干涉后，到达某时空点的几率变小，说明费米子喜欢独居。全同玻色子干涉后，到达某时空点的几率变大，说明玻色子喜欢群居。这就是说，某时空点有某玻色子，那么全同玻色子也喜欢在那里出现，玻色子作为力的传播者，会使作用在费米子上的力越来越大。喜欢群居的玻色子和喜欢独居的费米子耦合在一起，费米子通过玻色子传递四种力当中的某一种相互作用力。比如两个全同电子通过传递光子而相互排斥，正反电子不是全同粒子可以通过传递光子而相互吸引。

由此可见，我们现在对物质粒子和时空有了更深刻的认识，物质和时空本身就是一个统一整体，物质运动变化只是时空本身表现出来的不同性质，它们既相互对立又相互统一，又相互转化。真空可以产生物质，物质又可以湮灭变成真空。它们是对立统一的关系。