原道童子08-18 16:14

关于“物质-能量-质量”三者区别的问题，总是三番五次提出来。这么基础的概念，为什么绝大多数人，尤其是高中生、大学生、硕士、博士、科学爱好者，总是分不清楚呢？

 

说到底，就是狭义相对论的质能方程E=mc²这个搅屎棍惹的祸。大家不知不觉形成一些错误的共识与想当然的直觉。

 

以下是典型的七大错觉：

质量与能量可以相互转化；

能量是一种独立存在；

光子只有能量没有大小；

电子有质量没有大小；

物理公式与参照系无关；

实体与能量是不同的物质；

经典论是相对论的特例。

 

以下是典型的七大懵懂：

物质究竟是什么——不知道；

光子究竟是什么——不知道；

空间究竟是什么——不知道；

真空究竟是什么——不知道；

引力究竟从哪来——不知道；

核力究竟从哪来——不知道；

光波究竟咋传播——不知道。

 

凭良心说，爱因斯坦发明（不是发现）的相对论只是一种科学探索，究竟对错还得不断求证与验证。爱因斯坦的可爱可敬可佩之处就是：他敢于反思与挑战经典论，善于把马赫原理用数学解析式量化出来。
http://p9.pstatp.com/large/a67100056b3e254e580e

 

但必须指出：马赫原理是不切实际的科学幻想，因为：既不可能测量一个物体所受整个宇宙对它的综合作用参数，也不可能在费米子与玻色子“身上”携带一个测量仪或参照系。

 

质能方程的“E=E静+E动”的致命瑕疵是：同时采用了绝对参照系与相对参照系之两个截然不同的测量基准，严重违背同一律法则！

 

鉴于目前理论物理的乱象，现在必须举起“打倒相对论”的旗帜，重归千锤百炼的经典论。经典论包括牛顿四律与麦克斯韦方程，既适合宏观物体也适合微观粒子。关键是在经典论基础上，增补一套合乎自然的微观粒子模型。

 

现在回到本题。问题的关键是物质的精准定义。精准的含义是：既要奠定物质范畴的基本特征，又要给出量化处理的测量途径，进而为应用物理指明正确的操作方向。换句话说，夸夸其谈的模糊定义，在物理科研上是毫无意义的。

 

重申我的物质定义：物质是同时具有质量、能量与体积的客观存在形式。本定义指出物质的三要素。

 

质量有两大类：第一类质量，可回归到费米子的实体质量或“正质量”；第二类质量，可回归到玻色子的真空质量或“负质量”。

这样分类的经典逻辑是：费米子与玻色子之间总是形影不离而处于一种特定的动态抗衡状态。根据浓度扩散的第一性原理，高能密的费米子只是发散性的提供向外的惯性离心力，低能密的玻色子总是收敛性的提供向内的真空向心力，即所谓的万有引力。

 

能量有两大类：第一类能量，可分级到以光速旋转的自旋角动能或“引力势能”，第二类能量，可分级到以低速震荡的轨道角动能或“震荡动能”。

这样分类的经典逻辑是：物质的总能量=与质量相当的固有的引力势能+与能量相当的可变的震荡动能。即：E=Ep+Ek=mc²+½mv²。

 

体积有两大类：第一类体积，可回归到极小半径的相对很厚的费米子体积子；第二类体积，可回归到较大半径的相对很薄的玻色子体积子。

这样分类的经典逻辑是：在超低温超真空环境中，小体积的高能密费米子f——可以膨胀或发散为——大体积的低能密玻色子b；在超高压超高温环境中，大体积的低能密玻色子b——可以压缩或收敛为——小体积的高能密费米子f。

即：Vf·σf=Vb·σb，或，Vf·ρf=Vb·ρb。

此公式可叫敛散效应方程，其中，V代表粒子的体积，σ代表粒子能量的体积密度，ρ代表粒子质量的体积密度。用万有引力定律与敛散效应方程，可直接测算太阳系与银河系的半径。

体积子的另一重要蕴含：自旋越快约倾向扁球体；自旋越慢越倾向准球体。
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请体会，电脑光卡里的高速旋转的光盘，为什么几乎听不到它的噪音？这里面埋藏着什么物理机制呢？

光速自旋的粒子就像很薄的光盘体。银河系自转较快，在太阳处的线速度为250000m/s，显示铁饼体。地球的自转较慢，在赤道处为466m/s，而显示准球体。
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这幅图，可作为中子星、黑洞、类星体等高速自转的饼形结构图，请体会自转速度与体积模型的函数关系。

电子以光速自旋，经典半径约2.82e-15m =2.82fm，相对厚度较大，南北两极的极间距较大，有显著的电偶极子，进而可解释有电荷。光子与引力子的极间距很小，不显示电荷性。

 

现在可探讨“光子究竟是什么”这个历史悬案。首先要注意两点：

其一，规范场论说的“光子是电磁波的传播子”是一个恶性循环的模糊命题：因为传播子的本意是介质或载体，既然光子是电磁波的基本单元，又怎么是另外一个传播子呢？

例如，空气分子（激元或声子）是声波的传播子，即作为空气中的声波，是承载震源谐振子动能的空气介质波。就经典逻辑而言，电磁波与机械波的发生与传播机制是协变一致的。

其二，为什么物体之间的碰撞不可能是核外电子之间的直接接触？究竟是什么东西在暗中传递实体之间的相互作用力呢？

有物理思维的读者一定会想到，是宇宙真空场或者暗物质在作祟，那么我恭喜你，这正是问题的切入点，你比爱因斯坦厉害多了。因为爱因斯坦在引力场方程中公然否定宇宙真空场的存在，并且说光的传播不需要介质作为载体。

 

最低能密的真空场介质，可量子化到一圈圈的以光速自旋的无序震荡的真空漩涡子，不妨叫引力子，是引力波的传播子。

较高能密的真空场介质，可量子化到以光速自旋的无序震荡的引力子集团漩涡子，即量子场论的虚粒子。外加电磁场或高温高压条件下，虚粒子变成有序震荡的“真光子”。真光子不同于教科书上的那个光子。

 

电磁波有两种生产模式。

请观察，下面这组麦克斯韦方程的位移电流是哪项？

http://p99.pstatp.com/large/a67200056d8611e19874

感容震荡模式：也叫位移电流效应，详见电动力学麦克斯韦方程推导。感容振荡器是一个生产电磁辐射角动量的谐振子。此模式有三部曲。第一步：电磁角动量激发虚粒子，即把电磁角动量提供给虚粒子。第二步：承载了电磁角动量的虚粒子就会依次推涌，变成有序运动的真光子。第三步：大量真光子形成一圈圈的波阵面，这就是电磁波的庐山真面目。
http://p3.pstatp.com/large/a0ad0009f5deb576adc3

 

高频震荡模式：也叫卡西米尔效应。此模式有三部曲：第一步，制作一个超薄真空腔，然后腔外施加的高频机械震荡，辐射高频角动量。第二步，激发腔内的真空场虚粒子，承载了外加角动量的虚粒子开始做有序的依次推涌。第三步，大量真光子形成一圈圈波阵面，这也是电磁波的庐山真面目。

 

有了电磁波的生产机制，就可以涉足光的精准定义了，即：光是电磁谐振子或高频机械震荡激发真空场虚粒子有序推涌的介质波。

 

这里强调：介质波是介质粒子或激元之间有序性依次推涌的波，诸如气体介质波（如气流或风波）、液体介质波（如水流与海潮）、固体介质波（如地震波与玻璃波）、电荷介质波（如电流与等离子体波）、真空介质波（如光波与引力波）。
http://p99.pstatp.com/large/a67200056dd49f79613b

只有1个电子的绕轨运动在特定时段的历史运动点迹的总和，把这些点迹的三维空间分布，投影在一个平面上，形成外疏内密的电子云图景，再将此平面图投影成一条线段，从里向外，形成一个点迹概率的线密度梯度，类似钟形曲线或高斯分布。

介质波不同于德布鲁伊的物质波或概率波。概率波是一个容易混淆视听的术语，最好叫粒子云或概率云。例如，氢原子模型的1个电子的概率性电子云，是电子在原子内空间形成的时空累积性的数学图景。

宇宙射线，可作为物质波范畴，是例如恒星热核反应先后辐射的一个个相对孤立的费米子，费米子之间各自独立，不像介质波中依次推涌的传播子。例如电子注（电子线、β射线）、质子线、阿尔法射线（氦粒子线）、中微子线，这些都不是介质波。

尤请注意：电磁波不是物质波！德布鲁伊等人不知道电磁波生产机制，这是历史的局限性。

光子与引力子的三要素

 

探讨最难的——引力子与光子——的定义，二者是物质，就该有物质的三要素。

 

关于引力子。宇宙微波背景辐射是一个可选的切入点。由于背景微波（λ=7.35cm）处于超真空超低温（2.725K）的深太空，可规定为真空引力场最小量子，即引力子的特性参数。

 

特请注意：此处的引力子只是一个规定，是目前水准的测量仪可能测量的真空虚粒子。

引力子的质量/能量/半径

求引力子半径。波长意味着漩涡子激元或传播子，意味着震荡半径R或振幅A。可推半径：

R=λ/2π=7.35/6.28=1.17cm，像一个超薄小光盘。由于南北两极的距离极短，不显电荷性。

求引力子质量。按Ek=½mc²=3×½kT，可推引力子质量：m=3kT/c²=1.26e-39kg。

求引力子能量。按经典论，能量=势能+动能，即E=Ep+Ek=mc²+½mv²，引力子的无序震荡的线速度远低于光速，动能部分忽略不计，可得引力子能量：Ep=mc²=1.13e-22J。

 

光子的质量/能量/半径：

求光子的质量。光子质量取决于电磁波的频率。根据电子湮灭方程，1个电子质量对应1个伽玛光子能量，按E=hf=mc²求频率：f=mc²/h=1.24e20Hz。把光子变电子的频率叫临界频率，对应的是临界光子，临界光子质量就是电子质量，即：m临界=m电子。

光子质量公式：m=hf/c²=h/λc。频率为f=1e4Hz低频光子的质量：m=hf/c²=6.63e-34×1e4/c²=7.4e-51kg，远低于引力子质量。推想，在超真空或暗物质状态，可以有比微波背景辐射低得多的无法测量的电磁波。

 

求光子的半径。可按电磁波波长求不同能密的光子半径：R=λ/2π=c/2πf。频率1e22Hz的伽玛光子半径：R=c/(2π1e22)=4.8e-15m。频率1e3Hz的长波光子半径：

R=c/(2π1e3)=4.8e4m，50千米的半径！
http://p3.pstatp.com/large/a66c0007382f3424bbb2

 

这幅图弥足珍贵。可做为电磁波长途旅行的红移模式，也可做为光子漩涡体的基本图景。

求光子的能量。可按E=hf计算。频率1e22Hz的伽玛光子能量：E=hf=6.63e-12J。频率1000Hz的长波光子能量：E=hf=6.63-31J。

如何计算微观粒子的体积

这个冒听起来有点不可思议，现代量子理论认为，不管是费米子还是玻色子，它们都是没有体积的质点，但它们都有角动量。这是纯数学的唯心主义思维，是反物理思维。为什么这么说？

理由之一，大量无体积的粒子不可能构成有体积的天体、原子、分子。就氢原子模型而言，如果质子与电子都没有体积，原子内空间的玻色子都没有体积，氢原子半径5.3e-11m又从何而来？

理由之二，纯质点无半径的粒子不可能有角动量与角动能的物理参量。电子不自转，哪来的自旋角动量？光子不自转，哪来的自旋角动量？上帝粒子不自转，哪来的自旋角动量？

不要跟我说，这是根据不确定原理得出的必然规定。不确定原理之ΔxΔp≥h/4π，只能作为因为测量仪发射的电磁波破坏了粒子原有状态的统计误差，不可夸大用来推导出“如果电子自转则线速度超光速达137c”的谬论。

回到本节正题。前面，我们已经解决了粒子的自旋半径的计算公式。由于费米子与玻色子皆以光速自旋，是厚薄不一的光盘模型。把它们模拟成圆柱体积子，求其厚度“b”即可。b还可以作为电偶极子之间“电荷极距”。

权宜性策略：不管怎么规定，误差不会超过0.5个数量级，不会显著影响技术物理的相关设计，即使有也可以通过实验适当调整。

现在来做权宜性规定。我们按“长尾效应”规定：临界光子的半径与厚度比简称“径厚比”为：R:b=10:1，则有两个参比公式与一个敛散效应方程：

临界光子体积：V'=2πR'²b'≈0.63R'³

临界光子密度：ρ=m'/V'≈1.6m'/R'³。

敛散效应方程：Vρ=V'ρ'。

通过这三个公式，即可计算所有的费米子与玻色子的体积V与质密ρ或能密σ。

小结：以上给出本视角的物理新思维，由于涉及面很宽，难免有不妥之处，欢迎物理大家批评指正，有不同意见的一同切磋。谢谢。

https://www.wukong.com/question/6590499078499467527/