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《宇宙的真谛》讲座第一讲,第二讲

《宇宙的真谛》讲座第一讲,第二讲

吴东敏

第一讲???宇宙的定义

科学的宇宙观念主要有两种:经典的宇宙观和相对论宇宙观。在两种宇宙观里,宇宙的定义是完全不同的。

一,?经典的宇宙观,空间时间物质概念。

什么是宇宙?经典的或称牛顿时代的宇宙观念认为:宇宙是物质结构,是万物的总称。在天文观察或者观测中,宇宙泛指总星系(指所有的星系)。宇宙包含总星系占据的空间和这一空间中的一切物质粒子及其物质结构。宇宙中的物质结构始终随时间不断地发生变化并且在广大空间里处于不断地运动之中。

什么是空间?什么是时间?在人们的传统观念中,空间就是“空”的空间,是容纳万物的场所。时间就是光阴岁月,它永不停止,永远向前流逝。在传统的或称经典的牛顿时代时空观念里认为:世界万物(宇宙万物)都在共同的三维立体空间与共同的时间里运动演化。在物理定量上,空间与时间又是一种尺度或者工具,就像人们生活中的度量衡工具一样,是绝对的。三维空间用来度量宇宙万物之间的距离与位置,时间用来度量每个空间状态先后间隔过程的长短。空间和时间是客观存在的,不为人们意志为转移,不能因为某人没有看到空间,时间就认为空间时间不存在,也不能认为在人类或其它物种没有产生之前和消失之后,空间时间不会存在。这样就可以消除“人择原理”引起的无意义的纷争。时间空间不是物质,仅仅是一种存在而不是实在。空间和时间观念通常作为高等生命——人类大脑中的思维意识而存在。普通动物,植物,微生物,它们虽然在空间里生存,但是,它们并没有空间时间存在的观念和意识,也不能因为这些生物没有意识就认为空间时间不存在。没有空间和时间的存在,就没有不断演化中的宇宙,万物在空间中存在,在时间里演化是永远不变的真理。

在经典的宇宙观里,空间绝对静止,连续不变,各向同性,尺度无限。空间不包括空间中的任何物质(基本粒子,以太等),指的是绝对虚空或绝对真空的场所。这种把物质从空间中独立出来是一种研究方法,一种把复杂化为简单的方法。空间就是“空”的空间,是任何粒子都不存在的空虚的空间。这样,通常的物质及其它如暗物质,以太,场,引力,电磁力,真空能等物质与物质现象就无法在空间中躲藏起来,就可以避免有些科学工作者研究员高级教授在研判中堕入到唯心主义的歧路中去,甚至拔不出来。把物质独立出去以后,剩下的则是一个绝对静止,尺度无限,连续不变,各向同性的人们常知或者熟悉的几何空间,称为欧几里得几何空间(欧氏空间)。这样就可以自然地把黎曼空间,罗氏空间,高维空间等畸变空间理念从欧氏空间里请出去。因为只有在欧氏几何空间里的物理理念才符合人类生存,生产,生活的正常习惯。假如,爱因斯坦的弟子认为,由于地球的存在,地球表面及附近的空间会畸变成黎曼空间的话,他们首先必须详细提供地球如何能使空间歪曲的充分的物理理由。这种物理理由至今没有人能够提供,今后也不可能有人能够提供。因为地球引力只对物质的质量产生作用,不可能对空间发生作用。对于卡拉比丘成桐多维空间也是如此。宇宙的物理问题与数学游戏应该严格区别出来。

在空间中,我们不管往哪个方向看,其尺度都是无限大,就像无限大的半径,其球的体积无限大。或者以空间中某一点为原点,它的前后,左右,上下的尺度均为无限大,空间的体积等于无限深乘以无限宽乘以无限高等于无限大,这一点一直为人们所理解。前后,左右,上下三条相互垂直的直线构成了三个相互垂直的平面,这三个平面决定的空间,就是人们常知的三维空间。三维空间中某一点,比如天空中飞机的位置,我们可以用经度,纬度,高度三个坐标尺度来表示它的位置。空间尺度的计量单位主要有:国际标准米(m,微米(μm),纳米(nm),千米(km),光秒(ls,光年(ly,天文单位(日地距离),千秒差距(kpc),兆秒差距(Mpc)。

除了绝对的欧氏数学空间观念以外,有不少物理学家和物理学研究者提出了相对的物理空间观念,把他们认为存在的暗物质,暗能量,宇宙弦,各种场物质,以太物质,量子类圈体,旋进量子,光子海,磁单极子海,超流体,太极子,宇宙子,斥力子等等不能直接观察到的物质包含在空间中,表示空间的特性,演变出形形色色的多种空间观念及其理论。在此须要特别提醒,在设想解释物质粒子相互作用,及其形成的物质结构时,不要误入再次的,主观意想的,唯心主义的,脱离物理定律的歧途之中,请始终不要忘记:任何物理空间必须以一无所有的不含有任何物质的三维的几何空间为背景。

时间永远流逝,永远向前,它的连续性,单向性就像一条有方向性的直线。在数学里可用数轴表示。时间没有开始,也没有结束,它是无限的。在人们的思维中,时间可以向前看50亿年,500亿年,5000亿年……,也可以倒溯到过去的50亿年,500亿年,5000亿年……,你想时间多长就有多长,全凭你的想象力。时间在描述宇宙物质运动演化时,它是矢量,表示物质运动顺序的单向性,人们把它比喻成流水,总是向前,不能倒流;此时的时间,表示物质运动的时间坐标在移动。但通常的时间是标量,表示两个空间物质状态的时间间隔。时间间隔的计量单位主要有:秒,毫秒,微秒,纳秒,分,小时,日,月,年(回归年),万年,亿年。时间的计量方法主要有:铯原子钟的铯衰变辐射周期法。当地太阳时认定法(当地两个相邻太阳最高点时的时间间隔为一日,太阳最高点定为当地时间12点)。格林尼治时间测量法(相邻两次穿过国际日期变更线上某地的时间间隔为一日)。天文时间观测法(相邻两次在某天文台同一位置同一方位观测到某星座恒星的时间间隔为一回归年)。全球GPS系统同步时间定位法(统一的地球时间)。美籍物理学张操教授把如小时,日,月,年等表观的,通常的,可感觉的,外部的(精确的或者不精确的)量度看成是牛顿物理绝对时间观中的相对时间。与现实生活中的时间观念比较相符。他认为:“时间的定义不应该局限于一种特定的物质运动,例如光的运动。时间(和空间)是比光速更为基本的物理量。世界上即使没有光线,也照样有时间的定义。”绝对时间中的“秒”与认为是相对时间中的日(地球自转一周所需的时间),月(月球公转一周所需的时间),年(地球公转一周所需的时间)之间的换算差异诞生了现代天文历法。采用阳历闰年,阴历闰月等方法来加以调节。满足人们的生产需要和生活习惯。

宇宙是物质结构,是万物的总称。什么是物质?物质既是一种存在,又是一种实在。它有形状,有尺度(大小),有质量,有特性(电荷)等。不具有形状,尺度,质量,特性的存在,就是非实在,非物质。这样就可以把物质与非物质的概念区分出来。

大部分物理学家把物质分为两种形式,一种是有形有质量的实体物质,另一种是有能量无形状的物理场物质。把场物质定义为特殊物质。可以暂定为特殊物质的有:各种场,以太,超流体等等。特殊物质是人们在不了解自然现象的本质情况下的设想,有待人们揭开它的本质。

宇宙中只有物质与非物质,没有特殊物质的观念可以把物质的概念统一起来,避免在学术研究中因为概念的演变引起无休止的争议。物质是不依赖人的主观意志为转移的客观实在。携带质量和能量(或电荷)是物质的基本特征。通常物质(基本粒子及其结构)必须具有几何形状和空间尺度。

古希腊科学家亚里士多德认为地球上的物质由水,气,火,土等四元素组成。古希腊哲学家德谟克利特认为一切物质均由许多“原子”排列组合而成。现代粒子物理学认为,一切物质(物质结构)由62种基本粒子构成。它们是:36种夸克,12种轻子,14种玻色子。但是,62种粒子的形状,尺度,质量,性质没有明确规定,距离定义它们为物质粒子还遥遥无期,目前仅仅停留在模糊的设想之中。在我的“二粒三构”理论学说中,一切物质结构均由两种基本粒子构成,它们有质量,有电荷,有形状,有尺度。二粒三构理论学说是《宇宙的真谛》的核心部分。

宇宙在尺度上是有限的,还是无限的?有部分物理学家把空间当成宇宙,由于空间无限大,所以他们认为宇宙的尺度无限大。在经典的宇宙观里,宇宙是万物的总称,假如无限大的空间里都存在着物质结构,则我们可以说宇宙无限大。

20世纪40年代以前,大部分科学家都相信宇宙无限大。在天文观测中,遥远星座在天球投影的位置角度,年复一年始终没有变;人们也祈盼着恒星(太阳)永远不老,宇宙永远不朽不变。即使空间中的恒星不断地消亡,但是又会不断地产生,宇宙是永恒的,在时间上,宇宙没有开始,也没有结局。所以把这种在宇观大尺度结构基本不变的宇宙称为“稳恒态宇宙”或称“稳态宇宙”。后来,有些科学家以为宇宙是从大爆炸开始,从很小变成很大,而且越变越大(宇宙不断膨胀),那么这个宇宙是有限的。因为有限的爆炸膨胀速度乘以有限的膨胀时间等于有限的宇宙尺度(s=vt)。如果这个宇宙越来越大,宇宙中物质的平均密度越来越小并趋向于零,然后整个宇宙在广大的空间中慢慢地消失,科学家称这种宇宙的结局为开宇宙。反之,如果宇宙的体积反变缩小,越来越小,物质的平均密度越来越大,最后收缩成为一点或很小的体积,科学家称这种宇宙的结局为闭宇宙。

在传统经典的宇宙观里,宇宙尺度可能存在如下几种状态:

1,?空间无限大,空间里布满物质结构(星系结构)。宇宙是无限的。

2,?空间无限大,宇宙里包含的物质结构(星系结构)只占据部分空间。宇宙是有限的。

3,?空间无限大,宇宙是有限的。空间里存在许多个宇宙,甚至无限个宇宙。

二,?相对论时空观。

20世纪初,爱因斯坦先后发表了被称为狭义相对论和广义相对论的文章。经爱因斯坦的弟子学习总结后,形成相对论时空观。在相对论里,宇宙的定义发生了变化。什么是宇宙?宇宙就是时间和空间,合称为“时空”。此谓:“四面八方(空间)为宇,古往今来(时间)为宙。”当然也包括时空中的物质。按照人们的传统观念,空间无限大,时间无限长,宇宙尺度应该无限大。但是在这里,时间与空间也可以是有限的,它可以从某一时刻,某一大小开始到某一时刻结束。时间与空间是宇宙的主体,再也不是度量工具。相对论时空观把时间与空间两个完全不同的量结合起来成为“时空”一个概念:时间不能完全脱离和独立于空间,而必须和空间结合在一起形成所谓“时空”的客体。把三维空间加一维时间发展成为“四维时空”(闵氏时空)的相对论宇宙观。

随时间变化的三维空间中的物质运动,其图像简单直观。可以用电影摄影机来比喻,它以每秒24格的频率连续拍摄,将活动图像分解成24幅静止的图像来研究,把复杂化为简单。在电影放映机里又可以用每秒24格的速度播放,还原物质的真实运动。其它,如用于人体健康检查的CT扫描拍摄也与此雷同。把时间与空间独立开来,有利于人们认识世界。而“四维时空”把时间与空间结合在一起,把简单化为复杂,把人们的大脑渐渐地向歧路中引进,五维时空,十维时空,28维时空直至M理论认定的11维时空。时空如此复杂,那么在复杂时空中运动的物体和人类将如何生存?高维时空能为时空隧道,时间机器等荒唐的怪物,提供理论基础。对于人们现实的生存生活则没有任何物理意义。空间和时间是非物质性质的存在,把空间量子化,时间量子化,所谓空间量子尺度为10-35m,时间量子尺度为10-43s,量子化的空间与时间是可以分离的,不连续的。显然是无稽之谈,十分荒谬!

对于爱因斯坦本人来说,他还是奉行传统经典的宇宙观念,为了得到一个稳定的宇宙,曾在他的方程中加了一个宇宙常数项。在膨胀宇宙的发现和确认以后,爱因斯坦后悔自己错了。

相对论建立在相对性原理,光速不变,等效和广义协变性原理上。在光传播需要时间和天体的引力场对时空影响作用的现象和原理来看,遥望夜空的星象,并非实际的星图:1,数千年,数万年前的星光到现在才进入我们的眼帘,其实际位置早已偏离。2,星系之间的相对位置与状态的表观现状,与其实际状况可能大不不同。3,远处星光穿过临近星体(主要指太阳)到达地球,远处星体的表观位置与实际位置不同而发生视差。4,地球的自转,公转,太阳绕着银河系中心的复杂运动,又使人们的观测复杂化。

在地球上看宇宙,或者说在星系里(银河系)看宇宙,只能看宇宙的局部,是在看宇宙的过去。比如说,我们观测太阳是在看它820秒前的样子,因为阳光从太阳走到地球这段距离需要的时间是820秒。看仙女座大星云(编号为M31)是在看它220万年前的模样,因为M31与地球的距离约220万光年。许多旋涡星系的平面是斜着倾向地球,它的一侧与另一侧与地球的距离相差数万光年,因此,人们拍摄到这样的星系的模样非其真实的样子,两侧相差数万年时间。所以,在地球上看宇宙犹如坐井观天,瞎子摸象,无法把宇宙的全部图像或者局部图像描述出来。看到的图像大部分不正确,不精确。要了解宇宙的全部结构和宏观模样,就须要一个共同的时间,共同的空间,也就是说人们的认识必须回到牛顿时代以来经典的空间时间观念上来,通过多种方法途径,多种技术手段,逐步建立直观的宇宙结构模型。目前,螺旋结构的银河星系模型已经比较直观地呈现在人们的面前,我们的太阳位于英仙臂和人马臂之间的猎户支臂外侧,距离银心2.7万光年的位置上。宏观的宇宙图像和模型不能建立在可变的相对论时空里。在传统的牛顿时空观念里,人们考虑到光速不变,光传播须要时间,天体结构,天体力学,天体物理学方面的问题,客观地探测宇宙结构的真实模型及其演化规律。在传统的宇宙观里,宇宙,空间,时间,物质等概念清晰,条理分明,各行其道,表述简单。避免了相对论时空观把时空物三者融合在一起的复杂性及其引起说不清道不明的无休止的百年之争。当初,爱因斯坦对迈克尔逊和莫雷的光速测量实验感到十分兴趣,把光速不变的实验结果引进他的论文中,用光速去度量时空,是赶时髦的冲动。对于光的本性本质问题,笛卡尔,牛顿,惠更斯,麦克斯韦,爱因斯坦,霍金等大批科学名家始终没有搞清楚。在光速的本质问题完全不清楚的前提下,把光速不变原理作为相对论中的重要理论依据是十分不妥当的。这是相对论从诞生之日起就受到许多著名物理学家质疑的根本原因之一。

爱因斯坦是伟大的学者,在科学研究上有其不可磨灭的功勋,但不是他的相对论。最著名的是他的质能等价方程E=mc2,是核能研究的理论基础。目前为止,还没有找出更合适的方程取而代之。出于原子弹的威力,爱因斯坦登上世界科技高峰的最高宝座。许多人把爱因斯坦一般的甚至错误的东西视为至宝是可以理解的。青山遮不住,毕竟东流去,相对论及其宇宙观现基本上已被人们所抛弃。当代前沿科学家,实验物理学家基本上不相信相对论。霍金在《时间简史》第九章时间箭头里说过:“任何这些可能性都不符合我们所观察到的情况。然而,正如我们看到的,经典广义相对论预言了它自身的崩溃。当时空曲率变大,量子引力效应变得重要,并且经典理论不再能很好地描述宇宙时,人们必须用量子引力论去理解宇宙是如何开始的。”所以,把霍金列为“当代最重要的相对论家”是张冠李戴,完全不合适的。霍金讲解相对论,但是不相信相对论,也不相信大爆炸理论,他相信的是量子力学和超弦理论。作为一种理论,只要主要部分的某一点被证伪,这个理论就要放弃。还没有被证伪的,可以暂时保留下来进行继续考证。许多民间科学工作者已经发现相对论的弊端,试图把爱因斯坦和相对论作为大老虎打,全面揭露,无情批判,进行了几十年还不休止其诚是可嘉的。相对论淡出空间物理学是必定无疑的,也不要期望有一天某位主流物理学家出来宣布:相对论是错误的。如果要宣布,早在20世纪80年代世界主流物理学界就可以宣布广义相对论和大爆炸理论死刑。因为爱因斯坦是祖师爷,多少徒子徒孙仍然直接或间接在享受着他的俸禄。何况这种理论引发的无意义的争论对社会并没有产生实质上的危害。其实,作为科学研究,批判相对论不是目的。

霍金在《时间简史》中说:“科学的终极目的,在于提供一个简单的理论来描述整个宇宙。”大道至简,理论以简单朴素为美。其实质却能无所不至,万象包罗,而且尽可能地做到定性明确定量简单,能告诉大部分人们而不是少数科学家:我们赖以生存的宇宙的真谛所在?

三,?宇宙学公理,小结。

自从古希腊科学家哲学家亚里士多德和德谟克利特以来,至今已有2400多年的历史,人类可以归纳出如下有关时间,空间,世界万物的宇宙学公理:

1,?时间空间是不以人类主观意志为转移的客观存在。时间空间是虚的存在而非物质性的存在(非实在或者虚在)。

2,?世界万物是不以人类主观意志为转移的客观存在。世界万物是实的存在(实在)。

3,?世界万物始终随时间不断地发生演化,并在空间中处于绝对运动的状态之中。

4,?时间具有连续性,顺序性,单向性。时间犹如光阴岁月,江河流水永不停息,均匀流逝,勇往直前。空间是承载世界万物的场所。空间绝度静止,尺度无限,各向同性。

5,?时间空间是表述万物运动的两个不同的物理量,物质的运动轨迹可以由它的空间坐标和时间坐标移动轨迹来表述,但它们不是物质,只有数学度量。

2400年来,人类形成了传统的,经典的宇宙观念,后来被称为牛顿时代的宇宙观:“什么是宇宙?宇宙就是世界万物。”通俗认为包括太阳,月亮,星星,大地。泛指总星系及其占据的空间以及空间中的一切物质结构和一切物质粒子。经典的宇宙观念把宇宙定义为“万物”。描述的是实在的物质第一性的宇宙。它是唯物主义哲学宇宙观,自然科学的基石。近100年来,出现了相对论的宇宙观念,把宇宙定义为“时空”。描述的是虚拟的非物质性的宇宙。它是四大宗教里唯心主义哲学的延续和演变。西方国家神的意志推动下的时空大爆炸,与东方中国盘古王开天劈地,然后万物生机盎然,如出一辙。演变成意识第一性,物质第二性的唯心主义哲学宇宙观。这种非物质性的宇宙演化,把没有物理特性的简单的欧氏空间,唯心地设想成各种歪曲空间,黎曼空间,高维空间。但是,始终难以找到空间畸变原因的可靠的物理解释。

 

 

第二讲??质量与能量

一,?质量与能量的定义。

在牛顿力学中,物质具有质量和能量。质量与能量是物质的两个基本特性,这是区别物质与非物质唯一的重要标志,凡是物质必须具有一定数值的质量和能量。

质量是定义物体或物质含有物质多少的一个物理量值。质量大小表示物质或物体含有物质数量的多少。在这个定义下建立起来的牛顿力学定律里,物体质量的大小显示了物体惯性能力的大小,质量越大,惯性能力或者效应越强。同时,物体的质量的大小也显示了物体抵抗外力或产生引力效应能力的强弱,质量越大引力效应越大。在相对论里,爱因斯坦根据牛顿力学里的这两个效应,用运动和力的角度去理解与发展和重新定义质量,引进了“惯性质量”和“引力质量”两个概念,把牛顿力学里,质量是物质多少的概念演变成相对论质量,提出静止质量和运动质量概念。生活在地球赤道上的人类,时时刻刻跟着地球以每秒大约465米的速度自转,以每秒大约30公里的速度绕太阳公转,又以每秒大约250公里的速度随同太阳绕银河系的中心转动,银河系又有可能以更大的速度在空间中运动,宇宙中没有静止的物质和天体,何谓静止质量?所以判定静止质量与运动质量没有具体标准和现实意义,会把事件变得愈加复杂。在牛顿力学中,物体的质量的大小与其运动状态和运动速度无关,始终不变,牛顿力学中的质量定义才是客观地表达物体或物质性质的一种基本物理量。在相对论力学里,物体的质量与其运动速度有关,速度越大,质量越大,而且这种质速关系是非线性关系。物体在运动过程怎么能够获得更多的质量呢?似乎十分荒唐的唯心设想对表示物质性质不会有任何贡献,只会增大事物的复杂性。与此相反,中国重庆有位学者认为:物体的质量随着其运动速度的增大而减小,当物体的速度达到光速时,质量减小到零,这位学者的设想与推导似乎也很正确,并没有什么问题。然而,物质的速度达到光速时,质量到底是零还是无穷大?反正,运动中的物体的质量无法直接测量,胡说八道都行。但是,它们违背了哲学,逻辑学的原理。相对论力学的质量概念来自牛顿力学质量定义之下,却又演变出否定牛顿力学质量的定义,是自相矛盾的舍本求末,违背了逻辑学的“同一律”。相对论力学源自于牛顿力学,却偷换了牛顿力学最根本的质量定义,模糊了质量与动量的概念,设想了相对论动力学方程,从逻辑上讲,这条方程是不允许的,也不可能得到实验的验证。所谓的验证,必须重新引起人们的深思。相对论力学不是牛顿力学的发展,而是基本概念上错乱发展的产物。数百年实验证明,牛顿力学才是近代科学最完美而不可动摇的经典理论。

能量的定义是物质运动做功能力的一个物理量值。能量大小表示物体或物质做功能力的大小。物质能量的扩散传递与转换通过力的形式发生作用,人们称它为“能力”比较合乎常理。通常的能量类型主要有:机械能(动能,势能),热能,电能,磁能,电磁能,化学能,光能,核能等等。

机械能是物质的速度和所处的位置具有的能量。

热能是物质粒子无序自由的无规则振动具有的能量。

电能是带电物质与带电物质之间具有的能量。

磁能是磁性物质与顺磁性物质之间具有的能量。

电磁能是原子核与核外电子之间具有的能量。

化学能是电子,离子之间的电磁结合具有的能量。

光能是光子质量具有的动能和光波具有的波动能量。

核能通常人们以为是核子之间的结合能。

从以上可以看出,在各种能量中,人们无法找到离开物质的能量。?同样,人们也无法找到没有质量的物质。已知的世界万物都是如此。如果我们设想有一种没有质量的物质或者基本粒子,唯物主义者认为,应该拿出一张纸,把它的结构图形画出来,赋予它有一定的形状,尺度,性质,结构;才能向他人说明该粒子是如何与其它物质之间产生相互作用。然而人们会发现,这种粒子的结构图形是画不出来的。即使画上一个圆圈,圆圈的中心空空的没有质量,人们很容易理解,如果有人问,圆圈是什么物质材料怎么没有质量?就难以回答。更难的是,一个没有质量,没有电荷的粒子是如何与其它物质发生作用?还得要设想除了引力,电磁力,强力,弱力四种相互作用以外,还要发现第五种自然力。发现第五种自然力可能是超难问题。但科学家妄想用一种避开自然力的说辞如耦合,场效应之类加以敷衍,演变出一种机制。目前最“成功”的是希格斯玻色子在希格斯场机制下能使粒子获得质量,竟然能使部分科学家相信,还能获得诺贝尔奖。这个世界上,前沿物理荒唐之事层出不穷,一种研究,只局限于搞学术研究的小圈子里的部分人所主宰,不可能让圈外人提出质疑,说白了是少数几个人说了算,怎么能证明它的正确与否?这是人类科学的悲哀!

自然界所有的能量均由物质所携带,物质携带质量和能量是物质的基本特性。物质之间的相互作用力是因,运动变化是果,有因才有果,因果律不能颠倒。

二,质能方程。

1,牛顿力学的质能方程:E=mgh+mv2/2

这是一条最完美,最精确的质能方程。它表示处在地球引力范围内的地球表面物质的能量等于其位于该处相对的引力势能与其动能的和。它至今仍然是现代水力发电站设计的理论基础,在世界范围内,它已经通过不计其数的实际验证。在此不必细说,估计没有人提出异议。

2,爱因斯坦的质能等价方程:E=mc2

这是一条最重要的质能方程。是核能研究和核电站建造的主要理论基础。物质的能量由它的位置和速度来决定,本方程缺少位置项,只有速度项,显然是一条不完全方程。在牛顿力学质能方程里,如果估计势能mgh等于动能mv2/2的情况下(即:mgh=mv2/2时),此方程就变成爱因斯坦的质能方程E=mc2。所以,我们可以把爱因斯坦的质能方程看成近似的基本正确的质能方程。所以,我认为爱因斯坦质能方程是牛顿质能方程的特例,而不是发展。

验证爱因斯坦方程的精确性虽有困难,但是至今仍然无法找到更加合适的方程取而代之。

一条不很精确的方程也可以用其它参数加以调节,把它变成十分精确的方程并不奇怪,例如,把核燃料利用率数值进行调整会使E=mc2变得十分精确。

爱因斯坦的质能方程显示了核反应中的核材料的质量亏损化作光子,中微子,以太等其它粒子质量的同时放出核子之间的结合能。它应该理解成质能等价方程而不是质能互换方程。请不要把它理解成质量可以变成能量,能量可以变成质量。在核反应过程中质量始终守恒,在这里,质量守恒定律依然是不可否定的宇宙学基本定律之一。许多物理学家把质量守恒定律,能量守恒定律演变成质能守恒定律,这个微小的差别,把质量能量混为一谈,不知不觉会把现代科学引向歧路。许多前沿物理观念的设想就是从这个错误观念开始,导致物理学前景依旧一片茫然。

3,相对论质能方程:?E=m0c2/√1-v2/c2

20世纪30年代以后,粒子加速器的开发制造和不断改进,能量从1MeV以下的低能加速器到如今的1TeV以上的超高能加速器,能量提高百万倍以上,科学家发现,被加速的带电粒子束流的速度始终不能突破光速,并遵循上述质能方程。因为它源自相对论质速方程m=m0/√1-v2/c2?,所以称为相对论质能方程。

相对论质能方程限制了光子的质量m0必须为零,光子在作光速运动时,E=0/0=于任何数,方程成立;如果m0是不为零的任何数,则任何数除以零等于无穷大,光子的能量将变成无穷大,方程将不能成立。本方程也限制了任何物质的运动速度必须小于光速,否则,质量能量出现虚数,显然违背物理规律。然而,光子的能量不可能无穷大,光子的质量也不可能是零,有许多实验如康普顿散射实验效应,光电效应实验能够证明光子具有一定数值的质量,动量与能量。

宇宙中白矮星的数量很多,白矮星是恒星燃烧了数亿年后衰老的恒星,质量大约减小了一半。恒星燃烧把自身的质量以光子辐射和恒星风抛洒暗物质粒子(中微子和其它粒子)的形式带走了天体的质量,仍然遵守质量守恒定律。在相对论的指导下,在天文观测方面,前沿科学家为了满足相对论的须要,把光辐射列为能量辐射而不是物质质量辐射的范畴,把宇宙物质结构的组成列为:能量73%,暗物质23%,通常可见物质4%,虽然没有大错,但须要重新审视。

为了使相对论质能方程不与质量守恒定律相悖,本人在2004年写有文章《爱因斯坦方程的再讨论》发表在西陆网现代物理争鸣论坛上。把光速分为绝对真空光速和相对真空光速,绝对真空是没有任何物质的欧氏几何空间,相对真空是含有暗物质,以太,场物质的物理空间。物理真空中的光速始终略小于绝对真空中的光速,这样,相对论质能方程就允许光子携带较小的质量下可使方程仍然成立。后来几年,我发现相对论是一个不可验证的理论,只会引起人们无意义的争论不休,所以把空间分为绝对真空和相对真空并没有多大意义。更重要的是,当我发现光的本性以后,认为光不可能在绝对真空中长久辐射,因为光结构在绝对真空辐射中散架了;前沿科学家观测到宇宙空洞,辐射到宇宙空洞中的光突然寂灭可以得到证明。

三,能量的起源与自然的力。

能量起源于力,但能量有别于力。力有三要素:大小,方向,作用点;力是矢量。能量有大小,但方向和作用点不是唯一的,而经常是多个方向,多个作用点,所以能量是标量。能量是力做的功,能量也表示物体做功的能力。物质能量的传递,交换与转换的微观过程须通过力的相互作用来完成。人们在长期的科学总结中,发现了4种自然的力:万有引力,电磁力,强核力,弱核力。我把它们细分为6种力:

1,万有引力,或称牛顿力。它是基本粒子或者物质结构的质量之间的相互作用力。

2,电力?,或称静电力或库仑力。它是基本粒子或物质结构的电荷之间的相互作用力。

3,磁力。它是磁性物质之间的相互作用力。

4,电磁力。它是电子之间或者电子与原子核之间的相互作用力。它也存在于某些天体之间的相互作用力。

5,强核力。核子之间的结合力。

6,弱核力。核子内部的离散力。

进一步的研究表明:6种力的本质只有两种力:牛顿力和库仑力。它们分别是基本粒子或者物质结构的质量或者电荷之间的相互作用力(详细分析请看后文)。所以,一切物质的能量起源最终归结于牛顿力和库仑力。可谓:“没有力?哪有能?”

某些权威的物理学家认为宇宙中的能量分为正能量和负能量,这是没有物理根据的不正确的说法,认为宇宙的正能量等于负能量,总能量等于零,它违反了质量守恒定律和能量守恒定律。能量是标量不是矢量,也不分正负,能量的最小值是没有能量即零能量,宇宙可以从无到有,但构成宇宙的基本粒子不能从无到有,基本粒子的能量也不能从无到有,宇宙的总能量等于构成它的一切基本粒子能量的总和。宇宙始终遵守质量守恒,电荷守恒,能量守恒定律。通常有些人们把正义的能力称为正能量,不在此例,它不属于物理学范畴。

四,?质量的自聚性和能量的离散性。

1,?引力,重力,重量和质量。

我在网上看到许多学者教授对引力,重力,重量,质量的概念理解不同,纠缠不清。在此首先表示我的看法:

处于地球表面的人类在生活工作活动中,经常感觉到我们身边的各种物质物体都具有重量,那是因为这些物体具有重力,重力是地球对物体的引力,重力和引力的单位在标准国际单位制中用牛顿和达因来表示(1牛顿=105达因)。重量是重力大小的量值,重量的大小本应该也用牛顿来表示,但是,按照人们的生活习惯,重量的单位采用公斤(kg),克(g)来表示。并设置在常温常压下(摄氏20度,海拔为0米时,一个标准大气压时)物体的重量等于物体的质量,即1公斤的重量等于1公斤的质量。1公斤质量的物体,不管它置放在海平面还是放在珠穆朗玛峰上,或者月球表面或者火星表面,它的质量始终是1公斤,因为它所含有的物质的多少没有变化。1公斤质量的物体在海平面,在高山上,在月球上,在火星上,在飞船上,它的重量是各不相同,因为它在不同的地方所受到的引力大小各不相同。重量表示重力的大小,物体的重量与它接受到的引力等值。

2,?质量的自聚性。

地球表面所有物质物体以及地球内部的一切物质都具有重力,重力的方向都指向地球的中心。这表示构成地球的所有物质的质量具有自聚性。地球的中心,包括地球的质心,地球的重心,地球的几何中心三者几乎重合在一点。通常的质量的自聚性指的是构成物体的各个质点向物体的质心自聚的特性。质量的自聚性可以很容易地由牛顿的万有引力定律得到理解,它是构成物体的所有质点的万有引力的合力表现出来的特性。

我们看到气态的云雾凝结成球形的小水珠下落到地面;我们看到铸造工厂里有许多熔融态的金属凝结成球形的小珠子;中国女航天员在飞船中的物理实验,看到失重状态的液态水凝聚成水球在空间中漂浮。这些都是物质具有质量自聚性的杰作。由此,我们会理解高温气态的恒星为什么会呈球形;我们也会判断出地球,月球,水星,金星,火星的早期曾经经历过高温熔融状态。

3,?能量的离散性。

物质的能量包括机械能,热能,电能,磁能,电磁能,化学能,光能,核能等。地球物理学研究认为,地球的结构由地壳,地幔,地核构成。地球内部物质的温度和压力随着深度的增加而不断增高,使熔融态的岩浆除了有地心的引力,又有以热能为主引起的离散力,这种离散力的微观本质是电磁斥力。地壳的厚度约840公里,在地壳板块较薄弱的区域经常发生火山爆发或发生地震。这证明构成地球物质由于携带热能而具有离散性。地球内部各个质点的离散力与它的重力方向相反,由于热能带来的高温高压,离散力大于重力,它试图冲破地壳的阻力,迸发出来。

恒星燃烧发出的各种巨大的能量,其本质主要是氢聚变产生的核能。能量的离散特性主要表现在天体的高温高压和以光辐射与粒子抛洒为主要方式。

物质物体具有质量的自聚性与能量的离散性是物质的基本特性。这种特性,也可以用人类的活动来理解,宇宙中一切物质和物质现象包括人类的活动,如一个党派,一个团体,一个企业,一个企业集团也都同样具有自聚性和离散性两个方面。

4,?天体的自转与粒子的自旋。

除了地球日以继夜的自转以外,科学家在天文观察中发现,几乎所有的球形天体都是自转的。天体为什么会自转?我们应该找出它的主要原因。天体质量的自聚性和能量的离散性使天体处于自聚引力和离散力的平衡状态,这种平衡是不稳定的,一旦天体表面某一质点受到外力的作用,根据力合成的平行四边形法则,质点会有一个切线方向的分力,驱使天体开始转动。开始转动的天体,每个质点的离散力向质点运动方向倾斜,分力加大,使转动速度加快;速度越快,每个质点的离散力越向运动方向倾斜,切线方向的分力变得越大,使转动加速,直到天体达到最大的自转速度。

天体自转的角速度与天体质量的乘积表示天体的自转角动量,它的大小取决于天体的能量大小(或者离散力的大小),这是内因,当然,天体自转角动量的大小还与天体的外部环境有关,这是外因。内因与外因共同决定天体的自转角速度。发光发热的天体具有较高的能量,因此具有较大的自转角动量。科学家可以观测天体的自转角动量来估算天体的能量并可获得天体内部结构方面的部分相关信息。

对于微观粒子,科学家在长期反复的研究中发现它们有自旋的性质,如离子,原子核,电子,光子等。由于它们携带电荷,构成每个微观粒子内部的每个质点携带同性电荷,它们彼此之间的库仑斥力使它们具有离散性。处于质量自聚引力与电荷离散力平衡的微观粒子一旦表面受力,粒子则会产生振动;由于力合成的平行四边形法则,质点在切线方向产生分力,使粒子开始转动,转速越大,每个质点的离散力越向转动方向倾斜,驱使转动的分力更大,转速会越来越大,直至达到最大值。粒子自旋的角动量数值的大小取决于粒子的电荷与质量的比值,这个比值称为粒子的荷质比。所以,微观粒子荷质比越大,粒子自旋角速度越大。这样,可以帮助人们估计出微观粒子之间在空间中运动和相互作用方面许多相关的性质和规律。

五,宇宙的纯朴性和复杂性。

我们的宇宙是物质性的宇宙。宇宙的演化,归根结底是宇宙物质物体的质量与能量发生运动和变化。任何物体由基本的物质构件组成,基本粒子所谓的“基本”,表示它既不能消灭,又不可创生,也不可以再分,它们是组成基本物质结构的原始材料。数量庞大的基本粒子及其结构,形成了五彩缤纷的复杂世界,它们把上百类自然科学及其分支从根本上联系在一起。科学家都相信宇宙是纯朴的,纯朴就是朴素简单,它是由基本粒子排列组合而成的物质结构的运动变化。科学的目的是不断探求更深层次的基本构件,反复多次地从底到顶,从顶到底,梳理推导,总结研判,直至发现基本粒子的原型及其性质。基本粒子非常纯朴,它们在通常的三维空间中存在,没有遇到卡拉比丘空间流形,它们不懂得加减乘除和复杂的数学,更不知麦克斯韦方程组,薛定谔方程,爱因斯坦场方程是什么?基本粒子与基本物质结构在相互接触时只表现为吸引作用或排斥作用。粒子的质量引力和电性引力能使各种各样的物质结构形成,电性的能量离散斥力能使物质结构发生运动变化。

宇宙的复杂性表现在:宇宙中只有相似,而没有相同的物质结构与运动状态。从物质的表观特征来看,有人找过,在地球上找不到完全相同的两片树叶,两粒砂子,两个指纹;找不出两个完全相同的人,即使是同一个人,他的昨天与今天不同,早上与晚上不同;追溯到构成这些物质结构体的不同与变化,以至找不出完全相同的的原子,电子,甚至基本粒子。虽然我们不能观察基本粒子的表观特征与内部结构,但我们可以判断它们不能处于相同的状态(位置与速度)所表现的特征。不同粒子的排列与组合数非常巨大,构了非常复杂的宇宙。所以,在宇宙中很难找到统一的“放之四海而皆准”的绝对真理。宇宙中的真理都是局部适用的相对真理。质量能量的运动变化不可能全部按照规则定律来进行,常常是确定性与随机性相伴随,有序与无序相连接,简单与复杂相交融,表现出宇宙演化的混沌性,无规性。宇宙是个复杂的大系统,宇宙学与系统科学,混沌科学的研究应该联系起来,并不仅仅是相对论与量子力学。