存在和观测

deyi_ma2000@yahoo.com

        [摘要]我发现爱因斯坦的相对论并没有否认存在着的绝对空间，如果我们重新定义爱因斯坦的刚杆测量系统，洛伦兹变换在绝对空间中也会成立。如果我们不去假设夸克的话，在基本粒子的层次上就可以找到物质结构的一种简单性。

    说在前面的话

        也许我们能回答宇宙产生后三小时所发生的一些事，也许我们知道某个量子常数小数点后十几位的值，但是我们不能回答物质粒子为什么会在空间中产生运动？不能回答引力产生的原因？不能告诉我空间到底是不是一种实在？我们谈论粒子的波-粒二象性，但没人明确地告诉我波是什么？也没有人告诉我粒子是什么？我们大谈时间会缩短，真正缩短的是我们真实的物理时间还是我们的时计还是我们为了方便而引入的一个被称之为“时间”物理量，我们分清了吗？物理学中要面对的问题太多，我们不能以过去的思维方式来思考它，过去的物理学是一个大杂烩，有许多很好的理论，有许多真实的实验事实，也有许多大胆的猜度，更有许多不合乎逻辑的狂想，充满了一些无用的数学公式的推理、空洞无物的理论。

        物理学应该是关于我们的世界的，我们的世界应该说是简单、和谐、可很方便理解的。

    许多人都预感到物理学会发生一次变革，这次变革将如何发生呢？会给我们带来些什么？我们都曾记得数学的公理化，现在是轮到物理学了。变革后的物理学，所有的物理学概念都将建立在一个结实的基础之上，都和某种实在的存在状态相连。当我们谈论运动的时候，就有某种和运动相关的存在状态出现在我们的头脑中。最直接的结果是因果性也重新回到物理学中。

    二十世纪的物理学是在把“存在”和“观测”混淆中度过的。其中最有名的莫过于“月亮在无人看它时是否存在”、再有就是否认了绝对空间、出现了诸如孪生子佯谬等。

    我们的物理学应该是关于物质世界的学问，这应该是我们的前题，我们有时候却有点模糊。物理学是用来解释我们的实验事实的，但不是能解释我们实验事实的就是我们的物理学。例如，我们不能观测到绝对运动这是一个实验事实，如果我们的物理学就这样否认绝对运动，这显然应该是一个悲剧。虽然相对运动就能解释我们的实验事实，但不能就只有了相对运动。在物理学中有许多这样类似的东西，使我们因之有必要分清谁是关于物质世界的物理学与谁是关于可观测事实的物理学。当然在过去的物理学之中还有许多人为的假说，我们习惯了，我们就把它当作一种理论，同样的这和物理学理论应该是毫不相干。过去的物理学中的理论有多少是真正关于物质世界的东西呢？

    我非常感谢牛顿对于万有引力产生的原因回答“我不知道时”所采取的谨慎而又不失明智的态度。我在这里却不能谨慎，我要大胆的假设，我要回答为什么会产生万有引力，为什么会产生惯性，为什么会产生运动，为什么会产生电和磁……诸如此类，因之请允许我假设。

    我们知道，是牛顿发现了万有引力定律。在牛顿的引力定律中只有有重物体之间才会有引力。1919年爱丁顿在一次日全食中证实了引力也会使光线发生弯曲。一般说来，光子是被认为没有质量的，也就是说光子不会和其它粒子间产生万有引力。如果光子会被引力吸引而改变了自已的运动路径，这显然和牛顿的引力论就有了区别。这首先要归功于爱因斯坦，是他在广义相对论中提出了这一点，再一个是爱丁顿，是他在一次日全食的观测中证实了它。光子是没有质量的，在我们的观念中应该不会与物质因万有引力而相互联系在一起，光子经过太阳会弯曲是怎么产生的呢？爱因斯坦在其广义相对论中认为物质粒子首先改变其周围的空间曲率，有粒子存在的地方空间已经不再平直，光子在此经过时也不再是直线，所以它的路径改变了。在过去我们的观念中物质和物质之间的相互作用是直接的，这里是不是有所改变呢？物质和物质之间不再是直接的相互作用，而是物质通过空间而与另一物质发生相互作用，空间是它们间的一座桥梁。在过去的一个世纪中是否是由于人们 对空间及空间的实在性有些敏感而没有直接说明这一点呢？这只有过去的人们心中才能明白。今天我要明确地提出这一点。

    在另一方面，由于引力的作用，而改变了空间的特性。什么还能改变空间呢？在牛顿的力学中空间是绝对的，是不言自明的，也是不生不灭的。空间这种特性一直保持着，直到爱因斯坦的狭义相对论在观点上认为空间是可以改变的。这种改变与其说是一种关于空间自身的改变匆宁说是关于空间测量的改变。所以空间在过去的时期中一直是孤立的，从不和其它的东西关联在一起。而且有关它的描述一直是模棱两可的，有关它的存在性一直在讨论中，而且主流的观点是否认它的。这也就是人们普遍认为的相对论否定了以太的空间观。在广义相对论中爱因斯坦明确提出引力会改变空间的曲率，至于它的物理学意义并没有明确提出，否则我在这里就可以不用说明了。

    现在我们知道物质的引力首先改变空间、然后通过空间与其它物质相互作用。可以得到证实的是引力可以改变空间，能够影响空间的因素还有那些呢？现在我们可以这样说除了引力不知道有其它。

    因之，我假定引力不仅改变了空间而且产生了它。

    空间是什么？空间被定义为所有物质粒子引力作用的总和。

    在这里请允许我作一下说明：让我把空间与社会做一个类比，社会是人与人关系的总和；空间就是粒子与粒子关系的总和。

    在这里我们说的空间，也就是我们一般观念中的空间是指引力空间。

    空间与物质的相互作用联系在了一起，我们有两种长程相互作用力，就有两种空间——引力空间和电磁空间。平常我们所说的空间是指引力空间。

    这样空间是物质的，是绝对的。

    这样，在我们的力学之中就要引入绝对空间和绝对运动。

    我们再给运动下一个定义，物质粒子在空间之中位置的改变定义为运动。

    一个粒子为什么样会产生空间中某个方向的矢量运动呢？一般认为空间是各向同性各处均匀的。根据对称性，如果按过去对于粒子的描述、或点粒子模型，粒子在空间的某个方向不会产生运动。有一种可能性是粒子在空间之中有分布，在某个方向分布的特殊性就导致这个方向的运动。

    我又假设，粒子在空间之中某个方向的分布不一致性将导致在此方向的运动。

    粒子又是什么？过去一个世纪争论最多的就是它。今天我们的波粒二象性也不过是争论后所留下的。我们显然不能这样去假定一个粒子又是粒子又是波。其实粒子是什么样我们也没有一个完整的对于粒子的描述，也没有有关粒子的一个清淅的图像；对于波也是一样；更不用说波粒二象性所作的描述。所以我们必须重新去定义粒子的模型。

    上面提出粒子所有相互作用的总和是空间，我们可以提出一个多维的山峰一样的粒子模型，每个粒子是一座山峰，所有山峰的山脚的交汇处是空间。

    这个示意图如下面图所示

    这是否会和我们的观测事实相矛盾呢？

    所有粒子的量子特性我们把它在量子维中去讨论。它和空间的关联象山峰（量子特性）一样慢慢地向山脚（空间）中延伸，引力作用就表现在这山脚与山峰的交汇之处。爱因斯坦的引力作用会改变其周围的空间在这里很直观地表现了出来。物质的量子作用就好像是登山者，他从山脚一步步向上攀登也一步步地消耗着他体能，对于不同的登山者会有不同的有关山峰的体验（对于不同的观测者会有不同的粒子观点——它有时表现象一个粒子有时又象波的特性）。这应该说和我们的所掌握的实验事实（量子力学）并不矛盾。

    上个世纪我们才消除了物质是由分子、原子构成的疑虑；后来我们又进一步认识到原子是由原子核和核外电子构成；原子核又是由中子和质子构成。随着进一步的研究，我们又发现了许多其它的粒子，数量很少而且极不稳定，它们衰变之后的产物也不外乎是中子、质子、电子、光子及中微子这几种粒子。

    在地球上我们物质的基本粒子的组成一般是中子、质子、电子、中微子和光子。这些粒子占据了绝对的数量。

    如果考虑到一个中子的衰变，它衰变为一个质子、一个电子、一个中微子。

    而且1、我们的世界整体电荷数守恒，这被解释为质子数和电子数相等。

    2、如果轻子数守恒也被解释为电子数和反中微子数相等。

    3、重子数守恒被认为质子数加上中子数为一个常数。

    4、如果考虑空间的效应，能量守恒能满足（这一点有待于我们进一步证实）。

    这时我们可以认为我们地球上的物质来源于中子。

    接着我们把这推广到太阳系、银河系及整个宇宙。我们认为所有的物质来源于中子。

    这就是说我们的世界等同于只有中子的一个世界。

    这时引力作用消失了，电磁作用也消失了，其它所有作用都消失了，世界一片死寂。这时只有中子还有原始空间。

    这是不是一种物质世界所表现的简单性呢？

    这样我们的物质世界有两种等同的状态：一种是我们今天所见的世界；另一种是中子和原始空间。

    我们这个世纪另一个伟大的发现是质能守恒，它打破了质量和能量的界限，各种不同的物质存在形式得以沟通。质能守恒在更深的一个层次上表现物质的存在方式。

    我们有关存在的描述都没有在质能守恒中所表现的那么深刻，我们应该找到与之相对应物质的某种存在形式。

    我们知道，我们的世界正、反粒子绝对不对称，也就是说找不到与之相对应的反粒子。一个正粒子的一个反粒子可以O灭为一对光子。这样会消失很多的量子特性。如果正反粒子是对称的，这个世界可以归结为光子。

    再让我假设一下：一个中子离它最远的粒子是它的反粒子（假定我们的宇宙是静态而且有界无边）。我们假定在整体效应中，所有中子的总和将没有任何量子特性。这就是混沌。这就是我们在质能守恒中所应看到的东西。

    这有一点难于理解，我是想找到一种没有任何状态量的宇宙。

    这样我们的宇宙有三种不同的存在方式：混沌状态、中子和原始空间还有我们今天所见的世界。

    这几种不同的存在方式不要理解 为在过去曾经是某种状态，而只能认为我们宇宙有几种等同的物质形态。

  人类一直在寻找对于物质世界的一种简单性的解释：古希腊人认为物质是由一种或几种元素组成，他们认为这几种元素是水、火、土、气等；在中国的道家学说中也有这样的思想，认为物质是由金、木、水、火、土组成，更进一步的还有阴阳学说、太极学说中思想“无极生太极、太极生阴阳、阴阳衍生五行、五行化生万物”“无极生太极，太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦”；近代的化学家发现物质是由108种化学元素及其同位素的原子构成；现今的标准模型认为物质是由六种轻子六种夸克及其相互作用粒子组成。

    中子假说只是又一种，为了对它的进一步的解释，又提出了混沌假说。在混沌假说中人们可以看到在过去质能守恒中所表达的存在的意义。

    混沌是一种没有状态的物质实在。产生物质也就产生了物质状态。

    混沌一团中产生了中子和原始空间。

    然后是，一个中子衰变，产生一个质子、一个电子、及一个反中微子。中子继续衰变……这时引力作用产生了，电磁作用产生了。一个中子和一个质子组成一个原子核时或二个中子和两个质子组成一个原子核时，核相互作用也产生了。当然中子的衰变是弱相互作用。

    继续。。。。。。

    我们今天所见的宇宙的模样产生了！！！

    在混沌一团中产生的物质粒子是什么呢？粒子应该是一部分混沌的集合。正如在十九世纪以太观的描述之中认为粒子是以太之中的旋涡一样，这和我在这里对粒子的描述比较接近。与空间相比，粒子是独立的东西。空间是共同的。在混沌中产生粒子的时候也产生了它们的相互作用，所有粒子的相互作用的总和也就是空间。空间和粒子总是同时产生的。

    在上面有一段文字，简要地描绘了一下粒子的模型-----山峰模型。这描述对于中子和原始空间是比较适宜的。随着其它作用的产生，我们的量子维特性会变得更加丰富。为了更加能表达我们的思想，电磁作用、核相互作用是属于量子维中的特性，它们将在量子维中表述。

    质子产生的时候电子也产生了。它们总是同时产生，同时消失。在电磁力学中我们知道在围绕电子的某个闭曲面总有相同的电通量。电子与质子之间好像永远有一线连在一起，这条线就是我们的电磁相互作用。

    电磁作用是属于高维的，应该和引力空间是不相干的。我们平常认为电磁作用和距离是有关的，也确实是有关的。但现在我们要消除这样的观点。我们在相互作用及对于牛顿的“力”及力学三定律的讨论时再讨论。

    我们有必要建立引力空间、电磁空间这样的概念。在引力空间中才有距离、运动的观念。而且我们平常所发生的事件一般都是指发生在引力空间中的事，但我们应该明了只有引力作用、运动和位置才是发生在引力空间。电磁作用，其它一些作用发生在量子维（高维空间）。同理电磁作用发生在电磁空间。

    粒子是什么？粒子是物质实在的一个小的集合体，有非常复杂的结构：在引力空间，它通过引力和其它粒子相互作用；在电磁空间它通过自已所带的电荷与其它荷电粒子发生相互作用；如果是两个重子而且又离得很近，它们会产生强核作用，组成一个又一个的岛状核空间。

    物质粒子为什么会在空间中产生运动？
一般的认为我们生存和观测的空间是各处均匀、各向一致的三维的欧几里德空间。物质粒子在这个空间之中有分布。对于一个静止于空间之中的物质粒子，显而易见地，它在空间之中的分布应该是各向同性的。为什么一个粒子会产生空间某个方向的运动呢？由于运动是矢量的，也就是说发生在运动方向的粒子的某些特性与其它方向有不同。这个不同我们暂时认为是属于分布的，也就是在运动方向的分布与其它方向不一致。这也是回答了物质粒子为什么会在空间中产生运动——一个粒子由于在空间某个方向的分布不一致而产生了此方向的运动。

    一般说来有一个物质的世界，再一个就是我们对于这个物质世界的观测。我们首先观念上有一个的绝对空间存在着，我们的测量方式将决定我们能观测到一个什么样的空间。这就是我们要谈论的关于空间的测量。

    在1881年迈克尔逊做了他著名的干涉实验，今天在这里谈论它是因为这个实验代表了两种对空间的测量方式：一种是刚杆的测量方式，另一种是光子回路干涉方式。 他实验的仪器是这样的：两束互相干涉的光沿两个等长但相互垂直的两根刚杆发射，然后经过杆端镜面反射后汇于一点，在此点光子的干涉图案决定了测试的结果。我认为这两根等长而且根据欧几里德几何学来确定的刚杆代表了一个刚杆测量系统；而沿刚杆传播、反射最后相互干涉的光子系统代表了光子回路干涉系统。这样迈克尔逊干涉实验的结果就在于比较了这两种测量系统是否一致性。

    由于我们提出了绝对空间，因此我们有必要在绝对空间之中重新讨论一下测量系统。在过去由于没有绝对空间的概念，我们许多关于测量的知识都建立在一种模糊的观念之中。例如，我们关于刚杆，从来没有认为它会和运动相关，过去的刚杆系统是一个绝对的系统；过去的光子回路被认为是闭合的。有了绝对空间，我们都要重新讨论。

    首先静止于空间之中的刚杆，由于组成刚杆的物质粒子在空间中静止，物质粒子在各个方向上分布一致，因此由这些粒子组成的刚杆系统这时也假定是各向一致，我们的刚杆测量系统被认为和欧几里德空间是一致的。但是对于一个相对于空间做匀速运动的一个系统来说，由于组成刚杆的物质粒子在运动方向上分布不一致，刚杆的构成不再是各向一致，这对测量的结果产生影响。它会产生怎样的影响呢，这在后面讨论。

    如果静止于绝对空间之中的一个光子回路观测系统，它在空间之中的某一点发射光子经反射后，由于它是静止的，终点还是发射点。这个回路是闭合的，根据光子的干涉图像我们可以判定一些等距面，这些等距面是一组球面。但是如果说是处于运动的系统中，系统发射光子后，光子在空中传播，经反射后回到观测系统，这时观测系统已经移动到了另一点，这时观测系统不再是闭合的。这时我们根据光子干涉图像我们也可以得到一组等距面，我们经过计算得到这是一组椭球面系。

    我们来进行一种坐标变换：

    粒子在空间中的运动，是因为粒子在空间的某个方向的分布的不一致性。在这里我们假定空间是各向同性的。如果一个粒子和另外的一个粒子相遇呢？一个粒子会改变它周围的空间，也就是其周围不在平直。另一个粒子在这不平直的空间之中会改变其在空间的分布性，因之会改变运动状态。这它们相互之间都会发生。

    牛顿在被问到万有引力产生的原因时，他回答“我不知道”。在这里似乎是回答了这个问题，或这就是万有引力产生的原因。

    好像我们在这里没有谈论力，但我们有必要说一说力？

    牛顿的伟大首先在于他发现了万有引力，再一个是他抽象出了一个‘力’的概念。其实我们的生活中没有力----没有牛顿所谓的力。我们平常所说的力是指一种劲道，如大力士，牛顿的力是从相互作用过程中抽象出来的。

    在一个孤立系统中，牛顿把一个作用过程抽象为相互作用力、相互作用距离、相互作用时间、相互作用守恒量。并且在牛顿第二和第三定律之中对“力”进行了描述，为了配合对“力”的描述“相互作用距离”、“ 相互作用时间”被空间中的距离和时间所取代。在力学的以后发展中，拉格朗日的力学描述中的“力”更接近牛顿的抽象。

    牛顿及其牛顿以后所发展的力学被成功地运用在万有引力定律之中，并且解释了我们太阳系的庄严的运动。

上篇完

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