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论证10维空间

作者： 张树润

提要：宏观世界的三维空间和微观世界的三维空间是两种性质不同的空间。本文论证微观世界的三维空间的存在。宏观三维空间、微观三维空间和四维时间，统称为10维空间。

关键词：宏观三维空间、微观三维空间、粒子的自旋、强相互作用、德布罗意波

    微观世界三维空间是客观存在的另一种空间，微观三维空间和宏观三维空间是两种性质不同的空间。

    过去人们只是知道经典力学和量子力学的适用范围，不知道经典力学和量子力学是两种空间的问题。人们只是知道如果一个体系具有与相比拟的作用量时，该体系的运动必须用量子力学，如果一个体系具有比大得多的作用量时，该体系的运动必须用经典力学。在客观世界中，其实存在两种空间。宏观世界的三维空间和微观世界的三维空间的性质是不同的。宏观世界的“时-空”受物体的运动和引力场的影响，也就是说爱因斯坦的相对论适合于宏观世界。微观世界“时-空”的性质：第一、时间不变，过去、现在和将来都一样，单位时间间隔不受任何影响，永远不变。第二、速度不变，微观世界中的运动速度是光速C。第三、尺度不变，微观世界中的尺度不受引力场和宏观物体运动的影响。例如：电子的半径不受宏观物体的运动而缩短或变长。

（一）微观世界的三维空间存在的证明：

    在经典相对论和量子力学中，能量式有：

其中的概念是动量，C是三维发散性速度。m₀c应写成m₀C_ν，对应X_4，5，6 其中ν＝4，5，6。

在经典的四维“时-空”相对论中哈密顿-雅可比方程是：

(3)式是正确的，但不完整，是没有写完的哈密顿-雅可比方程。

我过去的七维“时-空”的哈密顿-雅可比方程是：

（4）比（3）式有了进步。

[3]和[4]式的区别在于，在经典的四维“时-空”相对论中哈密顿-雅可比方程中的质量是m，而我过去的七维“时-空”的哈密顿-雅可比方程中的质量是m₀。老哈密顿-雅可比方程的条件是物体运动速度V《C，动量P《mc。基本上m＝ m₀

因为为作用量。

所以10维“时-空”的哈密顿-雅可比方程是：

用缩写：

（5）式是非常完整的哈密顿-雅可比方程。

    这里一定要强调m₀c的概念是动量，C是三维发散性的速度。m₀c应写成m₀cν。
空间X_4,5,6 其中ν＝4，5，6 它是微观世界的空间。

   总之,过去动量有四维：P₁、P₂、P₃和mc，P₁、P₂、P₃对应三维空间X、Y、Z，或写成X₁、₂、₃ 。mc解析为X_4、5、6，这时空间为6维。X₁、₂、₃描述宏观世界，X_4、5、6描述基本粒子,如描述电子就得用X_4、5、6空间。6维空间加4维时间共计10维“时-空”。图1所示。

在7维“时-空”中，三维时间和X_1，2，3宏观三维是镜像对称关系，在10维“时-空”中， 三维时间和X_4、5、6微观三维也是镜像对称关系。

（二）微观世界三维空间的实质

一、测不准原理

    1、在微观世界中，空间X_4、5、6是非相对论性的，也就是说相对论不适用于微观世界。在空间X_4、5、6人们建立了量子力学。在量子力学中的空间不是宏观世界中X_1，2，3，在宏观世界中，体积等于X×Y×Z或者写成X₁×X₂×X₃ ，在微观世界中不存在无限小的空间的概念,只有“相空间”，每个能量要占有一份固定的“体积”

    Δp×Δx =。是一个基本的极限，它决定了势空间的不连续性，我们称这个极限为测不准原理，它的物理量纲是[时间] ×[能量] =[长度] ×[动量] = [角动量]，称普朗克常数。

    2、测不准原理是微观空间的“时-空”镜像对称式。

    我们回顾一下“时-空”镜像对称原理，“时-空”镜像对称式：

                               7

    方程右边为实物，方程左边为镜中虚像。所谓镜像对称是动态对称，就是说镜外实物怎样动作，镜内虚像也同样动作，它们的关系是标积也可是矢积。

    在方程右边拿出一项变成：

    在方程左边拿出一项变成：

    方程1式写成：

    因为等于-1，方程8式是在微观空间发生的事物，所以方程8式为：

微观空间X_4,5,6的限制应在：

区域之间。
这是一个空心球体，就像一个薄皮气球。如图3所示：

这个球和庞加莱猜想：“在一个三维空间中，假如每一条封闭的曲线都能收缩成一点，那么这个空间一定是一个三维的圆球”不一样，微观空间X_4、5、6的球是有界限的空心球，是非连续性的同心空心球。

（三）量子物理学：

1、    粒子的自旋

    本文不同于过去量子物理学。首先从镜像对称开始，如图4所示。

    镜子右边为实像，镜子左边为虚像。看样子好像一样，如果想把两个像字相重合，必须把其中的一个翻转过来，这时两个字才能重合。这个道理奠定了“时-空”镜像对称的数学基础。

    根据“时-空” 镜像对称原理，我们有：

    时间对称、空间对称是不对的。时间反演是影片倒放。只有空间和时间的镜像对称。

    按“时-空” 镜像对称原理，我们可以写出：

画出图5表示：

把 [10]式左边颠倒变成

[12]式称为标准镜像对称式。

质子、中子、电子和中微子都具有自旋量是

如果时间方向取负值 ，称反物质。

粒子自旋速度为光速C。

2、拉莫尔定律

[15]式等于[16] 式

磁场对于电子轨道的作用，授予此轨道一个进动，它的角速度是ω₀，[15]式称为拉莫尔定律。

3、洛伦兹力

对[18]式进行微分：

F 称为洛伦兹力。

以上推导详细过程见我的《四维时间的意义》

4、薛定谔方程

薛定谔方程是量子力学中最基本方程，过去人们无法证明它的正确性。实际上它是微观空间中总能量E等于动能T加势能V的表达方式。在宏观空间X_1，2，3引力场中，有一个距离地面高度为H的小球体自由降落至距离地面高度为h时，它的总能量E等于动能T加势能V。宏观空间X_1，2，3中势能和动能是连续性的。

                             20

   在微观空间X_4、5、6中，势能是非连续性的。不能直接用20式。在势能是非连续性空间，首先必须量子化，再有就是波态化。我们讲解在非连续性空间20式：

   在经典物理学中，作用量的空间微分等于动量 ，作用量的时间微分等于能量，；其中S是作用量。

    作用量的虚空间微分等于，过去人们不知道它的真实意义。

    所谓薛定谔方程就是一个能量E等于动能T加势能V的问题，E = T + V 。

是不变的时间坐标,它的单位是[秒]，所谓不变就是不受物体的运动和引力场的影响,闵可夫斯基早年就写出×30万公里= 1秒。在数学上 X_1，2，3是众所周知的虚空间，它的物理意义是另三维时间。在虚空间坐标X_1，2，3上有一个光波速C就是1秒。因为在微观空间中，空间和时间也是镜像对称的，必须用代替宏观经典的S，- P等于，细究起来它是速度等于C波的动量的概念，对于实部来讲它是速度等于C的能量CP。

在经典物理学中，动能等于

在经典物理学中，作用量的时间微分等于能量。在量子力学中，能量等于：

这时有：

（20）和（21）式叫薛定谔方程

微观空间X_4，5，6把量子物理学的抽象变成实在，过去人们只知道量子物理学是在由无限大到零的宏观尺度中的极小的尺度的事物，如果事物是这样，相对论就适应于量子物理学。实际上相对论不适应于量子物理学，量子物理学是非相对论的。如果把经典物理学的规律直接运用于量子物理学中也不行，必须量子化，也就是把各种物理量换成。表现成非连续空间。

（四）微观空间实例

根据“时-空”镜像对称原理，公式X_4,5,6P_4,5,6≥/2从镜中像可以清晰地看到它是基本粒子的自旋，它的实像必然是个空心球体。如图6所示

1、基本粒子的自旋

    空心球的界限。在经典量子力学中自旋量有：

  我们对感兴趣，电子具有自旋，通过实验证明有些基本粒子（质子，中子）也具有自旋。在图-2中，我们取空心球界是矢积符号，我们有为基本粒子的半径，就是基本粒子的自旋。这时基本粒子的外皮等于空心球的界限，基本粒子的外皮和空心球的界限之间没有间隙，所以基本粒子的自旋在宏观空间中作任何运动也不会改变。

2、德布罗意波

    实物粒子的波动性理论是由德布罗意提出来的。过去人们认为实物粒子具有二象性，既有粒子性又有波动性，实物粒子的波叫德布罗意波。过去人们错误地认识德布罗意波，德布罗意波和光波有本质上的区别。光波的速度在任何情况下都等于C，电子的康普顿波长的波速也是C，德布罗意波的速度等于变速V。我们必须正确认识德布罗意波。

    实物粒子是静止质量不是零的粒子，有分子，质子，中子，电子，介子，原子等。德布罗意波是实物粒子在界限是的空心球中沿球壁作旋转运动所产生的，如图6。

    在图7中，首先，一个实物粒子在宏观空间，在宏观空间，换成质量 即是：

    其次，这个实物粒子中，由于受空心球壁的限制，只能沿球壁作圆周运动，10维空间的德布罗意波见图8所示。实物粒子在微观空间作圆周运动，它投影到宏观空间中就是个余弦波。从理论上、数学上和实验的基础上电子科技大学赵常德老师得出：《实物粒子作环绕运动一周走过的周长正好等于一个波长与匀速运动的粒子在这段时间内平动走过的距离相等。》也就是说实物粒子在宏观空间中获得动能后，该实物粒子在微观空间空心球中作圆周运动，走过一周正好等于一个波长。

    用数学表示：

中作圆周运动的结果。

2、    原子核外电子分布

    中国的张宏先生发现电子摆线分布法，用微观空间的空心球解释：
电子的康普顿波长

电子基圆半径

图9是微观空间X₄-X₅平面电子分布图。

Rn = n R1 n = 1，2，3，4，-------n

第3层能容纳3个电子，第4层能容纳4个电子，第n层能容纳n个电子。第4层能容纳4个电子摆线，第n层能容纳n个电子摆线。

这种电子层半径必须是电子基园半径的正数倍。

电子距原子核的距离是电子的势能和动能的大小而定

在量子力学中，一维线性谐振子的势能：
在原子系统中，ω为角速度，R为电子层半径。

电子层大圆势能等于电子在该点的动能，图10是势能分布表示图。

图10表达微观空间的非连续性。

4、核力的介子理论

    核子之间的相互作用是通过交换粒子而实现的。我们可以根据核力作用范围来估算出这种场粒子的质量。

    核子之间的相互作用如11所示。粒子（a）放出场粒子，经过ΔX距离后被粒子（b）吸收，场粒子的寿命为Δt。这个过程完全是微观空间中的事物。场粒子的微观空间的薄膜空心球的界限是：

  场粒子的动量等于m₀C，所以有：

  其中m₀是场粒子的静止质量，C是光波速度，是两个粒子之间的距离，费米。

  我们可以算出场粒子的静止质量约为电子的264倍。

  在薄膜空心球中万有引力是否存在，还是因为万有引力非常小就可以忽略不计？

  在势能非连续区的微观空间中就根本不存在势能连续性的万有引力。在微观空间中不存在万有引力，这是由于两种空间的连续和非连续性质所造成的。

  核力是在势能非连续区的微观空间薄膜空心球中的事物，在势能连续性的宏观空间中，根本不存在核力。

   宏观空间是（势能）连续性的，微观空间是（势能）非连续性的，它们是两种性质不同的空间。宏观空间和微观空间不能互换更不能重合。上述实例是本文独创。

（五）宏观空间和微观空间的和谐并存

   对于任何最基本的物理规律都是简单、和谐的，如牛顿的力等于质量乘加速度。10维空间也是简单、和谐的。“时-空”是物质存在的表现形式，能量的表现形式是时间，动量的表现形式是空间

   作用量S的物理量纲是[时间]×[能量]=[长度]×[动量] = [角动量]

能量有：

   就是原时加虚空间，虚空间的物理意义是时间。将上述式子除以C²是动量：

  其中：下注脚α、β、γ相互正交，我们一眼看上去有六个动量，前三个动量在宏观空间中不可能发生的事物，有静止质量的物体的速度不可能达到光速，它是微观空间里的事物，即量子物理学的内容。

  [六个动量]是三维宏观空间加三维微观空间。

  四维时间的主要实验基础：多普勒频移；微观空间的主要实验基础：德布罗意波

  十维空间是现时存在的真实的物理空间。我们用图12示意图表示：

  在图12中，三维连续的虚空间即是三维时间；一维时间即是宏观空间和微观空间与三维虚空间（时间）的原点O。微观空间的非连续性是指势能的不连续性，即空心球半径大小的不连续性。

  在10维空间中各个空间不能互相转化，时间不能转化成空间，宏观空间不能转化成微观空间。

  有很多学者研究《统一》，用四维时空去统一10维空间中的事物是思路错误。

（六）微观空间区域界限

  从数学角度上来讲，宏观空间

  微观空间，是空心球体，球体半径变化不是连续的。球体半径从数学角度上来讲可以达到无限大。对于 的解释：相空间最小极限是

  取2，则

  前图3画的是最小微观空间的空心球，其特性有：1、球体半径增大是非连续性的；2、球体内部有强相互作用，不存在万有引力；3、球体内部可以充满基本粒子，如中子星。

  我们用中子星和黑洞来讨论空心球体的周长的大小。

  （一）中子星：恒星在核能耗尽之后，如果它的质量在1.44~2太阳质量之间就会成为中子星。中子星是由一种叫做中子的基本粒子组成的超密度恒星。它的直径只有10千米左右，其密度特别大，1立方厘米可达1亿吨以上，自转特别快。

  中子星是1967年在狐狸座内发现的，由于它周期性地发出脉冲，又叫脉冲星.

  他们在3.7米的波长上发现来自狐狸座的﹑具有极短周期的射电脉冲信号﹐脉冲周期是1.337秒。也有的脉冲星的自转周期竟然小于一秒。

  中子星纯属微观空间X_4,5,6区域中的事物，中子群不是由万有引力将中子收缩在一起的，而是由介子将中子群收缩在一起的。在中子星内部是非连续空间，不存在万有引力，在中子星外部存在万有引力，是连续的宏观空间X_1，2，3，否则我们观测不到中子星。下面我们估算一下中子星的半径：

  太阳质量：1.99× 10³³克；
中子星质量在1.44~2太阳质量之间,取1.5；
脉冲周期取1.0秒；
中子星直径取10千米 ≈1.0×10¹⁹费米；

  1.5(系数)×1.99× 10³³克（太阳质量）×π1.0×10¹⁹费米/秒（速度）×[0.5×10¹⁹费米（半径）] =

  K≈4.5×10⁷¹

  中子星最大圆周长：ΔX ΔP =4.5×10⁷¹

  我们再用原子核半径验证一下中子星的半径：

  中子星的质量下限约为0.1太阳质量,上限在1.5～2太阳质量之间。取一个太阳质量，
核半径R = 1.2× 10^-13×A^1/3， 中子星是一个大原子核。中子星半径为：

  ，和中星直径10千米是同一个数级，我们可以认定中子星是一个超级大核。

  如果比中子星大100万倍更大的星体叫黑洞，按中子星的计算法，黑洞最大相圆周长：

（二）黑洞的设想

  由于黑洞引力太大，连光都不能从它表面逃逸，无论用何种方法，我们都无法直接观测、了解黑洞，或许也永远无法了解它的内部状况。黑洞不会发光，人们不能用天文望远镜直接看到它。 对于黑洞是否存在，它的内部构造如何？人们都是在猜想。黑洞最初是由爱因斯坦的广义相对论推导出来的，现在有人观测到了黑洞的存在。一颗星在2GM/RC²≥1的时候就是黑洞。当初米切尔计算直径为太阳500倍的恒星就是黑洞。我们按照这个数值计算这颗恒星的质量：

  太阳半径是6.96×10¹⁰厘米，黑洞直径R₀ = 7.0×10¹³厘米。

 

  质量达到5.0×10⁴¹克的星体就是黑洞。如果按照史瓦西半径来计算黑洞半径：

    

  如果把黑洞看成特大超级大核，它的半径：

  按照史瓦西半径来计算，任何有质量的物体都存在史瓦西半径。地球半径收缩到0.886厘米；月球半径收缩到0.011厘米，地球和月球都成了黑洞。这时地球和月球半径收缩竟然达到6.75×10²⁷倍，一个中子半径收缩到2.5×10^-52厘米就成了黑洞。是什么样的力能使任何有质量的物体都变成黑洞？

   1、人们发现四种力：有引力相互作用、弱相互作用、电磁相互作用、强相互作用。只有强相互作用能把中子群组成中子星。根据计算结果《史瓦西半径》是错误的；

   2、近几年有人观察到超强相互作用，还有待进一步探索和实验证明。即使存在超强相互作用，也不可能把一个中子半径收缩到2.5×10^-52厘米变成黑洞。

   3、根据现在人们所知道的四种作用力，黑洞内部由基本粒子组成。在一定的条件下，巨大的超级核存在核裂变，形成核爆炸，黑洞爆炸后分解成可见的恒星。

4、在黑洞条件2GM/RC²≥1中，关键是质量M的大小，有足够大的质量M，再有核半径。宇宙中不存在《霍金》那种只有黄豆粒大的黑洞。关于黑洞还有待人们继续探索。

  有人提出：“现代物理学认为弱相互作用和强相互作用只适用于微观世界，可是微观与宏观没有截然的界限，这显然存在着不协调性”。

  显然他没有区分宏观空间和微观空间。

  结论：微观空间是一个有薄膜的空心球，空心球相周长最小极限是相周长最大极限估计是10⁷⁸ ，按黑洞估计。只有微观空间这个空心球内才能充满基本粒子，如中子。微观世界和宏观世界是两种空间。目前人们发现有引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用，在宏观世界的三维空间中不存在强相互作用和弱相互作用。在微观世界中时间、速度和尺度都是不变的，存在强相互作用和弱相互作用。宏观世界的三维势空间是连续的，微观世界中势空间是非连续的。

作者简介：

张树润 男 生于1938年11月，退休前是农机院高级工程师，任呼和浩特分院工程设计所的所长。退休后，现为上海卢鹤绂格物研究所的研究员，北京相对论研究联谊会的会员，北京相对论研究联谊会教授级审稿人。

[主要成就]

从理论和实验上证明时间是四维的。四维时间发展了爱因斯坦的相对论。空间三维，时间四维，统称为《七维空间》。《七维空间》发表在1982年总第9期《潜科学》杂志上。

至今未见到国外有四维时间理论，有11维空间，其中时间还是一维的，而且时间只有一维。“论光波的速度在任何情况下都不变”是四维时间的应用实例之一。


[得优秀论文证书]
1、论光波的速度在任何情况下都不变；
2、灿烂简单的物理学；
3、地球周围空间弯曲的测量；
4、论证四维时间。
《论光波的速度在任何情况下都不变》在（中术发字2006第02号）中获得一等奖，获奖成果编号：NO：FC-16-3936。

我在写《论证10维空间》

On 10-dimensional space
Sunrun zhang

Abstract: The three dimensional space of macrocosm and the three dimensional space of microcosmos is the two spaces of not same nature. This paper demonstration the existence of three dimensional space of the microcosmos. Microcosmic three dimensional space and four dimension times，is called as ten dimension spaces.
Keyword: Macroscopic three dimensional space Microcosmic three dimensional space The spin of particle


参考资料：
[1]光波速度在任何情况下都不变 中国当代思想宝库第一卷 张树润
[2]灿烂简单物理学 中国当代思想宝库第二卷 张树润
[3] 中国当代思想宝库 第二卷，第539—543页 张宏
[4]德布罗意波的物理图像初探 赵常德
[5]论证四维时间 《探索》杂志 张树润
[6]论证10维空间（一~八）篇 张树润

2007/4
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