物理科学探疑-网友天空-宇宙的观念-宇宙中物质的相变
宇 宙 中 物 质 的 相 变
方明
摘要： 提出了宇宙中物质的质量和空间属性可发生相变的观点，利用这一观点，导出了牛顿引力定律，对大爆炸理论的奇点问题以及宇宙的加速膨胀现象进行了解释。
一 引言
形成万有引力的机理是什么，这是物理学界所关注的问题之一。按照广义相对论，物体之间是通过辐射和吸收引力子而产生相互吸引。但这一观点是值得商讨的，因为目前始终没有实验能够发现引力波的存在，另外如果引力子真的存在，一个具有动量的引力子在被一个物体发射并被另一个物体吸收后，其反冲作用应当使两个物体产生排斥力，它又怎么会使两个物体产生吸引呢？引力子是人们借鉴光子而提出的，当人们发现电荷可辐射和吸收光子后，就将电荷之间的静电力解释为电荷辐射和吸收虚光子所形成，并以此类推，将物体之间的万有引力归为物体之间辐射和吸收引力子所形成。实际上到目前为止，没有任何实验能够证明：电荷之间通过辐射和吸收光子可产生相互吸引。
笛卡儿曾经提出以太是形成万有引力的物质。笔者通过分析发现，如果重新理解以太的性质，采用以太可发生相变的观点，不但可解释万有引力现象，还可对宇宙创生时的奇点问题以及宇宙的加速膨胀现象进行解释。
在第二章中，介绍了宇宙中的显物质和隐物质，以及物质相变；在第三章中，利用物质相变解释万有引力的形成机理；第四章解释光子在引力场中的质量变化机理；第五章解释奇点问题；第六章解释宇宙的加速膨胀现象。
二 宇宙中的显物质和隐物质
在我们所生存的宇宙中，物质可分为两大类：一类是显物质；另一类是隐物质。显物质具有质量，所有的粒子和原子都属于显物质；隐物质的静质量和动质量均为零，构成真空的以太属于隐物质。以太虽然质量为零，但它具有空间性质，宇宙空间主要是由以太构成的。
显物质和隐物质是宇宙中同一种物质的两种物质相（两种基本物质状态）。在一定的条件下，隐物质可发生相变而转变为显物质；显物质也可发生相变而转变为隐物质。由于显物质具有质量而隐物质的质量为零，在这种相变过程中，物质的质量和能量将不守恒。本文所说的物质相变都是指物质的质量属性或物质的空间属性发生改变。
隐物质与显物质之间存在着相互作用，这种相互作用形成了物质波和万有引力。由于显物质是在隐物质中运动的，它的速度将被隐物质——以太所限制，真空中的光速为常量就是以太存在的证据之一。由于以太的质量为零，目前还无法确定以太的物质密度，但根据光速可以判断，以太的物质密度是很高的。以太的物质密度虽然很高，但由于它的质量为零，因此以太并不会对显物质的运动产生阻挡作用。
三 万有引力的形成机理
以太是构成引力场的物质，以太存在的另一个证据就是万有引力现象，下面就利用物质相变的观点证明牛顿引力定律。假设在显物质的作用下，以太中的一部分隐物质将会发生相变，转变为以能量形式存在的显物质。即如果空间有一个质量为m的粒子，则在该粒子周围的以太将会释放一定的能量。由于牛顿引力
和库仑定律
具有相似性，在此我们参考电场能量密度公式
，定义单位体积以太所释放的能量为
(1)
在式（1）中，g为引力场强度，G为引力常数，r是距离，负号代表以太释放能量。式（1）表明：当g增加时，以太将释放能量；当g减少时，以太将吸收能量。在粒子m的作用下，以太所释放的总能量为
(2)
式（2）中，rm是粒子m的半径。以太所释放的能量将变为粒子的动能。
下面将利用式（1）导出牛顿引力定律。假设引力场服从叠加原理，则在图（1）中，粒子m1和m2 在d点处的引力场强度分别为g1 和g2 ，总场强为g位体积的以太所释放的能量为
(3)
在式（3）中，
是粒子m1单独存在时，以太在d点所释放的能量；
是粒子m2单独存在时，以太在d点所释放的能量；
则是粒子m1和m2共同存在时，以太在d点所多释放的能量。因此对积分，将得到粒子m1和m2
之间的相互作用能，也称为m1和m2
之间的引力势能。将称为相互作用能密度
它可被表示为
（4）
图1. x 轴上相距为R 的两个粒子
在d点所产生的引力场。S为一个假想的无限大平面，它垂直于x
轴, 并位于
的夹角。
根据式(3)，在S面的左边和右边（见图1），相互作用能是相等的。因此只需对S面的左边或右边进行积分。因为x轴周围的引力场是对称的，所以总的相互作用能可写为
（5）
式（5）中，
是中心线在x 轴的环形体积元[2]，rm是粒子的半径,利用
(6)
(7)
得到
(8)
利用式 (4)、(5)和(8), 我们得到总的相互作用能
(9)
另一个结果
被舍掉。式(9)表明，相互作用能U与粒子半径rm无关。因此当m1
与m2 的半径不等时，式(9)仍然成立。令r=R，利用式（9），我们得到牛顿引力定律
(10)
由于式(9)和(10)是由式(1)导出,
所以可以得出结论：物体之间的万有引力是由以太释放能量所形成。
引力场与电场的不同之处是：电场的能量密度为正值，而引力场的能量密度为负值。引力场的这一特点，导致了物体之间的万有引力只能是一种吸引力。
在式（1）中，以太所释放的能量只能用总的引力场强度表达，因此引力佯谬是不存在的。
四 引力场中光子的质量变化
设想一个光子向着质量为M
的星球运动，当光子先后到达a点和b点时，光子距星球的距离分别为
则光子由a点到b点的能量增加值为
(11)
光子的能量增加值
就是以太所释放的能量，即光子由a点运动到b点时，由于引力场的变化，以太中的一部分隐物质发生相变，并转变为光子的动能，在这一过程中，能量和质量是不守恒的，就是隐物质相变后新产生的能量。这与电荷之间的作用不同，由于电荷之间的作用不存在物质相变，当一个电子向着正电荷运动时，电子的动能增加，电场能减少，而总能量是守恒的（忽略万有引力）。
利用式（11）得
(12)
(13)
近似值为
(14)
为光子在a点时的频率，由于光子吸收了以太释放的能量，光子的频率将产生蓝移。相反，如果光子是从a点运动到b点，以太将会吸收光子的一部分能量，即光子的一部分动能将发生相变，而转变为隐物质——以太，在这一过程中，能量同样不守恒。由于光子的一部分能量被以太吸收，光子的频率将发生红移。
五 解释奇点问题
在大爆炸宇宙模型中，存在着所谓的奇点问题。而用宇宙物质相变的观点来解释宇宙的创生，这一奇点问题是不存在的。如果宇宙当初存在大爆炸，大爆炸时的能量应当是隐物质发生相变而产生的。即在宇宙大爆炸之前，宇宙只存在由以太这种隐物质所构成的真空，在某种因素的作用下，大量的隐物质突然发生相变，而转变为光子，从而形成了宇宙的大爆炸。在这一过程中，质量是不守恒的，但宇宙中的物质总量仍然是守恒的。
根据物质相变的观点，我们的宇宙不是来自物质密度无限大的奇点，而是来自真空中的隐物质相变。
六 解释宇宙的加速膨胀现象
我们目前所生存的宇宙并不是唯一的，还存在着其他层次的宇宙，在每一个层次的宇宙中，物质所具有的空间性质是相同的，例如：在我们所生存的宇宙中，以太、粒子和原子都具有相同的空间性质，这些具有相同空间属性的物质构成了我们的宇宙；而具有不同空间属性的物质则构成了其他层次的宇宙。
以太是构成我们宇宙空间的主要物质，假如星球甲和星球乙之间的以太消失了，星球甲与星球乙之间的空间距离将会消失。目前的天文观测表明，我们所生存的宇宙正在加速膨胀。宇宙的加速膨胀现象说明，我们宇宙中的以太正在不断的增加，并且增加的速度正在加快。这种新增加的隐物质并不是凭空产生的，而是来源于另一个层次的宇宙。在该层次的宇宙中，某种物质发生了改变空间性质的相变，并转变为具有我们宇宙空间性质的隐物质——以太，目前这种物质的相变速度正在加快，从而形成了我们宇宙的加速膨胀现象。
宇宙的加速膨胀现象向我们传递了三个信息：①不同层次的宇宙之间存在着相互影响和作用；②在整个宇宙中，物质的相变是一种普遍的现象，在某个宇宙中的物质可通过相变进入另一个宇宙；③我们所生存的宇宙正处在一个物质不断增加的生长期。
七 对其它引力场现象的说明
对于光线在太阳引力场中的偏移和行星进日点的进动现象，广义相对论用弯曲空间进行解释。但采用平直空间的观点同样可以解释，郑铨先生在《近代物理学问题——相对论质疑》一书中，用引力磁场[2]的观点对这两种现象进行了解释。
按照本文的观点，以太是形成引力场的物质，同时以太也是传递光的媒质，所以光相对于引力场的速度为常量。根据这一观点，可对光行差、双星、以及多谱勒效应进行解释（请看笔者的另一篇文章：《光在宇宙中的运动方式》）。
八 总结与展望
在本文中，假设在我们所生存的宇宙中存在着两大类物质：有质量的显物质和无质量的隐物质。这两大类物质属于同一种物质的两种相，它们之间可发生相变而相互转化。即无质量的隐物质可发生相变而转变为有质量显物质；同样有质量的显物质也可发生相变而转变为无质量的隐物质。因此质量仅仅是显物质的一种属性，当显物质发生相变后，该物质的质量属性将会消失。所以质量仅仅能够表示显物质的物质量，而无法表示隐物质的物质量。体积将是表示以太物质量的度量。
在显物质的作用下，以太中的一部分隐物质将发生相变，并以能量的形式释放出来，当定义单位体积的以太所释放的能量为
时，可导出牛顿引力定律，从而证明了万有引力是以太在显物质的作用下释放能量所形成。
物质的相变分为两类：①改变物质空间性质的相变；②不改变物质空间性质的相变。在第一类相变中，某一宇宙中的物质在发生改变空间性质的相变后，将进入与自身空间性质相同的另一个宇宙中，宇宙在加速膨胀中所增加的以太就来源于这类相变；在第二类相变中，发生相变的物质的空间性质不变，物质发生相变后，仍处于原来的宇宙中，显物质与隐物质之间的相变就属于第二类相变。在这两类相变中，整个宇宙的物质总量是守恒的。
万有引力、宇宙的创生、宇宙的加速膨胀，都是物质发生相变所形成的，这表明物质相变是宇宙运化的一种普遍现象。目前对于物质相变的机理还不清楚，如果人类能够掌握宇宙物质相变的机理，利用物质相变转换技术，制造出具有相变功能的宇宙飞船，人类将可克服质量和空间距离的束缚和限制，从而使人类的活动范围发生质的飞跃，那时人类不但能快速的到达遥远的星系，还可以进入其他宇宙空间。
参考资料
[1] R.P.费曼，R.B.莱登，M.桑兹,
费曼物理学讲义，第二卷，王子辅译，上海科学出版社，1981，348页。
[2] 郑铨，近代物理学问题——相对论质疑，学术书刊出版社，1990，95—103页。
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