《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。

在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8分20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8分20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=等于任何数，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8到40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。

一．一位朋友从国内转来一篇2009年登载于《中国企业新闻网》上的文章：《中科院院士朱清时 佛法解释物理学》，摘要如下：
　“　3月8日下午3时开始，朱清时院士发表了精彩的讲演：《物理学步入禅境：缘起性空》。引起了听众的极大兴趣，对这一惊世骇俗的论点，报以热烈的掌声。
　　朱清时先生，是中国科学院院士、第三世界科学院院士、原中国科技大学校长、国际书协顾问。他作为国际著名物理学家和教育家，立足于现代物理学后最新成果，与佛教哲学相结合，探讨了物质与意识的本质意义。
　　他以爱因斯坦的统一场论和霍金的“弦论”，与佛学经典《成唯识论》的“藏识海”进行比较研究，他认为是相通的。物质世界，是无数宇宙弦的交响乐，与眼前世界是藏识上因风缘而起的波浪，是极其相似的。
他不无幽默地说：“科学家千辛万苦爬到山顶时，佛学大师已经在此等候多时了！”这一论点，可以说，彻底动摇了二十世纪以来作为主流认识论——“唯物主义”的基础。”
如果朱清时先生是一位喇嘛或者方丈，我们读过这篇奇文之后也就可以一笑置之。偏偏这位朱先生头上顶着“中国科学院院士、第三世界科学院院士、原中国科技大学校长、国际著名物理学家和教育家”的光环，他对物理科学居然如此见识，不能不使人感到一种莫名的悲哀。
朱校长所谓的科学家千辛万苦爬到的“山顶”是什么呢？是“弦论”，是“能描述一切现象的理论”，又叫“最终的万能理论”，英文叫“Theory of everything”。其实弦论根本就没有得到科学界的认同。粒子物理标准模型的创立者之一，世界著名的理论物理学家、美国科学院院士，1979年诺贝尔物理奖得主格拉肖说：“超弦理论将演变出一些只有在未来的神学院里的神学家们导演的活动。自黑暗的中世纪以来，我们第一次看到崇高的科学研究最终的结局竟然是再次以信仰取代科学。” 另一位知名物理学家杨振宁先生的意见和格拉肖的意见异曲同工。20几年前我在纳什维尔的范德比尔特大学物理系工作时，我们请杨振宁教授给了一次讲座。有人问杨先生对弦论有什么看法。他回答说，弦论不能够给出任何一个物理量供实验物理学家检验。也就是说，这个理论和实际的物理世界毫不搭界。这样的理论够资格为物理学的“前沿”“山顶”吗？一个完全脱离物理现实世界的理论绝对不是前沿物理理论，而是前沿神学，前沿玄学，前沿佛学。弦论不是科学的“山顶”，而是20世纪理论物理背离科学的崎岖山路往唯心主义的沟壑下滑到谷底。在这个谷底等候着弦论的到底是西方神学还是东方佛学，科学家没有必要太感兴趣。

弦论产生的根源是粒子物理理论的深刻危机。基本粒子理论的无穷大发散问题始终得不到解决，即使重整化也不能解决所有的发散问题。引力场就没有办法重整化。理论物理已经走入了死胡同。于是一些大胆的理论家就提出革命性的假设—高维时空，以图走出困境。超弦理论由格林和施瓦兹于上世纪八十年代提出。这一理论需要十维空间，其中六维“额外维度”卷曲成尺寸在普朗克长度（10的负43次方米）的线段。 超弦理论的问题是，它给不出任何一个可以为实验检验的物理量。同时，这种理论并不是唯一的。至少有五种不同的超弦理论相互竞争。但是物理规律必须唯一，不能亦此亦彼，亦黑亦白，模棱两可，或模棱五可。1995年，惠滕（Whitten）引进了第十一维空间，于是“超弦”的线段就变成了“超膜” (Membrane)。惠滕猜想这五种不同的十维超弦理论有可能是同一个十一维“超膜理论”的不同表现形式。这种“Membrane Theory”简称为“M-Theory”，其具体结构尚不清楚，所以只是一种猜想，对五种不同的超弦理论至少是一个安慰。就是这么一种精神安慰，被许诺为“20年后就可以结束基础理论研究的“最终理论”。其实这种漂浮在11维数学空间中的M-理论只不过是以数学和物理字眼进行现代化包装的古典神学和佛学，只是还没有佛学那么高妙庄严。

可以肯定，除非超弦理论家们从高维空间或曰“额外隐形维度”回到现实的三维空间和一维时间，他们的理论就和实际的四维时空中的物理现象没有任何关系。他们的理论就只能是神学和佛学。指望躲到“额外隐性维度”中去解决现实维度中的物理问题，无异痴人说梦。做这种梦的朋友其实连自己的研究经费都还得指靠四维时空中的纳税人的三维钞票。因为如此，弦论家们和所有的宗教家们最起劲反对的就是唯物主义和科学实证主义。在这方面，朱清时校长也不肯后人。为了证明唯物主义的错误，朱院士请动了一位洋大人施太格缪勒：

　　我们从当代著名的哲学家施太格缪勒（Wolfgang Stegmuller）在《当代哲学主流》一书中写的一段名言开始。
　　他写道：“未来世代的人们，有一天会问：二十世纪的失误是什么呢? 对这个问题，他们会回答说：在二十世纪，一方面唯物主义哲学(它把物质说成是唯一真正的实在)不仅在世界上许多国家成为现行官方世界观的组成部分，而且即使在西方哲学中，譬如在所谓身心讨论的范围内，也常常处于支配地位。
　　“但是另一方面，恰恰是这个物质概念始终是使这个世纪的科学感到最困难、最难解决和最难理解的概念。”
这就是说，一方面以“唯物主义”为标记的哲学广为流行，而另一方面“物质”究竟是什么? 却又说不清。施太格缪勒正是在这里看到了“二十世纪的失误”。
施大人所说“恰恰是这个物质概念始终是使这个世纪的科学感到最困难、最难解决和最难理解的概念。” 恰恰与事实相反。使20世纪科学感到困难的真正原因，是理论物理学家们逐渐抛弃了经典科学的物质概念，背离了唯物主义，滑到了唯心主义的道路上而不能自拔。
既然施大人认为科学的物质概念是错误的，那您就应该告诉我们证据何在，应该告诉我们什么是正确的。可是施大人唯一的理由是“物质究竟是什么，却又说不清”。您怎么可以把自己的困惑当雄辩？难道您说不清楚的概念都是错误概念？难道因为您搞不明白物理上“物质”的概念，就可以断定物质概念的错误？既然您搞不清楚，为什么不可以认真学习，等搞清楚了以后在发议论？朱院士称施太格缪勒为当代著名的哲学家。他所引用的施大人的这段论述，却不太像一个“当代著名哲学家”的议论。不过，只要他的姓氏不在中国的百家姓中，而是盎格鲁萨克逊姓氏，他的议论也就具有天生的伟大基因，值得朱校长敬畏、惊讶和震撼的。
施大人是学哲学的，不懂物理也罢。朱院士是科学家，中国科学院院士，为什么也跟着这位施大人否认“物质”的概念，说唯物主义是“20世纪的失误”？
唯物主义和唯心主义的争论早在古希腊时期即已开始，并非20世纪的哲学争论。唯物主义在科学从黑暗的中世纪的神学中解放出来的斗争中起了关键的作用。随着物理科学在十九世纪的确立，物理学研究基本上遵循着唯物主义，即任何科学理论必须能够解释自然现象，经受实验和逻辑的检验。即使在唯心主义盛行的某些领域，理论最终逃脱不了实践的检验。这是国际学术界一个不变的原则。自欧洲的宗教改革，文艺复兴和启蒙运动以后，科学慢慢挣脱了黑暗的宗教统治，摆脱了神学认识论，确立了科学认识论。科学认为大自然的规律是可以通过人类的实验和逻辑推理认识的，而不是只有少数圣人智者才能了解的东西。新康德主义价值哲学的创始人之一在《启蒙哲学》中指出，启蒙精神是一种实证精神，推理精神和分析精神，而不是纯粹的假设。科学认为人的知识的源泉是科学实验和工程实践，而不是少数智者的抽象思维和先验的假定。所以，凡是不能经过实验验证的理论都不是科学理论。普朗克说过：“实验是我们掌握的唯一知识，其他全是诗意和想象。”就连爱因斯坦也承认：“对现实的知识始于经验，终于经验。” 实践不但是检验真理的唯一标准，也是所有科学理论与科学逻辑的最终源头。这就是科学实证主义，科学上的唯物主义。
可是这一科学原则在20世纪后半叶已经被理论物理学界完全抛弃。代之而起的是中世纪的神学原则。大自然的理论不是始于经验，终于经验，而是始于假设，终于假设。理论上禁止测量的，比如夸克禁闭，或实验上根本无法测量或验证的，比如需要比太阳系还大的加速器来验证的大统一理论，被视为前沿科学。人们对理论的信心不是建立在反复重复的独立实验之上，而是建立在对先验的原理的信仰之上。信仰取代了实证，中世纪的权威崇拜和神秘哲学取代了科学实验和逻辑推理，成了判断科学理论真伪的标准。科学先驱们通过艰苦的反复实验来发现物理定律被鄙弃了，代之以理论家们草稿纸上的数学游戏。理论家们一拍脑袋就可以将基本粒子总数翻一翻；理论家们一拍脑袋就可以从每一个立方厘米的空间中每秒钟创造出10的143次方个宇宙；理论家们一拍脑袋就可以在10的负33秒钟的时间内以超过光速20 几个数量级的速度将宇宙暴涨到成人宇宙；弦论家们一拍脑袋就可以创造26维空间或者11维空间。霍金公然宣称创造论符合现代科学精神，宣称虚时间比实时间更实在，宣称人们无法决定什么是实在的。科学实证主义完全被虚无主义和玄学取代。创造论取代了科学的物质不灭定律和能量守恒定律。大爆炸宇宙学以地心说和有限宇宙论取代了科学的无限宇宙论。巫术和遁术被堂而皇之地当作科学大肆宣扬。毫无物理意义的弦论被自吹为前沿科学和万能的最终理论。这是科学史上从唯物主义向唯心主义的大倒退，从科学向神学玄学的大倒退。朱清时校长在科学的大是大非面前，选择的是与弦论共进退，反对物理学的“物质”概念和科学实证主义，以至于奉佛经为高于科学理论的真理，走入了极端的唯心主义。据维基百科的介绍，2000年之后，朱清时的思想中宗教尤其是佛教的成分日渐增加。其著作《东方科学文化的复兴》认为“以‘整体论’为指导的东方科学思想将成为第二次科学革命的灵魂”。2009年3月8日，他发表《物理学步入禅境：缘起性空》的宣传佛教演讲，认为当代物理学弦理论就是佛教的缘起性空观点，“科学家千辛万苦爬到山顶时，佛学大师已经在此等候多时了！”

朱清时校长2009年在《物理学步入禅境：缘起性空》一文中，长篇大论地对物理学的发展做了一个标准教科书的科普介绍以后，得出了一些惊人的结论。他说：

　　在弦论之中，情况发生了根本变化。过去认为是组成客观世界的砖块的基本粒子，现在都是宇宙弦上的各种“音符”。多种多样的物质世界，真的成了“一切有为法，如梦幻泡影，如露亦如电，应作如是观。（《金刚经》）”物理学到此已进入了“自性本空”的境界！
　　有人会想，天啊！物质都不是客观实在了，那么，世界上还有什么东西是实在的吗?
　　回答是，有的。事物之间的关系，就是实在的。
在朱清时院士看来，物质都不是客观实在，可是事物之间的关系倒是实在的。也就是说，罗密欧和朱丽叶虽然不是客观存在，但是没有恋人的“事物之间”的爱情是实在的。这比柏拉图式的爱情更进一步，更加唯心。太阳和地球都不是客观存在，可是“它们之间”（谁们之间？）的万有引力是存在的。朱院士是从事同位素分离的化学家，用的就是激光与同位素之间的相互作用，或曰“事物之间的相互关系”。如果激光和同位素这两个“事物”都不存在了，还存在任何“事物之间的相互关系”吗？当然您仍然可以把激光器和同位素放在您的实验室，这时候当然会有“事物之间的相互关系”。那么，为了保证这种“相互关系”的存在，激光器和同位素须不须要存在呢？唯物主义者认为他必须存在。朱教授当然可以认为摆在您实验室的激光器和同位素“不是客观存在”。这正是唯物主义者和唯心主义者的区别，也是物理科学和弦论的区别。唯物主义者认为，没有不运动的物质，也不存在没有物质的运动和没有物质的相互关系。朱院士则认为“一切有为法，如梦幻泡影，如露亦如电，应作如是观。（《金刚经》）”

为了说明“以弦论为代表的物理学”如何神奇，朱清时院士没有讨论任何物理，而是举了一个种苹果树的例子，一个本该在农业大学课堂里讲述的课程。朱教授说，为了得到一个苹果树，必须要有“因缘”。苹果种子是“因”，其他条件如土壤，水分，肥料，阳光，温度等是“缘”。我不由得想起了“水肥土种密保工管”。原来农业八字宪法是从佛经里面得到的因缘。朱校长长篇大论地说了一大堆种苹果树的因缘之后，立即得出结论说：“总之，在二十一世纪开始的时候，以“弦论”为代表的物理学，真正步入“缘起性空”的禅境了！”我怎么也接不上从农科课程的叙述到弦论之间的逻辑关系，理解不了苹果树与弦论之间的因缘。朱院士的逻辑推理水平难道就是这样？

二． 朱校长在文中两处提到了霍金：
　　中新网北京8月19日消息：霍金在昨天的科普报告过程中只赢得了两三次掌声，全场几乎没有会心的笑——他的理论太玄奥，以至于大多数来自北大、清华的学子都说没太听懂。
　　据北京晨报报导，昨天下午，北京国际会议中心排起数百米的长队。门口有人私下兜售门票–最少500元一张。询问退票的人也不少，大家都期待着一睹霍金风采。但两个小时的公众科普报告尚未结束，已有人提前退场——实在听不懂。
从中新网和北京晨报的报道看，霍金此次访华，已经非常不吃香了。朱校长把霍金市场的滞销归因于弦论的深奥难懂。他说：
　　霍金这次讲的《宇宙的起源》，其基础是当代自然科学的最新成就-弦论。真正懂得这个理论的人，都会产生一种强烈的敬畏、惊讶和震撼感。
稍后，他又说：

　　回头再看一下本文起头的那则消息，不难明白为何人们难以听懂霍金的那么生动的报告，原因就是：“物质是实体”的观念，在人们的心中太执着了!
　　佛学认为，物质世界的本质，就是缘起性空。藏识海（又名“如来藏”）是宇宙的本体。物质世界的万事万物，都是风缘引起的海上波涛。
从朱清时校长的上下文看来，他自己是懂得弦论的，因为他说“人们难以听懂霍金的那么生动的报告，原因就是物质是实体的观念在人们的心中太执著了！”朱校长是不执著于物质是实体的观念的，所以就不会听不懂霍金深奥的报告。他不但听懂了，而且觉得霍金的报告“那么生动”。他自认为是“真正懂得这个理论（弦论）的人”，产生了“一种强烈的敬畏，惊讶和震撼感。”我对朱校长的这一番表白和宣示有一丝丝怀疑，因为如果您真的懂得了这个理论，就不太会感到震撼。
我们不妨把这次霍金的访问和2006年霍金访问的情形作个比较。据朱清时校长的前任方励之校长的记述， “霍金在中国访问时的待遇，‘很接近党和国家领导人’了。2006年，他的公众学术报告被安排在北京的人 民大会堂举行。听众数千，有学者专家，有高政治级别的人物，也有霍金爱好者。”“《时间简史》出版后，销路极佳，霍金成大众‘明星’了。《时间简史》的中译本，也是中文科普丛书《第一推动》的首册。尽管如此，我敢说，大部分公众仍然并不真知道霍金的学术贡献在那里。TIME（时代）杂志有文说，购有《时间简史》者，大多只看到（或只能看到）第三页。可以推断，在北京人民大会堂里的数千霍金听众，读过第三页以后者，也不会多。”
霍金在2006年在北京人民大会堂的演讲，听众同样听不懂，但是却盛况空前。何以几年以后，霍金的报告却受到如此冷落？以至于他的科普报告只赢得了两三次掌声，全场几乎没有会心的笑，两个小时的公众科普报告尚未结束，已有人提前退场？其原因不是他的理论太玄奥，而是学生们开始头脑冷静下来了，不再盲目地追捧依靠谎言和谬论支撑起来的权威和权威理论了。你可以在某一个时期欺骗所有的人，也可以永远地欺骗一部分人，但是不能够永远地欺骗所有的人。尤其是北大清华的学子，是不太好欺骗糊弄的。霍金在中国的市场价值，还会继续下滑。

三． 朱清时院士公开地宣传佛教物理学，在任何意义上都够格被称为“朱清时现象”。这种现象有几个明显的特征：1。一个有地位的科学家成为自己并不懂的“弦论”等玄学理论的拥趸。2。一个非常有成就的物理学家最终走向宗教迷信的道路，认为物理学的出路在某种神学和宗教。

朱清时现象的第一个方面比较容易解释。朱院士是化学家，对粒子物理理论和弦论其实不太了解。可是因为身居高位，不得不对主流理论物理和自诩为万能的最终理论的弦论表示一个热烈拥护的态度，以表示自己称职，无愧于中国科学院院士和中国科技大学校长的头衔。他的弦论方面的知识是从媒体宣传和科普读物中得到的。而这些宣传最重要的两点是：1）弦论是前沿科学，是物理学的顶峰；2）弦论是万能的最终理论。这两点对于包括朱院士在内的广大不知情的科学工作者有非常大的震慑作用。因为不知情，就容易迷信，真以为弦论是物理学的顶峰。对于身居高位的院士和校长，必须维护学术领军人物的形象，因此对于学术上的热门话题必须有公开的态度，当然就必须根据媒体和科普读物的宣传中归纳出一个看来是主流的观点，。

朱清时现象的第二个方面比较复杂一些。这里有两个原因：1）20世纪理论物理本身陷入了不可自拔的神学玄学泥坑；2）中国社会近年来封建迷信的泛滥。

第一个原因是内因，是主要原因。如果不是理论物理本身陷入神学玄学，不管社会上宗教迷信如何泛滥，科学家也不会陷入迷信。事实上，在科学从黑暗的中世纪中诞生时，整个欧洲社会不仅在思想上沉浸在长达一千五百年的宗教传统里，而且在政治上和法律上也束缚在宗教审判的枷锁里。可是科学先驱面对宗教淫威毫不畏惧，宁可被宗教裁判所烧死，也要坚持科学原则和科学真理。因为有了这些科学先驱的殉道精神，科学慢慢挣脱了黑暗的宗教统治，摆脱了神学认识论，确立了科学认识论。如果说，在启蒙运动时期，科学家们对“物质”与物质的“运动规律”和“相互关系”还没有清晰的定义和定量分析，那么到了牛顿时代，这种定义和分析就已经非常清晰，非常科学了。以科学实验为知识源泉，以指导科学技术实践为目的的科学研究的方法也成熟了，因而有了现代科学技术的辉煌成就。可是，这一科学实证主义自20世纪初慢慢为理论物理学家们逐渐抛弃了。1905年，爱因斯坦彻底颠覆了经典时空理论，假定时间不是独立于空间的自变量，而是依赖于空间和速度的因变量。自此以后，整个20世纪的时空观便成了理论家们的玩偶，变得毫无物理意义，以至于发展到时光可以倒流，因果可以倒转。霍金甚至认为时间可以是二维的复时间，而且虚时间比实时间还要实在。你叫崇拜霍金的朱清时院士如何不从佛学中去找因果？爱因斯坦的狭义相对论的一个最重要的结论就是质能等价原理。根据这一原理，质量和能量可以互相转换。这又是对经典的质量观念的彻底颠覆。按照经典物理学，质量是物质多少的量度，而能量是物质运动的多少的量度。这两者相关但是不等价，不能互相转换。狭义相对论的质能等价观念对20世纪粒子物理产业具有至关重要的作用。一方面，质能等价概念是将几百号共振态认定为粒子的唯一根据；另一方面，质能等价原理加上海森伯测不准原理又为真空创造物质制造了借口，为物理学滑向创造论提供理论依据，彻底混淆了物质与意识（物质之间的相互作用）的区别。物质成了完全的虚无。这当然会使许多科学家像朱清时院士一样，认为“物质都不是客观实在了，那么，世界上还有什么东西是实在的吗? 回答是，有的。事物之间的关系，就是实在的。”朱校长的这一感叹和认知，根源也在狭义相对论的质能等价原理。

除了以上这些非常关键的对经典物理学的颠覆以外，还有一些违反数学规则和物理事实的假定，比如重整化将无穷大等于零的假定，比如要求物理规律和方程式服从规范协变性，以至于不容许任何粒子带有质量的假定；自动对称破缺要求所有粒子都必须通过上帝粒子获得质量的假定等等。这些荒唐假定违反最基本的数学物理逻辑。朱清时院士和许许多多不明就里的科学家们当然无法理解这些荒唐假定，有不得不表示拥护，所以只有遁入空门和神学，诉诸上帝和佛祖。
这些，就是造成朱清时现象的内因—20世纪理论物理本身坠入了唯心主义的深渊。因为是20世纪理论物理本身的问题，所以不但中国人，外国人也有坠入神学的，英国人霍金就认为“上帝在创造天地之前根本没有制造任何东西。事实上，这非常接近现代思想”。他认为时间有始点和终点， “这使许多物理学家非常不满，可是却使相信创世记的宗教领袖们欢欣鼓舞，因为这就是（创造论的）科学证明”; “在对未来的预言中，星象学并不比科学定律差。” 还有一個美国人，一个諾貝爾獎得主，費米實驗室的主任利昂理德耳曼，他把超高能對撞機比作古代巴比倫人動工建築可是並未竣工的通天塔。理德耳曼说超高能加速器建成以后，我们就可以进入天堂，明白大自然的最终规律，或者说，“能够读懂上帝的思想”。

朱清时现象的第二个原因是中国近年来风行的宗教迷信活动。这或许是对文化革命思想专制的过度反叛。文化革命以后，对宗教思想的压制基本上取消了，这本来是好事。可是什么事情都有一个度。如果将宗教自由的本意歪曲为大张旗鼓地恢复封建迷信，就会泛滥成灾。如今中国的寺院道观里，无不香火鼎盛。烧香许愿的施主们，有在仕途上不畏艰险攀登的贵族，也有在温饱线上挣扎的农民工；有西装革履的高等学府的教授，也有穿着肚跻装的妙龄少女。这些施主绝大多数不是来和方丈或者真人探讨佛学或者道德经，而纯粹是为了一些世俗的目的。这种封建迷信普及之快之广，简直令人不敢置信。有钱的土豪在办公桌上摆个貔貅以保生意兴隆，没钱的的哥在反射镜下吊一个伟人像以保交通安全，在赤县神州已经司空见惯。如果说土豪和的哥没有文化，受过高等教育的大学生们应该不至于如此迷信吧？不见得。我曾经和一位来自北京的留学生闲聊。他说北京许多大学生想出来留学，为了那拿到外国大学的Offers（入学许可和奖学金），就到卧佛寺去烧香。因为“卧佛寺”和“Offers”谐音。朝拜了“卧佛寺”，就能得到“Offers”。高等学府的学生怎么会迷信到如此无知的程度？有了朱清时这样的校长教员，高等学府里面生产出迷信无知的学生也就不足奇怪了。中国高校中像朱清时校长这样明目张胆地宣扬迷信，倡导佛教物理学，用《金刚经》《入楞枷经》来诠释物理学，扬言“科学家千辛万苦爬到山顶时，佛学大师已经在此等候多时了！”，似乎不是孤立的现象。有的比朱清时校长走得还远，以至于为一些江湖术士和得道半仙宣传造势，颁奖合影，还要美其名曰“弘扬中华传统文化”。这种现象，难道不值得教育部和科学院关注，进行适当的监督约束吗？

杰佛逊《宗教自由宣言》的本义，是对宗教统治的反叛，是指公民有选择自己宗教信仰的自由，也就是说，公民有不皈依占统治地位的宗教的自由，以及不信仰任何宗教的自由。这一宣言对于在美国不信仰基督教的其他教徒（犹太教，天主教，摩门教等）是一个法律保护。中国近代国情不同，文革以前占统治地位的思想是无神论。宗教实践被长期置于统战工作的框架之内。文革以后，这一框框被打破，各种宗教活动开始有了真正的实践和自由。这就使国人将“宗教自由”误解为“弘扬宗教”甚至“宣扬迷信”，与杰佛逊的本意背道而驰。

世界史上几千年来的各种各样的宗教对人类文明所起的作用，是一个大题目。见仁见智，求同存异吧。我不想在此文长篇大论地谈论宗教史，只想简单谈谈在现代社会中，我们应该如何正确对待宗教。人类既然已经从过去的历史接受了充满几十个宗教的社会遗产，就应该懂得不要使这笔遗产继续给人类带来宗教仇恨和宗教战争。不同教派的教友要学会互相尊重对方的宗教取向。不要把其他教徒都看成是该入地狱的异教徒或邪教徒。要把他们看成自己的兄弟姐妹，是Fellow Human beings。信教的目的，应该是为了追求人伦道德的清纯高尚和心理的平安。我在巴特尔国家实验室工作期间，与当地华人基督教会相处甚洽。我送给他们一副对联：“慈善勇义是基督，仁爱敦睦即轩辕。”无论是西方的基督教，还是中国的儒道释，讲究的都是慈善忠恕，仁爱敦睦。伦理道德是相通的。如果人们能够坚持政教分离的原则，不让宗教干扰政治，干涉教育，渗透科学，仅仅把信教作为一种个人信仰，道德追求，行事准则，生死态度，那宗教信仰就完全是个人私事，别人干涉不得的。这就是宗教自由。

但是，对于公众人物，在公开场合宣扬某一种特定宗教，并以影响科学教育为目的，就不仅仅是私人的事情了。一个堂堂中国科学院的院士，中国科技大学校长，是级别相当高的政府官员。头上冠着顶戴花翎，袖里揣着银子官印，其一言一行的社会影响力，和市井小民的街谈巷议自不可同日而语。作为一个科学家和教育家，必须时时谨记自己的科学责任和社会责任。谨记我们的责任是推动科学的发展而不是推动科学向神学倒退；是传道授业解惑而不是以神学玄学误导学生，使他们越来越惶惑，越来越糊涂，越来越愚蠢。像“科学家千辛万苦爬到山顶时，佛学大师已经在此等候多时了”这样的话，如果出自雍和宫中喜滋滋地数香火钱的小沙弥之口，人们自然不会去认真理会；可是出自中国科技大学校长朱清时院士之口，再经过媒体炒作，其社会影响力，尤其是对高校学生的误导作用，就不是小沙弥的说教可比于万一了。因为支撑着朱清时声明的并不是他的逻辑，他的学问和他的信仰，而是中国科学院院士和中国科技大学校长的头衔所代表的公权力。

教课书上的错误，我们能无动于衷吗？
张操

我在10个月以前，在科学网上发表了一篇博文：“如果大学教课书错了，怎么办？ ”。文章前面三段是：
“我们知道，学生差不多每天都要做家庭作业。如果做错了，对不起，扣分。高考更加要命，如果题目做错了，很可能改变一个人一生的命运。
一般而言，自然科学教课书上的知识，经过千锤百炼，绝大部分是正确的。 可是我在近期研究直流电场传播速度的实验过程中，意外地发现大学电磁学教课书上长期存在一个明显错误。这个明显错误讲给中学生也会明白，可是大学教授们讲错了
题目是最简单的直流电路。典型的直流电路具有一个电池，电池二端由金属导线连接一个负载电阻。例如，汽车上启动开关一转，电池二端产生的电流由金属导线连接到了汽车发动机，汽车马达转动啦。这是很简单的道理。”
可是，大学教科书上说，电池向外界空间输出电磁能量，然后电阻从外界空间吸收电磁能量。我在博文中晒出中国一本电磁学教课书的图示（因为图示已经在以前的博文中发过，这里省略），作者是我尊敬的北大老教授，赵凯华先生。
10个月过去了，情况更加清楚了。上述的错误观点在很多大学电磁学教课书都存在。不仅如此，中国电磁学教课书的这个观点是从某些外国电磁学教课书上搬来的。
10个月过去了，我们向中国的高级期刊投过稿，都没有通过初审。可是，现在是网络时代，总有开放的学术期刊刊登我们的学术观点（We do not care about SCI!），我们已经发表了2篇中文论文（见参考文献）。
我们的论文指出：在直流电路的情况，电池内的化学能转化成电能，在电池二端集聚了正负电荷，产生了电动势。这个电动势在导线内以及电阻内形成电压和电流，自由电子的电势能转化为电子的动能，消耗了电功率。所以，电能完全在导线内部传输给电阻的。
有人向我提出过：张老先生，世界上聪明的人有的是，是不是你自己搞错啦。
我回答说，如果我没有充分的把握，我哪敢“老虎头上拍苍蝇”。
有人向我说过：张老先生，这是一个简单的物理学问题，就算你是对的，又怎么样？
我回答说，我们要为学生负责。对于大学教课书上长期存在的错误，我们当教师的有责任纠正它。这个简单的物理学问题，可以比喻为由中国科学家提出的物理学上的1+1 问题，难道不值得充分讨论吗？
一位网友评论得很好：教科书是承上启下的工具，要有错必究。
为了纠正这个电磁学教课书上长期存在的一个明显错误，高教部门有责任和义务吗？中国科学院学部有这个责任和义务吗？
在这里，我向科学网上参与讨论过这个学术问题的网友表示感谢。我也向科学网的编辑们表示感谢，因为科学网为广大的科学工作者提供了一个交流和呼吁的平台。

参考文献
[1]. 赵凯华, 陈熙谋，《电磁学》，(第3版)，(高等教育出版社，2011)第676-578页。
[2]. 樊京，张操，“关于金属导线中直流电能的传输”，南阳理工学院学报，第6卷，第3期 （2014）第1-4页。
[3].张操，樊京，“纵向电场和超光速研究”， Modern Physics 现代物理, 2014, Vol.4, 107-112. 这个期刊是中文版的开源期刊，读者可以免费下载。
http://www.hanspub.org/Journal/PaperInformation.aspx?paperID=14130#abstract

第五届全国民间科技发展研讨会暨时空与光物理讨论会于2013年8月在我国太原举行。《论文摘要汇编》如下：

前言—————————————————————————————————————-张崇安

第五届全国民间科技发展研讨会贺词———————————————- 宋正海7

我国民间科技创新概况————————————————————–黄友直7

民间科学与自然国学—————————————————————–宋正海10

自然国学基本点问答—————————————————————–宋正海12

创新与人才————————————————————————— 关原成13

放飞科技中国梦———————————————————————- 胡昌伟14

《宇宙宏微论》简介—————————————————————–彭宏钟17

爱因斯坦及其“相对论”————————————————————– 李泱20

“控制论”的本质———————————————————————- 李泱21

现代物理学所面临的“哲学”问题—————————————————-杨光京22

古斯-汉森位移是揭示光本性的判决性实验 —————————————-耿琦24

微太模型初论————————————————————————-张操25

暗物质的答案及定量计算————————————————————郝建宇27

宇宙总质量正负解和宇宙加速膨胀—兼回答暗能量为什么存——————— 郝建宇32

普朗克能量子的宇宙学意义———————————————————-郝建宇38

大型强子对撞机实验可能破坏质量守衡及其解释———————————-郝建宇39

光速的两个理论值及其引出的常数关系——————————————– 郝建宇40

惯性力和惯性力矩的来源·———————————————————–赵常德41

惯性力与惯性力矩的关系·———————————————————–赵常德43

客观世界只存在空间不存在时间·————————————————— 柏青山44

诸空间观和光本性观辨析·————————————————————张崇安45

超光速与超光速观测效应·————————————————————李子丰50

光的粒子性与光速·——————————————————————–李子丰52

在光的粒子性观念下得出的马吕斯定律——————————————— 杨发成54

运用量子光学基本观点解析杨氏实验———————————————— 杨发成55

光是以太的量子涡旋的密度波——————————————————– 叶波59

迈克尔逊试验原理问题探究———————————————————- 叶波62

粒子衍射学说·————————————————————————-凡伟66

太极宇宙模型才是标准的宇宙模型————————————————– 张树斌75

光是由时间决定的热斥力负电荷波能量场—————————————— 张树斌79

光子的实质与机理·——————————————————————–陈刚83

光子的能量·—————————————————————————-陈刚87

光本质论—————————————————————————— 丁一宁91

论说现代有几种可肯定的光本性————————————————————安九贤96

物体温度升高及电容器充电后重量减轻的原因（和重力与万有引力是对立的）——–安九贤98

发现磁场、磁力线的本质—就是磁旋轴—————————————————–宋立强100

光子模型·————————————————————————————–李新民110

论光、光速常数及超光速——————————————————————– 林志德116

绝对静止与运动——————————————————————————-张久义120

光线通过旋转透明介质改变轨迹·————————————————————刘武青121

从大型强子对撞机说中国梦—非线性希格斯粒子数学讨论·——————————-习强122

从光的表现探索光的本质——————————————————————– 宓海江140

一道光线产生整个宇宙———————————————————————– 宓海江141

光在我们认识自然中的作用—————————————————————— 李升山142

关于质数定理取整公式的取整运算法则—————————————————– 沙寅岳143

每一个大于五十万的偶数都可表为两个质数之和·——————————————-沙寅岳149

《论埃拉托斯特尼的筛法与新的质数定理》·————————————————沙寅岳154

用思维发射器为人调病做善事—————————————————————-北京心脑慈善福乐总部外联部156

暗物质、暗能量与“招善引惠”养生·———————————————————-环球心脑易太极养生组织科研部157

福音——————————————————————————————– 高国俊158

抗击癌症，中国几乎全面溃败————————————————————— 高国俊158

科学学新进展新科学学创建真理哲学批判辩证法—————————————— 可雪160

中医科学疗法治疗癌症有特效————————————————————— 可雪160

光本性讨论与决议初稿———————————————————————–  张崇安

文章分享：

3 光速问题

3.1 以太空间下的光速与源速无关错误观念

光速与源速有关还是无关？是判明光本性是波动还是粒子的一个根本依据。

我们注意到：现有波动力学中，忽视了介质整体运动时的情况：波动方程速度项均为标量。事实上，如果介质整体运动，介质波速是矢量，服从矢量合成法则。例如：以速度为的匀速运动列车上的声波，在铁路边考察时，向前运动的声音要比向后的快。波动方程为：

（2）

代表空气中的音速，约311米/秒；是以地面为参照系时列车内声波强度变化的三维量；项是速度矢量合成。可以看到：方程（2）和方程（1）在数学上形式相同，即介质整体运动时的波动方程数学形式与粒群波源运动时的形式相同。

但是，如果认为光本性是以太波，上述速度合成项不存在。这是由于以太在宇宙中传播各种光振，必布满于整个空间，不可能再有多余空间供其整体运动，方程（2）中项不存在，即光速与源速无关。

3.2历史上诸多光速测定值为恒值说明了什么

历史上许多实验测出光速近于30万公里/秒。于是有人认为光速与源速无关，是个恒量。其实，因大多数测定采用回路法，正好抵消了光速与源速的合成 ^[2][5][6][8]。测定的值恰好就是光相对于源的速度。这类实验支持光粒群波观念。

3.3 光速与源速服从速度合成的光粒群波观念

承认绝对空间，就得承认速度的合成律。考虑光常常呈现出波动的一面，把部分光波的本性看作是规则大小、规则间隔的光子群列观念较为妥当。于是光速不仅与源速有关，而且与源速间服从速度合成。物理学又回到简单、和谐、统一！

4    光子群流和光子海洋概念

4.1光子质量和光子海洋概念

根据万有引力和电磁场的实存，宇宙空间并非完全真空，而是充满大量粒子。由于光子既有质量和动量，又是光的直接载体。故所谓的“以太”迹象应该是光子在空间中的存在。

在康普顿散射实验中，如果假定与石墨散射体单个电子发生作用的是单排光子流。根据经典力学可导出新的康普顿散射式，并认为旧康普顿散射式在数学上成立。据此，可导出光子质量 、光速相对于其源常数C、普朗克常数h 间的关系式为（为单位秒）：。计算出光子质量的较精确值为：3.68625163×10^-51千克^[5-7]。

又不少人证明引力、核力是电磁力^[11-12]。研究人员还估计，一只100瓦的白灼灯每秒发射出10²⁰个光子。说明宇宙中分布有大量高速运动、有质量、动能的光子流。当光子遇到天体时，被发射、反射、折射为光子群流，如同地球上的江河。大量的光子群流在宇宙中交织汇合，又形成巨大的光子海洋。其可以施力于物体，也可被物体作用而发生局部改变。

由于光子有质量和动量，光子海洋蕴涵巨大的质量和能量。由此可以解释暗物质、暗能量起因。又由于光子海洋中的高速运动光子流可以给任何两物体以靠近的挤压力，由此可以探讨引力的起因。

4.2承认光子海洋和否认以太

不能把光子海洋与以太概念相混淆。两者有本质的区别：

1)光子是光波的直接构成体。就如同氢、氧分子是空气的构成体一样；以太被认为是光的传播媒介，如同声音和空气的关系。因此，光子海洋本身就是光的组成体，而以太是光的介质，是一种独立于光的东西，二者有本质的不同。

2)以太被认为可以自由进出物体内部，有极高的密度和弹性模量，不能被物体发射、折射、反射；而构成光子海洋的光子可以进入物体，转化为物体的组成部分，并能被物体发射、反射、折射。

3)光子海洋中的光子相对于源（次源）以光速常数C高速运动，质量虽小，动量却大，且服从惯性原理。而以太微粒呈大范围静止状态，一般不对物体形成冲力。

4)光子群流能被物体带动，速度可以与源速进行矢量合成；而以太能否被物体带动？在理论和实验上都很模糊。以太下的光速是标量，不是矢量。

5)光子海洋有质量和冲力，可以直接利用此探讨暗物质、暗能量、引力的起因；而以太概念下暗物质、暗能量、引力的起因模糊。

因此，应当承认光子海洋而否认以太。这样，在牛顿绝对空间基础上，又增加光子海洋概念做补充。物理图景变得丰富而灵活。这也属于辨证的空间观念和光本性观念！

参考文献

[1]宋文淼《现代电磁场理论的数学基础——矢量偏微分算子》，北京，科学出版社，1999。

[2]郝建宇 狭义相对论自我否定剖析，《时空理论新探》，地质出版社，2005.10,3-20

[3]Xu Shaozhi，No one can save Lorentz Transformation，Apeiron，v.7 ,No.1~2,2000

[4]卢鹤绂《再释量子力学哥本哈根 “正统理论”》，上海，《自然科学年鉴》1989年卷，2.1。

[5]张崇安《自然界广泛存在有非介质传递的波》，北京，卢鹤绂格物研究所《格物》NO3，2003.12207-214

[6]张崇安《光本性研究的历史与前景》，北京，原子能出版社《现代物理及其应用》2004，494-497

[7]张崇安《用光粒群波解释杨氏干涉和康普顿散射》，成都，西南交通大学出版社《数学·力学·物理学·高新技术研究进展》——2004（10）卷 250-255

[8]张元仲《狭义相对论实验基础》，北京，科学出版社，1979，14，22-58，90-123

[9]郑辁《现代物理学问题——相对论质疑》，北京，学术出版社，1991，1-100

[10]张崇安 狭义相对论两条基本假设是互相矛盾的，《时空理论新探》，地质出版社，2005.10,220-222

[11]谭启蔚.引力的本质与广义相对论若干问题.北京:地震出版社.相对论再思考.251-252

[12]耿琦.引力、核力与电磁力的统一.陕西人民教育出版社,2003.2,131-181

[13]杨福家.《原子物理学》，北京，高等教育出版社，1991，218-328、325

（注，由于排版软件问题，粒群波方程，波动方程，图1，图2未能打出。抱歉！以张崇安原文为准）

二：光本性讨论与决议初拟稿

张崇安

摘自西陆网站“第五届全国民间科技发展研讨会拟形成一个光本性的决议”

http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-299918-9.html第260楼

本次会议可以形成一个”第五届全国民间科技发展研讨会暨时空与光本性共识”，您看我列出下列几点是否可行？

1、根据中华传统的哲理，认为我们的世界是空间和实物组成。空间具有无界、同一、静止的性质，实物具有有界、各异、运动的性质（这实际上就是张载提出的两体者，虚实也、聚散也、清浊也、动静也）的翻版，也拥护了牛顿”与任何外界无关，永远保持相同和不动”的空间观以及牛顿主张的物体具有质量、动量观。–这一条已经否定了相对论可以随光速缩伸的空间。

2、空间和实物是不能互相转化的。这一点支持了物质不灭定律，支持了物理学能量守恒、动量守恒。但是，反对了奇点创世说，反对了量子力学虚粒子涨落空间产生基本粒子说。

3、场的本质是实物粒子在空间中分布和传递的一种现象。无论引力作用、电磁作用，都要通过实物粒子的传递实现。电磁场是光子在光微子（亚光子）海中的穿越。引力场是光微子（亚光子）海表现出的压力。场在宇宙中分布是不均匀的，就如同地球大气在太阳系中的分布不均匀。光微子（亚光子）海在银河系和星系之间有不同的密度。

4、光和电磁波的本质是光微子（亚光子）在空间中成群运动的现象。对于以太说，是光微子（亚光子）的自由程和随机碰撞导致的往复压力运动形成的波；对于粒子说，就是有间隔的群列在光微子（亚光子）海洋中穿越的现象。前者要求海洋密度和弹性足够，后者要求电子内部弹性和密度足够。前者光速是光微子海洋密度和弹性决定的，后者的光速是电子自身密度和弹性以及电子在原子核周围运动的情形决定的。只要肯定这两种光本性中的任何一种，都可以否认相对论和量子力学玄学。为树立中国文化，争夺话语权作出贡献。以下的论述中，我们将会看到，把光看做规则间隔的、在光微子（亚光子）海洋中穿行的群流，不仅可以避免亚光子海洋的密度和弹性问题，而且普朗克常数下的能量分立原理。对于光本性的揭示具有更广泛的说服力。

5、光的干涉衍射，是一种次光源现象。次光源调整了光子群流的密集度，致使物体内电子吸收过程中，发生能级跃迁释放光就是明条纹，电子变肥而没有发生能级跃迁就是暗条纹。相位就是光微子群密集度状况。如果两个180相位的群遇在一起，群列密集度就会变为均匀，波长频率不明显。如果同相位的群遇在一起，单个群的密集度就会增大。

6、亚光子（光微子）是一种基本粒子，它有质量，有动量。因为亚光子海洋中的亚光子有自由程，能够发生碰撞，而带有电子的物体能够吸收这种海洋并释放规则周期的亚光子群成为光子。所以，造成了物体内外亚光子海洋的密度不均匀，于是就形成的引力作用。

7、光速在真空中服从矢量合成。光速常数在真空中是相对于发射源和次源的。斐索实验、双星观察、赛格尼克效应、迈莫实验、缓慢运动物体的电磁现象、运动光源的多普勒效应都证明光速与源速、次光源速度有关。

8、由于光子在光微子（亚光子）海洋中穿行会受到磨损，构成光子的部分亚光子（光微子）会被磨损掉落在亚光子海洋中。所以，光子的速度、频率、甚至波长都会与其在亚光子海洋中穿行的距离有关–由此导致了引力红移。这种解释，引力红移是星系远离的证据，也不是宇宙大爆炸的证据。这样，我们就不需要相信我们的世界有一个原始火球爆炸而来。

9、由于光的本性是规则间隔粒子群流，单个亚光子的动能与单位秒乘积就是普朗克常数，这样就不需要引入量子力学几率波或物质波概念。也不需要认可量子纠缠等超距作用现象。由于引力作用、电磁作用依靠实物粒子在空间中的传播实现，所以任何超距作用都是不存在的。依靠量子纠缠而建立的量子通讯基础是荒谬的。

10、光子是巨大的亚光子群列，由于亚光子可以组成各种形形色色的群空间结构，所以，光子本身可以携带信息。由于亚光子在同一空间中运动具有惯性，所以这种携带的信息具有信号稳定性，由于亚光子相对于发射源、次光源有光速，所以这种携带的信息就可以传播到远方–这就是量子通讯的实质。但量子通讯与几率波叠加没有任何关系。

11、电磁波乃是振荡电路周期发射的亚光子群。由于亚光子相对于振荡电路的发射振子是光速常数，并在真空中运行服从惯性原理，所以，振荡电路规则间隔发出的亚光子群间距不变，就是电磁波波长。而光和紫外光也是亚光子组成的群列，不过这个群列更细、更整齐。密集度更大。

12、我们初步认为电子是亚光子（光微子)凝聚体。所以，任何发光，吸光、次级发射吸收都与电子的运动、变化有关。

关于光的波粒二象性与光本性的探讨
——读王令隽教授的文章《光的波粒二象性漫谈》后感

作者 吴东敏

关于光的波粒二象性，美国某大学的终身教授王令隽老师提出了一个很好的，颇具代表性的观点：“光波，电磁波，声波的波动性是没有疑义的，有疑义的是其粒子性；物质的粒子性是没有疑义的，有疑义的是其波动性。”可以透露出王教授的观点认为，是波就不是粒子，是粒子就不是波的观点。我赞同王教授的观点。所不同的是我认为：波是粒子的振动在弹性媒质中的传播。
在王教授的《光的波粒二象性漫谈》里可以看出，王教授在研究中认为光是波而绝非粒子。光的能量是光具有波动性表现出来的能量，所以，光波的实质就是能量（电磁能）的密度波。如果赞同普朗克量子理论和爱因斯坦光子理论的话，应该把光子视为没有质量的“能量子”，光的传播只不过是“能量子”的量子涨落或能量密度起伏的传播，而绝非物质粒子振动的传播（机械波）。
王教授认为波和粒子是不相容的两个概念，波是运动而不是物质，粒子则是物质。他以人们最熟悉的水波为例，在一个宁静的湖面上激起波浪，水波往前传播，可是水分子并没有随着波浪前进，水分子只作上下振动，所以水波传播的是运动，是能量和动量，而不是物质（水分子）。此话十分正确。但是王教授在这里忽视波源的作用。宁静的湖面为什么会激起波浪？那是因为我们在宁静的湖面上扔了一块石头。如果扔下去的不只是一块石头，而是一块接一块的石头，这样，人们就可以看到持久不断的水的波动。光波与水波类比，有质量的光粒子在弹性媒质里运动，激起了媒质的波动，这个波动叫做光波。光包括了三部分：1，提供光子的光源；2，运动中的光子链；3，传递光波的媒质。前辈科学家把传递光波的弹性媒质叫“以太”。通常人们忽略了光源，所以光的波粒二象性指的仅仅是光子和光波。光的能量由两部分组成：1，携带质量的光子由于运动具有的动量和动能；2，受激媒质由于波动具有的动量和能量。在光的波粒二象性中光子的运动和媒质的橫振动的传播各行其道，是和谐的，相容的。含有光子辐射的光有近红外线，可见光，紫外线，X射线，伽马射线，它们具有波粒二象性；而波长较长的无线电波，微波，远红外辐射不含有粒子辐射，不具有波粒二象性，只具有波动性。
如果王教授认为光只是波，只具有波动性而没有粒子性的话，许多光现象将不能解释。下面以王教授提到的“光电效应”，对问题展开讨论，采用爱因斯坦时代最原始的真空光电管的工作情况作具体简易的分析：
一束光照射到光电管的阴极时，按照王教授的观点，光应该是能量的密度波，阴极表面的所有电子将受到波动能量起伏的扰动，当能量达到某一临界值，克服电子的逸出功，将发生光电子辐射；由于能量是连续的，阴极表面的每个电子受到的作用是相同的，因此每个光电子逸出阴极表面的初速度或初动能是相同的。这表明阴极表面的每个电子的命运是相同的，行为是一致的。要么大家都不出来，只在阴极表面振动，要么大家一齐出来，而且离开阴极表面的初速度与初动能相同。表现为阳极电流出现两种状态，要么截止（最小值），要么导通饱和（最大值）。不管入射光线的能量大小的变化规律按照正弦波，或其它各种脉冲波分布，而相应阳极电流的波形始终是矩形波（或前沿陡峻的梯形波）。这显然与光电管的工作状况相悖。因此用光的波动性解释光电效应是不合理的。然而更加棘手的问题还在下面：王教授认为光不是物质，是能量，能量只有大小，没有形状，没有电荷，没有引力；你如何去描述它与电子发生作用的微观机理或机制。它会把人们的进一步的思维，假设，导入到唯心主义的歧路中去。离开物质的能量犹如离开躯体的鬼魂。可以说它披头散发，青面獠牙，也可以说它像窈窕淑女，白面书生。
光电效应的主要原因是光具有粒子性，而且这个粒子必须具有质量，才能得到圆满的解释。光粒子（光子）辐射，犹如机关枪中的子弹扫射，光强弱表示机关枪的数量的多少，光的频率高低表示每支机关枪射出的子弹数量的多少。光子的能量不是连续的而是一份一份的。由于光子的质量大大地小于电子的质量（约是电子的10^-18倍），所以要求击中电子的机关枪里射出的子弹数量要多，就是说光的频率要足够高。否则，就不能克服电子的逸出功。事实证明，光的频率越高，光电子的初速度和初动能才会越大。对于不同材料制作的阴极，电子的逸出功的大小不一样，因此其发生光电效应的临界频率是不同的。另外，从微观的物质内部结构来看，物质内部是很“空”的，电子的分布密度不大，机关枪击中电子的命中率不高，所以要求机关枪的数量足够多，就是光的强度不能太小。表现出来的现象是：随着光的增强减弱，阳极电流会同步增大和减小。在感光录音的电影胶带中，经过脉动音频电流调制的胶带通光声道，当光通过它射入光电管的阴极时，阳极电流的变化曲线与射入阴极的光强弱的变化相同，光电管把光信号转换成相应的电信号。只有这样的解释，才与实际相符合。
光的粒子性表现的能量是不连续的或者说是一份一份的，而波动性表现的能量是连续的。除了光电效应，其它如康普顿效应，黑体辐射，光的反射，光的折射，光的散射，光的色散等也都需要光具有粒子性又有传播媒质的波动性才能得到合理的解释。在此不作过多的表述。
在一束自然光中，包含有光波和光子，还可以把光子从光波里分离出来。王教授听到一定会感到惊讶。怎么可能呢？是不是痴人说梦？这其实是很自然的现象。下面举例和说明一些与波粒二象性有关的问题：
一束阳光或者白炽灯光，含有光子和光波，当它直接射到光电管阴极和通过偏振片后射到光电管阴极两种情况下，阳极输出的光生电流的大小不一样。透过偏振片，有部分光子被散射或折射，到达阴极的光子减少，就是说扫射电子的机关枪的数量减少，因此光生电流变小。偏振片不能把光子全部分离出去，透过的光是属于部分偏振光，而不是完全偏振光。同一颜色的光，其含有的能量可以不同。
一张白纸能反射光波，但不能反射光子，光子被纸吸收，使纸的温度上升，一部分还可以穿过白纸。一面镜子（镀银的玻璃平面镜）能反射光波，也能反射光子。两种反射光的能量明显差别，可以用肉眼辨别出来。是不是可以得出如下结论：一张白纸能把太阳光中的光子和光波分离出来，而镀银的平面镜不能把太阳光中的光子与光波分离出来。其实质是，银镜有一层由银原子间的自由电子构成的非常致密的负电场，对携带负电的光粒子由于同性相斥而被反射出来，而纸纤维分子间没有自由电子。
一片绿色的树叶由于反射太阳光中的绿色光，能使人们看到它是绿色的。太阳光含有光波和光子，当它射到树叶的时候，阳光中的光子被原子（电子和核子）散射，折射，吸收，或者透射。被反射回来的光波中，光子几乎被分离出去。在树叶表面发生反射的仅仅是绿色光波，是波长约为490到570纳米的绿色的光波。780到570纳米的红橙黄波与490到380纳米的青蓝紫波没有被反射而是被吸收了。同时说一下视觉的本性，人们在空间中任意地方可以看到这片树叶，是因为我们眼睛里的视网膜感觉到从这片树叶反射的绿色偏振光传来的光媒质的微小振动所带来的能量。大科学家牛顿和爱因斯坦却认为反射的是光子，而不是光波。一片树叶能把光子洒满整个空间，让所有人能够看到它吗？有这么多光子吗？请思考在我们的周围有多少片叶子和多少颗树？多少使我们可以看到的桩桩件件？我们的空间将被光子充满，这是不可能的。更加觉得太不可思议的是，天刚朦朦亮，太阳还没有从东山上升起的时候，这棵树和周围的一切事物已经把光子洒满了整个空间，让人们可以看到它。可惜的是牛顿和爱因斯坦没有仔细的想想，一直到死仍然没有感悟出这个似乎是十分简单的道理来。
光的波粒二象性表现出来的特性。光与物质发生作用的时候表现出粒子性，是因为光子的能量密度大，光波撒满空间，其能量密度小。同时，光和物质作用的时候，光波在界面上被反射回来，而光子则与物质粒子发生碰撞，发生动量能量交换（如：局部温度变化而被人们检测出来）。尤其是紫外线，真空紫外线，软硬X射线，伽马射线，它们所含有的光粒子数量巨大，表现出明显的粒子性。光在传播的过程中表现出波动性，是因为人们发现光传播过程中光的绕射（衍射），干涉，极化（偏振）等波动现象。所以，光在传播时只观测到波动性，难以观测到粒子性，而与物质作用时明显地观测到粒子性，波动性却很不明显。
在著名方程E=hν中，有它使用的局限性。阳光通过三棱镜色散出来的绿色自然光，树叶反射出来的绿色偏振光，LED绿色光源，激光器发出来的绿色激光，同步辐射光源射出来的高纯绿光，虽然它们的频率基本相同，但它们的能量却不大相同。光的能量还与其它几个因素有关，最重要的是光的波粒二象性因素，而不仅仅是频率ν。
光速问题。人们对光速不变原理持有疑义。在此，把光速分解为光子的速度与光波的速度，人们在研究各种波的波速时发现，任何波的传播速度由其赖以传播的弹性媒质的性质来决定，以此类推，光波的速度由空间的媒质来决定，这一点对于相信空间媒质是以太，还是电磁场的学者来说双方均没有疑义，都相信光速不变。由于是媒质波动的传播，与光源的状态无关，不管光源是静止还是运动，不管光源运动速度的快慢，光速始终不变，人们可以很容易就能理解它。测量得到的光波的速度是299792458m/s 。
光的速度还包括光子的速度，光子速度与光波速度通常情况下保持同步。不然的话，在光的长时间长距离数万年，数亿年的传播中不堪设想，光的结构肯定会破坏会散架，这与观察不符。但是，光子在传播过程中，光子从光疏媒质进入光密媒质，或者由光密媒质进入光疏媒质时，或者进入不透光的物质，或者进入半透光的云彩中时，光子的速度当然会发生改变，或者迅速降低至零。降低至零的时候，光子的动能转化为物质的内能，还有其它多种重要效应（另择文章细说，包括光子速度降为零的时候会转变成其它粒子。）。
王教授不相信德布罗意波的存在。我的想法与王教授相同。我认为电子的衍射图像与X射线的衍射图像相似，是因为电子也可以激起空间媒质的波动，不同的是没有频率特性。  认为物质粒子具有波动性是不可思议的，这是王教授激烈抨击光的粒子性的主要指导思想。2005年，我曾作过一个携带负电的有质量的光子的运动轨迹图像：光子在自身运动电场感应出来的磁场里受洛伦兹力的作用下做圆周运动，描述出来的光子运动轨迹是光子呈螺旋线式前进，好像子弹出膛，是旋转着前进的。后来我放弃了这个想法。物质粒子的波动性，不在于自身的波动，在于自身运动激荡起周边弹性媒质的振动，这个振动的传播形成横波，平面波，空间波等。我希望王教授也能与我同感。
在光的以太媒质中高速运动的电子流，对弹性的以太媒质发生碰撞，照样会激起媒质的波动。X射线的频率约为10^18到10^20赫兹，它所含有的光子数的总质量与电子质量的数量级相当，它们的行为相似，所以电子的衍射图像与X射线的衍射图像相似。但是，物质波与光波的行为有重大区别，光的三要素，构成光的完整的辐射机制（在此不做细述），能在空间中做长时间，长距离的辐射。而电子流却不能。德布罗意波公式：λ= h/mv 反应了物质波的波长与粒子（电子或质子）的速度关系，并不能反应波的频率或者周期等最重要的波动概念。

下面讨论电磁波，光波的波动性问题。
对电磁场的本质问题，谈谈我的看法。200年前，法国科学家安培认为磁铁内部的原子分子等物质微粒内部存在一种环形电流，提出分子电流假设；这种电生磁的理论被法拉第和麦克斯韦沿用和发展成为经典电磁理论。法拉第先后提出电场，磁场的概念，把电力磁力的疑难本质打包在电场磁场里换了一个名称叫作电场力和磁场力。电场最基本的性质是对放入其内部的电荷产生力的作用，不管该电荷运动还是静止；而磁场最基本的性质是对放入其内部的运动电荷产生力的作用。当运动电荷产生磁场以后，变成磁场与磁场之间的作用。这说明同种场，电场与电场，磁场与磁场才能发生力的作用，磁场与电场不发生力的作用。同种场才有力的作用，异种场不发生力的作用在实验中早被人们认可。这证明了磁和电是两种不同的事物。在人们的观念中只有龙生龙，凤生凤；而龙生凤，凤生龙不可能。麦克斯韦认为在什么都没有的真空中，运动的电场会产生磁场，运动的磁场会产生电场的假设理由根本是不充分的。然而这种交变电磁场形成电磁波的理论却一直被科学家推崇。虽然有破绽，但再也找不出其它好的理论代替它。按照磁的电本质假设，二百年来，人们没有找到分子电流；对地磁场的成因，人们总结并提出了12种与电流有关的理论学说，都没有成功。电，磁，场的微观本质至今仍然是个谜。
王教授特别尊崇麦克斯韦方程组的数学描述，认为其精密程度到了令人不容置疑的程度。我的数学水平不好，但我可以怀疑它的正确性。理由一，麦克斯韦在研究电磁现象而不知道电磁本质的情况下作出的数学定量，可能会犯定性的错误。如果定性错了，那方程组就全错了。理由二，对物理问题作数学定量的精确性是技术问题。例1，假设通过人家的观测，光速值约为30万公里/秒，你可以参考电磁振荡现象设计两个参数；电参数，真空介电常数ε0 ；磁参数，真空磁导率μ0 ；使它们的数值符合运算得到真空光速等于30万公里/秒。如果发现实验数据只有29.9万公里/秒，你可以对两个参数的数值进行调整，使它达到十分精确并不难。例2，爱因斯坦根据前人长期对水星进动误差的观测，修正自己的参数，使其达到符合观测值43角秒/百年是可以做到的。
用数学物理法去研究物理问题首要的是先认识物理。大家最熟悉的问题，树上3只鸟，开枪射死1只鸟，树上还有几只鸟？这是3-1=2还是3-1=0的问题。一座10亿吨的大山塌缩成一个原子核，把它放到百慕大三角的海底，它会很快地钻到地心里去还是不会？一个质量大约是太阳1.5倍的冷恒星，抵抗不住自身的引力，会发生瞬间塌缩成为一个黑洞，你会相信印度的强德拉塞卡和苏联的兰道的计算吗？400多年的近代科技史，多少困惑，多少设想，多少方程，有多少是正确的。多多少少的正确与错误的交融，编织成一团乱麻，把世界变得更加复杂。使人们看不清方向而走向歧路走向迷宫。梳理，辩别，整合，创新才是后人的重要任务。
电磁场和电磁波理论是虚拟的理论。由于它的神秘性，科学界历来认为它是一种特殊的物质。王教授干脆认为它不是物质，因为它不具备物质的特性，认为它是能量。也就是说，电磁场是能量场，电磁波是能量波。能量没有大小，没有形状，没有“手”，没有“足”，没有力的作用。能量的传播靠人们的想象，把它看成能量的起伏，涨落。电磁波是能量的密度波。要描述它的微观作用，十分困难，只能借助机械波，如水波，声波的行为去比较，去说明。谁能描述无线电波的电磁能的能量涨落为什么不从振荡廻路直接走，而跑到发射天线，从发射天线的表面抛洒到空间里去呢？天线与空间界面有何微观作用机制？我认为能量的密度起伏或密度涨落的传递是一种唯心设想，达到能量平衡能量就不能传递了。可以举出许多人们熟悉的机械能，热能，电能传递的例子。实现能量起伏传递是不可能的。
光波（包括无线电波，微波）的传递媒质，前辈科学家认识到空间一定存在着一种物质，这种物质叫“以太”。由于多方面的原因，以太模型以太理论不够完善，发生几起几落。
本人认为，空间中必然存在着平均密度稀薄弹性极小的以太结构。2011年出版了《宇宙的真谛》一书。建立了“二粒三构”理论。描述了基本粒子和基本物质结构模型，阐述了光，电，磁，热，场，波的本性，四种自然力的本质，基本天体结构与运行规律。欢迎提出质疑。

2013,07,02

宇宙研究网征集研讨如下方面的论文：

1 光的本性。

2 磁的本性。

3 地球磁场及空间磁场的成因。

4 中微子振荡实验与中微子谜题探秘。

5 量子霍尔效应的微观机制解析。

6 LED光源与太阳能硅光电池的量子转换机制。

7 宇宙中天体系统的宏观演化及其机制。

8 其它宇宙前沿科技问题。

评所谓宇宙暴涨的证据
王令隽 2014年3月31日
最近，哈佛大学的科瓦克领导的天体物理小组在南极的观察站对微波本底辐射进行分析，发现其极化方向呈现某种分布图形，立即宣布这是宇宙暴涨的引力波。这和爱丁顿宣称通过日食观测证实了广义相对论是同样的媒体炒作。为了说明这种炒作和科学验证的差别。让我先举个例子说明星象学方法和科学方法的差别。
有一位来自台湾的S先生，是个一贯道信徒。他向我传教，现身说法证明仙佛如何神通广大。他说有一次他从悬崖上掉下去，被仙佛所救，挂在树丛上没有摔死。他的推理是星象学的：1）理论上，世界上一切都受仙佛主宰；2）如果你相信仙佛，它就会在危难之中救你；3）我大难不死，这就是仙佛存在和一贯道是真 理的实验证据。

“仙佛”是一贯道的教祖，大概是仙和佛的线性组合，但是却比太上老君和佛祖如来加在一起还要神通广大的某种超自然的主宰。这位S先生的推理逻辑和其他宗教徒的推理逻辑都一样，一个共同的特点是不追究每一个推理步骤的可靠性和唯一性。
我当时问这位S先生：“您如何知道当时救您的一定是您的仙佛而不是耶稣基督或者真主阿拉呢？”
科学的“实验证实”和宗教的“见证”完全不同。科学证实不是某种根据神话故事似乎说得通的“见证”，而必须是唯一可能的解答。“科学证实”的逻辑推理的每一步都必须是唯一的，无懈可击的。
抛开宗教理论本身的真伪不谈，单就形式逻辑考量，这位S先生的推理就是有问题的。因为救他大难不死的救主可以有好多个答案：1）一贯道仙佛；2）耶 稣基督；3）真主阿拉；4）佛祖如来；5）观音菩萨；6）普贤大士；7）文殊广法天尊；8）太上老君；9）元始天尊；9）广成子；9）梨山老母；10) 妈祖；等等等等。对于无神论者，还可能有另一个解答，那就是纯偶然性。如果我们对所有跳崖的和失足从悬崖上掉下的和被人推下悬崖的和从摩天大厦上跳下的人做一个统计，就会发现挂在树上不死的几率非常小，是小概率偶然事件。所以我建议相信仙佛的朋友，包括已经得到见证的S先生，不要以为自己信仰坚定就可以随便跳崖跳楼。仙佛也有打瞌睡或者忙不过来的时候，所以，跳崖跳楼之前最好先给他老人家打个电话约个时间，看看他忙不忙。宇宙中有多少外星人从悬崖上掉下呀，可不都得他老人家管吗。
除了形式逻辑以外，科学还要求理论的每一个大前提都必须是无懈可击的。比如说，“仙佛救我”的理论就经不起科学质疑。仙佛在哪里？他（她）无处不在吗？如果仙佛住在宇宙深处，他离地球的距离可能就是几亿光年，那他如何知道你此刻会从悬崖上掉下呢？他可能心血来潮，掐指一算，知道弟子有难，可等他知道以后，来得及赶到现场救你吗？还是他（她）事先就等在事故现场？果如此，那你从悬崖掉下是不是他故意造成的？如果他不是肇事者，那肇事者是什么魔鬼？法力无边的仙佛为什么容许魔鬼把你从悬崖上推下去？如果这个事故本来就是他设计安排的，那他为什么要置你于险境？他是只对一贯道信徒施展这种手段以保证他们的忠诚呢，还是对不相信一贯道的其他人也会这样做呢？你可以提出一大串这样的问题而无法解答。如果得不到解答还要虔诚地相信，那只不过是信仰。但是科学思维不能依赖于宗教信仰，而要遵守严格的逻辑推理。
让我们以这种精神来衡量一下科瓦克关于找到了宇宙暴涨证据的报道。同样地，我们先要问一问解释的唯一性，再问一问理论本身的合理性。
什么是宇宙暴涨呢？根据古斯提出的暴涨理论，这是一个发生在宇宙大爆炸以后大约10的负36次方秒，并立即在10的负33次方秒终止的事件。在这个非常短暂的一瞬间，整个宇宙以超过光速二十几个数量级的速度从渺观的宇宙婴儿暴涨成为宏观宇宙。因为其暴涨速度之快和事件之短促匪夷所思，这一暴涨事件也称之为“宇宙相变”。科瓦克宣称他们在南极观测到的微波本底辐射的极化图案是暴涨造成的，那末他们就必须证明为什么这个图案不是其他事件造成的。为什么不是宇宙大爆炸这一创生事件造成的？为什么不是暴涨之后的去耦合时期造成的？为什么不是银河系形成时造成的？为什么不是太阳系形成时造成的？为了说明观察到的背景辐射图案是暴涨的证据，你的计算公式必须能够精确到10的负36次方秒。你有这样的计算公式吗？你的公式有这样的精度吗？
对于根本就不相信宇宙大爆炸理论的人们，还有一个可能的解释，那就是空间媒质在南极附近的某种极化图案，和宇宙深处的东西毫无关系。这里有一点技术细节，那就是科瓦克观察到的极化图案是一种立体角分布，其绝对尺寸等于立体角乘与微波源离地球的距离。如果这个距离只有一个天文单位，那你观测到的现象只不过是太阳系里面的现象，而不是宇宙深处的现象。如果这个距离是宇宙距离，那这种极化图案的尺度就将是几亿光年了。这么大的极化图案是引力波吗？引力波的波长是多少？引力波怎么会造成电磁波的极化呢？引力波是行波，不是驻波，怎么可能给你一个固定的极化图案？除非你用广角镜头照下一张瞬时照片，而且曝光时间必须小于引力波周期的百分之几，否则就不可能得到波动图案。可是科瓦克的微波本底辐射极化图应该是用射电望远镜而不是广角镜观测的，费时几年。那引力波的周期岂不是长达几百年？可是暴涨期总共才不过10的负33次方秒，是一个非常窄的delta时间脉冲。当时的宇宙的理论尺度也是渺观尺度，怎们能够形成一个波长几亿光年，周期几百年的引力波？朋友们可以用普通照相机做一个实验。您可以拍一张水波的照片。如果曝光时间为百分之一秒，您就可以看到水波的形状。如果曝光时间为10秒，就看不到水波的波形。如果白天光线太强，可以在月光下曝光10秒钟或更长的时间。另外，引力波怎么会造成微波本底辐射极化方向的空间分布呢？物理机制何在？
除了唯一性问题，我们同样可以问问宇宙大爆炸和暴涨理论本身的合理性问题。关于大爆炸理论的问题，我在“现代宇宙学的基本问题及DET理论”中有比较详细的分析。大爆炸宇宙学比较根本的问题是，其一，假定宇宙中所有的物质和能量都是在10的负43次方秒的一瞬间无中生有地从真空中爆炸出来，因而极端地违反物质守恒定律和能量守恒定律；其二，本质上的地心说性质；其三，极端地违反麦克斯韦速度分布率；其四，地平问题，也就是宇宙膨胀速度超过光速几百倍，因而完全违背相对论的基本假定。宇宙大爆炸理论是建立在相对论基础之上的。大爆炸理论违背相对论，就是自相矛盾，就是根本性的不自洽，是自己否定自己。
为了解决地平问题，于是古斯提出一个大胆假设：他假定在宇宙大爆炸以后10的负36次方秒时，不知什么原因，整个宇宙突然之间以超过光速二十几个数量级的速度暴涨，到10的负33次方秒时嘎然而止，停止暴涨，而以“正常的”速度膨胀。结果，地平问题不仅没有解决，反而变本加厉了。地平问题只不过超过光速几百倍，可是暴涨假定居然要求暴涨速度超过光速二十几个数量级！这种理论有任何可信度吗？支持宇宙暴涨的能量从哪里来？它为什么要在10的负36次方 秒时突然暴涨？为什么又要在10的负33次方秒嘎然而止？谁负责启动暴涨？谁又负责突然刹车？这种事情古斯是怎么知道的？你怎么有如此之大的神通，居然可以在经历150亿年的沧桑以后，以10的负36次方秒的精度算出这一事件？（人类有文字记载的历史才8000年。）小时候我总纳闷，姜子牙怎么能够算到武吉进城以后会杀人？梨山老母如何能够算出弟子樊梨花有难？他们用的是什么公式或者方程？和现代宇宙大爆炸学者比起来，姜子牙和梨山老母的这点巫术真是小巫见大巫。大爆炸宇宙学家们不仅能够以10的负43次方秒的精度算出150亿年前的宇宙如何出生的细节，而且可以同样的精度预言若干亿年以后宇宙到底是会湮灭还是不会湮灭。这种神机妙算是周文王姜子牙诸葛亮们望尘莫及的。
星相学对物理学的渗透使人们逐渐忘记了科学研究的一条基本原则：永远不要超出实验设备所容许的限度去为某个理论制造数据或证据。
所以，整个大爆炸理论是完全违反科学的星象学理论。星象学理论是不可能为实验证实的，正如一贯道理论不可能由某信徒的大难不死和无穷无尽的“见证” 所证实一样。即使我找不到一个方程式能够定量解释为什么您从悬崖掉下去以后会挂在树上，也不会相信是仙佛救了您。同样，即使我找不到一个方程式能够定量解释微波本底辐射中极化图案，也不会相信那是宇宙大暴涨的证据。因为宇宙大爆炸理论中有太多的不自洽和违背物理定律和科学逻辑的地方，太多的荒唐假设。对于到大自然中许多尚不可能用现在的科学理论解释的现象，我们宁可暂时存疑，也不能随便接受一个自称能够解释这一现象的星象学理论。
有的朋友可能会说，大爆炸理论可能没这么简单吧，这里面有很深奥的黎曼几何呐！这么高深的数学怎么会错呢？问题是，错不在数学，而在大前提，在于宇宙可以无中生有的假定。周文王和姜子牙的八卦理论也用到了当时最深奥的数学–二进制数学。这在几千年前是非常了不起的。能不能因为这个理论用到了先进的二进制数学，就相信阴阳八卦理论可以算出我这辈子能够出将入相呢？
归根结蒂，检验实验证据的真伪通常有三种判据：1）唯一性。除了这种解释以外，还有没有其他可能的解释？2）理论本身的合理性。你的实验结果所希望支持的理论有没有本质上的不自洽或者违背基本物理事实的地方？3）可重复性。能不能通过重复的实验和统计结果来确立两个事件之间的因果关系？这第三个判据对于天体物理现象的研究不太容易实现，我们不仅不能重复所谓的宇宙大爆炸和暴涨“事件”，甚至要重复银河系的产生和太阳系的产生都不可能。但是也有例外。比如霍金的量子泡沫理论宣称从我们宇宙空间中每一个立方厘米的体积元中每秒钟会产生10的143次方个宇宙。这种宇宙出生率超过我们所知道的任何自然事件的发生率，重复性极高。霍金的这种匪夷所思的理论也用到了高深的黎曼几何。
对于前两个判据（唯一性和合理性），除了这些“前沿科学理论家”以外，科学界还是普遍尊守的。以这两个判据衡量，爱丁顿的日食观测对光线被引力弯曲的所谓证实，微波本底辐射测量对宇宙大爆炸理论的所谓证实，射电类星体喷射流对所谓旋转黑洞的证实，暗物质探测，上帝粒子的“探测”，以及最近宣称的观察到了宇 宙暴涨产生的引力波的证据之类，都不够资格成为“科学证据”或“实验证实”。
至于科瓦克是不是能获得诺贝尔奖，这年头还真难说。像上帝粒子探测这样的实验结果，连实验组的人自己都还没有把握说确实找到了“上帝粒子”，诺贝尔评奖委员会就匆匆忙忙给希格斯等人颁奖，可以说是破天荒第一次。不过，科瓦克本人倒比较谨慎。他说：“这是科学理论永远没法被 证实 的又一个例子。” 他这是为以后留点退路。如果以后这个所谓的“暴涨”证据被推翻，或者暴涨理论本身为物理学界抛弃，可别怪我，我早就说过理论永远没法被证实的。可是，如果按照你们的逻辑，“科学理论永远没有办法被证实”，那你还拿着纳税人的钱到南极去干什么？难道这几十年的折腾都毫无意义？
随着神学和星象学对物理学的渗透，人们似乎已经忘记了一条科学研究的经典原则：永远不能为实验证实的理论不是科学理论。

“光的粒子性”问题与光本性探秘

吴东敏

光是粒子还是波的问题有三种说法，1，粒子性；2，波动性；3，波粒二象性。

光现象与光效应的种类很多，主要有：光的直线传播现象；光的反射现象；光的折射现象；光的散射（折射）现象；光的色散现象；光的吸收现象；光的衍射现象；光的干涉现象；光的偏振现象；各种光源的发光现象。还有光与电发生的各种光电效应和电光效应。光与磁发生的各种磁光效应和光磁效应。等等。近代400年以来，人类科学对光物理本质探讨的争论一直非常兴趣，十分热烈和异常尖锐。基本上形成了光的波粒二象性的共识，这是一种对光现象，光效应肤浅的表面共识，而非对光的本质认识的结论。

然而，仍然有一部分学者和高级教授从光的各种现象的研究中认为光只有波动性而不具备粒子性，以为光的波粒二象性是不可理解的，因此否定了光的波粒二象性。对此我曾写有文章抨击了这种观点和理念。

另外有一部分学者从各种光现象光效应的认识中，认为光只有粒子性而不具有波动性；所谓光的波动性只不过是一种类波现象，而非真正意义上的波，因此也否定了波粒二象性。本文针对持有这种观点的学者，教授，博士就这个问题展开一些粗浅的探讨。

研究光的科学分支有数十个学科，光学的著作与论文可能超越成千上万。光科学的提问实在多，本人针对主题有选择性的只提出如下3个代表性问题作简单的讨论：

一，    光子作高速直线传播的同时是如何作横向振动的？

二，    用你的光子模型，光能作长时间长距离传播吗？

三，    一群光粒子辐射前藏在什么地方？

首先是问题一

光的偏振现象的观察，实验和多种应用，对人们来说已经不会陌生。它是光具有波动性的实验证明，而且证明光是横波。光子沿传播方向作纵向高速运动的同时还作横向振动（偏振），是不可理喻的，尤其是光子作为电中性粒子来说。难怪王令隽教授在他的论文《光的波粒二象性漫谈》中，如此激烈地否定光的粒子性及光的波粒二象性理论，并把二象性理论与宗教思想根源联系在一起，予以无情的抨击。本人认为绝大部分坚信光的粒子说的学者也会认为，高速运动的光子既作纵向运动的同时又能作横向振动是不可能的。因为它不合乎理性。那么，如何解释粒子的波动现象呢？

1，        光粒子的波动性实验。坚持光的粒子性的学者，为了证明自己观点和理论的正确性，一定会在具体实验上下功夫，让事实说明问题。有光子橫振动的偏振实验，斜振动的干涉实验衍射实验。衍射实验的形式较多，有强光源通过单孔，单缝，圆屏，细丝，刀口，直边等障碍物时的衍射实验。坚持粒子性的学者希望通过这些实验用光的粒子性本质而非波动性本质来解释光的波动现象。本人认为对一切波动性实验的粒子性解释都是徒劳的，原因是它不合乎理性。光的传播是许多高速运动光子激起周边弹性媒质振动的传播，光子运动的传播和媒质振动的传播是光传播的两个方面。人们可以把光子从光波里分离出来，如反射光，散射光，偏振光等。但不能把光波从光子的实验中分离出去。当光子在上述实验中遇到障碍物时发生反射折射，许多反射折射光子使媒质产生新的横波，新的横波发生干涉现象形成干涉或衍射图样。所以，坚持粒子性的学者误认为光的波动现象是光粒子反射折射形成的图样，却不知其真正原因是由媒质波动所致的原故。

2，        大量光子的类波行为。大理论物理学家玻恩对光子的波动性感到困惑，曾经说过：“爱因斯坦的观念又一次引导了我。”他曾经把光波的振幅解释为光子出现的概率密度，从而使粒子（光量子或光子）和波的二象性成为可以理解的。并马上把这个观念推广到波函数上。爱因斯坦的的观念是什么呢？爱因斯坦认为光的波动性可看成是大量光子的运动现象，表现出来的现象符合统计规律。直到如今仍有部分学者，教授认为光的本质是粒子流或者规则间隔粒子群流。其实这种粒子流或粒子群流与爱因斯坦的大量光子的共同行为并无区别，与电子流和其它微粒流也区别不大。这似乎得出这样一个结论，单个粒子运动表现出粒子性，多个粒子运动又可表现出波动性。这种结论能成立吗？当然不能，理由是：（1），单个光子的运动状态，人们至今仍然不可能从实验中把它分离出来的。单个电子也是。光子运动，电子运动从来都是指多个粒子的运动。（2），大量光子的运动现象是不能够称为波动的，作为波主要不可缺少的概念有：频率，波长，周期，波速，你的粒子群流的结构中能够体现出来吗？不可能！所以，大量光子的类波行为只能用德布罗意波公式来描述。这种描述和解释与人们对光谱的观测和实验并不相符。

3，        对于认为光是不具有质量的“能量子”或光是电磁波的学者，不在本文的讨论范围。同时建议他们先把康普顿效应，光电效应的实验和解释先重温和认识一遍，然后提出问题。

其次是问题二，用你的光子模型，光能作长时间，长距离传播吗？

1，把光的传播视为高速运动的光子流，或视为高速运动的规则间隔和不规则间隔的粒子群流的共同点是，光子之间处于相对静止状态。由于光粒子之间存在万有引力的作用，在传播的过程中，它们会凝聚在一起。破坏了原来的粒子流或粒子群流的结构，所以这类光子模型不能做长时间长距离的传播。

2，如果对1的解释不理解的话，我再进一步做解释。20世纪90年代末期以来，世界许多国家实验室的中微子振荡实验表明，中微子在高速飞行中能够合成另一种中微子，称为中微子振荡。中微子不带电，质量极其微小与你的光子模型一样，光子不带电，质量也极其微小，它们在高速飞行中也会发生振荡。所谓的振荡就是粒子在万有引力的作用下粒子吸引在一起。我国大亚湾核电站中微子振荡实验长基线只有数十公里，瑞士日内瓦地下欧核中心到意大利格兰萨索实验室的中微子振荡实验基线长度700余公里。假如基线长度为日地距离1亿5000万公里（500光秒），用你的光子模型，阳光会射到地球吗？而科学界观测到的光传播距离远远地超过这个数字，能达数万光年，数亿光年。说明你这种光子模型根本不行。

3，还有一种理解，假如在我们的太阳系里，所有的行星都停止轨道运行，与太阳都处于相对静止状态，所有的行星和太阳将会吸引在一起，这一点大家不会有异议吧！质量的自聚性是物质的基本特性，不管是粒子还是天体。原因在于万有引力的作用。

4，如果你的光子具有微小的质量又携带微小的电量，由于荷质比的关系，库仑斥力起主导作用，光子流或光子群流在高速传播时在库仑斥力的作用下会发生解体。这样的光子结构当然不可能长时间长距离传播。用电子束（电子流）做比较，电子之间由于库仑斥力，电子束会发散。在电视机显像管和加速器中对高速电子束设置了防止电子束发散的聚焦系统。。

5，什么样的光子模型能够长时间长距离传播呢？2005年，本人在平面镜反射现象的研究中，感悟出光子必须携带微小的质量和微量的负电荷。作出了光粒子与以太粒子模型。作出了两种粒子形成的三种结构。作出了电子，正电子，质子，中子结构模型。光的辐射源是：携带负电的一群光子存在于浓度较高的以太泡沫中，由于光子之间的库仑斥力，处于待辐射状态；若有一个光粒子开路，其它光粒子便会紧跟尾随，因为光子喜欢走阻力较小的路径，所以一个接一个地排成间距相同的光子链开始辐射。以太泡沫是支撑光子链的必要条件。以太泡沫来自持续太阳风，它从冕洞中吹出。光的辐射机制由光源，光子链，以太媒质构成的系统来完成。光子链中，相邻光粒子之间的距离表示波长，每秒钟通过某处的光子数表示该条光子链的频率。光源的库仑斥力通过光子链传递到整条光子链，因此，光子链在以太中能长时间，长距离传播，乃至数万年，数亿年。详细阐述在本人2011年出版的《宇宙的真谛》之中。

再次是问题三，一群光粒子在辐射前藏在什么地方？

1，两种基本粒子与三维空间。

光粒子的空间尺度的量级是10^-21m，以太粒子是10^-23m。如果把光子比作直径1米的钢球的话，以太粒子则是直径4毫米的自行车钢珠，但光粒子，以太粒子的密度，硬度比钢铁大1亿倍以上。如果把原子（10^-10m）比作地球，则以太粒子的尺度就像细菌，在显微镜里才能看到。如果把以太粒子比作地球（1.3×10^7m），则M理论中的卡拉比丘空间量子（10^-35m）的尺度就像细菌。

有资料表明，宇宙空间中物质粒子占据的三维空间与虚空（绝对真空）的比例为15%左右，以太泡沫内部空间（虚空）和互相粘连的以太泡沫球之间的虚空与物质粒子占据的空间比较，上述比例可能大大地减小。它比肥皂水液滴的体积与它吹成肥皂泡占据的体积之比还小得多。因此，空间是很空的，连成一块的以太泡沫结构的平均密度很低。以太泡沫粘连在一起，可以视为连续物质结构。它是超级互联网。包括把所有人的视网膜联系在一起。

由于以太粒子十分坚硬，因此以太泡沫结构的弹性极小。以太粒子的荷质比较小，粒子与粒子接触时万有引力与库仑斥力相平衡，只显示了极其微小的引力。以太泡沫的破裂与重组的速度极快。高速运行的光粒子在以太泡沫中穿行，泡沫显示了固体的特性，而低速运行的汽车和人在以太泡沫中运行，泡沫显示了流体的特性。这一点，湖北省有位学者及前辈科学家在研究以太模型的时候也感悟到以太具有这一特性。光子为避开固体的阻力，沿着前面光子开辟的通道运行，才能形成光子链结构。在科学前沿的深空宇宙观测中，当光射入遥远的宇宙空洞里时，光会突然寂灭，这种现象成为宇宙空洞之谜，其实原因十分简单，因为宇宙空洞里没有以太结构，光子链结构散架，成为光子流，光的频率消失了。

2，电磁以太。

携带负电的光粒子在万有引力与库仑引力的双重作用下，吸附携带极微量正电的以太粒子。形成光子以太粒子球结构，为了尊重前辈科学家的研究和命名，把光子以太粒子球称为电磁以太。电磁以太分为三类：（1），光子吸附了等量电荷的以太粒子，构成中性电磁以太，简称中以太，或称为中微子。（2），光子在以太粒子丰富的环境里，吸附了过量的以太粒子，构成正电性的电磁以太，简称正以太，或称正微子。（3），光子在以太粒子欠缺的环境里，吸附了少量的以太粒子，构成负电性的电磁以太，简称负以太或称负微子。太空里的中微子，正微子的浓度较大，它们通常处于无序的热振动状态，这些粒子互相之间并不会发生明显的聚合作用，只有部分粒子的碰撞，其聚合与分离处于平衡状态，它们是最重要的粒子。本人将在“电磁的本性”里作专门讨论。顺便先谈一下，电与磁是完全不同的事物，电是粒子的特性，由粒子携带；磁是电磁以太物质结构的有序转动或平动，由天体自转或粒子（电子，核子）自旋形成，磁并非由电流产生。电与电的作用是库仑力，磁与磁的作用是万有引力。电生磁，磁生电是假象，电与磁不发生作用。而光与磁，光与电却能发生作用，为什么？原因由光的波粒二象性引起。光粒子与电粒子（电子，核子）会发生引力和库仑力的作用；光波是以太波，以太波与有序的以太运动结构（磁现象）当然会发生机械作用，实质也是引力作用和库仑力作用。可思考：光电效应，光伏效应，康普顿效应，磁致旋光效应，磁光法拉第效应，磁光克尔效应，科顿穆顿效应，塞曼效应，等等。

3，各种光源。

（1）       电磁以太解体发光。在太阳的持续太阳风和扰动太阳风中，含有成分复杂的各种微粒，其中游离的光子占有的比例最多，它迅速吸收以太泡沫中的以太粒子，成为电磁以太。其中正微子和中微子的含量很大，负微子含量非常小。太阳风中电磁以太有序的扩散运动构成空间的磁场和电场，正微子的分布密度，显示了空间电场的方向由太阳指向地球（或各个行星）。电磁以太进入大气层直到地球内部，被物质的原子吸引，电子周围吸附了大量的正微子与中微子。同时核子的表面也沉积了一层中微子，正微子，保护核子的衰变。这成为物质的常态。通常情况下，一批电子吸附的电磁以太在剧烈的振动或挤压或撞击下会失去表面吸附的以太粒子，成为携带负电的裸光子，许多光子在库仑斥力的驱动下开始辐射。在此也顺便说一下光子的吸收现象，当光子辐射到介质中，如厚厚的云彩里或其它不透光的物质里被分子，原子，电子吸收，此时光子速度降到为零，光子会马上吸附周围的以太粒子成为新生的电磁以太粒子。

——通常的各类电照明。a，热辐射光源，有白炽灯，各种卤钨灯。属电磁以太的激烈振动失去表面以太粒子而发光。（温度的实质是以太物质振动的激烈程度。）b，气体放电光源，有金属低压汞灯（通常的荧光灯），高压汞灯，低压钠灯，高压钠灯；有惰性气体氙灯，汞氙灯；有金属卤化物钠铊铟灯，钪钠灯。属于电子，电磁以太，光子发生撞击，使电磁以太失去表面的以太粒子而发光。

——半导体照明。典型的例子是LED发光二极管照明，通常此类半导体材料中含有低熔点（常温下）的镓元素，镓离子会出现在晶格空间中游荡，在p-n结中与载流子电子或空穴（正微子）发生挤压，自旋的镓离子犹如许多锋利的“剃刀”使电磁以太失去表面的以太粒子而发光。这是主要作用。

——通常的各种燃烧发光现象。原子的外层电子发生轨道转移，电子的运动方向与运动速度发生改变，其携带的电磁以太受到挤压发生解体，同时整体表现为高温振动使电磁以太解体的发热发光现象。

——同步辐射光源发光。高速电子运动方向突然改变，其表面携带的电磁以太受到激烈挤压，从切线方向解体射出发光，所有的光子链方向相同，具有高能性。

——各类激光器发光。激光器的种类很多，按照工作物质分类，有气体，固体，半导体和染料等激光器。形成激光的必要条件是粒子数反转，其实质就是要求有足够多的电磁以太发生解体，产生较强的光辐射作用，在谐振腔里光的单色性方向性得到加强，成为激光输出。实现工作物质中电磁以太解体的激励方式主要有：强光激励，电激励（电流激励和放电激励）还有化学（光热）激励，核能（粒子碰撞和光热）激励。激励是光子，光波，电子，离子等物质与电磁以太的碰撞作用。

——还有各类加热高温发光现象；地球的极光现象；地球的地光现象；大气的雷电现象；流星雨发光；X射线散射；拉曼散射；原子的内层电子激发辐射（X射线）；原子核激发辐射（γ射线）；天然放射现象；正电子衰变；α衰变；β衰变等等，都是属于电子，离子，原子分子周围的电磁以太受到激烈振动或挤压或撞击发生电磁以太解体而发光。

（2），电子解体和电磁以太解体混合发光。

先谈题外话，许多光子链辐射到缺乏以太物质的深低温（-273*C）的环境里，散架成为光子流，再扩散形成光子云，光子云里光子之间缺乏传递库仑斥力的以太结构，所以光子间没有斥力的作用。在惯性运动接触中，许多光子由其表面一层以太粒子作为媒介子粘合成为电子，一个电子所含的光子数量级约为10^18 个。电子的诞生，表示在绝对真空的虚空中，为什么会产生物质的理念，在《宇宙的真谛》里，描述了在星系团之间巨大的虚空（绝对真空）中，如何产生新的星系的机制。如果没有新的星系产生，宇宙将不是永恒的。如果倒溯到过去的时间是无限的，早期的恒星，星系早已老化熄灭，如果新的星系不能不断地产生的话，我们将看不到宇宙的现状。

电子解体产生巨大数量光子，在以太结构的环境里由于库仑斥力，一群光子的体积急剧膨胀，以太物质的激烈振动（高温现象）形成巨大的冲击波和强光辐射，显示了巨大的能量。电子解体的体积膨胀和发热发光，是核能的本质。通常核反应中，原子核内只有小部分电子，正电子发生解体，更不是全部。正电子由正微子在深低温环境里聚合而成。正电子解体产生正微子，中微子，以太粒子，光辐射。能量较电子解体小得多。

电子解体和电磁以太解体混合发光主要有：恒星发光；正负电子对撞发光；强子对撞发光；核裂变；核聚变；原子核的人工转变；α粒子散射；高能γ射线或宇宙线与原子核的作用；高聚焦高能激光与原子核的作用。

综合上述，一群光粒子辐射前处在：电子里；电子表面的电磁以太中；核子内部电子与正电子里面；核子表面的电磁以太中；原子分子空间环境中的电磁以太里；恒星内外和恒星际空间中几乎所有的粒子中。可谓是，无处不在！

2013,07,28

光的波粒二象性漫谈

王令隽 2012年1月

近代物理中的革命性思想之一是德布罗意的波粒二象性假说。根据这一假说，光既是波，也是粒子；光在传播时表现出波的特性，在和物质相互作用时表现出粒子的特性。對此，有人接受，有人不接受。本文想比较仔细地谈谈两方面的道理。

关于波粒二象性，应该区分两种不同的情形：一种是没有质量的“粒子”—比如光子；一种是有质量的粒子，比如电子和质子。爱因斯坦不接受量子力学和物质是几率波的概念，可是他却接受光的波粒二象性。所以我把讨论局限在光的波粒二象性。這裡要簡單交待一下的是，光波，電磁波和聲波的波動性是沒有疑義的，有疑義的是其粒子性；物質的粒子性是沒有疑義的，有疑義的是其波動性。所以這是不同的兩個問題。我們這裡僅討論光波（電磁波）和聲波。

一）从光的粒子理论到波动理论的发展

人们对光到底是波还是粒子的认识，历史上有过反复。

物理对光学现象的早期研究主要在几何光学现象，如光线的直线传播，光速测量，反射和折射，透镜和反射镜的成像等等。牛顿认为光是粒子束流。他用粒子理论可以解释光的直线传播和反射现象。如果我们假定一束光线像并排行进的几列队伍，队伍的行进必须保持整齐的横列綫（波前），则光的粒子理论也可以牵强附会地解释光线的折射现象，只是如果要问什么力量能将同一横排的光子保持在一条直线上，为什么左右两边的光子不可以各管各地跑，就没有什么道理可以搪塞了。所以光的粒子理论其实是无法解释折射理论的。不能解释折射，也就不能解释透镜的聚焦，放大和成像。除了折射现象以外，还有光的绕射，色散和干涉，以及光的极化，则是粒子理论完全无法解释的。

几乎同一时代，惠更斯提出了光的波动理论，可以成功地解释上述已知的所有的物理光学现象。尽管牛顿是当时最有权威的物理大师，但是惠更斯理论之成功使物理学家毫无疑问地抛弃了牛顿的粒子说而采用惠更斯的波动说。這是科學把真理看得比權威更重的歷史先例。

但是，光波到底是什么波？在惠更斯时代人们不是很清楚。直到麦克斯韦建立了统一的完备的电磁场理论，人们才认识到，光原来不过是在空中传播的电磁波！麦克斯韦的电磁场理论预言了电磁波的存在，算出了电磁波的传播速度为每秒钟三十万公里，正好是光的传播速度。通过求解麦克斯韦方程组，我们可以得到光的反射，折射，干涉，色散，极化现象的精确信息。麦克斯韦的电磁场理论无懈可击，成为了现代物理光学的理论基础。物理学界再也没有人怀疑光是一种电磁波了。

二）光量子理论—光的粒子理论的復活

光的电磁波理论的数学精密程度到了令人不容置疑的程度，直到普朗克提出光的量子假说，人们才又开始重新考虑光到底是波还是粒子的问题。普朗克之所以提出光量子理论，是为了解释黑体辐射现象。当时对黑体辐射的频谱测量已经相当准确，但是理论解释跟不上。维恩和瑞利琼斯提出了两个公式，一个能解释低端频谱，另一个能解释高端频谱，但是没有一个能够解释整个频谱。普朗克于是提出一个大胆假设：如果我们假定黑体的能量是由许多光量子组成，每一个光量子的能量等于光的频率乘与一个常数，叫做普朗克恒量，然后用统计物理的方法计算出整个黑体的辐射能量，就可以得出整个频谱的黑体辐射公式，理论与实验结果符合得惊人地好，好得不由人们不接受普朗克的光量子假设。

這裡有一點微妙之処，就是普朗克爲了得到他的公式所需要的假設，僅僅是能量的量子化，這種能量子（quantum）並不一定意味著形態上的“粒子”。關於這一點我們稍后還要作詳細一點的討論。

另一个导致光的粒子理论复活的实验是爱因斯坦的光电效应实验。如果用光照射某一固体表面，可以使电子从固体表面逸出，但是光的频率必须高于某一临界值。爱因斯坦用普朗克的光量子假定来解释这一临界频率。频率一定要高于某个临界值，就意味着光量子的能量必须高过某一临界值，才会使电子从表面逸出。这一临界值叫逸出功。如果光的频率比临界值大，就会有多余的能量。这部分能量就成了光电子的动能。这一动能可以通过外加电场的方法测量。爱因斯坦的光电效应实验印证了普朗克的光量子假定。于是，光的量子理论逐渐为物理学界接受了。

普朗克和爱因斯坦的光量子理论并不等于尔后薛定谔提出的量子力学理论。爱因斯坦虽然接受普朗克的光量子假定，但他终生不相信量子力学。他有一句名言：“上帝不玩骰子”。他完全不能接受物质是几率波的概念和量子力学的其他基本假定。

三）德布罗意的波粒二象性理论

普朗克和爱因斯坦都是非常有名望的物理学家，而且光的量子假设对黑体辐射和光电效应的解释非常漂亮，使人很难不接受光量子假定。这似乎意味着不得不抛弃光的波动理论。可是，麦克斯韦的电磁场理论对物理光学现象的描述的精确性，又使人们对光的波动性无法置疑。粒子理论根本无法解释光的折射，绕射，干涉，色散，传播，叠加，极化和频谱分析等诸多物理光学现象。要否定光的波动性不太可能。

于是德布罗意便提出一个波粒二象性（Duality）的说法（说不上是“理论”）。他认为，光既是波，也是粒子，是同一个东西具有两个表象。光在传播过程中表现波动性，而在与物质作用时表现出粒子性。这样两不得罪，两个理论的颜面都顾及到了。许多物理学家的迷惑不解似乎得到了某种“解释”，某种安慰。于是皆大欢喜。

可是，波和粒子毕竟是完全不同的概念。波是运动，粒子是物质；波的尺寸是宏观的，基本粒子的尺寸是微观的；波可以在空间上重叠，粒子不可以在空间上重叠；等等等等。把这两个东西说成是一个东西，在思维哲学上和把上帝，圣子和圣灵归为一个神体，把神和人归为一个实体一样，遵循的是同样的神学理念。

对于许多经过一千五百年三位一体和神人二象教义熏陶的西方学者来说，这种需要信仰支撑的一体多象概念不是太难接受的事情。尔后，波粒二象的概念还进一步推广到量子力学，把物质也看作是几率波。这成为爱因斯坦不相信量子力学的重要原因之一，或许和他是犹太教徒，不相信三位一体和神人二象的教义有些关系。

那末，如何从科学逻辑上来分析判断波粒二象性呢？

四）波和粒子是不相容的两个概念

根据经典物理，波和粒子是本质上完全不同的两个概念。波不是物质，而是一种运动。为了直观，我们先用机械波（或曰声波）来说明波与物质的区别。请波粒二象性的拥护者们先别抗议，说电磁波不是机械波，没有可比性。事实上，波粒二象性的概念也用到了机械波上，在固体物理中就把机械波看着是粒子 – 声子。我之所以举机械波为例，是因为机械波直观，比较容易为不太熟悉电磁理论和量子理论的朋友们理解。就其本质来说，无论是机械波还是电磁波，都是运动，而不是物质，这就是他们的共同点。我们在这里关心的，不是电磁波与机械波的区别，而是波和粒子（物质）的区别。

人们最熟悉的波是水波。构成水波的粒子是水分子。在一个宁静的湖面上激起波浪，水波往前传播，可是水分子并没有随着波浪前进。您只要在水面上放一片树叶就可以验证。树叶会随着波浪在原地方上下波动，但是不会随着波浪前进。波浪往前传播，与之一起往前传播的是运动，是能量和动量，而不是水分子，不是物质。

树叶的波动方向是和水平面垂直的，因而是和波的传播方向垂直的，这种波叫横波。如果水分子的振动方向和波的传播方向一样就叫纵波。水里传播的声波就是纵波。纵波传播的也只是能量和动量，而不是水分子。潜水艇的声音被声纳接收到了，但潜水艇并没有跑到你的监测站来，仍在水里躲着。鹤鸣九皋，声闻于天。声音是到了天上，可白鹤还在九皋，在地上。物质（白鹤）和波（声音）的差别，岂止是天壤之别。

电磁波也一样，只是传播能量和动量，而不是物质。微波炉的波源是磁控管中的高频电流。磁控管产生的微波能量传到了盘子里的火腿，但是我们从来不会吃到磁控管。电视机收到的是从电视台的发射天线传过来的电磁能量。这些电磁能量是从发射天线中的高频电流产生的。发射天线绝不会跑到您的电视机中。千家萬戶都在看電視，电视台发射天线就是想跑，也不知道该往哪家跑啊！

波粒二象性的标准说法“光在传播过程中表现波动性，而在与物质作用时表现出粒子性”还有一个说不清楚的微妙之处，那就是，光在传播过程中或与物质相互作用中到底是同时是波和粒子呢，还是在传播过程中仅仅是波，在与物质相互作用时仅仅是粒子？如果是前者，则光同时是波和粒子，粒子的大小应该就是波的大小，那光子的尺寸至少不小于一个波长。电磁波的波长可以是宏观尺寸。比如长波的波长可以长到几十米。而质子的半径在十的负十五次方米的数量级。电子的半径应该更小。这么小的质子和电子如何吸收这么大的光子？這比天狗吃月亮還難。几十米的宏观尺寸覆盖的体积中包含的质子和电子数要用阿佛加德罗常数来计量，那么，光子的吸收，是每一个质子或电子同时在一个光子上咬一口（一个光子的十的二十四次方分之一或更小），吃 到肚子里以后再慢慢消化，把许多光子的碎片重新组装成完整的光子呢，还是大家排队领面包，每次吸收必须吸收完整的光子（单个光子的不可分性）？一个微观的电子或质子要吸收一个几十米长的光子至少要一百个毫微秒，所以这种相互作用不可能是瞬时的。而且，单个粒子如何波动前进？像杰克逊跳街舞吗？如果波动是由多个粒子排列而成，如何保持粒子们行军时候的高度组织纪律性（空间和时间的正弦分布，精确的频率，极化等等）？

如果是后者，光在传播过程中仅仅是波，不是粒子，在与物质作用时仅仅是粒子，不是波，那就有一个从波到粒子的转换过程。刚刚接触到物质的波前必须立即通知几十米以后的波尾巴：同志们，我们碰到物质啦！听我口令，立即收缩体积，变成粒子! 等穿越了障碍以后，再變囘成光波继续前进！記住你們的頻率波長相位和极化方向，穿越障碍以後，沒有牺牲的同志們注意保持频率相位和极化方向！（电磁波可以穿越墙壁到达您的电视机或手机，光可以穿越玻璃，会牺牲一部分能量，但频率和极化方向一般不会变化。当然也有些特殊光学媒质会改变极化方向。）

水和空气作为波动媒质还有一个非常重要的区别：水可以传播纵波（声波），水面又可以传播横波；可是空气只能传播纵波。其实，水蒸气也只能传播纵波。为什么呢？因为气态的物质中的粒子基本上是自由的，而液态物质的组成粒子是不自由的。液体分子之间存在粘滞力。同时液体表面的一层分子受到了重力和下面的分子的双重约束。一旦某一点受到振源的强迫振动，分子间的粘滞力便会带动周围的分子上下振动。如果没有这种粘滞性，就不可能有横波。

何况，横波也好，纵波也好，这些媒质分子都只是波的传播者，而不是波本身。媒质必须在波动发生以前就已然充满了从波源到接收者之间的整个空间。所以，媒质分子绝对不是粒子说所指的波动粒子本身。粒子说是不承认光的传播需要媒质的，是粒子在前进途中自己呈现波动性。粒子的传播如何呈现波动性呢？没有人能说得出具体图像。这里，通常有两种说法。一种说法是单个粒子也会呈现波动性；另一种说法是粒子传播过程的波动性是一群粒子的集体行为。单个粒子波动的说法给不出任何合乎逻辑的图像，所以就只好诉诸信仰：这是纯量子效应，不可以要求具有经典图像。这种说法当然无法服人。粒子群波动的说法似乎能使一些人相信，但是仔细推敲就能发现破绽。不妨假定五个粒子ABCDE成群地行进，排成一个横排，其队伍呈现正旋图像。这一排队伍如何呈现波动呢？是队伍的长度成正弦变化吗？如果这些粒子是自由的，它们在离开振动中心往外跑以后，有什么理由要回来，而且一定要向相反方向跑同样地距离以后又返回呢？这难道不意味着这群粒子不是自由的粒子，而是受某种力量操纵控制以保持这种正弦波吗？这种保持光子群行进中的正弦波动的力是什么力呢？这种力存在吗？它如何能保持振动方向始终和传播一致（纵波）或垂直（横波）呢？

如果认为光子之间不存在相互作用力，光子们是凭各自的高度组织纪律性自觉地保持队伍的正弦波动（这已然是玄学和星象学了），那如何保持振动频率在传播过程中始终不变？须知光在传播过程中频率是始终不变的，即使碰到了不同媒质界面的反射，折射和透射，频率都不会改变。世界上有这么样守纪律的军队吗？

另一个问题是波的叠加。因为每一个粒子都带有自己的能量，所以当不同的光子碰在一起的时候其能量相加。可是我们知道，不同的电磁场的叠加是振幅的叠加，而不是能量的叠加。只有振幅的叠加才可以产生干涉和衍射现象。能量的叠加是不能产生干涉和衍射现象的。这是光的粒子说的一个难题。两束光要产生干涉，必须有同样的频率和固定的相位关系。粒子论的频率倒还可以用普朗克假设决定，可是相位呢？粒子的相位是什么东西呢？又定义吗？有公式计算吗？单个粒子如何携带并保存自己的频率信息和相位信息呢？不能携带自己的频率和相位信息，就不能产生干涉和衍射，这是光的粒子说的又一个难题。

总而言之，统而言之，德布罗意的波粒二象性，只能姑妄听之，姑妄言之，朦胧对之，糊涂处之。可以作为一种信仰，但经不起刨根究底。

五）波的极化

电磁场是矢量场。矢量场的传播波是有极化的。极化光可以被极化滤光片挡住。这种滤光片在照相机商店可以买到。滤光片的微观结构比较复杂，也不直观，但我们可以看看电磁波的极化现象。如果光波是光子，电磁波也应是光子。无线电波的接收天线必须和电波的极化方向一致才可以收到信号。你可以做一个电波极化过滤器。只要在一块金属板上刻出许多平行的狭缝就成。这种过滤器只准电波从一个特定的方向通过。如果将过滤器旋转九十度，电磁波就不能通过了。这种光的极化现象用波动理论来解释非常自然，非常容易。可是如果用粒子的理论来解释就非常困难，除非假定这些极化的光子是一些细长的粒子。一束极化的光子是一些比林肯总统还要瘦长得多的瘦长个子，整齐地排列成罗马军团，而且要保持队形，这就要求各光子之间应该有某种联络，因而它们不是相互独立的粒子，这种不独立性将给光子理论带来麻烦。莱塞光是极化光。从地球上射出的莱塞光可以射到离我们三十八万公里的月球表面而保持其极化方向不变。这样的组织纪律性是罗马军团的骑士和西点军校的士官生望尘莫及的。

而且，如果假定这些极化光子具有狭长的几何形状，就根本违背了光子的大小和形狀取决于谐振腔和波导的大小和形狀的边界条件。光子的概念和极化根本不相容。“光子”不仅没有质量，也没有大小和形状，因为它根本就不是物质，不是粒子。

六）波的频谱分析—粒子不具备的特性

波的另一个为粒子不具备的性质是频谱分析。光波可以分解成许多谐波的叠加。一个方波或者锯齿波的无线电脉冲可以分解成无数个谐波的叠加。这些不同的谐波在传播过程中在空间和时间上是重叠的。这些不同的谐波可以被分离开来。无线电波中所有的电台和电视台的电波都是在同一空间中同时传播的，您可以通过收音机或电视机的调谐把所要的电台或电视台的信号分离出来。传到地球上的太阳光是许多谱线的叠加，您可以通过棱镜把太阳光的不同谱线分解成从红到紫的非常漂亮的彩色频谱。但是粒子就不可能做这种频谱分析。一个光量子只有一个频率，而不是许多频率的叠加。无论是经典的粒子还是量子场论中的粒子，在空间上都是不重叠的。

七）电磁场是不是物质？

与光量子概念直接相关的一个概念是：电磁场是物质。如果场是物质，那这里就存在着三种物质：电子，质子和他们中间的场。注意這三者（電子，質子和電磁場）在空間上是分離的。这第三种“物质”（场）和前两种是一样的东西吗？所谓物质，至少必须有三种物理表现：第一，物质必须有质量，物质之间会有万有引力存在；第二，物质在受到力的作用时，会有惯性和加速度，加速度的大小和质量（惯性）成反比；第三，物质可以构成原子，分子，有机物，无机物，生物和人体。电磁场显然不具备这三个条件中的任何一个。第一，電磁場沒有質量，兩個光子之間沒有萬有引力；第二，沒有任何力量能使“光子”加速或減速，其實也沒有任何東西能使聲波加速或減速，因爲波速取決於波動煤質的物理特性；第三，沒有人能用光波或聲波組成無機物或有機物。能说电磁场是“物质”吗？

有的朋友要说，光子也有质量，只不过它的质量等于零而已。既然质量等于零，引力当然也就等于零，加速度当然就等于零了。

如果没有质量能说成是有质量，我们就取消了有和无的根本区别，取消了是非。你可以同样地说我的魂魄也是实体，只不过它的质量为零，不受万有引力的影响（所以鬼可以飘然而来飘然而去），也不受其他力的影响（所以他可以穿墙而过）。您可以说拥有n个银行，只不过n 等于零。您的银行存在吗？

八）量子电动力学中的“場粒子交換”的概念

有的朋友可能又要背书了：场这种物质是和电子，质子不一样的物质。和经典物理的概念不同，按照量子场论的观点，电子和质子之间的电磁相互作用是通过交换光子实现的。而光子就是电磁场的量子。同样，万有引力也是依靠交换引力子来实现的。

说“交换”，名不副实。交换者，互有往来也。投我以木桃，报之以琼瑶。只投不报，只取不予，不可谓公平。所以基本粒子理论中的革命性的提法不应该是“交换”，最多只能说成“发收”。一个发射光子，另一个接受光子。

如果仅仅是辞令术语问题，倒也好办，就依了你王令隽，改成“发收”不就成了吗？不成，因为既然是发收，就有一个时间问题。发者先发，收者后收，不可能同时。氢原子中的电子和质子之间的电磁力是由谁先发出光子，又由谁来接收呢？质子和电子谁是施主谁是受主？光子跑得很快，氢原子的半径很小，只有半个埃，不到十的负十八次方秒就到了。那他还回来吗？如果回来，并且一直飞来飞去，不仅浪费汽油，造成能源危机，而且费曼图没法画！因为“交换”一个光子是一次微扰项，“交换”多个光子就意味着高次微扰项，其物理意义完全不一样，数学上也将繁复得根本无法计算。如果只发收一次，大约十的负十八次方秒以后对方收到短信就不回话了，这情缘大概也就此了结了，电磁相互作用也就完结了。氢原子中的电子和质子可是讲究一旦曾经拥有，就得天长地久的。他们之间的吸引力是永远存在的，不是一次发收，相互作用十的负十八次方秒钟就完事的。如果让光子永远地来回飞来飞去，费曼也不会答应！

所谓“粒子的相互作用是通过交换场粒子来实现”的说法起源于量子电动力学。基本粒子物理的一个基本任务，就是计算各种粒子反应的散射截面。可是，要得到散射截面的解析表达式是几近不可能的事。于是只好假定相互作用很微弱而借助于微扰理论对散射截面表达式作多项级数展开。这当然就会有无数项。然后逐项计算。人们期待，只要取足够多的项，其结果应该能收敛到某个理论值，以便和实验测量到的散射截面比较而判断理论的真伪。（這裡還有一個重整化的大問題。為免跑題，恕不贅述。）

级数展开的繁复是人人皆知的。且不说散射截面的数值计算，单是写下每一项展开的表达式就不是很容易的事，一不小心就弄错。为了避免出错，费曼想出了一个方法，用一张图表示每一项，图中的点表示参与反应的粒子的波函数，连接各点的线代表这些粒子之间的相互作用，又叫“交换场粒子”，不同的线代表交换不同的场粒子，一次项需要一条线，意味着只交换一个场粒子，二次项需要两条线，意味着交换两个粒子，如此类推。用这种方法写下您所要计算的项，就可以避免出错。每一项叫做一个传播子。这个方法给理论计算带来了极大的方便。費曼圖只不過是計算散射截面的一種工具而已。但是费曼对费曼图的物理解释太过牵强，经不起逻辑推敲，不可当作信仰。由此也可以看出，“交換”一個“場粒子”和交換兩個“場粒子”是完全不同的過程。以交換場粒子的概念（作用時間極短）來解釋質子與電子之間的持續的相互作用有邏輯性的困難。（其他相互作用也一樣。）

“相互作用一定要通过交换场粒子实现”的说法还有一个逻辑性的困难。電磁場（光子）和电子之間是有相互作用的，是不是意味著光子和電子必須交換什麽“場粒子”來實現這種相互作用呢？如果电子和光子沒有交换场粒子，那是不是说（光子）就不和电子发生作用了？這顯然違背事實。所以，“相互作用一定要通过交换场粒子实现”的说法本身就是逻辑背理的。

如果场粒子的作用仅仅是传递相互作用而不具有万有引力和运动惯性，它和其他物质就是本质上不同的东西，或坦率地說，波和场根本就不是物质。你可以硬把它叫做物质，其实它和物质根本就不是一样的东西。可以用一個大家熟悉的故事來説明相互作用的粒子和所謂的“場粒子”的差別。唐伯虎和秋香之间的相互作用是通过交换秋波来实现的。您可以趕時髦，把秋波叫做秋波子，把秋香叫做秋香子。秋波子和秋香子的差別，唐伯虎子最清楚。他可以与秋香暗送秋波，但不可以与秋波暗送秋香，也没法和秋波颠鸾倒凤结婚生子。秋波和秋香本质上是不一样的。前者只是“波”，只是物质之间的相互作用，而后者纔是真正的“粒子”。

据说有一个太监在炎热的夏天给皇帝扇扇子。皇帝问太监：“寡人身上的汗都到哪去了？”“万岁爷，您龙体上的汗珠子都跑到了奴才的背上了。”如果皇帝和太监 都是微观尺寸的粒子，而且我们不了解汗水蒸发和运动泌汗的物理和生理过程，我们很可能会相信这位公公的“汗量子交换”理论。

九）场和波的空间重叠性 – 又一个粒子不具备的特性

上面对于“场的相互作用是通过交换场粒子而实现的”概念的讨论说明了时间方面的不自恰：粒子交换是短暂的，瞬时的，而相互作用是长期的，永恒的。相互作用力靠交换一个粒子来实现的图像同样经不起空间方面的考虑。相互馈赠的东西，通常比较小巧珍贵。李香君送给侯朝宗以保持她们之间的电磁相互作用的定情之物是小小的红豆，体积比体态玲珑雅号香扇坠的李香君要小很多。当然，也有礼物的体积比美人的个子大得多的，比如王昭君和文成公主的嫁妆。但是发送嫁妆的大汉王朝和大唐王朝以及接受嫁妆的蒙古王宫和布达拉宫，还是比嫁妆大得多。如果电子和质子之间的相互作用力是靠“交换”或者“发收”一个场粒子来实现的，根据部分小于全体的原则，我们有理由期待场粒子的体积比发出这种場粒子的粒子小。可是出乎一般人的意料之外，光子的体积比电子和质子的体积大得多。大多少？理论上一个光子的体积就是电磁波或电磁场的体积，电磁场可以充满整个空间！黑体有多大，光子的体积就有多大。而电磁场的“源”—电子和质子的尺寸不大于费米的数量级。

可是，一个黑体里面不是有无穷多个光子吗？如果每一个光子的体积都有黑体大，那这无穷多个光子如何能够蜗居在一个和它等体积的黑体之中呢？难道他们能够重叠在一起不成？对！光子们（其实是量子化的能量单元）在空间上确实是重叠的。在空间放一对电荷有一个电磁场，放两对电荷也是一个电磁场，放N对电荷还是只有一个电磁场。这所有的负责鸿雁传情的红娘们都共用着这共同的光子情书来传递相互作用，没有任何隐私，是真正的公有制。而且他们还不担心锦书送错。

如果在一个封闭的谐振腔中求解波动方程，会得到一系列的谐波解。每一个谐波频率相应于某一谐振子，其大小决定于谐振腔的大小。所有的谐振子在空间上是重叠的，在能量上（或频率上）是分解的。这种空间重叠性是物质所没有的。物质是不可重叠的。盐可以溶解在水里，那是因为水分子中间有空间。组成盐分子和水分子的原子在空间上是不可重叠的；原子核也是可以聚变在一起的，但是参与聚变的质子和中子是不可重叠的；如此类推。这种通过化学反应和核子反应产生的微观结合和光量子的空间重叠是完全不同的概念。场和波是空间的连续函数，不是离散函数。场和波的叠加是每一个几何点上的数学叠加，不是离散粒子空间上的互相参插。这是场和波的空间可叠加性与物质的空间不可重叠性的实质区别。

这里的讨论还涉及到一个粒子的数量问题。谐振腔中的谐振子的个数是无穷多个，而不是有限个。而粒子的个数不可能是无限的。

十）如何用波动理论解释黑体辐射与光电效应

由上面的讨论可知，光的波动性是无可置疑的，其粒子性则大成问题。可是如何解释黑体辐射实验和光电效应呢？

普朗克在提出量子化假说时，并没有，也不必要把光看成粒子。普朗克的公式和推导只假定黑体中的光辐射能量可以量子化，黑体辐射的总体能量等于这些量子化的能量的总和。如此而已，岂有他哉！能量的量子化不等于粒子化。这种将整体能量分成许多成分的做法早在频谱分析中就已经有了。一个非简谐波的能量可以分解成无穷多个谐波。总能量等于各个谐波的能量的和。这并不要求每一个谐波都是粒子或物质。

至于爱因斯坦的光电效应，光子理论只是一种现象逻辑性的解释。爱因斯坦在这里用了普朗克的量子假说。如上所述，这一量子假说并没有要求光是粒子，只要求光的能量的量子化。爱因斯坦的光电效应实验的解释也只要求金属中的电子吸收量子化了的能量，并不要求光是粒子。

光电效应中的一个重要參數是激发光频率的临界值。光的频率必须超过这一临界值才能使金属中的电子溢出。对这种现象我们其实并不陌生。临界频率的现象，在超声波清洗技术和微波技術中也存在。一個空心波導（不管是矩形的還是圓柱形的）都有一個臨界頻率。低於臨界頻率的微波不可能在波導中傳播。這個結果可以從求解麥克斯韋方程組得到。物質對光的吸收當然是比波導中微波的傳播更複雜的過程。光电效应的截止频率应该和固体的微观结构和物理特性有关。这种微观结构和物理特性被现象逻辑性地表述为“溢出功”。在我们对金属表面的微观结构还不太清楚的情况下，不妨把爱因斯坦的光电效应理论当著一个现象逻辑性的理论接受，而不能把他当作光是粒子的证明。电子的直径小于一个费米，是微观尺寸，光量子的尺寸很大，至少大于一个波长。可见光的波长大于4000埃，相当于质子半径的四亿倍，体积比质子大26个数量级。电子的体积更小，小到我们现在还无法测量。一个电子要吸收一个光子，尺寸上就差了几十个数量级。按比例，比一只青蛙吞下一个银河系还难。固体的晶格长度约10 埃，只有波长的400分之一。一个波长的平方可以覆盖16万个表面晶格。躲在这16万个晶格之中的广大电子群众如何竞争去吸收体积如此庞大的“光子”？是排队凭票供应，还是像狼群扑食一样各咬一口，吃到肚子里再将一口口的量子碎片拼成完整的光量子？

非常奇怪，爱因斯坦不能接受量子力学，却能接受“电子只能吸收整个光量子的全部能量，但不能 部分地吸收比这更小的能量”的概念。我们知道，电子之从金属表面激发出来，不但可以通过光电效应实现，还可以通过其他方法实现。摩擦生电就是用机械能把电子拉出来，并不是因为电子吸收了什么“量子”而溢出。灯泡或电子管的灯丝中通过60赫兹的交流电就会产生电子。这样的频率（波长5000公里）远远在光电效应的临界频率之下。有一种直流电子管，只要用电池就可以工作。在半导体发明之前，这种电子管常用于间谍的收发报机。直流电的频率等于零，波长无穷大，这样的“光子”的能量等于零。但是我们知道直流电可以激发出电子，并使电子管的阴极发光。所以，金属表面的电子的溢出和发光是一个我们并不清楚地了解的非常复杂的过程。仅仅用电子吸收光子的图像来简单化地理解过于粗糙，最多不过是一种现象逻辑学，不能证明光是粒子。

十一）电子衍射实验

根据我们上面的详细分析可知，光波是媒质的电磁波动，而不是一串粒子的运动。媒质本身并不运动。有的朋友可能会说，电子总应该是不可否认的粒子吧？电子衍射实验明明表现了波动性质啊！这是不是说明，粒子群自身的传播可以呈现波动性吗？

其实，日常生活中也能观察到与电子衍射类似的现象。潺潺流下的溪水在流过一堆石头的时候就会产生波纹。你可以光着脚丫把波纹捣乱，可是一旦你将脚抽出来，溪水的波纹又会恢复原样。所以这种“疑似衍射波纹”像是水波的某种固有特性。这能不能作为水分子具有波动性的实验证据呢？或者，能不能说溪水中的波纹是某种粒子呢？不能。实际上，这种水波的疑似干涉条纹反映的是那堆石头构成的边界条件，而不是水分子本身的波动性。如果您有一个足够大的电脑系统，能够得到流体力学方程在石堆周围区域的解和远离石堆区域的解，那溪水的波纹表现的就是从近邻解到远场解的过度。是一种对于边界条件的记忆或者全息照片。你只要稍微动一动那堆石头，溪水的波纹会立即变化。

电子的衍射就是类似于溪水波纹的现象，反映的是两个小孔形成的边界条件，而且由于电子是带电的，对于小孔壁的位置和形状特别敏感。有一个方法可以检验电子衍射条纹到底是上述的“疑似衍射波纹”还是真正的波的干涉。如果是真正的波的干涉，干涉条纹的位置可以根据波长与小孔或者狭缝之间的距离精确计算出来：其极值位置的偏离角的正弦应该等于波长与孔间距离的比的整数倍。根据德布罗意假说，电子的波长与电子的能量成反比。所以，只要调整入射电子加速电压，其干涉条纹极值的位置应该相应改变。如果不能定量地得到与实验相符的干涉条纹的位置及其随加速电压的变化，这种所谓的“电子衍射”就是一种疑似衍射，不能证明电子的波动性。

还有一种似乎能够证明电子波动性的实验，就是电子通过单孔的衍射条纹：一束电子打倒靶上，比如示波器的荧光屏，可能会在中心点周围产生一圈圈同心圆，非常像光的单孔衍射图像。这些电子束周围的同心圆其实不是衍射的极值，而是电子束打到荧光屏上以后产生的二次电子和三次电子重新打到荧光屏上的图像。到底是不是真实的波动效应也很容易实验验证。只须将示波器结构稍稍改一下，将电子枪的加速器和聚焦极屏蔽在带有小孔的金属板前面，不受后面的影响。电子的波长应该在小孔以前就决定了。因为小孔是事先加工好的，所以小孔以后的干涉图像应该不受小孔 后面接收器的影响。如果我们调整金属孔与荧光屏之间的电压，衍射图像不受影响，就说明那是真正的波的干涉。如果调整荧光屏的电压会影响衍射图像，就说明那是二次电子和三次电子产生的疑似干涉图案。

十二）波粒二象性对大爆炸宇宙学的关键作用

波粒二象性对于近代物理理论本来没有实质的重要性，它并不提供任何新的物理理论或方法，只不过是对已经存在的理论（哪怕是现象逻辑性的理论）提供某种哲学解释或宗教解释，提供一點精神安慰。但是进入大爆炸宇宙学以后，波粒二象性的作用就十分关键，具有实质的重要性了。

大爆炸宇宙学的一个根本困难就是向世人交待宇宙如何无中生有地被创造出来。为了对这种数学创造轮提供某种他们认为成其为解释的解释，宇宙家们编织了这样一个故事：

1）在时间原点，由于真空的扰动，会从真空中产生大量的能量，根据是海森伯原理 – 能量的测量误差和时间的测量误差的乘积不小于普朗克常量。时间的测量误差小到十的负四十三次方秒时，能量的测量误差就大于普朗克常量乘以十的四十三次方秒。这一巨大的“能量测量误差”被解释成为“能量的创生”。读者诸君且莫去管他宇宙创生时谁来承担测量的艰巨任务，也甭问如果没人测量，是不是宇宙就会因为没有接生婆而要胎死腹中了这样的现行反革命问题。这样创生出来的能量以电磁波（伽玛光子）的形态出现。这里用到了光的波粒二象性。初生的宇宙是以辐射能量的形态出现的，没有物质。

2）这巨大的能量会转变成物质，根据是爱因斯坦的质能关系式。所以一旦能量被创生了，物质也就被创生了，光子（辐射能）会变成物质，变成太阳系和银河系，包括银河系里的一切。于是，秋波变成了秋香和唐伯虎，也许先得变成亚当和夏娃。这里也用到了波粒二象性。

3）到了大爆炸以后三十万年的去耦合期，辐射能量和物质就去耦合了，因而有了我们现在的物质世界。至于为什么要去耦合，为什么不会重新耦合回去，是一种信仰，是正统教义，或曰“标准模型”。

所以，如果说波粒二象性对物理学的其他分支可有可无，那末他对宇宙大爆炸理论却是绝对的必要了。关于海森伯原理不足以否定能量和质量守恒定律，以及“真空擾動產生能量”等等概念的荒謬，我在拙作“宇宙学的基本问题与DET理论” 等文中已有说明，恕不赘述。

十三）波粒二象性理论的宗教思想根源

宗教信仰是一种后天的意识。如果一个孩子从小在泰国长大成人，他就有百分之九十的可能是佛教徒，如果在阿拉伯长大，很可能是穆斯林，在希腊长大就很可能是东正教徒。虽然是后天的意识，如果经过千百年的宗教洗礼和皇权约束，就可以变成一种非常自觉的思想和行动。只要看看每年的宗教朝圣的盛况，和虔诚的信徒们不远千里三跪九叩地爬行几年去朝圣，就能理解信仰在他们的思想和信念中的地位和作用。

自从基督教成为罗马帝国的国教，整个欧洲经历了天主教庭近两千年的统治，三位一体（Trinity）和神人二象性（Duality）的思想已经融入了西方社会的各个层面，成了欧洲人 – 包括欧洲科学家 – 的正常思维逻辑和思维习惯。这种思维逻辑能把完全不同的东西看成为一个实体而不认为背理，然后以此为信仰，去演绎发展理论的其他方面，解释各种现象。科学上最典型的例子就是物理学上光的波粒二象性（Duality）假说。

科学研究的方法不应该是宗教的方法。当着某种事物看起来似乎具有根本矛盾的性质时，就意味着我们对其某些方面的理解还不透彻，或者根本就是误解，或者这一方面的理解仅仅是现象逻辑学的。科学的态度应该是追根穷源，继续深入研究，解开表面上矛盾的逻辑疙瘩，而不应该以宗教的方法把两个完全不同的概念强拉到一起，标以“二象性”的桂冠，以示神圣，以示深奥。对于光与物质相互作用时表现出来的能量量子化性质，我们的了解还停留在现象逻辑学的阶段，远没有麦克斯韦的波动理论完备透彻。随着微观领域尤其是固体表面物理科学研究的继续发展，我们对光与物质表面相互作用时的能量量子化性质一定会知道得越来越清楚。在没有透彻了解光电效应的微观本质之前，不妨将爱因斯坦的解释当作一种现象逻辑性的理论接受，但这种现象逻辑性的理论最多只能为光能量的量子化提供一些支持，不足以证明光是粒子。同样，普朗克的黑体辐射公式最多也只要求光能量的量子化，不要求光是粒子。

本报记者 刘霞 综合外电

19世纪末，由于牛顿力学和麦克斯韦电磁理论趋于完善，一些物理学家认为，“物理学的发展实际上已经结束，物理学已经走到穷途末路了”。殊不知，彼时彼刻，物理学正酝酿着两场翻天覆地的大革命：爱因斯坦的相对论彻底地改变了人们对时间、空间、重力以及宏观宇宙的理解；而量子力学则揭示出一个奇异的微观宇宙。这两大横空出世的革命令人惊觉宇宙之神奇以及人类直觉之不可靠。

然而，事情并没有就此结束，物理学的车轮仍然在科学的驱使下滚滚前行。将量子理论和粒子物理学标准模型这两大20世纪的支柱理论整合起来，创建出一个最终解释万事万物运行规律的“万物之理”，仍旧是科学家们一直在苦苦追寻的梦想。疑似希格斯玻色子的发现或许只是一个启示，告诉我们到了我们再次刷新物理学面貌的时候了。当然，一切还是要从最基本的问题出发。

为此，英国《新科学家》网站集结了众多当代著名物理学家的真知灼见，为我们梳理了物理学的现状和面临的困境，以帮助我们消除心头的疑问。

第一部分：

物理学陷入的困境

布赖恩·格林：美国哥伦比亚大学的理论物理学教授，以下文字摘自于他2011年出版的著作《隐藏的现实》。格林被公认在超弦理论中做出了很多具有开拓性的发现，他曾在20多个国家开过普及和专业讲座，著有《优雅的宇宙》《宇宙结构和优雅宇宙》等书。

数学是现实之根吗？

是什么让我们如此确定数学能揭示自然界最深处的奥秘呢？

19世纪晚期，英国物理学家、数学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦意识到光是一种电磁波，他基于此创立的麦克斯韦方程组表明，光速应该为30万千米/秒。这一数据与实验测得的数值相差无几。但是，麦克斯韦方程组给后人留下了一点小小烦恼，那就是，30万千米/秒这一数值是相对于什么而言的呢？

爱因斯坦为了解决光速的参考系问题，人为地引入了“以太（aether）”这一概念。爱因斯坦设想在宇宙中充满了一种均匀的无质量的物质，他把它叫做“以太”，光速就是以这种“以太”为参照系的。但是，后来的理论发展和实验却证明，“以太”是不存在的，光速在任何参考系中都是一样的。这也是狭义相对论的一个基础。

爱因斯坦创立的狭义相对论颠覆了几个世纪以来与空间、时间、物质和能量有关的一切思想，但爱因斯坦并没有止步于此，最终，他创立了广义相对论。广义相对论认为，万有引力不是一般的力，而是时空弯曲的表现。广义相对论目前仍然是宇宙模型的基础。

上述细节具有重大的历史意义，但又不仅如此，所有人都看到了麦克斯韦方程组背后的数学，而只有天才的爱因斯坦才花费了很大的精力和心血来研究它，并最终基于此做出了伟大的发现。

这个故事很好地阐释了诺贝尔奖得主史蒂芬·温伯格的一段话。温伯格曾经表示：“我们的错误并不在于我们太把已有的理论当回事，而在于我们并没有对它们给予足够的重视。”

温伯格的这段话指的是天文学上的另一个重大突破——美国科学家拉尔夫·阿尔法、罗伯特·赫尔曼以及乔治·伽莫夫的预测，即大爆炸之后的瞬间会产生宇宙微波背景辐射。其实，只要科学家们将广义相对论与基本的热力学理论结合在一起考虑，就会自然而然地得出上述结论。

1948年，阿尔法和赫尔曼预言，宇宙大爆炸产生的残留辐射，由于宇宙的膨胀和冷却，如今它所具有的温度约为绝对零度（零下273摄氏度）以上5开，或者说5K。但是他们的预言并未引起人们的普遍重视。

直到1965年，美国新泽西州贝尔实验室的两位无线电工程师阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在为跟踪一颗卫星而校准一具很灵敏的无线电天线时，十分意外地发现了这种宇宙辐射场。与此同时，在附近的普林斯顿大学，由罗伯特·迪克领导的科学小组也已独立地发现了阿尔法和赫尔曼作过的预言，并着手设计出了一台探测器以供搜索大爆炸的残留辐射。他们假设它是热辐射，那么它所具有的能量就相应于2.7K的温度——这与阿尔法和赫尔曼富于灵感的估计非常接近。科学家们将其称为“宇宙微波背景辐射”。宇宙微波背景辐射的存在，给大爆炸理论提供了有力的支持。

无可否认，温伯格的这句话具有很强的现实意义。尽管多年来，已经有很多实验证明与现实世界有关的数学是他埋首于书桌得到的，但是这并不是说我们的理论学家们随便涂抹的任何方程式都能达到温伯格的水平。没有令人信服的实验结果，认定哪个方程式值得认真对待，这可真是一件艺术活。

当然，爱因斯坦就是这方面的艺术大师。在他于1905年发表了狭义相对论公式之后的几十年内，他就对数学的各个领域烂熟于心了，而同时代的大多数物理学家则对这些领域知之甚少甚至一无所知。在他迈向广义相对论的最终等式的过程中，在将这些数学结构同他的物理学直觉结合在一起这个方面，爱因斯坦展示出了罕见的天赋。

比如，1919年，当爱因斯坦看到一条消息说，科学家们对日全食的观测证实了广义相对论的预测——光应沿着曲线行进时，他强调说，要是结果不一样，“他只能对上帝说‘抱歉’了，因为他确信他的理论是正确的”。

我非常确信，当能够颠覆广义相对论的有说服力的数据出现时，爱因斯坦肯定会换种口气说话。但是，爱因斯坦的这句话，却很好地展示了一套数学方程式如何通过它们条理清晰的内部逻辑、优雅美妙的结构以及广泛的适用性来精确地彰显现实。几个世纪的发现已经为我们提供了丰富的证据，表明数学能够揭示世间万事万物不为人知的运行奥秘，而且，物理学也在数学的引领下，一次次迎来了不朽的巨变。

然而，爱因斯坦对于他本人提出的数学方程，接受程度也是有限的。他并没有“足够认真”地看待他的广义相对论，他并不相信广义相对论能预测出黑洞或者宇宙在不断膨胀。但是，其他科学家却比爱因斯坦本人更重视广义相对论的方程式，而且，这些科学家研究爱因斯坦理论所取得的成就在近百年来已经为人们理解宇宙学确定了航向。

相反，在其生命的最后20年里，爱因斯坦将全副身心都投入到了数学领域，希望能够为物理学创立一个大一统的理论。不过，当我们检阅历史时，我们不得不承认，那些年里，爱因斯坦对他所处的数学丛林过于执着了，甚至有人都觉得他好像被数学牵着鼻子走，有点过于“盲目”了。在应该认真严肃地对待哪个方程式这一问题上，甚至爱因斯坦有时也会犯错。

量子力学却为这种物理学和数学之间的困境提供了另外一种可能的解决办法。1926年，埃尔温·薛定谔写下了他的量子波等式，在此后的几十年间，人们认为这个等式仅仅与分子、原子和亚原子粒子等一些微小的领域相关。但是，1957年，普林斯顿大学的休·艾福雷特博士对爱因斯坦在半个世纪之前的建议——要严肃对待数学作出了回应。艾福雷特认为，薛定谔的等式应该可以适用于任何方面，因为所有的物质，无论大小，都由原子、分子和亚原子粒子组成，而这些粒子全部遵循薛定谔提出的概率法则。按照这种逻辑推演下去，我们可以得出一个结论，那就是，不仅实验装置会遵循薛定谔方程，实验对象也是如此。艾福雷特据此提出了他的“多重宇宙理论”。该理论认为，宇宙在第一次“大爆炸”后还在不断“大爆炸”，形成无数宇宙，因此，在一系列平行世界中，所有可能的结果都可能会实现。

50多年过去了，我们仍然不知道艾福雷特的推论方法是否正确。但是，通过非常严肃认真地对待量子理论背后的数学，他可能已经做出了科学探索领域内最有意义的一个。从此，旨在帮助我们更深入地理解现实的很多数学方程式，都普遍引入了各种版本的多重宇宙。简而化之，“多重宇宙”指的是在数学上允许存在的每个可能的宇宙都对应着一个真实的宇宙。极端一点来说就是，数学即现实。

如果迫使我们思考平行世界的某些数学方程式或者所有的数学方程式都被证明与现实有关，那么，爱因斯坦著名的“追问”——该宇宙拥有它所具有的特征是否仅仅因为没有其他宇宙可能具有该特征这一问题将有一个确定无疑的答案：不。我们的宇宙并非唯一一种可能，其性质可能与现在不同，而且，其他宇宙的性质确实也可能不同。如果真是如此，那么，为什么某些事情会是现在这种情况？为其寻找一个基本的解释将是一件徒劳无功的事情。毫无疑问，统计可能或者纯粹是偶然无疑会进入我们对于巨大宇宙的理解中。

我并不知道事情最终会有一个怎样的结局，也没有任何人知道。但是，只有通过无畏的付出和追寻，我们才能深切地了解到我们的局限性。只有通过理智地追寻理论，通过严肃地对待数学，即使有些数学方程式会将我们引入完全陌生的领域，我们也有机会揭示隐藏着的现实。

斯蒂芬·巴特斯：现居伦敦，是《新科学家》杂志的顾问。

宇宙心脏深处的黑暗虚空

我们已经建立起来的宇宙模型非常成功，可能很大程度上是因为，模型中的绝大部分完全是出自于我们的想象吧。

对我们的眼睛来说，星星即宇宙。但是，对宇宙学家来说，星星不过是一些闪光的微尘，是宇宙这所大房子的重要装饰物而已。在宇宙空间内，还存在着两种难以捉摸的物质，其重要性远远超过普通的星星和气体，那就是：暗物质和暗能量，我们对它们一无所知，但我们知道，它们显然与万事万物都有关联。

这对“孪生幽灵”或许足以让我们停下奔忙的脚步，促使我们思考，我们历时一个多世纪费心费力创建的宇宙模型是否正确。而且，情况还不止于此。我们的标准宇宙学模型也表明，在大爆炸之后的一霎那，空间就被第三种目前还不为人所知的东西拉伸成形，科学家们将这第三种“暗势力”称为“暴胀场”。这或许意味着，在我们看不见的地方，还存在着无穷多个其他的宇宙，其中的大部分宇宙对于我们来说另类得不可思议，其存在可能只是为了让我们建立的宇宙模型更好地发挥作用而已。

那么，让我们的观察来承载这些“暗夜幽灵”，是否有点过于沉重呢！？难不成真如马克·吐温所说的：我们只是投资了一点微小的事实，就能得到一大堆的推测？

我们的标准宇宙学的物理学基础是爱因斯坦的广义相对论，广义相对论始于一个非常简单的观察：任何物体的引力重量完全等于其惯性质量，爱因斯坦对这一等效原理的阐释，亦是广义相对论的根本精神，就是质量导致时空弯曲，而弯曲的时空则导致其他质量加速。苹果落地就可以采用这种方法来解释：因为地球的质量很大，使其周围的四维时空发生了弯曲，因此，苹果就顺着弯曲的时空向地球移动了。

广义相对论是一种崭新的重力理论。当涉及到微弱的重力场时，它可被简化为牛顿理论。因此牛顿的重力理论可看成是广义相对论的近似。日常生活的重力现象都可以用牛顿或广义相对论描述。不过，当重力场很强的时候，二者就有差异。 在强大的重力场下，广义相对论预言的有些结果就与牛顿重力相异。这些当然都由时空弯曲引起。例如光线会被重力场扭曲，就没有牛顿理论的对应。

广义相对论的另外一个重要预测是，时空扰动可以波动形式传播。这些引力波就像水面被扰动时传出的水波，但波动的是时空本身。不过，引力波的强度很弱，而且物质对引力波的吸收效率极低，因此直接探测引力波极为困难。美欧日等国家都在建造一些大型的引力波天线，希望能接收到宇宙远方传来的微弱的引力波。曾有人宣称在实验室内探测到了引力波，但未得到公认。1974年，天文学家们观察到一对致密的名为脉冲星的恒星相互围绕，按照广义相对论的预测，如果它们因为释放出引力波从而损失一部分能量就会如此。

在宇宙的尺度上，万有引力是自然界的支配之力，因此，代表了现代物理学中引力理论研究最高水平的广义相对论（是一种关于万有引力本质的理论）是我们最好的工具，我们可以借助广义相对论为宇宙创建模型，描述和展示宇宙作为一个整体是如何移动的以及宇宙的一举一动。广义相对论方程是一个以时空为自变量、以度规为因变量的带有椭圆形约束的二阶双曲型偏微分方程，它以复杂而美妙著称，而且，其可调节的参数多得令人发憷，如果提供一个复杂的输入，诸如真实宇宙的质量和能量散乱分布的细节，这个方程几乎就很难有解了。为了创建出一个实用的宇宙学模型，我们需要简化假设。

其中主要的假设是哥白尼原则（The Copernican principle），这是物理学和哲学的一条基本法则，以文艺复兴时代提出“日心说”的波兰天文学家尼古拉·哥白尼命名。它的定义是：没有一个观测者有特别的位置，宇宙各处看起来应该都一样。当我们在足够大的层面上观察时，也的确如此，万事万物都分布得非常均匀。这意味着爱因斯坦方程只需要带入一个参数就够了，那就是宇宙的物质密度。广义相对论认为，时空弯曲的程度是由物质的密度分布所决定的。

爱因斯坦最大的错误

有鉴于此，爱因斯坦用具有统一密度的惰性尘埃来填充他的第一个精简版的宇宙模型，该模型所展示的宇宙在自身的引力下会收缩。他认为这是个问题，因此，发明了一个术语（宇宙常数）来抵消几乎无处不在的引力，用以保持宇宙的恒定不变。然而，上世纪20年代，观测结果表明，宇宙实际上在不断膨胀，爱因斯坦后来将宇宙常数称为他一生中“最大的错误”。

随后，其他科学家将广义相对论的方程式应用于不断膨胀的宇宙，并创建出了一个新的宇宙模型，该模型认为宇宙源于一个最初密度无限大的点，因为物质的重力，宇宙膨胀的速度逐渐变慢。宇宙大爆炸天文学就这样横空出世了。不过，我们也面临一个主要的问题，那就是，这种膨胀是否会停止。答案似乎是否定的。在不断漂浮的星系内，重力能够驾驭的物质少得可怜，宇宙将不断平滑地向外膨胀。

此时此刻，暗物质和暗能量这些宇宙“幽灵”开始慢慢浮出水面，变得具体，且进入人们的思维。20世纪30年代，瑞士天文学家弗里茨·茨威基发表了一个惊人结果：在星系团中，看得见的星系只占总质量的1/300以下，而99%以上的质量是看不见的。茨威基首先发现了暗物质的存在，他的发现大大推动了物理学的发展。但由于暗物质根本不与光发生作用，更不会发光，在天文上用光的手段绝对看不到暗物质，因此，当时许多人并不相信茨威基的结果。

直到20世纪70年代初，科学家在观测宇宙其他一些星系中的恒星运行速度时就发现，越往外，围绕中心的速度并不都是衰减下去，而是和内圈恒星的速度差不多。这与越往外，物质越少，引力也越小，速度也应该越低的常规不符。由此反推，此时虽然外圈的那些能被直接观测到并数出来的星星数目变少了，但其实内部的物质数量并没有减少，引力也没有变小，只不过观测不到而已，科学家们大胆地猜测：宇宙中一定有某些物质没有被我们的天文观测所发现，这些物质被称为“暗物质”。

此后，其他证据，包括星系群的运动方式、星系朝我们而来的路上弯曲光线的方式等，都成为暗物质存在的证据。另外，在最开始，为了将物质紧紧胶合在一起产生星系，也需要暗物质。科学家们还推测，暗物质的数量可能是可见的气体和星星的5倍。

目前，暗物质的身份对我们来说仍是一个未解之谜，暗物质似乎并不在粒子物理标准模型之内。尽管我们尽了最大努力，却仍然没有在地球上制造出甚至观察到暗物质。但是，它对宇宙学标准模型的影响微乎其微：在广义相对论中，其引力作用与普通物质的引力作用一模一样，而且，即使有这么多能产生丰富引力的物质，也很难让宇宙停下膨胀的脚步。

第二种“暗势力”则引发了一场更加深刻的变革。在上世纪90年代，使用名为1a型的超新星爆发时测量的数据，天文学家们对宇宙膨胀进行了更加精确地追踪。种种观测数据表明，宇宙正在加速膨胀，似乎有某种斥力弥漫于广袤的宇宙间，彻底打败了物质间的万有引力。科学家将这种尚不知道的反引力作用称为“暗能量”。

精准的配方

这可能是爱因斯坦的“宇宙学常数”的再生，当然，这和当初爱因斯坦引入以给出平滑的宇宙模型不同，现在的“宇宙学常数”代表了暗物质和暗能量。科学家们认为，暗能量在宇宙中起斥力作用，但又不能严格说其是一种斥力，只能称其为能量。尽管如此，粒子物理学家们仍在纠结，为什么空间本身暗藏有这么小的能量密度呢？于是，富有想象力的理论学家们纷纷给出各种解释，比如由迄今为止还没有被看到的粒子产生的能量场；来自于可见的宇宙之外或者由其他维度发射过来的作用力等等。

不过，上述富有想象力的观点目前都没有得到证实。无论暗能量是什么，它似乎足够真实。目前为科学界普遍接受的宇宙起源理论认为，宇宙诞生于距今约137亿年前的一次“大爆炸”。宇宙微波背景辐射被认为是“大爆炸”的“余烬”，均匀地分布于整个宇宙空间。“大爆炸”之后的宇宙温度极高，之后30多万年，随着宇宙膨胀，温度逐渐降低，宇宙微波背景辐射正是在此期间产生的。

宇宙微波背景辐射上有一些温度不一的斑点，分别代表着年轻宇宙密度稍高和密度稍低的地方。这些斑点的典型尺度可以被科学家们用来衡量空间作为一个整体被其内的物质和运动弯曲到何种程度。结果表明，宇宙看上去几乎平滑无比，这意味着所有这些弯曲效应都必须被抵消。这就使得科学家们再次需要某些额外的排斥能量来平衡由于膨胀和物质的引力所导致的弯曲。星系在空间中的分布模式也给出了同样的结论。

所有这些观测线索，让我们获得了一份宇宙的精确配方。空间中普通物质的平均密度是0.426攸克（yoctogram）（1攸克为10-24克）/立方米，这些物质占宇宙总能量密度的4.5%，而暗物质占22.5%，暗能量占73%。我们建立在广义相对论基础上的宇宙大爆炸模型与我们的科学观察非常吻合，只要我们坦然接受我们虚构出来的“暗势力”占据了宇宙95.5%的份额。

不过，这并不意味着我们已经大功告成，我们必须“发明”更多东西才行。为了解释宇宙为什么在各个方向看起来如此一致，目前的主流宇宙学理论还引入了第三种“诡异”元素，那就是暴胀场。宇宙学理论认为，当宇宙形成仅10-36秒时，一种具有颠覆性的力量接管了整个宇宙，这种力量就是暴胀场，其像暗能量一样是排斥力，但比暗能量强大很多，它导致宇宙爆炸性地膨胀为原来的1025倍，让宇宙变平滑，同时抹去了所有的整体不规则性。

当这段暴胀期终结时，该暴胀场就转化为物质和辐射。该暴胀场中的量子涨落，变成了宇宙密度的细微变化，最终演变为宇宙微波背景中的斑点和我们目前看到的漫天星系。

而且，这个梦幻般的故事似乎与我们观察到的事实非常吻合，它也再次引入了很多“空想”出来的概念。对于广义相对论而言，暴胀并不麻烦，在数学上，只需要加上一个与宇宙学常数完全一样的术语而已。但是，在某一时刻，该暴胀场一定占据了宇宙100%的空间，而且，其起源也像暗物质或暗能量一样，对人们来说是个未解之谜。更重要的是，暴胀一旦开始，就很难停下来：它会继续制造出很多与我们的宇宙风格迥异的宇宙。对有些宇宙学家来说，当他们重新审视我们的标准宇宙学的基本假设时，预言多重宇宙的存在显而易见就有点迫不及待了。

标准宇宙模型也有很多同我们的观察不一致的地方。比如，宇宙大爆炸制造出的锂-7在理论上多于宇宙本身包含的。另外，该模型也没有解释宇宙背景辐射中某些特征似乎能够排列成行以及特定视线方向上的星系看起来似乎更倾向于左旋自转。而且，科学家们最近发现了一个长达40亿光年的超星系结构，也让人们对宇宙在大层次上是平滑的这一假设提出了质疑。

黑暗三重奏

如果科学家们获得更多数据，或者改变计算方法，上述诸多小麻烦很可能就会消失殆尽。但是，更大的问题仍然存在。美国哈佛—史密森尼天体物理学中心的物理学家罗伯特·柯什纳表示：“我们不了解暗能量，也不了解暗物质，这令我们感到相当沮丧。”柯什纳也是首先发现暗能量的超新星团队中的一员。

自从爱因斯坦创立满是尘埃的宇宙模型以来，作为基础的数学方法并没有发生改变，但是，科学家们不断朝这个模型“添砖加瓦”，使得现在的宇宙模型更富活力，而且细节更加明晰。科学家们现在已经精确地知道该宇宙的年龄和组成了。暗物质似乎制造出了星系和其他结构；暗能量则暗示着宇宙会加速膨胀，最终进入一个冰冷和孤独的未来；暴胀理论表明宇宙源于一场暴力事件中。这三驾黑暗马车，每一驾都指向一项全新的物理学。

柯什纳将这看成是一个挑战。他说：“这并不意味着我们的理论中存在着任何瑕疵。我们也并不会因此而失望，相反，我们深受鼓舞。”但是，只要我们没有在实验室中获得暗物质的证据，或者为暗能量找到能证明其存在物理学基础，我们就有可能深陷某种根本性误解的桎梏之中——或许，我们的宇宙学模型的数学基础出现了一个非常根本的偏差，根本到了迄今为止还没有人能够想象得出这个错误会是哪种形式，只是一个未知的未知。那么，量子引力论会是我们前进的方向吗？或者，某些新的观察会让我们再一次重写我们建立在广义相对论基础上的宇宙学说？

现在，我们只有一些最模糊的线索，指引着我们前往何处寻找替代的宇宙模型。但是，或许，我们只需要摒弃一个没有人注意到的与现实有关的假设，帷幕就会被拉起，所有的黑暗势力都将烟消云散，满天繁星将再现光芒。

马修·查默斯：来自英国布里斯托尔的自由撰稿人，2012年在《科学美国人》杂志上撰文《后希格斯粒子时代》。他表示，发现希格斯粒子之后，要对这种粒子进行更精细的研究，大型强子对撞机（LHC）已无法胜任。现在，科学家提出了4种方案，建造新一代对撞机，提高研究精度，以期发现标准模型之外的物理现象。

希格斯粒子进入死胡同

希格斯玻色子的发现让历史上最精确的科学模型——粒子物理学标准模型得以完整，但是，“一个故事的结束，也是另一个故事的开始”，这也预示着新问题即将出现。

1964年2月，披头士乐队心中时刻想的就是让美国为之倾倒，而彼时彼刻，一些强大的物质也在理论物理学家穆雷·盖尔曼的大脑中盘旋。盖尔曼思考的问题是：组成物质的原子和中子本身是否也由更小的物质组成呢？他将这种更小的物质命名为“夸克”。“夸克”一词是穆雷·盖尔曼改编自爱尔兰作家詹姆斯·乔伊斯的小说《芬尼根守灵夜》（Finnegans Wake）中的诗句：“向麦克老大三呼夸克。” 取这一名字仅仅因为盖尔曼喜欢这个单词的发音，就像夸脱一样。

那时，物理学对变革理念的渴求就像困在沙漠中的人对绿洲的渴求一样强烈。科学家们在宇宙射线中发现了几十个奇异的新粒子，这似乎不合情理也毫无缘由。盖尔曼发明的夸克使质子、中子和所有这些新粒子可以被描述为两个或者三个更基本的粒子的组合。

对于大多数物理学家来说，这一想法有点太过于超前了。新粒子打破了既定的规则，因为其拥有2/3、-1/3这样的电荷，而且，科学家们或许也从来不会看到这些粒子“独自起舞”。情况为什么会变得这么奇妙呢？

为什么就不能如此呢？现就职于墨西哥州桑塔费研究所的盖尔曼反驳道：“每个人都在说，这也不可能，那也不可能，但或许本来就毫无道理，或许自然就是如此奇妙。”结果也表明正是如此。现在，夸克已经成为所有科学里最禁得住检验的理论模型——粒子物理学标准模型的基础。在40年的岁月中，标准模型展示出了不可思议的能力，一次次地将理论学家们的梦想变成无可辩驳的事实。2012年7月，欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）实验组宣称发现了希格斯玻色子，这只是标准模型最新、最惊人、最引人瞩目的一次展示而已。

尽管科学家们已经取得了如此惊人的成就，但是，“盛极而衰”“物理学已日薄西山”等言语却不绝于耳。有了希格斯玻色子，明显不完整的标准模型变得更加完整完满，但是，这并不表示该模型没有瑕疵，而实验也无力再提供线索，供科学家们创建出更好的模型来弥补其不足。历史再次重演，粒子物理学理论再次呼唤全新的变革。

美国得克萨斯大学奥斯汀分校的理论学家斯蒂芬·温伯格于1974年提出了“标准模型”。温伯格表示：我并不希望这一术语成为教条，我希望它成为交流和实验的基础，让科学家们借此获得一些证据，证明标准模型是错的。标准模型的基本要义在一张明信片上就能表述清楚：6个夸克成双成对，构成除了质量以外其他一切都一模一样的三“代”；诸如电子和中子等6个“轻子”也采用同样的方式排列；另外还有一小撮玻色子在夸克和轻子之间传递自然界最基本的作用力。

关于这些粒子最重要的事情是，它们在本质上都是量子粒子。量子理论源于20世纪初非常关键的发现，这些发现表明，原子释放和吸收的辐射之所有具有这样的波长，只能够过假定能量被打包成不连续的小份或者“量子”来解释。顺着这条思路，我们就能推导出一个怪异的二象性，在最小的尺度上，粒子是波，波也是粒子。这些“身份”含混不清的波—粒子的运动并不遵从牛顿经典力学，而是在抽象的数学空间中的奇异规则下跳着概率的舞蹈。

到了上世纪20年代中期，量子力学大体已经成型，也经受住了所有实验的考验。但是，在上世纪20年代晚期，物理学天才、获得诺贝尔奖的最年轻的理论物理学家保罗·狄拉克和其他人开始探究将量子力学和爱因斯坦的广义相对论关联起来，这一举动在描述以接近光速运动的粒子方面迈出了关键的一步，自此，科学研究进入另外一番新天地。

1928年，狄拉克提出了一个电子运动的相对论性量子力学方程，即狄拉克方程，该方程拥有不止一个解，这似乎预示着存在着这样一种粒子，其属性和电子类似，但是，电荷相反。五年后，科学家们在宇宙射线中发现了这种“正电子”。理论学家们也顺势而动，提出了“反物质”这一概念。

量子场论作为标准模型的理论基础，也是上述逻辑的集大成者。用场来传递力这一想法可以追溯到19世纪英国物理学家、化学家迈克尔·法拉第，但是，量子场的数学结构给这些量子场赋予了一些奇怪的属性：它们可以从空无一物的真空中制造出粒子，再让其湮灭于无形。因此，根据量子电动力学理论的观点，两个电子之所以会相互排斥，是因为一个光量子（光子）“作祟”，光量子是电磁场的量子粒子，不知所起而且会从一个电子传到另一个电子那儿。无数个这样的“虚拟”粒子不断出没，会轻微改变经典电子或者说“裸”电子的属性。自从上世纪40年代以来，很多实验都证实了这种变化，而且，精确程度令人瞠目结舌。

量子理论将其他力囊括其中也颇费了一番功夫，花费了更长时间。在辐射衰变中将一种粒子变成另一种粒子的弱核力很长时间以来都被难以控制的无穷大所困扰，这就使得除了最简单的一些效应以外，其他计算都陷入无望。时间继续向前推进，到了上世纪60年代，温伯格等人终于找到出路，将弱核力与电磁力统一成弱电力，这种弱电力只在能量极高的环境（比如早期宇宙）下才会“现身”。

正如狄拉克方程预言了反物质的存在一样，这一理论也预示了可能存在一些迄今还没有被看到的粒子：大质量的W和Z玻色子——其主要作用是传递目前已经成弱电力中分离出来的短程弱核力以及希格斯玻色子。希格斯玻色子一定要存在，才能确保W和Z玻色子在统一的弱电力被分解成电磁力和弱核力的所谓“破缺”过程中获得质量，从而将弱核力限制在原子距离范围内；然而，与此同时，传递电磁力的光子则不会获得质量，这就使得它们能够自由自在地在宇宙中穿梭驰骋。

与此同时，强核力（让原子核紧紧依附在一起的作用力）的量子场理论也上演了一出“咸鱼翻身”的好戏，用该理论的联合创立者、美国加州大学圣巴巴拉分校的戴维·格罗斯的话来说，就是“从闹剧到胜利”。量子色动力学也是盖尔曼创造出的一个术语，量子色动力学通过将夸克之间的相互作用描述为它们不断交换8种携带“色荷”的胶子，最终让夸克名声大噪；该理论还展示了夸克非常独特的一点：那就是两个夸克距离越远，它们之间的作用力就越强。格罗斯说：“该理论不但揭示了为什么质子看上去由夸克构成，而且也解释了为什么这些夸克从来不会被拉出质子的管辖疆域。”

上述基本上就是标准模型的全部故事了。到了1973年，披头士乐队的成员们已经分道扬镳，而在接下来的一段时期内，科学家们做出了一连串激动人心的发明，使得标准模型最终成型，其中包括约束所有粒子的行为的弱电统一理论以及仅仅对夸克和胶子起作用的量子色动力学。标准模型不仅充满智慧而且非常优美。标准模型的方程式具有极端完美的对称性，不仅描述了自然界中各种力的本质和特征，也告诉物理学家们应该前往何处寻找什么新粒子。

果不其然，新粒子在粒子对撞机的数据中逐个“显山露水”，这让理论学家们狂喜不已。上世纪60年代末，科学家们就已经在实验室获得了三个夸克存在的证据，但是，直到上世纪70年代末，美国物理学家们才推测出第四和第五种夸克粒子的存在，并最终在1995年推测出立刻第6个种“顶”夸克粒子的存在。

到了2000年，最后一个轻子τ中微子才被科学家们收入囊中。在这场发现新粒子的战争的另一端，德国汉堡城外的德国电子同步加速器研究所（DESY）的科学家们于1979年捕获了胶子；欧洲核子研究中心的科学家们在1983年抓住了W和Z玻色子。当时光机器前进到2012年时，欧洲核子研究中心的科学家们才众望所归地发现了标准模型预测的最著名的也是最后一种粒子——希格斯玻色子。

对于温伯格来说，标准模型的胜利之路显得非常特别。他说：“你在办公桌上用一些数学公式和概念来打发时间，然后发现，在花费了数十亿美元之后，实验物理学家们证实了这些想法，难道还有比这更加特别的事情吗？”既然如此，但是，为什么他和其他科学家并没有想象中得那么高兴呢？

令人惊奇的特征

原因多种多样。有些还涉及到美学。例如，为什么粒子会被分成三代？为什么最重的夸克的质量是最轻的夸克的7.5万倍？标准模型的方程式或许非常简洁优美，但是，为了让它们具有预测中的能力，科学家们必须为其设定20多个“自由”参数，比如粒子的质量等。一个真正基本的理论，应该能够借助量子理论的力量，或者某些还没有人想到的更深层的理论，来清除这些恼人的枝枝蔓蔓。

实际上，从技术上来讲，标准模型并没有统一强核力。弱电理论和量子色动力学只是被捆绑在一起，并不像弱核力和电磁力在量子层面上统一在一起。这也是科学家们在朝着最终获得万物之理的艰难路途上最先遇到的一个“拦路虎”。不仅如此，还不算我们之前谈到的引力，迄今为止，引力还是用广义相对论来描述的，而广义相对论显然与量子理论不合拍。既然说到了重力，为什么与其他作用力相比，重力显得如此虚弱不堪呢（两个质子间的电磁力的强度是质子间引力的1038倍）？这个所谓的“等级问题”是标准模型最令人困惑不已的特征之一。

也有实验证据表明，标准模型并非那么尽善尽美。比如，科学家们原先假定没有质量的中子实际上却有很小的质量。这玷污了标准模型的数学一致性，但或许也会成为科学家们创建标准模型以外的新物理模型的第一个指针。更神秘的仍然是暗物质和暗能量，宇宙学家们认为，宇宙96%的成分都由这两名“暗势力”组成，不过，标准模型对其身份仍然“缄口不言”。

面对这些沟壑，理论学家们又开始向一直行之有效的老办法求助：用新粒子和对称性来填补空白。但这一次，现实似乎不买账。目前为止，还没有一台粒子对撞机找到意料之外的奇异粒子的蛛丝马迹，即使大型强子对撞机也概莫能外，尽管该机器目前还没有达到最高能量运行的状态。温伯格表示：“极有可能，大型强子对撞机能做的就是继续验证标准模型的正确性而已。”

那么，接下来我们应该怎么办呢？简而言之，我们并不知道。我们没有从大型强子对撞机或者其他地方得到进一步的引导，我们会发现我们自己同希腊哲学家德谟克利特当时的境遇差不多——当时，他提出物质不可能被无限制地分割，2000年以后才被实验推翻。值得我们记住的是，第一个符合德谟克利特的描述的“原子”并非整个故事的结局。尽管标准模型取得了如此巨大的成功，但是，对于盖尔曼的夸克是否会成为另外一个“原子”，我们仍然一无所知。

迈克尔·布鲁克斯：美国知名科普作家，著有《影响物理发展的20个大问题》等书。

不顾一切地寻找万物之理

一个最终将所有物理学理论整合在一起的大一统理论似乎还和以前一样，距离我们非常遥远——但是，这并不意味着我们应该停止追寻这个梦想的脚步。

责备古时候的希腊人吧，一切都是他们引起的——是古希腊的一些科学家首先开始反对过去流传的种种神话创世说，提出世界的本原是一些物质性的元素，如水、气、火等，从而拉开了现代物理学研究的帷幕。责备古希腊人这一想法或许听起来足够合情合理，但是，潘多拉的魔盒一旦打开，就无法再关闭。如果我们深挖下去，我们能够揭示现实的基础：物质最终由什么组成？其一举一动受什么规则支配。如果我们再进一步深究，我们将最终获得金矿——天地万物如何运转的理论。

在某种意义上，我们已经做得足够好了。量子理论的奇异之处或许让我们迷惑不已，但是，建立在其上的粒子物理的标准模型则将一切简化为几个基本的粒子以及仅仅三种力。广义相对论提出的时空弯曲理论，用令人惊叹的精确性描述了一个被第四种力——引力所支配的宇宙，为我们提供了另外一种看待宇宙的角度。是的，这两个理论各有千秋，但是，我们最终能找到一个将二者合二为一的万物之理吗？

如果用这个问题询问很多物理学家，他们可能会暴跳如雷。“基本的粒子物理学已经非常完美了，就像俄国化学家季米特里·伊万诺维奇·门捷列夫制定的元素周期表一样。”英国牛津大学的科学家戴维·德驰表示，“元素周期表一直在给事物归类，而且也承认存在着一个基础结构，只是，我们并不知道这个基础结构是什么而已。”

关键的问题是，量子力学和广义相对论从根本上而言并不兼容。一般而言，我们用相对论来描述非常大的物体，比如星星、星系乃至整个宇宙等；同时，我们则借用量子理论来阐述非常小尺度的物体，比如分子、原子、亚原子粒子等，这都没有问题。但是，为了完全而彻底地理解整个宇宙，我们必须知道微小的新生宇宙为何会变得如此庞大：追溯到大爆炸时代，就需要两个理论一起工作才行。

黑洞的存在也需要如此。就像斯蒂芬·霍金和以色列科学家、黑洞热力学的奠基人之一雅各布·大卫·贝肯斯坦在上世纪70年代所证明的那样，黑洞这样符合广义相对论的庞然大物或许会破坏被量子理论所禁止的信息。

即使像时间和空间这样基础的事物也会告诉我们，当量子理论和广义相对论相遇时，情况会变得多糟糕。相对论的时空是一个平滑的四维毯子；而作为标准物理模型基础的量子场理论则表明，时空是由大小约为10-35米的像素点单元所组成，量子场论甚至并不将时间看成是真实且可观察的事物。

当物理学家们被要求在量子理论和广义相对论之间做出一个选择时，大多数物理学家可能会将钱压在量子理论那边，他们认为量子理论是“对”的，因为量子理论的数学基础是一个非常成功的棱镜，让科学家们得以纵观整个世界。当然，也有些人继承了爱因斯坦的衣钵，对量子力学看起来的“不现实性”、怪异性以及表面不相关的物体之间反常识的联系提出了质疑。这些科学家们认为，如果我们不能为这些联系为什么会如此找到令人信服的物理原因，量子理论或许只是某些更好的理论的近似。

科学家们试图打破这一僵局，为此，他们提出了一些受到广受支持的数学概念，诸如对称等。其中之一就是超对称，科学家们普遍认为超对称是通往弦理论的一站，弦理论也是科学家们认为可以成为万物之理的候选理论。弦理论预测，空间中隐藏着其他我们目前还没发现的额外维度，诱发对称性嵌入这些维度会让能量弯曲成几何状态，这些几何形状看起来就像某些基本粒子，或者像空间遇到质量时发生弯曲的方式。

弦理论也对粒子进行了很多可靠的描述，其中包括科学家们一直在努力追寻的引力子——一种携带引力的量子粒子。因此，弦理论只需几步就能在量子理论的基础上，将自然界中的四种作用力统一起来。但是，与其他为万物之理而提出的架构一样，弦理论也存在着巨大的缺陷。美国亚利桑那州立大学的科学家保罗·戴维斯表示：“弦理论确实预测了新事物，但是，在可见的未来，科学家们几乎无法测试它正确与否。”

荷兰内梅亨大学大学的雷纳特·洛尔表示，这种无能为力意味着万物之理或许根本就无法获得。英国帝国理工学院的克里斯·依沙姆表示：“过一段时间，你看会在报纸上看到万物之理，此时，弦理论正当盛年，但是，它也会完全过时，走进历史的故纸堆中。” 依沙姆认为，从心理上来讲，万物之理“非常令人振奋”，但是，我们并没有理由认为万物之理确实存在，或者我们能发现它。我们已经利用数学做出了如此众多的科学发现，这的确令人惊叹，但是，这并不意味着我们能继续沿着这条路前进，并做出更多重大发现。

德驰认为：“数学只能揭示抽象对象的真相。而物理学与其说是试图研究这些对象，还不如说是发现哪个对象更符合现实。据我们所知，迄今为止，我们用来构建物理学理论的纯数学的比例非常小。”

例如，粒子和场以及空间和时间之间的所有关系都能用一系列可在图灵机（图灵机是我们目前广泛使用的计算机的基础）上计算出来的数学运算表示出来。但是，德驰指出，为了在获得万物之理这条路上取得进步，我们可能需要进入一些目前无法由计算机计算出来的数学领域。

而且，德驰进一步表示，我们必须摒弃过去几个世纪里已经让我们取得巨大进步的一个想法，那就是，如果我们从数学开始进行研究，现实也会跟着数学方法走。相反，我们必须首先用我们对物理宇宙的理解来解决问题，也即宇宙中的物质正在慢慢减少，或者为什么引力比其他作用力更加微弱等；另外，我们也要尽力弄清楚，我们的宇宙观发生什么变化才能解决这个问题。德驰指出：“很多理论物理学家们试图首先用数学方法开始，但这根本无济于事，永远不会成功。”

万物之理值得我们如此劳心费神吗？戴维斯认为，是值得的，只是我们必须清楚，即使万物之理——至少物理学家们如此定义它，也可能无法解答所有问题。戴维斯说：“万物之理将有助于我们揭示生命的起源或者意识的本质这样的问题。”美国哈佛大学的理论物理学家丽莎·蓝道尔也是粒子物理学和宇宙学领域的权威。她则说得更加直接。她说：“即便我们最终知道了这个作为基础的理论，那么，我们打算如何解释我们的存在这个事实呢？”

或许，推动科学家们持续不断地进行研究的最大动力并不在于我们最终会获得什么结果，而在于我们沿着哪条道路会达到这一目的。我们最大的、最能让生活发生翻天覆地变化的科学探索的动力来源是，我们希望让物理学变得更简单并将我们对自然界的各种纷繁复杂的理解整合在一起。比如，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦将我们对电和磁的理解统一在了一起，为有史以来最现代化的技术——信息技术提供了理论基础；爱因斯坦则用简单的方程式E=mc2将与质量和能量有关的概念集成在一起，引领人类进入核时代并获得其他高新技术。“从历史的角度来看，科学家们的努力探索都会给我们带来一定的成果，引导我们前往一个更现代化的社会。”戴维斯如是说。

但戴维斯同时也强调，对于任何仅仅因为一己之私追寻万物之理的人来说，最终都可能面临着铩羽而归的风险，而且，这些人也面临着和19世纪晚期那些认为物理学已经完整的人犯同样错误的危险。戴维斯强调说：“你或许会提出一些不可思议的想法，然后庆祝这是人类文明史上的一次巨大进步，但总有人会提出更好的想法。”

第二部分：

接下来我们该怎么办？

雅各布·大卫·贝肯斯坦：以色列耶路撒冷希伯来大学的理论物理学家、黑洞热力学的奠基人之一，他指出，宇宙间的暗物质、暗能量等“黑色幽灵”对爱因斯坦的理论是否正确提出了质疑。

应该抛弃相对论吗？

广义相对论似乎已经成功地嵌进现代社会的血液中。的确如此，尽管大多数太阳系和天文学现象仍然采用牛顿的重力理论进行计算，但是，如果没有GPS（全球定位系统）这个小玩意，我们什么事情也做不了，而GPS则与相对论脱不了干系。因为GPS的误差来源里有一项是相对论效应的影响，通过修正相对论效应才能得到更准确的定位结果。

在重力场很强的太阳系系统和双脉冲系统内，广义相对论已经被精确地测试过，但是，在重力场比较弱的大尺度上，广义相对论从来没有被测试过。暗物质和暗能量这对“黑暗双煞”还没有被科学家们了解清楚会让广义相对论陷入失败吗？

有些科学家认为会，他们也取得了些许成功。例如，以色列魏茨曼科学研究所的摩德埃·米尔格鲁姆于上世纪80年代提出了修正的牛顿动力学（MOND）理论。该理论认为引力和质量之间具有另外一种关联，依照他的理论，当物体质量非常轻时，并不遵循牛顿定律。MOND解释了星系奇怪的旋转现象，其解释方法比广义相对论使用暗物质解释更好。另外，科学家们提出的用来替代相对论的“f（R）”引力理论构建的宇宙模型尽管没有包含暗能量，但却表现得好像已经将暗能量囊括其中了。

但是，没有一个理论尽善尽美。首先，MOND并没有很好地解决星系簇内单个星系的运动。而且，“f（R）”引力理论并没有很好地描述引导科学家们提出暗物质这一概念的不规则的星系旋转。

广义相对论或许仍然坚挺。如果暗能量是爱因斯坦硬塞进其广义相对论方程式中的珍贵的宇宙常数，那么，其令人信服的来源是真空能。引力场毫无疑问会扰乱真空，让出现在星系和星系簇内以及周围的能量集中在一起，就像暗物质一样。我们很难想象目前的量子场论可以集中如此充足的能量，但或许某一天，明智地使用量子物理学可能会揭开笼罩在暗物质和暗能量头上的神秘面纱。

克里斯·克拉克森：南非开普敦大学的宇宙学家，他认为，假设我们在宇宙中身处何处或许会歪曲我们对宇宙的看法。

应该摒弃哥白尼原则吗？

无论我们朝哪一个方向看，我们看到的宇宙好似非常一样。这说明，我们在观察一个事物时所处的位置并不特殊。

这是哥白尼原则的一个假设，听起来似乎合情合理。但是，很难证实我们在遥远的星系中的所见所闻与我们身处地球时的所见所闻会有何区别。

哥白尼原则要是不对怎么办呢？科学家们对超新星在不同距离范围内的观察使我们相信，宇宙正在加速膨胀，暗能量必须存在。但是，因为光速是有限的，我们看进太空的距离越远，我们需要的时间也越长。令我们惊奇的是，随着时间的演进，空间中发生出现的变化可能会很容易同演化混淆。这样说来，暗能量或许只是一个幻觉。

让我们将球形的天空想象成一颗洋葱，其由几层密度不同的物质组成。在密度大的地方，引力的凝聚力会阻碍宇宙的膨胀。如果我们居于一个密度比较低且膨胀率比较高的中央空白处，并从各个方向向外看向那些密度比较高而且膨胀率比较低的地方，对我们来说，宇宙似乎在最近一段时间内一直在加速。

在宇宙大爆炸后的一霎那，这样一个宇宙的膨胀环境或许会发生变化，以产生这样庞大的低密度区域。但是，它将违背神圣的哥白尼原则：其他坐在该洋葱中的人将看到一个完全不一样的不均匀的宇宙。

尽管我们正处于中央空白处的几率微乎其微，不过，也有可能发生。但是，研究遥远的星系簇周围的宇宙微波背景温度的变化使我们能从遥远的地方“看见”宇宙，并且告诉我们宇宙是否均匀，最新的观察表明宇宙并不均匀。

摒弃了哥白尼原则的模型可能需要进行很多微调，才能同现实相符。

马克斯·特格马克：美国麻省理工学院宇宙学家，他提出了一种新的宇宙终结理论，该理论认为宇宙最终将会以“大崩塌”的方式结束，而该终结模式似乎在逻辑上难以避免。在他的观点中，与大爆炸有关的最好的理论在逻辑上是自毁的。

应该重新思考宇宙暴胀理论吗？

暴胀始于一个伟大的起点。人们认为，宇宙以一种新奇的很难稀释的物质的一个亚原子粒子开始，而且该粒子的数量不断加倍，最终制造出了宇宙大爆炸和我们现在看到的几乎整齐划一的、平滑的宇宙。

不仅如此，宇宙甚至变得更好。暴胀也产生了随机量子波动，这些波动产生了今天我们看到的满天繁星、星系以及其他更大的天体结构。暴胀理论也作出了很多非常精确的预测。例如，用来测量空间平滑度的量——欧米茄（Omega）的平滑度应该等于1，而实际上科学家们测出其等于1.003±0.004，真的是非常接近，太神奇了。

但是，就像一个顽强的上了年纪的教授一样，暴胀也开始退休。暴胀理论预测，在我们的宇宙遥远的部分，这一过程会永远持续下去，产生一个不仅非常大而且真正无限的空间，其中包含有无数个星系、恒星和行星，甚至像我们一样的人类。这一空间内的随机波动让物质在不同的地方呈现出不同的分布方式，因此，会有无数人观察到一个值接近1的欧米茄（Omega）；无数人观察到一个值接近2的欧米茄（Omega），诸如此类等等。

那么，有很多其他人观察到的事物和我们看到的一样，会出现什么可能的情况呢？无用的、正式的答案是无限除以无限，似乎毫无用处。我们的宇宙学家们仍然没有就如何将这一无用的答案变成有用的事物达成一致意见。因为膨胀，我们几乎无法预测出任何可能性。我们将这称为“测量问题”，并且，将其看成今天的物理学家们面对着的最深的危机。从逻辑上而言，我认为，膨胀具有自我破坏性，破坏了促使我们起初对它严阵以待的预测。

老实说，我并不觉得任何其他富有竞争性的理论能够更好地解释暴胀。我估计，一旦我们解决了“测量问题”，某种形式的暴胀仍然会保持下去——但或许并非最终极的那种。所有的问题都源于无限，尤其是假设空间能够被永远延伸而不会分崩离析。我并不愿意质疑这个激进的假设，但是，我们应该这样做。

弗朗克·韦尔切克：因发现强相互作用理论中的渐近自由，而荣获2004年诺贝尔物理学奖。韦尔切克表示，美学告诉我们，超对称或许会突破标准模型的僵局。

应该重视美

标准模型确实非常强大而且形式简洁优美。科学家们发现希格斯玻色子更是锦上添花。2012年7月4日，欧洲核子研究中心（CERN）的科学家们宣称，他们发现了一种新的亚原子粒子，这个粒子是希格斯玻色子（即传说中的“上帝粒子”）的可信度高达99.99994%。1964年，科学家首次提出希格斯玻色子是物理学粒子标准模型中最后缺失的一部分，标准模型是一套描述强作用力、弱作用力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。根据该理论模型，希格斯玻色子必须存在从而赋予其他基本粒子质量。希格斯玻色子的“现身”证实了标准模型的完整性。

而且，更为重要的是，这是科学家们几十年科研探索的集大成者。就像在大海中捞针一样，我们首先必须完全理解大海和针，为了发现大型强子对撞机（LHC）制造的“迷你宇宙大爆炸”中的希格斯玻色子的罕见踪迹，我们必须了解基础物理学。标准模型几乎是大自然给予人类的最美妙的果实。

然而，标准模型是作用力和粒子的大杂烩，没有获得完整的统一性和一致性。在标准模型中，标准模型最早部分——麦克斯韦方程组统治了电磁学，公正地来说，麦克斯韦方程组以平衡和优美著称。标准模型最新部分的方程式描述了强核力，这部分也具有令人愉悦的对称性，但是，强核力并不需要电荷和载力子（光量子），它们需要3个“色”电荷和8个胶子。而弱核力则引入了另外3个载力子。上述所有这些使标准模型看起来有点别别扭扭的。

鉴于此，我们希望能够获得更大更好的方程组，其具有更好的对称性和平衡性。从逻辑上而言，超对称就是这些想法的集大成者。它假定存在着一种基本的对称性，使力能够变成物质，物质也能变成力，同时，这些方程式作为整体具有同样的内容。通过让自然界的粒子博物馆里粒子的数量加倍——为每个组成物质的费米子制造出一种携带力的玻色子以及相反，可以做到这一点。

朝着这条道路一直追寻下去，我们会获得比较大的成功。经过扩展后的新理论可以精确地预测强核力、弱核力、电磁力的强度之间的比率，标准模型听任这些参数摆布。

我相信这个成功绝非偶然。但是，在科学上，相信只是一种手段，而不是最终目的。超对称性预测了具有独特属性的新粒子，随着大型强子对撞机以更高的能量和密度强度操作，这些粒子会逐一进入我们的视野中。这一理论很快将经受严格的考验，它或者会给我们提供我们所需要的，甚至给我们惊喜，或者一切只是竹篮打水一场空。

丽莎·蓝道尔：哈佛大学理论物理学家，粒子物理学和宇宙学领域的权威。她有点担忧地表示：“我们或许无法获得超越标准模型的答案。”

到我们提升对撞能量的时刻了吗？

如果超对称能解决标准模型的一个核心问题——同其他基本作用力相比，引力为何如此微弱，那么，超对称预测的其他粒子的质量应该比较低。当大型强子对撞机开启时，很多人满怀乐观地认为，超对称就在不远处。

而实际上，以前的加速器实验已经很好地排除了最简单的这个超对称版本。没有在大型强子对撞机内发现低能粒子也说明了这一点。因此，如果超对称要发挥自己应有的作用的话，它一定拥有一个更灵敏更复杂的形式，而且，其涉及到的粒子的质量也应该更高。

不过，超对称并非唯一可能的答案。大型强子对撞机也正在搜索其他可能的证据，包括我和同事拉曼·桑壮首先于1999年提出的一个模型。我们的这个模型认为，我们身处的四维宇宙坐落在一个“膜”上，膜内的宇宙拥有第五维度。科学家们假设能传送引力的基本粒子引力子集中在该膜内，只有一小部分“泄露”到我们生存的四维中，这就解释了为何引力相对电磁力、强核力和弱核力相对来说比较孱弱。

这些模型预测，粒子会从额外的维度获得动量，因此，在我们看来，虽然是同样的粒子，但其质量其实更大。它们的质量应该最少有几个电子伏特，或许更高。其对应的低质量的粒子可以被观察到，但是，大型强子对撞机制造出的这样的粒子也可能急剧下降到几个电子伏特。

这就将我们置于一种非常不安的境况。在大型强子对撞机提供新的发现之前，我们并不知道哪个理论是正确的。如果大型强子对撞机再也不能提供新的发现，我们就很难有理由制造某些更大的机器。不过，我并不担心物理学领域没有新东西供我们发现，我担心我们可能没有钱来做这些事情。

珍妮特·康拉德：麻省理工学院中微子物理学家，她认为，中微子这种令人捉摸不透的粒子已经为我们提供了打开新的物理学大门的钥匙。

中微子会打败标准模型吗？

标准模型是所有理论中的巨人，其主要特点是庞大、强大，而且直到最近似乎都不可战胜。但其实，早在10年前，它可能就已经遇到过几乎将其完全打败的对手：中微子。

标准模型认为，中微子这种微小而神秘的粒子分为3个不同的类型或者气味。它们没有质量，仅仅通过弱核力相互作用，这使它们很难被探测到。

这种情况一直持续到1998年。当年，科学家们证实，中微子会“振荡”。意大利理论物理学家布鲁诺·庞蒂科夫首先提出此猜想，他认为特定味的某一中微子可以转化为不同的味。这是一个量子力学效应，只有在中微子有质量的情况下才能出现。这个粒子因此成为第一个而且也是迄今为止唯一一个超越标准模型的粒子。

如果中微子拥有质量可以让一切问题迎刃而解的话，我们或许只需要对标准模型进行修修补补就行。但是，我们现在看到了其他振荡的证据，如果只有3种中微子的话，这种额外的振荡就很难解释清楚了。这或许表明，还存在着其他“惰性”中微子，这种中微子并不通过目前已有的四种作用力来相互作用，但是，其能变成活跃的中微子，也可以由活跃的中微子变化而来。

如果这一全新的现象获得证实，那将会给我们迎头一棒。重新思考已知粒子的质量是一件事情，但是，要在标准模型中添加一种全新的粒子则是另外一回事。我们或许可能需要一个新的理论来解释惰性粒子以及它们来自于何处。如果惰性中微子并不通过现有的已知的作用力发生作用，那么，它们通过什么力相互作用呢？这或许会成为解开暗物质之谜的关键。

对于上述问题，我们并没有清晰的答案，但是，关于惰性中微子的理论论文正以一周两篇的速度出现。

为什么我们要研究最细微的粒子呢？因为研究大粒子并不管用。

《科技日报》（2013-06-12 三版）

(中国科技网)

责编：王飞