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草野山人 - 段紹節首頁
對物理學的思考(五)
2019-07-12
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    量變與質變

    物質是在時空中運動的,當物質運動狀態或物質組合發展到一定的量時就會發生質變,這也正是宇宙中物質運動會有千變萬化的原因。也正由此,宇宙中各種物質運動間也就有著各種各樣的聯系。如實物粒子的中子、質子、電子在不同的組合下形成了各種元素,各種元素在不同的組合下形成了天下各種各樣的成千上萬的各樣物體。再如正反粒子相互作用后會湮滅,而后成為電磁輻射的電磁波運動形式,高能電磁波在發生相互作用后,又會生成實物質的正反粒子。這也就表明實物質的運動在不同的運動狀態組合下會組合成各種不同性質的物體,同時還可能在正反粒子組合下發生質變而成為場物質波的運動形式,同樣場物質運動的電磁波在一定的運動相互作用狀態條件下發生質變而形成實物的正反粒子。也就是物質運動形式之間在運動的量達到相應的情況下會發生質變。當然隨著這種物質運動質的變化其存在的形式時空也同時發生了變化,這也就是實物質運動的獨立時空發生了有無的變化,其具體表現在物質運動在相對靜止時保持獨立時空間形式不變的慣性量--質量發生了有無的變化,但這時物質運動是照樣存在的,只是由一種形式變化成了另一種運動形式罷了。

    在現在的物理觀念中,質點是可以分割的,其分割后就會分別成為兩個質點,而后各自分別運動。這樣也就形成了如古人所說的:一尺之槌日取其半,萬世不竭。這樣在物理思想中就形成了這樣的慣性思維:物質都是由質點構成的,物質的質點是可分的,分成的物質還是質點物質,即物體是無限可分的,但其分裂后永遠是點物質。由此在研究物體的構成時就形成了物質由分子構成,分子由原子構成,原子由原子核電子構成,原子核由質子中子構成,質子中子由基本粒子構成……,基本粒子還是由更基本的粒子構成這種無窮可分的由點物質組成點物質的分解思維。這似乎有點形而上學,更沒有隨著量變會發生質變的觀念。

    我們現在以蘋果為例進行一下分割,一個蘋果一分為二,兩半蘋果還都據有蘋果的一切屬性,色、香、味等一切屬性都有,即蘋果的屬性都在。但如將蘋果這樣一直對半分下去,很快就將會分到蘋果的分子,這時蘋果的屬性還在,但再往下分,蘋果的大分子就分成了水分子、果糖分子、炭水化合物分子、維生素分子…等等,這些已分到不再據有蘋果的屬性了,即這時已發生了質變,蘋果不再存在了,而分成構成它的各種分子。這時也就是蘋果已發生了質的變化,被分成了各種分子。但分子還可以繼續分割下去的,這就是各種分子分割成原子核與電子,原子核又分成不同數量的質子、中子,這時各種原子的性質又發生了質變,其各種原子的屬性不見了,只成了單個的質子、中子。而現在的高能物理還在用大型對撞機想繼續分下去,當然現在似乎也找到了夸克,又將其分開了,但真的就是這樣可以一直這樣分下去嗎?這種實物質的質點一直是分成質點嗎?

    其實自然早已告知了我們,質子、電子在與反質子反電子相遇作用時,會發生湮滅反應,最后作為實體的質子、電子沒有了,而轉化成了γ射線(電磁波),這時作為實物質的粒子不見了,而形成了電磁場物質的運動形態,即這時發生了更徹底的質變,這也就意味著粒子再分下去就質變成不再是粒子了。

    現在研究極小物質的基本粒子時出現了一種新理論--超弦/M理論。超弦/M理論認為,構成我們世界的物質微觀基本單元是具有廣延性的弦和膜(brane),并非所謂的只有位置沒有大小空間的數學抽象點粒子,只有弦在空間運動,各種不同的粒子只不過是弦的不同振動模式而已。自然界中所發生的一切相互作用,所有的物質和能量,都可以用弦的分裂和結合來解釋。粒子物理學標準模型中的粒子,都是弦或膜的激發振蕩。弦和膜的限度是有限短的普朗克長度,它們正是構成我們世界的物質基本單元,即德謨克利特式的“原子”,這是超弦/M理論為現今所有粒子提供的本體性統一。這顯然是對點物理的革命。由于拋棄了點的觀念與具體作法,自然一些奇異的現象也就可能被消除了,出現了前所沒有的新進展。

    過去我們想象所有的物質粒子都是點狀的東西,沒有空間大小。但現在我們可以假定,一個個點粒子其實并不是一個個實體的點,而是包含有一片片更微小的空間結構,這樣的空間結構的振動乍看起來像是一個個點,是因為我們目前還沒有更精微的探測技術,而探測不到它們。

    同時弦的振動模式與粒子的引力作用之間存在著直接的聯系。同樣的關聯也存于弦振動模式與其它力的性質之間,一根弦所攜帶的電磁力、弱力和強力也完全由它的振動模式決定。這樣弦的理論就將引力理論與大爆炸的宇宙理論完全融合在一起了,似乎成了統一了物理學的最終理論。

    否定了點粒子的觀念顯然是一大進步,但弦又是什么物質呢?弦激發是粒子,那么弦沒激發時又是什么呢?弦平時是一種什么樣的物質存在呢?這些真的是叫人一頭霧水,作為物質的弦似乎進入了類似“以太”的境地。真的是弦也玄也!

    但可以明顯的看出,弦激發那就波動,也就是說弦論骨子里的本意是表明粒子是波動的一種特殊運動形式。如果將粒子作為是一種特殊的波動形式,而這種波動又自已形成了獨立的時空,其是以整體與外部時空的物質相互作用。這樣真是又進入了一個新奇的物理天地。

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草根簡介


1938年7月15日生。北京大學畢業,分配到中國工程物理研究院核物理與化學研究所工作,直到退休。研究員?,F居住北京海淀區。
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