张延年 - 暗物质与宇宙模型.pdf

牛顿说过：“自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因以夸耀自己。”这使我相信世界是简单的，我们不应该人为地将其复杂化。爱因斯坦说过：“我不相信权威，但命运作弄了我，我竟成了权威”。 杨振宁说过：“理论物理的工作好多是做无用功，在一个不正确的假定下猜来猜去，文章一大堆，结果全是错的。”这给了我莫大的勇气去探寻这个世界最简单的规则。

这是一部关于物理学和天文学全新架构的专著，全面论述了“一黑两暗三起源” 等系列问题。经典物理学被认为无法解释高速物理现象和微观世界物理现象。这本书采用暗物质完全统一了经典物理和现代物理。研究发现暗物质是连接宏观世界与微观世界的纽带，也是低速物理通向高速物理的桥梁，更是跨越经典物理与现代物理巨大鸿沟的有效工具；并且暗物质的研究将成为探寻物理学本质与宇宙奥秘的钥匙。

麦克斯韦用被誉为有史以来最美公式完美地统一了电和磁，预言光是一种电磁波，并精准地预测了电偶极子。赫兹用实验完美地验证了电偶极子，这表明所有的空间里都含有电偶极子。电偶极子的两极只能是质量相等、电荷相等，否则会反射电磁波而可见，正反粒子偶极子是电偶极子的唯一选择。

这本书首先解决了暗物质是什么的问题。给出了暗物质存在证据，明确暗物质特性，论断得到暗物质内部结构，建立了暗物质正反粒子偶极子模型。一个暗物质粒子中包含一对正反粒子，即暗物质粒子是正反粒子偶极子，而暗物质的主要成分是电子偶极子。目前普遍认为电子对结合成为电子偶素是不稳定的，但实际上，电子偶素仅仅是电子对合并为电子偶极子的中间过程。电子对和质子对分别结合都释放出一对“光子”。由于质子质量是电子质量的1836倍，如质量均转化为能量，那么静止质子对结合产生能量应为电子对结合释放能量的1836倍（如电子对、质子对的各自碰撞有初始速度，在对比中均减掉初始动能），但实际上电子对、质子对的各自结合释放出相同数量级的能量，这表明电子对、质子对释放能量，结合为能量更低的、稳定的正反粒子偶极子，释放能量是电势能转化为电磁能，而不是质量都转化为能量。在一定条件下，正反粒子偶极子和正反粒子对可以相互转化，即暗物质和可见物质可以相互转化。一个正反粒子偶极子内含有一对正反粒子，正反粒子偶极子间存在瞬时库伦力、瞬时洛伦兹力、瞬时取向力和瞬时诱导力，总体上吸引力和推斥力相互平衡。电磁波无法探测到暗物质的原因并不是暗物质不参与电磁作用，而是暗物质是电磁波的传媒物质，只能传递而无法反射电磁波是暗物质“暗”的根本原因，但可通过电磁波速度变化和方向偏折探测暗物质的密度变化。引力透镜效应是暗物质参与电磁作用的有力证据。

其次，解决了什么是场的问题。采用暗物质正反粒子偶极子模型对各种场的性质与产生机理进行系统论述。电场、磁场、电磁波和引力场分别由正反粒子偶极子规律极化、定向偏转、诱导震荡和密度变化形成，实现暗物质与各种场物质合理统一。实际上，正反粒子偶极子是量子场论中场的基态，而采用不同方法分解出的正反粒子对是场的激发态。没有可见物质影响时，正反粒子偶极子本身不能形成场。当受到外界物质影响时，产生不同的势能，并形成各种场，即各种场是正反粒子偶极子的不同势能。正反粒子偶极子因为电荷存在而极化，进而产生电势能，并形成电场。正反粒子偶极子因为电流或磁性物质存在而轨道偏转，进而产生磁势能，并形成磁场。正反粒子偶极子因为可见物质密度提高，进而产生引力势能，并形成引力场。引力始终指向正反粒子偶极子密度升高的方向是可见物间只存在引力而不存在斥力的基本原因。正反粒子偶极子无处不在的存在以及可见物质致使正反粒子偶极子密度梯度变化是引力场及其超距传递的物质原因。当各种场变化时，存在着动能和势能的转化过程，在变化的过程中会以波的形式传递能量，正反粒子偶极子密度变化会传递引力波；引力波是正反粒子偶极子疏密变化而传递的纵波，并不是与电磁波类似的且具有偏振态的横波。引力波并不是所预测的面波，而是一种能量衰减极快的体波，这是引力波极难直接探测的根本原因。而电场和磁场的变化会传递电磁波。正反粒子偶极子本身也具有内能，正反粒子偶极子粒子不断地进行热运动，这种热运动会通过一定的电磁波进行能量交换。宇宙微波背景辐射是正反粒子偶极子的热运动，是唯一不能屏蔽的电磁波。

另外，解决了什么是量子力学本质的问题。微观粒子运动比灰尘在空中的随机飘散运动还要复杂，微观粒子与正反粒子偶极子的时时刻刻、无处不在地相互作用无法准确计算，描述微观粒子运动状态只能采用概率统计，这是量子力学随机性的根本原因。单个粒子不具有波动性，且完全符合宏观物质的运动规律；所观测到的光学干涉、衍射现象是正反粒子偶极子相互诱导震荡产生的。微观粒子与宏观物质的概率事件没有任何本质区别，在发生前，微观粒子的运动只能用空间概率函数描述其运动规律，一旦发生后，就像骰子落地停止一样，微观粒子的空间概率模型就变成单次确定性的事件。不论宏观概率事件，还是微观粒子的空间概率分布，总体上均符合概率函数规律；一旦单次概率事件揭晓，无数次的概率模型坍缩成单次的确定事件。波函数坍缩本质上是描述一个整体概率事件发生前的预测及其单次概率发生后的确定状态。任何物体都无时不刻、无处不在地通过诱导震荡与正反粒子偶极子相互作用并交换能量，这是任何物体都具有不断吸收和发出电磁波而产生热辐射的本质原因。

解决了宇宙如何演变的问题。种种自然现象、物理实验与天文观测明确表明宇宙并没有不断膨胀。如果宇宙膨胀，每个星体均会有一个稳定的膨胀方向，而宇宙微波背景辐射没有任何方向性，因此宇宙微波背景辐射并不是宇宙膨胀的证据。实际上，宇宙微波背景辐射是正反粒子偶极子热运动，是唯一不能屏蔽的电磁波。系统的逻辑性论证表明大爆炸理论具有大量不可调和的矛盾，并系统论证了穏恒态宇宙并不存在奥伯斯佯谬问题。任何没有循环机制的宇宙模型最终都会落入稳恒态。目前任何宇宙模型都没有建立良好的循环机制。任何稳恒态的宇宙模型一定有自己的循环机制，否则将陷入死寂，尤其没有氢气再生机制的宇宙模型是有悖事实的模型。恒星的形成是天体物理学领域中最为基础性的问题，它是解答其它宇宙问题所必须首先解决的问题。所有的恒星有着类似的形成机制，且均需要一个触发条件和持续吸积条件。触发条件为具有一定质量的星体或若干个星体集合；而持续吸积条件为一定的旋转速度。宇宙整体是穏恒态的，恒星和星系团（各种层级的）都有相同的形成、发展、死亡、再生机制。建立了有序无限循环时空宇宙模型。转速极快的中子星触发吸积后，由于吸积过程极度漫长，一些中子星无法点燃聚变，往往形成黑洞，形成巨大的吸积盘。黑洞是宇宙的清道夫，是宇宙氢气再生机器。宇宙与地球类似，星球与生命类似，星云与泥土类似。宇宙为星球提供场所，星云为星球提供土壤；星球出生于星云，百转千回还会回归为星云，反反复复有序无限循环。

生命生存条件是生命起源的首要条件。地球生命体系是已知的宇宙中唯一的生命体系，人类可以找到很多适合生命生存的星体，但将永远找不到一个安全、有效的星际旅行方法来抵达这些宜居星体。地球生命一定起源于地球，即使有人认为可能来自于地外星体，不仅要解决那个星体生命生存问题、生命旅行问题，同样也需要解决那个地外星体的生命起源问题。在多种生命起源的模拟实验中，阳光照射和化学物质高度浓缩汤是形成DNA单元的关键，在广阔的海洋、陆地及流动河流里均无法形成关键的生命浓缩汤。水陆边界的局部水域是形成原始生命浓缩汤的理想环境。水陆边界局部水域在长时间、无限次的干湿交替过程中，各种类型的DNA单元不断形成，且万亿种DNA单元的组合方式不断产生，这种大量的试错方式、优胜劣汰的适者生存原则，在生命产生之初就开始发挥及其重要的作用。相较于其他的氨基酸，更容易用现今蛋白质中发现的20多种氨基酸来实现自发连接。干湿交替的水陆边界局部水域环境不仅完美解决了核酸依赖于水但却容易被水分解的悖论，也完美诠释了为何生命在成千上万种可能性中只使用了那几种氨基酸。生命起源分四个阶段：小分子有机物形成、大分子有机物形成、多分子团聚体形成和原始细胞诞生。在大分子有机物形成阶段，自我选择的生命特征已经开始出现；在多分子团聚体形成阶段，自我选择发挥重要作用，自我复制的生命特征已经开始出现。在干湿交替和土壤的共同作用下，多分子团聚体已经出现自我隔离功能，而磷脂在自我选择的作用下不断胜出，不断形成具有自我选择、自我复制、自我隔离的完整生命特征的细胞。最初的细胞诞生在干湿交替的水陆边界，因此适应水陆两种不同的环境，这意味着水生生物和陆生生物同时产生。自我选择、自我复制、自我隔离是完整生命体必须具备的生命特征。病毒已经具备了自我选择、自我复制的生命特征，但病毒没有形成自我隔离的完整生命特征，病毒是生命起源的过渡性的、具有不完整生命特征的半生命体。一部分具有自我选择、自我复制的多分子团聚体形成了自我隔离的细胞膜，就诞生了具有完整生命特征的细胞。在生存竞争和协同作用下，病毒形成了对细胞的专一寄生性。这意味着病毒和细胞同时同地起源，唯一的差别是细胞具有自我选择、自我复制、自我隔离等完整生命特征的生命体，而病毒只具有自我选择、自我复制生命特征，但不具有自我隔离生命特征的半生命体。

惯性力需要在非惯性系才能体现出来，在非惯性系里需要引入惯性力才能应用牛顿第二定律，否则加速度找不到施力源。爱因斯坦提出的相对论解决了非惯性系中物体的动力学问题。但质增、尺缩和钟慢等效应实际上是假想的物质与时空变化，这产生了众多误解。因此，为了消除这些错误影响，提出物质、空间与时间等宇宙世界的规范描述规定。提出了记录和说明宇宙至少且只需要物质、空间和时间的宇宙三要素。首先，提出物质绝对论，物质具有无法创生或消灭的物质性、占据空间的空间性、必须连续存在的时间性、无法复制的唯一性、构成元素的粒子性、能量无法耗尽的能动性、不同形式的振动性与波动性；物质同时具有吸引力和推斥力，且不能无限压缩而密度无限大；物质运动状态与能量状态只有通过物质相互作用才能改变；物质是能量的本体与受体，没有物质能量无所依，没有物质能量无所传。不存在无物质的力，物质是力的本体与受体，只有物体才能作为施力物体与受力物体。物质的运动只能用物质度量，物质绝对空间运动无法度量。总之，物质是独立于意识之外且又能被意识所反映的客观实在。物质不能创生，也不能消失，只能从一种形式转变为另一种形式，或从一个空间运动到另一个空间。物质具有质量、占有空间，能够运动并携带能量。其次，提出了空间绝对论，空间位置不能脱离物质而单独标记，空间无法移动，也不能变形。空间为物质提供舞台，但空间与物质之间不存在任何作用力。空间具有连续性，宇宙无边界与中心。总之，空间提供物质位置、体积和形状信息，空间是不受任何外界事物影响的、连续的、无边界与中心的，不能变形的，绝对空间无法单独标记，只能通过参照物质进行标记和定位。最后，提出了时间绝对论，时间无始无终且不能中断。时间无法独立标记，只能采用事件或事物周期标记。时间不能伸缩，时间与物质之间不存在任何作用力。任何地点、任何时间都是同步的，不能某些地点是在过去，某些地点是在现在，某些地点是在将来。测量存在相对时间差，但事件的发生与观测效果无关。观测的时间差是可以度量的。

这也许是有史以来最革命的物理学和天文学著作，笔者也意识到推翻已经有口皆碑的光学理论、相对论、大爆炸理论等如同上刀山、下火海，但物理学和天文学出现了大量难以逾越的瓶颈，乱象环生，各种理论肆意生长，矛盾重重。笔者知识粗浅，无法驾驭包罗万象的物理学与天文学。但笔者相信，大道至简，更以“无知者无畏”心态，闯进这杀气腾腾的战场。希望能在乌云密布的天空，发现那七彩斑斓的彩虹。