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研究暗物质和量子场论的学者都注意了!

已有 48723 次阅读 2022-7-18 09:30 |个人分类:暗物质|系统分类:科研笔记

张延年 - 暗物质与宇宙模型.pdf

目前,研究暗物质的学者没有注意量子场的物质基础,研究量子场的学者,没有注意量子场与暗物质的联系!这样都会落入误区!



暗物质=隐态粒子=场态粒子=对称粒子=正反粒子偶极子=电偶极子



4.3 正反粒子偶极子经典场论

引力在宇宙中是一片独一无二的区域,引力和其它3种力似乎有着本质的不同。电磁力有时候互相吸引,有时候互相排斥,但引力却总是吸引的。这使它可以在大尺度上累加起来。当考察原子时,引力可以忽略不计,但一旦扩展到恒星、星云、星系的尺度上,引力便取代其它力成为主导因素。目前,未能把引力包含进统一体系。电场、磁场和引力场的传播速度均为光速,迄今,所有场物质粒子均未被发现,这里隐含着一个相同的逻辑——光速传播且不可见。另外,暗物质的分布规律与引力场的分布规律相同。实际上,这些场均与暗物质有关。

电子偶极子是一种正反粒子偶极子,各种正反粒子偶极子由于具有良好的对称性,因此具有类似的物理性质。因此,根据暗物质的各种特性,采用正反粒子偶极子模型统一场论。

4.3.1 电场

物理原理解释:当存在带电粒子时,无极性的正反粒子偶极子被极化。离带电粒子近的正反粒子偶极子极化程度大,随着逐渐远离带电粒子,正反粒子偶极子极化程度逐渐变小。这样,无极的正反粒子偶极子被极化,电偶极矩取向有规律的正反粒子偶极子对周围正反粒子偶极子也产生影响,带电粒子周围的正反粒子偶极子的极化由近及远变得规律,就形成电场(见图4.8)

                                             

4.8 正反粒子偶极子形成电场示意图

电场强度分析:

4.9带电粒子Q的场强电场强度示意图

4.9为带电粒子Q的场强电场强度示意图。正反粒子偶极子遍布整个宇宙空间,在“真空”中(或无可见物质,或正反粒子偶极子密度梯度变化较小),正反粒子偶极子均匀分布。任何一个电荷的极化能力是一定的,带电量越大,极化能力越大。而这种极化由近及远,连续不断传递。因此,在任何以带电粒子Q为球心的同心球面上的极化能力(极化强度)均相等。以带电粒子Q为球心的同心球面面积为(为同心球体半径),任意同心球面上被极化的正反粒子偶极子为(当同样强度时,假定极化程度相同,则极化数量相同;如极化程度提高,则极化数量会降低;如极化程度降低,则极化数量提高;为计算方便,假定正反粒子偶极子极化强度均相同,采用极化数量表示极化强度,本质是相同的),各同心球面上单位面积被极化的正反粒子偶极子数量均为

电场本质上是正反粒子偶极子极化形成的,电场强度为正反粒子偶极子的极化强度:

                          (4.1)

式中,为电场强度;k为系数,为常数;为圆周率;N为单位电荷在同心球面上极化的正反粒子偶极子数量,为常数;Q为带电量;为同心球体半径。

正反粒子偶极子的极化强度可简化为:

                         (4.2)

式中,K为常数。

电场是由正反粒子偶极子规律极化产生的,可采用正反粒子偶极子的极化来表示电场,采用正反粒子偶极子的极化强度可表示电场强度。采用正反粒子偶极子的极化表示电场反映电场本质上是暗(实体)物质的规律变化,使暗(实体)物质与()场物质得到合理统一。正反粒子偶极子的极化强度计算能够准确反映电场强度。

4.3.2 磁场

当空间存在直电流,将对正反粒子偶极子产生影响。为了研究方便,将正反粒子偶极子内正反粒子的运动方向分别投影到平行和垂直电流的方向。当正反粒子的运动方向垂直电流方向,将不受影响。当正反粒子的运动方向平行电流方向,电流对正反粒子的轨道有所影响。靠近电流一侧的带正电粒子的运动方向与电流一致时,远离电流一侧的带负电粒子的运动方向与电流相反,正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道向靠近电流方向移动。由于靠近电流一侧的带正电粒子的受力比远离电流一侧的带负电粒子的受力大,因此将产生一定的偏转和变形;当带负电粒子运动到靠近电流一侧时,带正电粒子在远离电流的一侧运动,此时正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道向远离电流方向移动,也将产生一定的偏转和变形。同样,靠近电流一侧的带正电粒子的运动方向与电流相反时,远离电流一侧的带负电粒子的运动方向与电流一致,正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道向远离电流方向移动。由于靠近电流一侧的带正电粒子的受力比远离电流一侧的带负电粒子的受力大,因此产生一定的偏转和变形;当带负电粒子运动到靠近电流一侧时,带正电粒子在远离电流的一侧运动,此时正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道向靠近电流方向移动,也将产生一定的偏转和变形。

由于电流存在,使正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道发生偏转,此时,正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道不在一个平面内运动,而是分别在两个交叉的平面内运动,场强越大,两个平面的夹角越大。如果电流是稳定的,会致使正反粒子偶极子内的正反粒子的运行平面发生偏转,形成稳定的磁场。

如图4.10所示,取一个通过电流的平面。为了研究方便,把运动分别投影到垂直平面的运动和平面内的运动。其中包括平面内的正反粒子的运动和垂直平面的正反粒子的运动。在电流的上半部分,平面内主要表现为带负电粒子的顺时针运动和带正电粒子的逆时针运动。在电流的下半部分,主要表现为带负电粒子的逆时针运动和带正电粒子的顺时针运动。而垂直于平面的正反粒子的运动并没有明显规律。由于在这个平面的正反粒子的运动由不规律变成了有规律运动,这样就形成了磁场。

4.10 直电流的磁场形成示意图

无限长载流直导线外:

正反粒子偶极子遍布整个宇宙空间,在“真空”中(或无可见物质,或正反粒子偶极子密度梯度变化较小),正反粒子偶极子均匀分布。一定的电流强度使正反粒子偶极子内的正反粒子偏转的能力是一定的,由近及远,连续不断向外传递。在以无限长载流直导线为圆心的同心圆上能够使正反粒子偶极子转动的数量均相等(当同样强度时,假定偏转程度相同,则偏转数量相同;如偏转程度提高,则偏转数量会降低;如偏转程度降低,则偏转数量提高;为计算方便,假定正反粒子偶极子的偏转强度均相同,采用偏转数量表示偏转强度,本质是相同的)。同心圆的周长为(为同心圆半径),各同心圆上转动的正反粒子偶极子数量均为,同心圆上单位长度转动的正反粒子偶极子数量为

磁场本质上是正反粒子偶极子规律转动形成的,无限长载流直导线外磁场强度为正反粒子偶极子偏转强度:

                    (4.3)

式中,为磁场强度;k为系数,为常数;N为单位电流在同心圆上转动正反粒子偶极子的数量,为常数;为圆周率;为电流强度;为同心圆半径。

无限长载流直导线外正反粒子偶极子的偏转强度可简化为:

                    (4.4)

4.11 环形电流的磁场形成示意图

同理,在环形电流的内部,平面内主要表现为带负电粒子的逆时针运动和带正电粒子的顺时针运动。在环形电流的外部,主要表现为带负电粒子的顺时针运动和带正电粒子的逆时针运动(见图4.11)。而垂直于平面的正反粒子的运动并没有明显规律。由于在这个平面的正反粒子的运动由不规律变成了有规律运动,这样就形成了磁场。

正反粒子偶极子遍布整个宇宙空间,在“真空”中(或无可见物质,或正反粒子偶极子密度梯度变化较小),正反粒子偶极子均匀分布。一定的电流强度使正反粒子偶极子定向转动的能力是一定的,由近及远,连续不断向外传递。在环形电流周围(当同样强度时,假定偏转程度相同,则偏转数量相同;如偏转程度提高,则偏转数量会降低;如偏转程度降低,则偏转数量提高;为计算方便,假定正反粒子偶极子的偏转强度均相同,采用偏转数量表示偏转强度,本质是相同的),磁场强度为环形电流的磁场强度叠加。以各微小段为中心的同心圆的周长为(为同心圆半径),各同心圆上转动的正反粒子偶极子数量均为。在圆环的圆心处,与各小段均垂直,因此环形电流平面中心处转动的正反粒子偶极子数量为

磁场本质上是正反粒子偶极子规律转动形成的,环形电流平面中心处磁场强度为正反粒子偶极子偏转强度:

                    (4.5)

式中,为磁场强度;k为系数,为常数;N为单位电流在同心圆上转动正反粒子偶极子的数量,为常数;为电流强度;为同心圆半径。

环形电流圆心点的正反粒子偶极子的偏转强度可简化为:

                     (4.6)

磁场是正反粒子偶极子内的正反粒子的运动平面发生规律偏转产生的可采用正反粒子偶极子的偏转来表示磁场,采用正反粒子偶极子的偏转率表示磁场强度。采用正反粒子偶极子的偏转表示磁场反映磁场本质上是暗(实体)物质的规律变化,使暗(实体)物质与()场物质得到合理统一。正反粒子偶极子偏转强度计算能够准确反映磁场强度。

4.3.3 电磁场

4.12 电磁波的形成示意图

当正反粒子偶极子受到电磁波源的影响,由于获得大量的能量,正反粒子的运动产生震荡,正反粒子偶极子就形成了一对振荡正反粒子偶极子(见图4.12)。振荡正反粒子偶极子对周围的正反粒子偶极子产生作用,使其成为振荡正反粒子偶极子。因此相邻的正反粒子偶极子的电偶极矩取向与该正反粒子偶极子的电偶极矩变化相协调,这样形成电磁波不断传递能量。

现有理论为:LC电路能产生振荡电流,正负电荷不断在天线两端间振荡,因此它实际上就是一个振荡电偶极子。振荡电偶极子不断发射出电磁波。

麦克斯韦方程组,是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。它由四个方程组成:描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律和描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。

麦克斯韦方程组的四个方程共同组成:

高斯定律:该定律描述电场与空间中电荷分布的关系。电场线开始于正电荷,终止于负电荷。计算穿过某给定闭曲面的电场线数量,即其电通量,可以得知包含在这闭曲面内的总电荷。

高斯磁定律:磁单极子实际上并不存在。所以,没有孤立磁荷,磁场线没有初始点,也没有终止点。磁场线会形成循环或延伸至无穷远。

法拉第感应定律:该定律描述时变磁场怎样感应出电场。一块旋转的条形磁铁会产生时变磁场,这又接下来会生成电场,使得邻近的闭合电路因而感应出电流。

麦克斯韦-安培定律:该定律阐明,磁场可以用两种方法生成:一种是靠传导电流,另一种是靠时变电场,或称位移电流。

在电磁学里,麦克斯韦修正项意味着时变电场可以生成磁场,而由于法拉第感应定律,时变磁场又可以生成电场。这样,两个方程在理论上允许自我维持的电磁波传播于空间。

麦克斯韦方程组有两种表达方式。

1. 积分形式的麦克斯韦方程组是描述电磁场中电场、磁场的性质以及变化的电场、磁场间联系的数学模型。表达式为:

                                   (4.7)

                                       (4.8)

                                (4.9)

                            (4.10)

式中,H为磁场强度;为电流面密度;E为电场强度;B为磁感应强度;D为电位移矢量;S为闭合曲面;为电荷体密度。

(4.7)是高斯定律的表达式,说明在时变的条件下,从任意一个闭合曲面出来的D的净通量,应等于该闭曲面所包围的体积内全部自由电荷之总和。

(4.8)表示磁通连续性原理,说明对于任意一个闭合曲面,有多少磁通进入曲面就有同样数量的磁通离开。即B线是既无始端又无终端的;同时也说明并不存在与电荷相对应的磁荷。

(4.9)是法拉第电磁感应定律的表达式,它说明电场强度E沿任意闭合曲线的线积分等于穿过由该曲线所限定面积的磁通对时间的变化率的负值。这里提到的闭合曲线,并不一定要由导体构成,它可以是介质回路,甚至只是任意一个闭合轮廓。

(4.10)是由安培环路定律推广而得的全电流定律,其含义是:磁场强度H沿任意闭合曲线的线积分,等于穿过此曲线限定面积的全电流。等号右边第一项是传导电流.第二项是位移电流。

2. 微分形式的麦克斯韦方程组。

                                      (4.11)

                                       (4.12)

                                    (4.13)

                                   (4.14)

式中,为梯度算子。

(4.11)是静电场高斯定律的推广,即在时变条件下,电位移D的散度仍等于该点的自由电荷体密度。

(4.12)是磁通连续性原理的微分形式,说明磁通密度B的散度恒等于零,即B线是无始无终的。也就是说不存在与电荷对应的磁荷。

(4.13)是法拉第电磁感应定律的微分形式,说明电场强度E的旋度等于该点磁通密度B的时间变化率的负值,即电场的涡旋源是磁通密度的时间变化率。

(4.14)是全电流定律的微分形式,它说明磁场强度H的旋度等于该点的全电流密度,即磁场的涡旋源是全电流密度,位移电流与传导电流一样都能产生磁场。

麦克斯韦电磁场理论的要点可以归结为:

电与磁相互作用都是通过它们之间的中间区域传递的,不论中间区域是真空还是实体物质。

电能或磁能不仅存在于带电体、磁化体或带电流物体中,其大部分分布在周围的电磁场中。

导体构成的电路若有中断处,电路中的传导电流将由电介质中的位移电流补偿贯通,即全电流连续。且位移电流与其所产生的磁场的关系与传导电流的相同。

磁通量既无始点又无终点,穿过任意形状的闭合曲面的磁通量皆为零,即不存在磁单极(单独的N极或S极)

光波是一种电磁波。

1868年麦克斯韦从理论预言了电磁波的存在,1888年赫兹通过振荡电偶极子的一系列实验,实现了电磁波的发射和接受,证实了电磁波的存在。

赫兹实验:将两段铜杆沿同一直线架设,在其相临的两端端点上均焊有一个光滑的铜球。两球间留有小的空隙(0.1mm),两铜杆分别用导线联接到高压感应圈的两极上。感应圈周期地在两铜球之间产生很高的电势差,当铜球间隙的空气被击穿时,电流往复振荡通过间隙产生电火花,这种赫兹振子就相当于一个振荡电偶极子。由于电路的的电容和自感均很小,因而振荡频率可高达108Hz,从而强烈地发射出电磁波。由于铜杆有电阻且在空气中产生电火花,因而其上的振荡电流是衰减的,发出的电磁波也是减幅的。但感应圈不断地使空隙充电,振荡电偶极子就间隙地发射出减幅振荡电磁波。


4.13 电磁波传播机制

4.13为震荡电偶极子的电磁波传播机制,而电偶极子本质上是正反粒子偶极子,计算方法也完全一致。电磁波是由正反粒子偶极子振荡产生的,可采用正反粒子偶极子的振荡频率表示电磁波,采用正反粒子偶极子的振荡率表示电磁波强度,采用正反粒子偶极子的振荡频率区分电磁波的种类。采用正反粒子偶极子的振荡表示电磁波反映电磁场本质上是暗(实体)物质的规律变化,使暗(实体)物质与(电磁)场物质得到合理统一。

4.3.4 引力场

由于星体与正反粒子偶极子的相互作用,而使正反粒子偶极子的密度提高,星体的质量越大,正反粒子偶极子的密度提高越多,星体的质量越小,正反粒子偶极子的密度提高越少;离星体近的空间正反粒子偶极子密度大,离星体远的空间正反粒子偶极子密度小。同样,物体或星体的质量越大,正反粒子偶极子的密度提高越多,物体或星体的质量越小,正反粒子偶极子的密度提高越少。由于物质对正反粒子偶极子的吸引作用,使正反粒子偶极子的密度变化,这样就形成了引力场。

正反粒子偶极子遍布整个宇宙空间,在“真空”中(或无可见物质,或正反粒子偶极子密度梯度变化较小),正反粒子偶极子均匀分布。一定质量M的物质吸引正反粒子偶极子的能力是一定的,正反粒子偶极子间距缩小,间距小于平衡位置,正反粒子偶极子间的吸引力和推斥力均提高,而推斥力提高较快,质量M的物质的吸引力平衡掉推斥力与吸引力增量差值,形成一个新的平衡。这种吸引力是一种弹性力,由近及远,连续不断传递。在任何质量M的质心为球心的同心球面上的吸引力综合均相等,同心球面面积为(为同心球体半径),各同心球面上吸引的正反粒子偶极子的数量均为(当引力强度相同是,如间距缩小的程度相同,则吸引的正反粒子偶极子数量相同;如间距缩小程度提高,则吸引的正反粒子偶极子数量会降低,如间距缩小程度降低,则吸引的正反粒子偶极子数量提高;这里只采用吸引的正反粒子偶极子数量表示吸引强度,本质是相同的),各同心球面上单位面积上吸引的正反粒子偶极子为

引力场本质上是正反粒子偶极子密度变化形成的,万有引力为正反粒子偶极子吸引强度:

                          (4.15)

式中,为引力场强度;k为系数,为常数;N为单位质量在同心球面上吸引的正反粒子偶极子数量,为常数;为圆周率;M为物质质量;为同心球体半径。

正反粒子偶极子吸引强度可简化为:

                            (4.16)

引力场是由正反粒子偶极子密度梯度变化产生的,吸引力始终指向正反粒子偶极子密度增加最大的方向。只要有可见物质,正反粒子偶极子的密度均会提高,因此宏观物质只表现为引力,而不表现为斥力。可采用正反粒子偶极子的密度变化率表示引力场强度,这反映引力场本质上是暗(实体)物质的规律变化,使暗(实体)物质与(引力)场物质合理统一。正反粒子偶极子吸引强度计算能准确反映引力场强度。

总之,采用正反粒子偶极子模型可以很好地解释电场、磁场、电磁波和引力场,实现了场论的统一。暗物质正反粒子偶极子理论建立在暗物质极化、定向偏转、震荡感应和密度变化的基础上放弃了物质引起时空变形的弯曲时空理论。通过进一步的正反粒子偶极子模型研究,可以逐渐取代场论的概念,使场具有实体物质的物理含义。

实际上,在量子场论中的正反粒子偶极子是场的基态,而采用不同方法分解出的正反粒子对是场的激发态。

4.4 经典场论与量子场论辩证统一

4.4.1 粒子分类

粒子的存在状态包括显现态和隐身态。只有对称的正反粒子偶极子才能处于隐身态,这是由于垂直于正反粒子偶极子偶极方向辐射最强,而平行正反粒子偶极子偶极方向辐射为零。如果把振动电子视为偶极,则在反射光方向辐射为零。也就是说,具有高度对称性的正反粒子偶极子只能向前传递电磁波,无法反射电磁波。因此,对称性完好的正反粒子偶极子可被称为隐态粒子场态粒子

实际上,暗物质是由隐态粒子构成的,而这些隐态粒子能够形成各种场。而这些粒子之所以能够成为隐态粒子主要由于对称性,而这些粒子实际上就是正反粒子对,而我们通常谈论的电偶极子实际上就是正反粒子偶极子,即:

暗物质=隐态粒子=场态粒子=对称粒子=正反粒子偶极子=电偶极子

除正反粒子偶极子以外的其他任何非对称粒子一定处于显现态,这是由于粒子的对称性破缺可以使电磁波反射,因此,对称性破缺的粒子可被称为显态粒子

光子是一种电磁相互作用的媒介粒子,实际上是粒子间相互诱导力,粒子通过相互诱导传递能量,主要表现形式是电磁波。锁定场态粒子、半锁定场态粒子和自由场态粒子均可以传递电磁波。

胶子是强相互作用的媒介粒子,实际上是粒子中锁定场态粒子传递的电磁相互作用。由于电磁力同时存在吸引力和排斥力,在平衡位置吸引力和排斥力平衡,形成所谓的渐近自由;当大于平衡间距时,吸引力显著大于排斥力,进而形成禁闭现象。

WZ玻色子是弱相互作用的媒介粒子,实际上是粒子间的半锁定场态粒子间传递的电磁相互作用,而半锁定场态粒子是弱相互作用粒子的组成部分,因此半锁定场态粒子不仅可以传递电磁相互作用,也可以相互传递粒子。

粒子共分为场态粒子、显态粒子和虚拟粒子3类。

场态粒子又称隐态粒子,场态粒子包括所有正反粒子偶极子,是一种对称粒子。场态粒子包括锁定场态粒子、半锁定场态粒子和自由场态粒子。

显态粒子是除正反粒子偶极子以外的其他任何非对称粒子。属于对称性破缺粒子。对称性破缺包括电荷对称性破缺、质量对称性破缺、运动状态对称性破缺等。

虚拟粒子是相互作用的媒介粒子,不是真实存在的粒子,仅仅是粒子间某种状态的相互作用,也可以理解为粒子间的能量交换。

虚拟粒子本质上是粒子间的相互作用,长期以来被称为粒子,这是为了衔接现有理论而提出的。虚拟粒子对于粒子的动力学研究至关重要,但物质与相互作用有着本质区别,虚拟粒子的概念将会被逐渐弱化,相互作用的概念会逐渐被强化并取代虚拟粒子而成为规范性描述词语。

4.4.2 量子场论的物质基础

在过去,大部分人认为正反粒子相遇便化为乌有,或凭空产生正反粒子对,这是由于他们不了解暗物质的本质。实际上,粒子是相互转化的,仅仅是一种物质转化为另外一种物质而已,物质并没有产生或消灭。

“场”这个名词是物理学家认识物质的历史产物,过去一直认为电荷间相互作用是由电磁场产生。光子是一种虚拟粒子,是粒子间相互作用的媒介粒子,是粒子间某种状态的相互作用,同时通过相互作用交换能量。量子电动力学就是采用这一思想建立起来的。量子点动力学采用光子交换来解释电荷间的相互作用,这就将显态粒子、场态粒子、虚拟粒子和场的概念统一起来。

然而,关于重力场的产生原因,至今没有得到本质解释。也有人提出重力场是由于物质间交换重力子所致,而重力子是否存在,尚无法肯定。

粒子间交换的光子实际上是通过粒子间的相互作用而交换的能量,而重力子本质上也是粒子间相互作用而交换的能量,只是由于场态粒子空间分布密度的梯度,致使场态粒子的空间对称性破缺,由于密度对称性破缺致使相互作用即交换能量产生差异,进而产生了差值。在这种意义上,重力子也是一种虚拟粒子,且是一种作用状态或能量交换的差值。

总之,场是粒子的表现形式,即场是粒子产生的,场的本身是粒子间伴随能量(光子)交换的作用传递。严格地说,尝试不同类型粒子的对称性破缺而产生的伴随能量(光子)交换的作用传递。由此可见,场论就是研究粒子的理论,场论的具体研究内容包括:

①研究粒子(包括场态粒子和显态粒子)的性质;

②研究粒子运动规律;

③研究粒子(包括场态粒子和显态粒子)间伴随能量(虚拟粒子或称光子)交换的相互作用;

④研究粒子(包括场态粒子和显态粒子)间相互转化的概率。

实际上,量子电动力学就是研究场态粒子、显态粒子通过交换虚拟粒子相互作用和相互转化的学问,是场论的重要内容。量子点动力学获得辉煌成就,它能够定量说明场态粒子、显态粒子和虚拟粒子的许多现象,特别是用量子点动力学的理论计算出来的电子附加磁矩和氢光谱能级,得到了实验的精确验证。但早期的量子电动力学还存在严重的缺点,就是用量子电动力学的理论计算出的电子自能,电子本身的质量、电荷等是无限大的,只能采用重整化消除这种无限大。而重整化的假设并没有包含在量子点动力学的原始理论和原始方程式中,因此破坏了逻辑的完整性。

量子场论为描述多粒子系统,尤其是包含粒子产生和湮灭过程的系统,提供了有效的描述框架。粒子产生和湮灭过程本质上就是场态粒子和显态粒子的相互转化过程。

实际上,量子场论是经典场论的自然推广,它能够解释所谓的粒子诞生与湮灭,而这些过程在量子力学中并不存在,而且量子场论能够“神奇地”解决量子力学中的因果问题。量子场论中最为简单实用的是量子电磁学。本质上场态粒子不断被激发而不断是正反粒子创生与湮灭。

在量子场论中,人类认为是粒子的物质其实是量子场自身的激发。实际上,是暗物质粒子,是正反粒子偶极子,是场态粒子,本质上就是场物质。

最被熟悉的电场和磁场,就是场态粒子之间伴随不断能量交换的作用传递。而这种能量传递以电磁波的形式交换传递,而这种以电磁波传递的能量是被熟知的光子,是一种虚拟粒子。

量子场是个复杂的体系。原因一部分在于其涵盖了物理学所有领域:量子场能够描述大量粒子以各种不同方式进行相互作用。另一个原因是量子场论的深奥。

海森伯测不准关系意味着量子场并不是静止的。相反,它会产生泡沫并沸腾,就像是由粒子和反粒子形成的一锅沸腾的汤,不断产生与毁灭。量子场论深奥之处就源于这一过程的复杂性,即便是理解量子场论中的虚无都十分困难。随着向真空中添加粒子,它会以各种有趣方式扭曲。大部分有关量子场论研究的目标在弄明白这种扭曲、弄明白扭曲是如何引起粒子间相互作用的,以及最终,粒子的相互作用又是如何形成各种美丽自然现象。这些理解过程并非易事。尽管距离量子场论的发现已经过去了几十年,想要理解量子场论中所有的精妙之处,前方仍有漫漫长路。

物质既不消灭,也不创生,其量总是守恒的,这就是所谓的物质守恒原理。物理变化中不论物体的形状、状态、位置如何变化,所蕴含的质量不变;物体分裂成几个部分时,各部分质量之和等于原物体质量。在孤立系统中,不论发生何种变化或过程,其总质量保持不变。质量守恒定律是自然界普遍存在的基本定律之一。它表明质量既不会被创生,也不会被消灭,而只会从一种物质转移到为另一种物质,总量保持不变。

物理变化质量守恒:物理变化中不论物体的形状、状态、位置如何变化,所蕴含的质量不变;物体分裂成几个部分时,各部分质量之和等于原物体质量。即使当物体加减速运动时,动质量也不会变化,动质量恒定等于静止质量。

化学反应质量守恒:化学反应因没有原子变化,质量总是守恒的。化学反应中的质量守恒包括原子守恒、电荷守恒、元素守恒等几个方面。

核反应的质量守恒:由于锁定场态粒子、半锁定场态粒子与自由场态粒子相互转化,锁定场态粒子和半锁定场态粒子位于显态粒子之中,这里存在着场态粒子和显态粒子的相互转化,表面上看,显态粒子的质量发生了变化,但本质上,仅仅是场态粒子和显态粒子的相互转化,质量仍守恒。

量子场论认为粒子可以凭空产生和消失,从此认为物质守恒定律被打破。而实际上,并不是粒子真的凭空产生或消失,而是场态粒子的对称性破缺与恢复的往复变化过程,也就是量子场论中场的基态和激发态的往复变化过程。场态粒子的对称性破缺而形成显态粒子,而对称性恢复又形成了场态粒子。量子场论认为的粒子凭空产生和消失本质上是场态粒子和显态粒子的相互转化,仅仅是粒子存在状态的变化,物质没有创生,也没有消灭。实际上,场态粒子是量子场论的物质基础。

4.4.3 场的本质

没有显态粒子(可见物质)或场态粒子(暗物质),就不会有场。只有场态粒子时,场态粒子通过相互作用而不断交换能量,这种相互作用而交换的能量为虚拟粒子。若不存在显态粒子,场态粒子处于均匀分布状态,场态粒子会保持良好的对称性,场态粒子的各种相互作用也是相对对称的,因此不会表现为场的特性。但场态粒子与周围的场态粒子不断相互作用交换能量,这种相互交换的能量只能通过微波背景辐射的形式表现出来。

虚拟粒子是场的表现形式,不是真实存在的粒子,仅仅是粒子间某种状态的相互作用,这种作用即包括显态粒子间的相互作用,也包括场态粒子间的相互作用,更包括显态粒子和场态粒子间的相互作用。总之,虚拟粒子是各种粒子间的相互作用,但这种相互作用在量子层级上主要通过交换能量来表现,而宏观上主要表现为场,即表现为显态粒子与显态粒子的“超距”相互作用。所有的场都是通过场态粒子以不同的作用形式传递的,因此,显态粒子的相互作用是不能超距的,只能通过场态粒子以不同场的形式传递。

当显态粒子出现在场态粒子中,由于显态粒子的不均匀分布、电荷的不均匀分布以及运动状态的不均匀,场态粒子存在的对称性破缺,进而产生不同势能,并形成各种场,即各种场是场态粒子的不同势能。

当场态粒子中出现显态粒子时,显态粒子一旦出现电荷对称性破缺,就会引起场态粒子规律性地电荷对称性破缺,场态粒子出现规律极化,进而产生电势能,并形成电场。场态粒子由于显态粒子的电荷运动状态出现对称性破缺,场态粒子内部电荷轨道偏转,进而产生磁势能,并形成磁场。场态粒子或显态粒子的势能变化一定伴随着粒子的相互作用,即虚拟粒子参与粒子间的相互作用,进一步地,如果没有虚拟粒子(相互作用或能量交换),粒子的运动状态或能量状态不会改变,场的状态也不会发生改变。由于电荷对称性破缺而进行的能量交换以电磁波的形式传递,光子就成为了相互作用而传递能量的虚拟粒子。

显态粒子质量对称性破缺,就会引起场态粒子规律性质量对称性破缺,进而产生场态粒子整体密度对称性破缺,场态粒子密度变化产生引力势能,并形成引力场。引力场也是通过场态粒子通过相互作用交换能量的电磁波传递,但由于场态粒子的密度分部不均匀,密度梯度引起受力不均匀,即引力场是密度分部不均匀形成的差值,而这个差值与密度梯度相关,因此引力远远小于电场力和磁场力。一般情况下,场态粒子密度梯度较小,场态粒子通过密度规律性变化传递引力波。由于场态粒子密度变化很少突变,且密度变化传递的电磁波差值是体波,能量衰减更快,因此,引力波很难探测到。

显态粒子一旦出现运动状态对称性破缺,就会引起场态粒子规律性运动状态对称性破缺,形成惯性势能。场态粒子粒子惯性势能的规律性变化传递惯性波。

场态粒子和显态粒子的作用都是通过虚拟粒子传递的,虚拟粒子本质上是各种粒子间相互作用交换能量,总体上是以电磁波的形式传递力和能量,即粒子间的相互作用可以采用波的形式进行描述。

4.4.4 粒子与场辩证统一

确认能够以自由状态存在的各种最小物质统称为粒子。电子、中子、质子等是最早认识的一批粒子,陆续发现了大量的粒子的数目达数百种,粒子是物质存在的一种基本形式。

场是物质存在的另一种形式,这主要在于各种正反粒子偶极子是弥散于全空间并形成各种不同的场,它们互相渗透和相互作用着。正反粒子偶极子的不同势能对应不同形式的场,场的激发表现为正反粒子偶极子电离或粒子对显现,不同激发态表现为粒子的数目和状态不同。场的退激发表现为粒子对结合或正反粒子偶极子隐身。场的相互作用可以引起激发态的改变,表现为粒子的各种反应过程,也就是说场是物质存在的另一种基本形式。

而物质处于显现态时主要表现为粒子性,处于隐身态时主要表现为场的特征。因此,物质的粒子和场是辩证统一的。

场态粒子内部的对称粒子时刻运动,偶极矩不断变化,产生各种不同的瞬时偶极。另外,场态粒子之间的瞬时偶极也会相互诱导,粒子间也会产生诱导偶极。场态粒子的各种运动状态的概率相同,因此整体上具有良好的对称性。

当只有场态粒子时,场态粒子电荷、质量、密度、状态等都是均匀的,具有良好的对称性。在没有显态粒子时,场态粒子对称性不会自发破缺。

当场态粒子中出现显态粒子时,显态粒子一旦出现电荷对称性破缺,就会引起场态粒子规律性地电荷对称性破缺,形成电磁场。即电磁场是由于显态粒子电荷对称性破缺引起场态粒子规律性电荷对称性破缺产生的。

显态粒子质量对称性破缺,就会引起场态粒子规律性质量对称性破缺,进而产生场态粒子整体密度对称性破缺,形成引力场。即引力场是由于显态粒子质量对称性破缺引起场态粒子规律性质量对称性破缺产生的。

当显态粒子一旦出现运动状态对称性破缺,就会引起场态粒子规律性运动状态对称性破缺,形成惯性场。即惯性场是由于显态粒子运动状态对称性破缺引起场态粒子运动状态对称性破缺产生的。

只有显态粒子或只有场态粒子都不会形成场,只有显态粒子和场态粒子不断地相互作用才能产生场。场是场态粒子和显态粒子相互作用形成的,粒子和场是辩证统一的。有的时候我们专注于粒子的粒子性,有的时候我们专注于粒子的场的特性,但二者是无法分割的,因此场具有粒子的一切特征,包括质量、动量和能量。

小结

(1) 宇宙之所以有序运转,一切皆因万有引力。如果失去万有引力,宇宙将陷于极度混沌状态,更不会有生命的存在。因此,要了解宇宙的过去、现在与未来,首先要了解万有引力规律。

(2) 暗物质粒子是连接星系与行星的谱带,暗物质具有传递能量的粒子效应。暗物质可以与不同可见物质相互作用,是物质间万有引力的传递桥梁,并能够合理解释万有引力超距作用。

(3) 已经有大量的实验研究表明在真空中可以生成电子对,且电子对可以湮灭消失,暗物质粒子是稳定的正反粒子偶极子粒子,但主要成分为电子偶极子。

(4) 建立暗物质正反粒子偶极子模型,一个正反粒子偶极子中含有一对正反粒子,正反粒子相互作用,不停地围绕共同的中心做圆周运动,在一般的情况下,正反粒子偶极子既不显电性也不显磁性。

(5) 正反粒子偶极子是一种能量较低的稳定粒子,在一定条件下吸收足够的能量电离成电子对;而电子对在一定的条件下释放出能量,形成较稳定的正反粒子偶极子。

(6) 正反粒子偶极子之间的作用力包括瞬时库仑力、瞬时洛伦兹力、瞬时取向力和瞬时诱导力,均同时存在吸引力和推斥力。当正反粒子偶极子处于任何一个稳定的平衡状态时,吸引力与推斥力平衡,此时间距为平衡间距;当正反粒子偶极子间距小于平衡间距时,吸引力与推斥力均提高,而推斥力提高较快;当正反粒子偶极子间距大于平衡间距时,吸引力与推斥力均减小,而推斥力降低较快。而这里的平衡态,都是暂时的,一旦边界条件或内部条件变化,都会形成一个新的平衡态。

(7) 可见物质与正反粒子偶极子之间的作用力包括瞬时库仑力、瞬时洛伦兹力、瞬时取向力和瞬时诱导力,均同时表现为吸引力和推斥力。因此,可见物质与正反粒子偶极子之间的作用力主要表现为吸引力和推斥力。随着间距增大而减小,随着间距减小而增大。在一定距离内,瞬时取向力和瞬时诱导力主要表现为相互吸引力,总会吸引一定数量的正反粒子偶极子在可见物质周围,因此二者有变密的趋势。当密度逐渐增大,使正反粒子偶极子有压缩变形的趋势,使推斥力增加较多,正反粒子偶极子在一定密度时,吸引力和推斥力达到平衡状态。

(8) 正反粒子偶极子遍布整个宇宙。如果没有可见物质,正反粒子偶极子将均匀分布。当空间存在可见物质,正反粒子偶极子的密度提高,可见物质质量越大,正反粒子偶极子的密度提高越多。正反粒子偶极子的密度具有一定的梯度,随着距离增加而密度降低。

(9) 电场是由正反粒子偶极子规律极化产生的,可采用正反粒子偶极子的极化来表示电场,采用正反粒子偶极子的极化强度可表示电场强度。采用正反粒子偶极子的极化表示电场反映电场本质上是暗(实体)物质的规律变化,使暗(实体)物质与()场物质得到合理统一。用正反粒子偶极子的极化强度计算能够准确反映电场强度。

(10) 由于电流存在,是正反粒子偶极子内的正反粒子轨道发生偏转,此时,正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道不在一个平面内运动,而是分别在两个交叉的平面内运动,如果稳定的电流,会致使正反粒子偶极子内的正反粒子的运行平面发生偏转,形成稳定的磁场。磁场是正反粒子偶极子内的正反粒子的运动平面发生规律偏转产生的,可采用正反粒子偶极子的偏转来表示磁场,采用正反粒子偶极子的偏转率表示磁场强度。采用正反粒子偶极子的偏转表示磁场反映磁场本质上是暗(实体)物质的规律变化,使暗(实体)物质与()场物质得到合理统一。正反粒子偶极子偏转强度计算能够准确反映磁场强度。

(11) 电磁波是正反粒子偶极子震荡传递的,震荡正反粒子偶极子本质上是微观震荡电偶极子,也是电磁波传递机理背后的物理原因。采用正反粒子偶极子的振荡频率区分电磁波种类,这反映电磁波本质上是暗(实体)物质的相互作用规律,使暗(实体)物质与(电磁)场物质合理统一。

(12) 引力场是由正反粒子偶极子密度规律变化产生的,可采用正反粒子偶极子的密度变化表示引力场,采用正反粒子偶极子的密度变化率表示引力场强度。引力始终指向正反粒子偶极子密度梯度增加最大方向是可见物之间只存在引力而不存在斥力的物理原因,并且是引力场超距作用的根本原因。因此正反粒子偶极子引力不仅具有合理的理论基础,更具有坚实的物质基础。正反粒子偶极子无处不在地存在使引力这种梯度力能够伸向无穷远。采用正反粒子偶极子的密度变化表示引力场反映引力场本质上是暗(实体)物质的规律变化,使暗(实体)物质与(引力)场物质得到合理统一。正反粒子偶极子密度变化计算和正反粒子偶极子吸引强度计算均能够准确反映引力场强度。

(13) 采用正反粒子偶极子模型可以很好地解释电场、磁场、电磁波和引力场,实现了场论的统一。暗物质正反粒子偶极子理论建立在暗物质极化、定向偏转、震荡感应和密度变化的基础上,放弃了物质引起时空变形的弯曲时空理论。通过进一步的正反粒子偶极子模型研究,可以逐渐取代场论的概念,使场具有实体物质的物理含义。

(14) 暗物质和可见物质在本质上没有区别,且二者可以相互转化;唯一的区别是暗物质粒子是对称粒子组成,而可见物质粒子是不对称的。

(15) 粒子的存在状态包括显现态和隐身态。只有对称的正反粒子偶极子才能处于隐身态,这是由于垂直于正反粒子偶极子偶极方向辐射最强,而平行正反粒子偶极子偶极方向辐射为零。如果把振动电子视为偶极,则在反射光方向辐射为零。场态粒子包括所有正反粒子偶极子,是一种对称粒子,暗物质=隐态粒子=场态粒子=对称粒子=正反粒子偶极子=电偶极子。

(16) 显态粒子是除正反粒子偶极子以外的其他任何非对称粒子,属于对称性破缺粒子。虚拟粒子是相互作用的媒介粒子,不是真实存在的粒子,仅仅是粒子间某种状态的相互作用,也可以理解为粒子间的能量交换。虚拟粒子本质上是粒子间的相互作用,长期以来被称为粒子,这是为了衔接现有理论而提出的。虚拟粒子对于粒子的动力学研究至关重要,但物质与相互作用有着本质区别,虚拟粒子的概念将会被逐渐弱化,相互作用的概念会逐渐被强化并取代虚拟粒子而成为规范性描述词语。

(17) 只有显态粒子或只有场态粒子都不会形成场,只有显态粒子和场态粒子不断地相互作用才能产生场。场是场态粒子和显态粒子相互作用形成的,粒子和场是辩证统一的。没有可见物质影响时,暗物质本身不能形成场。当受到外界物质影响时,产生不同的势能,并形成各种场,即各种场是场态粒子的不同势能。

(18) 量子场论认为的粒子凭空产生和消失本质上是场态粒子和显态粒子的相互转化,仅仅是粒子存在状态的变化,物质没有创生,也没有消灭。实际上,场态粒子是量子场论的物质基础。




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