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对物理学的思考(八)
2019-08-21
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    --宇宙大对撞

    上下四方曰宇,古往今来曰宙,宇宙乃物质运动的无穷时空是也。而时空是运动物质的存在形式。所有的物质运动都是在时空中运动的,有时空则一定有物质在其中运动。

    一定物质运动形式有开始,也就有终结。这样所有一定物质运动存在形式的时空也就有开始与终结。比如一个人,从一出生他的时空就开始了,隨着他成长由幼年、少年、中年、老年到去世,人就在他所在的时空中成长、活动着,去世后他的时空也就不存在了。这也正是人用岁数来标注的原由。但这并不意味着时空(宇宙)是隨人的降生而创生,随人的去世而消失。因为人从一开始就是由各种原素组合而成的,去世后又转化成这些原素而去,这些原素运动存在的时空是早就存在了的。也就是说作为一个具体的物质运动,它必定是由另一些物质运动形式转化而来的,最终又必将转化为另一些物质运动形式而去。这样这个具体的物质运动存在的时空就是有开始与终结了,但作为更大的物质运动系统时空是没有什么开始与终结的,只是其中的物质运动形式在不停的运动变化着,从一种物质运动形式变化成另一种物质运动形式而己。

    这样,对一种确定的物质运动形式它是有始有终的。但作为更大的物质运动系统(时空)而言,其只是由一种物质运动形式变化成另一种物质运动形式。如对于人的时空,他由出生开始到死而结束,但对于组成人的物质(原素)只是由一种运动形式变化成另一种物质运动形式,即由原来零乱的元素组成了有序组合的人,并随着人的终老去世,又由人转化为元素而去。但对于更大的物质运动系统(时空)而言,时空并不是由人的出生而开始,更不是因人的死亡而结束,而是它其中的物质运动形式由一种运动形式变成另一种物质运动形式。如地球所在的运动时空,决不是由那个人的死活而决定的,而是由地球运动物质所决定的。同样,地球物质运动形式又是太阳系物质运动中的一部分,时空也不会因地球的生存与消失而决定。同样太阳系物质运动又是银河系物质运动中的一部分,时空也不会因太阳系物质运动的出现与消失而决定……也就是一种物质运动形式系统只是比其大的物质运动形式系统的部分,它只不过是大系统中一种物质运动形式变化成另一种物质运动形式,由此它的出现与消失只决定了它自身的时空,而并不能决定比它大的物质运动系统时空的存在。而宇宙是所有物质运动存在形式的时空,宇宙中一种物质运动形式总是由另一种物质运动存在形式转化而来,故必然有比其大的物质运动系统时空的存在,这样无穷增大,也就决定了宇宙是无穷的。

    宇宙是无穷的,即宇宙在时间与空间上是无穷的,其内的运动物质运动变化也是无穷的,故宇宙是永恒运动的宇宙。

    宇宙中物质运动形式是多种多样的,它们之间是可以通过运动量的变化而发生质的变化,从一种物质运动形式变化成另一种物质运动形式。

    尽管宇宙中的物质运动形式很多,但大体上宇宙物质运动形式可分为两大类。一类为实物质运动形式;另一类为埸物质运动形式。这是两种不同类型的物质运动形式,同时它们之间还存在着相互依存的关系。

    实物质运动形式是人类最早已认识的物质运动形式,它小到微观粒子,大到星球星系。它最重要的特点是有确定的空间限度,并在此空间限度内有确定的质量来标称,是可以用空间的点来确定其空间的位置,作为整体运动它是一种相对运动,即在一定的坐标系中它可以是相对静止的,在另一坐标中它又可以是以一定速度运动的,而在所有坐标系中它运动的本质是相同的,尽管在各坐标系中其描述形式可能是不同的,但却是可以相互变换,只不过是表述形式不同罢了。

    人类对埸物质运动形式的认识要比实物质运动形式晚,由于正统的物理学总是将物质作为点来研究,从牛顿到愛因斯坦的光粒子(量子)说皆如是,故对埸物质运动形式的认识到现在还不如对实物质运动形式的认识系统明晰。埸物质是充満空间的一种物质运动形态,由于其充満了所有空间,故场物质运动的空间有可共享性,它也就没有什么确定位置,作为埸物质运动形式的波,它在任何坐标系中都不可能是相对静止的,它永远是以自己的速度运动的,如果它静止了,那么它的运动也就不复存在了,其是通过相互作用变作其它的物质运动形式了。

    宇宙中这两种不同类型的物质运动是可能相互转化的,这种转化是运动从量变到质变来完成的。如正、反粒子对相遇可能湮灭为埸物质运动的波动,而强烈的物质运动变化(如对撞)又可能在埸中产生实物质的正、反粒子对。

    从宏观上看实物粒子是埸中的一个奇点,是埸的源或漏,而在微观上粒子是埸中一定空间的一个独立空间系统,在这个独立空间系统中,物质保持其运动形式不变,其空间别的运动物质是不可入的,且一般情况下独立系统内的运动物质也不与独立系统空间外的运动物质发生相互作用,只是作为一个整体与其它物质发生相互作用,即实物质的独立时空是有不可入性。这种空间的独立系统的运动物质(粒子)在遇到与之相反运动形态的独立系统(反粒子)时,这两种独立空间则消失而形成波(高能电磁波),从而空间内的运动物质运动转化为埸物质运动形式的波。

    实物质是具有对称性的,实物粒子永远是成对产生的(由自然的守恒所决定),由此正、反实物质总是对称存在的。即实物质实际上是由正、反物质构成的。埸物质同样也是由相互正交的两种埸组成,它们也是相辅相承的对立统一体,埸物质运动的波正是通过这种埸物质运动的不断相互转化而传播的。

    实物质间在相互作用时,物质的运动能量永远是由能量高的向能量低的方向传递,不可能出现由能量低的物质运动将能量汇聚在一起而形成更高能量。但埸物质运动的波,由于它对空间有共享性,却可能在一定的空间中形成迭加,而由一些小能量的波动迭加成高能量的波。即实物质运动形式相互作用后能量总是使所有运动能量达到平衡(熵的极大化);而埸物质运动形式相互作用后能量却有可能在一定空间内使所有的波能量集中到一起,而成为聚小成大。

    宇宙在时间与空间上是对称的,即宇宙在时间与空间上是不存在一个绝对的元点,物质的运动形式在空间的任何地方与任何时间都是相同的。由此这也就引出了物质运动状态的守恒。

    对于埸物质运动的波动,其改变物质运动状态的能力(能量)为hν,即为其频率与一个常数之积,而频率是每秒振动的次数,对于一个固定的波,在所有的时间内没与其它物质发生相互作用时其频率是不会发生变化的,也就是对于时间平移波是对称的,即是能量守恒的。对于实物质的运动形式,同样也是如此,其也是能量守恒的。这也就是由物质运动存在形式时间特征对称性决定了能量守恒。

    对于实物质的运动形式,由于其运动的相对性,在一个坐标系(空间)与另一个坐标系中可能有完全不同的运动速度,但在所有的坐标系中它的运动本质是同一的,其与其它物质发生相互作用时必然有相同的作为。而在不同的坐标系中它们的运动速度不同,但质量与速度的积(动量)却是相同的。也就是对于不同的空间,实物质的动量是保持不变的,即动量是守恒的。对于埸物质的运动形式,同样具有这种空间平移的对称性,动量也是守恒的。但由于它们没有静质量,为了在各坐标系中保持动量守恒,就必须在各坐标系中保持运动速度不变。由此狹义相对论的光速不变假设其实是动量守恒的必然结果。

    同时由于没有空间的绝对方向,即空间有旋转对称性,由此物质运动又有角动量守恒。也就是由于物质运的存在形式时空有各种对称性,造就了物质运动量的种种守恒。

    宇宙间所有的恒星都是球状的,由此恒星的辐射应当都是球对称的,是向四π方向辐射的,并不存在某个辐射较集中的方向。但宇宙中由恒星组成的星系,基本上都是类铁饼状的螺旋星系,如图一所示,其即有左旋的,也有右旋的,但一无例外都是旋转的。

    这样星系的总体能量辐射也就不再是球对称的了,而是较集中于其旋转轴的方向上。这样长期辐射就会形成一个辐射流,这个辐射流如太阳风一般,其既含有大量的电磁辐射能也含有荷电磁粒子。这个辐射流是垂直星系旋转平面的,且越向星系轴心处辐射流密度越大(如图二所示)。

    宇宙间螺旋星系中心一般厚度约为几千到几万光年,直径约为几万到几十万光年。如我们的银河系其中心厚度约为1.2万光年,直径约为10万光年。估计银河系的年龄约为136亿年,也就是从银河系生成起,已向外辐射能量有

    136亿多年了。这也就是说银河系向外辐射能量流已有136亿光年长了,而这种能量流还要不断的向外辐射下去。由此一个螺旋星系向外辐射的能量流是有一定方向的,其为一个直径约几万到几十万光年的一个大柱形流,其内的能量形式主要为各种电磁辐射波,其中不仅有高能宇宙射线,也夹杂着一些实物荷电磁粒子。这种流动距离是十分巨大的,其是在浩瀚宇宙中前进,同时会将遇到的物质裹胁其中,如大江奔流裹胁泥沙一样,这样会越流越大,一直向前。同时在这流动的过程中,其间的物质还会发生各种相互作用,如尾迹场加速等等作用,会将夹杂的带电粒子一步步加速,使其能量一步步加大。这种宇宙中的巨大能量流必然的会与另一股这样的能量流发生对撞。之所以是必然,是因为如果不发生这种对撞,由于宇宙是无限的,它会继续一直向前,直到发生这种对撞为止,否则不会停顿下来。

    这种能量流如果发生对撞,那将是一种大对撞,如图三所示意,其空间限度是几万到几十万光年的范围,并不是一个点,但却可能有一个中心区;其时间也不会只是一瞬间,而是一种持续的对撞。同时在这大对撞中又在较小的空间范围内有各种不同的对撞产生,因为这种碰撞的能量流也并不是一种稳恒流,在这种流中也会有各种不稳定的流动甚至涡流。

    这种大辐射能量流的对撞时会造成能量流的激烈相互作用并造成大旋转,由于在这能量流中包含有大量的带电磁粒子,这时就会形成定向的电场与磁场。又由于这个能量流间的相互作用很激烈,可能会产生大量的正、反粒子对,正如加速器的对撞机那样会产生正、反粒子对。由于产生的正、反粒子对是在这种强电、磁场环境下产生的,这时带相反电荷的正、反粒子就会向相反的方向运动,即正粒子若向旋转中心外运动,则负粒子就会向旋转中心里运动。这样就避免了正、反粒子对的湮灭,从而给正、反粒子组成正、反原子创造了时机。也就是说,在这种大对撞爆炸的条件下,所形成的正反实物粒子组成了正、反原子,并可能聚集成大块正、反实物质。但这时如果正物质在旋转外层,则反物质一定在旋转里层。当然这种大对撞的过程是相当复杂的,也是不平衡的一个复杂过程,同时也是一个慢长的过程,尚待进一步的深入加以研究。

    这种大对撞的过程与空气的大对撞台风的形成过程是相类似的。这点从台风的照片(图四所示)上可以看出。将台风的形状与螺旋星系的形状加以比较,其是何等相似。而在这相似的形状下必然有其相似的机理与过程。

    这种大对撞爆炸是在无穷宇宙中进行的,由此并不存在什么宇宙的创生,只是在大对撞爆炸中产生大量实物粒子对的过程,即产生螺旋星系所有实物质的过程。而场物质也是一直参与其中的。也就是这种大对撞爆炸是在宇宙中一种物质运动形式的大转换,由对撞的两个大能量流转换为旋转的大实物质的螺旋星系,是宇宙中星系的产生过程。而在这种大对撞爆炸时生成有大角动量的旋转则是自然的。

    由于大对撞爆炸形成了旋转造成了固定磁场,从而使产生的正、反物质在不同区域形成了聚集,最终在形成恒星的过程中一种物质是在星球的内部,另一种物质则会在星球的外部。由此在星球的外部只能看到一种实物质,而在总体上正、反物质还是对称的,是近乎相等的。这就是我们很少观测到反物质的原因,但如果能探测到恒星的内部,则会探测到大量反物质的存在。

    也正是由于正反物质是分布在恒星的内外不同层次上,恒星上的能量来源表面上是核聚变反应放出的,且这种核聚变反应实际上是反物质催化核聚变。而实质上恒星上的最终能量来源是正、反物质的湮灭能,直到构成恒星的正、反物质湮灭完星系消失而完全转化为辐射流为止。

    在这大对撞爆炸过程中能量是守恒的、动量是守恒的、角动量也是守恒的……,所有的物理守恒量都保持着守恒。而这种大对撞爆炸实质上是由大能量流转换为旋转的实物质螺旋星系的物质运动大转化的过程。

    当这一螺旋星系形成后,则开始辐射能量,又会形成新的辐射能量流,从而又开始了这种循环。即螺旋星系辐射是将实物质转化为能量流的过程。这两种过程在不断进行着,则造成了宇宙物质运动的不断发展变化。从而也就构成了不断运动演化永恒的宇宙。

    这一设想是可能验证的,如前面所讲,若能测量到星球内外层是由正、反不同物质构成,就是一种验证。同时如观测到宇宙中的星系年龄不同,特别是观测到有更年青的星系存在,那也是一种证明。因为如果是大爆炸宇宙论的结果,必然是宇宙中所有的实物质都是大爆炸同一时间产生的,由此构成了宇宙中的所有星系,而后随宇宙的膨胀实物质越来越稀薄,是很难再构成星系的,故宇宙中的星系应当是年龄相近的,不可能有很大年龄上的差别。当然如果能在天文观测中直接测量到宇宙中的辐射能量流及其大对撞,那就更是直接的证据了。

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草根简介


1938年7月15日生。北京大学毕业,分配到中国工程物理研究院核物理与化学研究所工作,直到退休。研究员。现居住北京海淀区。
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