原创 海天雨虹微信公众号《 科学前沿 思考未来 》2023-07-27 10:01 山东
“物质告诉时空怎么弯曲，时空显示物质如何运动，宇宙舞台上的主角是物质（而非时空）”。
量子力学中的夸克等基本粒子
量子理论中有个量子色动力学（Quantum Chromodynamics，简称QCD）是在阿德勒、伯约肯以及其他人工作基础上，由盖尔曼和弗里奇于1972年创立的。它是一种强相互作用的规范理论，描述组成强作用粒子（强子）的夸克与色量子数相联系的规范场的相互作用，被认为可以统一地描述强子的结构和它们之间的强相互作用。
量子物理学中的人为假设、人为补丁（“补丁”与“不定”音似，汉语魅力）太多，而且，这些假设或补丁常常又是隐含的（每一种模型中，都含有更多的假设与补丁），假设与补丁往往都是理论的拐点或跳跃，不能够充分了解这些假设和补丁的基本设置思路和具体内容，要学习掌握量子物理理论知识难度很大。
夸克（quark）被认为是一种参与强相互作用的基本粒子、构成物质的基本单元。夸克有着多种不同的内在特性，包括电荷、色荷、自旋及质量等。夸克互相结合，形成一种复合粒子，叫强子，最稳定的强子是质子和中子，它们是构成原子核的单元。
量子物理实验发现有一种“夸克禁闭”的现象，夸克不能够直接被观测到，或是被分离出来，只能够在强子里面找到。基于这个原因，对夸克的所知大都是间接的来自对强子的观测。
在粒子物理的标准模型中，夸克是唯一一种能经受全部四种基本相互作用（电磁、引力、强相互作用及弱相互作用）的基本粒子。另外，量子力学认为，夸克也是现在已知唯一一种基本电荷为非整数的粒子。
夸克的每一种味都有一种对应的反粒子，叫反夸克，它跟夸克的不同之处只在于它的一些特性跟夸克大小一样但符号不同。由夸克构成的强子根据其自旋可以分为重子（自旋为半奇数）和介子（自旋为整数）。
所有的重子，比如质子和中子，都是由三个夸克组成的（反重子则是由三个反夸克组成的）。
质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。而所有的介子都是由一对正–反夸克构成。
夸克的电荷值为分数—基本电荷的+2⁄3倍或-1⁄3倍，随味而定。上、粲及顶夸克（这三种叫“上型夸克”）的电荷为+2⁄3，而下、奇及底夸克（这三种叫“下型夸克”）的电荷则为−1⁄3。反夸克与其所对应的夸克电荷相反：上型反夸克的电荷为−2⁄3，而下型反夸克的电荷则为+1⁄3。
强子的电荷为组成它的夸克的电荷总和，所以所有强子的电荷均为整数：三个夸克的组合（重子）、三个反夸克（反重子）或一个夸克配一个反夸克（介子）加起来电荷值都是整数。例如，组成原子核的强子—中子和质子—其电荷分别为0及+1。中子由两个下夸克和一个上夸克组成，而质子则由两个上夸克和一个下夸克组成。
按照夸克模型，所有重子都由三个夸克组成，所有介子都由一对正反夸克组成。夸克自旋为1/2。通常认为应该有许多种夸克才能够组合出实验中观察到的那些重子和介子。
夸克模型创始者们为使重子内部波函数有费密统计所要求的全反对称性，并说明重子由三个夸克组成，假设（要求）：
1、 夸克还具有另一种内部自由度，它可以取三种不同的状态，并借用光学中的词汇称它们有三种不同的色；
2、 重子中的三个夸克各带不同的色，介子中的正反夸克对带相反的色量子数；重子和介子都不带色量子数，它们是“白色”的。
3、 三种色夸克在强作用中的性质完全相似，因此强作用有与此相应的对称性。
4、 以ψia代表夸克场，其中i=1，2，3代表三种色，a=1，2，3……代表不同的味，则理论在幺正变换下保持形式不变，这里U=(Uij)构成三行三列的幺正矩阵。
5、 与量子电动力学中传递电磁作用的光子相对应，这里有八个零质量的自旋为1的规范粒子。它们可以被夸克所吸收或发射，并传递夸克之间的色作用力。这种力把夸克束缚在强子中，这些规范粒子也称为胶子，这种作用力也是两个强子之间的通常的强作用力的来源，后者是不带色量子数的强子之间的剩余色作用。
6、 在夸克的味不超过16种时，真空中胶子分布所产生的反屏蔽效应超过夸克对产生的屏蔽效应。在这种情况下量子色动力学有所谓渐近自由的性质，即随着时空距离的变小相互作用变弱，有效耦合常数随距离趋于零。按照测不准关系，小的时空距离相应于大的能量动量。某些高能过程的物理量主要与小的时空距离有关。
7、 在量子色动力学中夸克的质量不大，胶子的质量为零，它们应当很容易产生。因此必须解释为什么没有在实验中观察到这些粒子。作为强作用的基本理论，人们还需要量子色动力学来得到强子谱和强子的结构，这些问题不能在微扰论的范围内得到解答。
人们设想夸克和胶子这样的带色量子数的粒子是由于规范场相互作用的动力学的原因而被禁闭在强子半径10-13cm的范围内。只有强子这样的白色的复合粒子才能作为自由粒子而出现。这种色量子数的禁闭或者是绝对的或则是近似的。人们从不同的角度给出论据，企图说明色的禁闭在量子色动力学中是成立的。
8、 一些论据给出如下的图像。与电磁场的电力线相似，色规范场也可以用力线描述。两个相反的色荷之间有力线相连接。在量子色动力学中的力线不像两个相反电荷之间的电力线那样分散在空间而是集中在两个色荷的连线上形成一根弦。
人们把这种情况与穿入第二类超导体中的磁力线相比，这时磁力线受超导体的排斥而形成细管。规范场力线的弦中带有正比于弦的长度的能量，当两个色荷之间的距离增加趋于无穷时，弦所带的能量也将趋于无穷。在此以前弦可以断裂而产生一对新的相反的电荷。
每段弦的两端都有一对相反的色荷。无论是哪种情况，都不能把两个色荷分开到大的距离。因此这个图像给出色禁闭。对这个图像的一个支持来自格点规范理论。在格点规范理论中连续的时空被离散的格点所代替。规范场和与它作用的费密场分别定义在联接相邻格点的线和格点本身所组成的点阵上。拉氏函数满足离散格点上的规范不变性。
当两个格点间的距离a趋于零时，格点规范理论趋于连续时空的规范理论。与连续时空规范理论的渐近自由相对应，在格点规范理论中，如果固定某个物理量的数值则耦合常数g随格点间的距离 a减小而减小。在a趋于零时格点规范理论可以用弱耦合展开，它趋于连续理论的微扰论。
9、 在a大时g的值大，应当用强耦合展开，即展开成的幂级数。在强耦合极限下证明了非交换群格点规范理论中两个色荷之间的力线聚集成弦，因而有色禁闭。为证明连续理论有色禁闭还需要证明在耦合由强变弱时色禁闭的性质不消失。
在电子计算机上用蒙特－卡罗法。对格点数不多的点阵进行研究的结果表明，对于一段中间的g值计算结果可以同时与色禁闭的弦和连续理论的渐近自由微扰展开式一致。这个结果支持连续时空的规范理论有色禁闭的性质。格点规范理论的研究没有发现在 g变小的过程中存在解除色禁闭的“相变”。
虽然如此，连续时空规范理论的色禁闭还只是一种有某些根据的猜测，这是量子色动力学中还存在的一个基本问题。至于强子谱的研究更是处于开始的阶段。
量子色动力学中，有八个与光子类似的粒子，胶子，胶子对强特征空间中发生的（作用与变化）做出反应，使胶子反应的那种存在被称之为菏（也称色），强色荷类似于电荷。
量子色动力学认为，质子是由三个夸克构成的，夸克具有自由独立性，每个夸克都有独自的空间位置，由此判断，夸克与夸克之间的相互作用力很微弱，显示为三者相对自由，这恰好就是前述的“由光子堆物质构成的物质的内部电磁力的情形：所以，，夸克不会逃脱质子束缚，独立门户成为单独的基本粒子，所以，需要有一种力在近距离上相对微弱，而在远距离上则显得极为强劲。
“在原子（单质子情形）里，实验发现远不止三种夸克，质子内部还有很多剩余能量，夸克质量又非常小，若将实验观测到的夸克运动产生的能量加在一起，得到的结果两倍，才能够还原出原质子的总质量，由此可知，实验里潜藏着一些从实验照片看不到的东西，这些东西质量之和与三个夸克质量之和近乎相等”
这种微观“暗物质”问题，表明“质子除了三个夸克之外藏着很多东西，色胶子应当就是这个成分的空缺”，“胶子与夸克构成的独特世界，生动而具体”，“快速运动的夸克、反夸克或胶子，会形成一个强子喷注，喷注中的所有强子都会朝着同一个方向运动，喷注里所有的粒子的能量和动量累加起来，等于引发喷注的夸克、反夸克和（或）胶子的初始能量”。
“与光子不同，胶子之间会产生相互作用、相互影响”。
“胶子力线竟然彼此吸引，集中为管状，而非将其作用引力在空间均匀扩散，色胶子自粘性是夸克紧闭的关键，胶子的通量管演变成橡皮筋，随时准备对夸克执行捆绑禁闭”。
“把色荷与反色荷分开距离越大，它们彼此间通量管就越长，每分开一个单位距离，就需要耗散一定的新生色场能量，去降低分离阻力，阻力不随着分开距离增大而减少。要释放所有的色荷，必须无休止地好散能量，没有所需要的能量供给，色荷就不会得到释放”。
“胶子的自粘性，可以用以形象地解释渐近自由这个概念，自粘性将色场集中在远距夸克的位置上，使胶子位于力的源头处，具有更强大的影响力，从想像不到的弱力出发，来解释某个远处某个强力”。
恰如前述的，若三个夸克相互作用力极其微弱，那么，作为三夸克组合体的质子则一定是极其不稳定的物质粒子，所以不是作用力极其微弱，而是，有强引力伴生着强斥力，引力与斥力几近动态平衡，而光子组合体内部则既有电引力也有电斥力，电引力是异性最小电荷粒子之间的相互作用力，电斥力是同性最小电荷粒子之间的作用力。
三个夸克都是质子的组分，属于质子本体物质，若没有其中任何一个，所谓的质子已不复存在，怎么会说受质子束缚？只是另外两个夸克的束缚罢了，或者说，自己主动解除放弃三者联盟关系而已，光子、光子堆物质与外部物质之间恒常的的相互作用力总是电磁引力，即万有引力。
光子、光子堆为等量的“正电荷”、“负电荷”构成的组合物质，光子、光子堆均为无宏观电性显示的物质，所以，实验中极为微小的光子堆粒子受电性影响的运动，不容易被记录显示出来，也就是实验中，质子被破碎为三个夸克和更多的更小的碎块，那些更多更小的都是一些光子或光子堆物质碎块。
色胶子应当可以填充这些空缺，而且，假如可以将它们统称为色胶子的话，这些色胶子也是各有各的不同，也绝对不会是仅仅只有八种，而应该有N种之多，因为一个石头被敲碎，除了三个较大碎块外，还会有三个较小碎块，还会有三个小碎块，还有更多的碎渣……）。
假如胶子存在的话，胶子应该是质子的碎片，是质子的物质组成部分，若硬性地仅将夸克视为质子主干组分，那么，这些胶子就是夸克在组合为质子结构中的垫片、胶结物，它们都属于光子堆物质，也就是光子及光子组合物质。
另一个实验表明，“临近夸克之间的强力其实根本就没有那么强”。同性总是相斥，异性才能相吸，所以，凡是相互吸引的事物之中，都包含着某种相异的物理特性。
“《新理论物理学》架构”理论对夸克等基本粒子的思考
由于一个质子具有一个正电子单元正电荷，有正电荷显示，所以，破碎的质子碎片中至少有一个带正电子单元正电荷的碎片存在。通常情况下，三个夸克之中，应有一个为非电中性的粒子，这个非电中性的夸克，是一个正电荷（或负电荷）与一个光子堆的结构性叠加，而不应该是各占1/3的电荷单位，因为质子只有一个额外的正电子单元正电荷，这个正电子单元正电荷这是不可分的。
若正电子单元正电荷可以继续分割，那么，正电子单元正电荷、负电子单元负电荷则均为有内部结构的物质，也就是存在微质子、微反质子。这样，就可以用同样的分析方法将“微质子、微反质子”展开为更小的微正电子单元正电荷物质、微负电子单元负电荷物质及其更小的组合物质微光子，而“《新理论物理学》架构”理论的系统性、逻辑性、一致性没有本质性的改变。
根据“《新理论物理学》架构”理论，光子、光子堆都属于电磁物质，都会与其他物质发生电磁相互作用、相互影响。显然，胶子应该是比光子更大的光子堆物质，胶子之间的电磁相互作用、相互影响的效果比光子更为明显，实属自然。
“这就是光子堆物质电磁场的叠加模式，就是胶子组合成的大光子堆的电磁场为其各个子光子堆电磁场的叠加形成的。
实际上，夸克自身也具有光子堆物质所共有的电磁场，夸克的电磁场与胶子们电磁场互动叠加，形成一个整体电磁场，维持内部万有电磁斥力与万有电磁引力的动态平衡，对外形成一个具有万有电磁引力的由夸克、胶子等等物质组合而成的质子。
“数学上和物理上的相似性，昭示着统一理论的可能性，沿着一条思路，把弱力与引力带入思考之中会发现，几个巧合（琢磨投机取巧）得到解释”。
现代物理学家们期待着：“为粒子和相互作用，构建一个既符合量子力学原理（假如有的话）又符合狭义相对论（原理）的理论是非常困难的”。但是，却可以架构一个完全符合经典牛顿力学和经典电动力学的新理论。
孕育万物的大自然，恩赐“万物”之道，利用近百年中，物理学观察、实验和理论研究的成果，从这些确定性的物理事实、事物出发，建立一套新的物理理论，使得现代物理学中看似不调和的事物变得和谐有序，这就是“《新理论物理学》架构”在物理学上的创新尝试，并且应用该理论对诸多现代物理学中疑难问题进行了诠释解读。
渐近自由基于这样的事实，“正电子单元正电荷、负电子单元负电荷相遇湮灭为光子”；“光子被激化可以释放出正电子单元正电荷和负电子单元负电荷，光子自身自然而然地消失”。这就是正电子单元正电荷、负电子单元负电荷与光子三者之间的关系，它们也是，宇宙时空中，构建所有物质组合构件的基本粒子，更是所有物质解构得到的最小的物质基本粒子，而正电子单元正电荷、负电子单元负电荷的电场力和光子的电磁场力则是物质架构与解构基本作用力的组合力，万有电磁力。
强相互作用力属于电磁力，为电磁力中的电磁引力。
万有引力是物质的基本力电磁力
最小物质基本粒子能够组合成为较大的组合物质，需要两种最小基本粒子的数量和相互比例，需要将它们组合在一起的动力驱使，需要将它们组合为不同物质的组合架构。
宇宙时空中，正电子单元正电荷、负电子单元负电荷，这些最小基本粒子的数量是无限的。所有的物质都是正电子单元正电荷、负电子单元负电荷以不同数量、不同比例、不同结构所构建的组合体。
正电子单元正电荷、负电子单元负电荷，这两种最小物质基本粒子，既可以满足总数量需求，又能够满足正电子单元正电荷与负电子单元负电荷的构建物质时的相互搭配比例要求。
独立存在的完全稳定的组合物质，正电子单元正电荷与负电子单元负电荷的总数量比例不会超过（N+1）/N，负电子单元负电荷与正电子单元正电荷的总数量比例也不会超过N/N。
由此表明，宇宙时空中，稳定态的物质构成组分中，两种最小基本粒子正电子单元正电荷、负电子单元负电荷的数量之比值为一，即正电子单元正电荷、负电子单元负电荷在稳定的组合物质中的数量是相等的，二者如影随形、同生同行，这种由等量正电子单元正电荷与负电子单元负电荷组合而成的稳定的物质，被称之为光子堆物质。
凡是由非等量的正电子单元正电荷、负电子单元负电荷组合而成的物质，都是非稳定态物质，如单个的正电子单元正电荷、负电子单元负电荷、物质离子、阿尔法射线粒子、贝塔射线粒子、质子、原子核等等都不是稳定的组合物质，都是具有电性显示的物质，被称之为非光子堆物质。
最小物质基本粒子正电子单元正电荷、负电子单元负电荷，一一相间存在于由它们组合而成的物质体中，同一物质体内电荷与电荷之间的相互作用力，持续发生着相互作用相互影响；非同一物质体的电荷之间，无论相距多远，也持续不断地进行着相互作用、相互影响；尽管如此，由于稳定性的最小基本粒子组合体都是宏观电中性的，所以，相距一定距离之后，物体中的正电子单元正电荷、负电子单元负电荷对外的作用的个体影响力、作用力则极其微弱。
而组合物质将其全体组合物质单元的性质综合为一个压缩点的等效特性显现出来，一致对外，是整个物体内部全体基本粒子相互作用、相互影响达成的相互依存、相互妥协的一致的结果；而此时稳定的、独立的、个性化的物体，就成为，宇宙时空中，那个物质组合存在的物体，物质生命体。
宇宙时空中，物质生命体的两大特征为，组成物体的正电子单元正电荷、负电子单元负电荷总数与物体的运动与变化；而物质的内部架构则成为一种物体的内部特性，这种特性在物体宏观层面上，退居次要位置，不再那么显著。
当需要针对物体个体进行研究思考时，该物体内含的最小基本粒子，正电子单元正电荷、负电子单元负电荷的数量即它们之间的组合架构形态、物体自转、物体运动轨迹等等个性特征参数，则（才）成为关于这个物体的主要内容。
讨论物体与物体之间的相互作用相互影响时，若它们之间的距离达到一定的宏观尺度（物体跟物体之间的距离与物体自身的尺寸之比值达到一定数量级差时），物体与物体之间的相互作用、相互影响的电磁力为电磁引力，即两个物体相互吸引。物体之间的这种吸引力是宇宙时空中物体内部最小的基本粒子相互作用相互影响共同妥协达成的稳定和谐综合体所独具的特性-电磁性。
宇宙时空中，每个独立存在的物质组合体（物体）都是一个加速运动着的等效电偶极子，具有自己独特电磁场的电偶极子，所以，每个加速运动的物质组合体都有一个与之对应的加速运动的电偶极子电磁场。
加速运动的物体通过其加速运动的电磁场，对加速运动的其他物体施加电磁作用引力，同时，加速运动的其它物质也通过它们自己的电场对施力物体回以大小相等、方向相反的电磁作用引力，这种电磁引力是物体相互之间电磁作用引力与万有电磁斥力共同作用效果的综合体现，通常将其称之为万有引力，牛顿万有引力定律公式是对这种作用效果形成的天体系统中天体与天体之间存在与运动规律的模拟模型的数学公式表达。
宇宙时空中，组合物质通过各自等效电偶极子电磁场，对宇宙时空中各个时空点（位）的电磁场强度产生加权作用影响，从而形成由宇宙全体物质电场在各个时空点的加权叠加的动稳态电磁场-宇宙基底电磁场，宇宙物质之间的万有引力，是在宇宙基底电磁场基础上，物质各自的电磁场之间相互作用、相互影响的电磁作用引力。
宇宙时空中的基底电磁场是由宇宙全体组合物质的电磁场分布加权叠加组合构成的，而宇宙最小基本粒子组合体物质等效电偶极子电磁场，是由物质组合体基本粒子的数量、有序架构和在宇宙基底电磁场中的加速运动状态共同影响决定的。
宇宙时空中，物质的电磁场与宇宙基底电磁场相互作用、相互影响，互为存在的前提条件，宇宙是一个动态的大和谐的统一体，物质存在、运动、相互作用相互影响、变化的过程与结果，构成宇宙万事万物，物质是宇宙的本质。
（转载自海天雨虹微信公众号《科学前沿思考未来》，较大幅度修订）