原创 海天雨虹 微信公众号《科学前沿 思考未来》2023-07-25 00:34 山东
宇宙物质之间四种相互作用力强力、弱力、万有引力和电磁力
宇宙时空中,公认的物质之间三种基本作用力为电磁力,强核力和弱核力,外加上万有引力,被称之为宇宙物质之间相互作用影响的四大力。
根据“《新理论物理学》理论架构”理论,宇宙时空中,只有两种最小基本粒子正电子单元正电荷、负电子单元负电荷,所有的物质(体)都是这两种最小基本粒子的组合物质,不同物质组分、不同结构的组合物质(体)。
正电子单元正电荷与负电子单元负电荷具有最基本的电性特征就是它们都有的电场,并通过它们的电场力与其它物质发生相互作用相互影响。正电子单元正电荷之间的电场力为电场斥力,正电荷之间相互排斥,为同性正电荷电场排斥力;负电子单元负电荷之间的电场力也为电场斥力,负电荷之间相互排斥,为同性负电荷电场排斥力;正电荷排斥力与负电荷排斥力,统称为电荷斥力,简称为万有电场斥力。
正电子单元正电荷与负电子单元负电荷之间的通过电场力相互作用相互影响,它们之间的作用力为电场引力,正电荷与负电荷相互吸引,为异性电荷万有电场引力,简称为万有电场引力。
由一个正电子单元正电荷、一个负电子单元负电荷组合形成的电荷组合体,为光子。光子由一个最小的正电荷基本单元与一个最小的负电荷基本单元组合而成。
光子宏观上不再有电荷电性显示,但是,光子具正电荷电场力与负电荷电场力相互作用共同形成的电磁场力,光子电磁场力,宏观上是电磁场引力,微观上既有电磁场引力,又有电磁场斥力。
宇宙时空中所有的物质(体)都是由正电子单元正电荷、负电子单元负电荷与光子以不同的数量比例、不同的组织结构形式组合而成的,天体也是如此,所以,所有物质(体)与物质(体)之间的作用力,都是正电子单元正电荷、负电子单元负电荷这两种最小基本粒子所有的电场力的不同组合形式,或为电场力、或为电磁场力,而电场力、电磁场力统称之为电磁力。
因此,宇宙时空中,物质与物质之间所有的相互作用力都是由正电荷电场力与负电荷电场力组合而成的,都是电磁场力,强核力、弱核力、电磁场力和万有引力都属于电磁场力,都是同一种力电磁场力的不同的表现形式。
物质问题是宇宙的根本问题,讨论物质问题,重要的就是研究物质的组分、物质的结构、物质与物质的相互关系、物质的运动、物质的变化及其内在的本质与规律。物质是宇宙的本质,所以,宇宙的万事万物都是宇宙物质存在、物质运动、物质与物质相互作用相互影响、物质变化的过程与结果,而不是时间与空间变化的过程与结果。
物质的组分,涉及到物质的分类,形式性分类,本质性分类
形式性分类,如按物质的气态、液态和固态进行的分类,这种分类类似于“以貌取人,失之子羽”,尽管这种分类中隐含着某些物质的本质成分,但是,普遍地讲,这种分类属于重形式的分类,比如水存在气、液、固三种存在状态,若以形式分类,属于三种不同的物质,其实就是水一种物质,而且,气、液、固仅仅是一种存在状态,外在表现形式,任何物质在一定的条件下,都可以呈现出气、液、固三种状态。
本质性分类,就是按照物质的组分、物质的结构、物质的运动进行的分类。如按照物质组分单质、化合物的分类;化合物的组分分类,按照单质分子分类;单质分子分类按照原子分类,原子分类按照质子数量分类;相同质子数量分类按照中子数量分类;质子数量、中子数量相同的按照原子与原子的组合结构分类。
原子组分分类,原子核与核外负电子单元负电荷;核外负电子单元负电荷为最小物质基本粒子、负电荷基本单元;原子核可分为质子和中子;质子可等价性地分为“中子+正电子单元正电荷”,正电子单元正电荷是最小物质基本粒子、正电荷基本单元;中子可以等价地分为“N多(约1000个)光子”;一个光子可以等价性地分为“一个正电子单元正电荷+一个负电子单元负电荷”,光子为最小组合物质基本粒子,是最小“正电荷基本单元+负电荷基本单元” 组合电荷基本单元。
由此,反过来可推知,宇宙所有物质都是正电子单元正电荷、负电子单元负电荷和光子不同数量、不同结构的的组合体,都是电性颗粒组合体,广义上讲,所有的物质都是由正电荷基本单元、负电荷基本单元、组合电荷基本单元通过电磁作用组合而成的电磁体。
宇宙时空中电荷与电荷之间的作用力为电荷电场力
最小基本粒子之间的相互作用力,正电荷对正电荷的作用力为正电荷电场斥力,正电荷对负电荷的作用力为正电荷电场引力。负电荷对负电荷的作用力为负电荷电场斥力,负电荷对正负电荷的作用力为负电荷电场引力。组合电荷基本单元光子对电荷或电荷组合体的作用力为组合电荷电磁场力。
电荷组合体是指由基本电荷单元组合而成的物质体,实际上,电荷组合体就是由正电子单元正电荷与负电子单元负电荷组合而成的组合物质体。宇宙时空中,所有的物质体都是电荷组合体,即组合物质体(宇宙万物)。
电荷组合体与电荷组合体之间的电磁场力,电荷组合体对所有电荷或电荷组合体的稳定的组合电荷电磁场力为组合电荷电磁场引力,万有引力属于组合电荷电磁场引力,而不等同于组合电荷电磁场引力。
宇宙时空中所有的物质,都处于持续的加速运动之中,加速度的动力来源于物质与物质之间的相互作用力,电场作用(斥、引)力和磁场作用(斥力、引)力,统称之电磁场作用(斥、引)力,简称为电磁力。
根据物质之间电磁场作用力作用效果,分为电磁场引力和电磁场斥力。电磁场引力使得相互作用的物质相互趋向聚集;电磁场斥力使得相互作用的物质相互趋向离散。
按照“《新理论物理学》理论架构”理论,宇宙时空物质最小的基本粒子颗粒有两种,一种正电子单元正电荷,一种负电子单元负电荷,二者电荷相等,电性相反。正电子单元正电荷与负电子单元负电荷,除电性不同外,是全同的刚性球状物质最小基本粒子颗粒。
宇宙所有物质都是由正电子单元正电荷与负电子单元负电荷以不同数量、不同结构组合而成的。
正电子单元正电荷有相应的正电荷电场,负电子单元负电荷有相应的负电荷电场,并通过电场实现与正电子单元正电荷或负电子单元负电荷发生电场相互作用;正电子单元正电荷通过电场力对正电荷物质施加电场斥力,对负电荷物质施加电场引力;类似地,负电子单元负电荷通过电场力对正电荷物质施加电场引力,对负电荷物质施加电场斥力,反之依然。
正电荷电场与负电荷电场,两种不同的电荷电场,都是单极(射线性)电场,其电场电力线一端为起点,另一端在宇宙时空中无限伸展。
两种电荷电场交互作用形成的正、负电荷交互混合电场,被称之为电磁场,简称为磁场,磁场只有一种,但是,磁场有两极,磁场磁力线属于闭合线,由一个磁极连接到另一个磁极。
电荷电场可以视为产生电场的电荷的为一极,与其电量相等的异性电荷在宇宙无穷远处为另一极的宇宙超距磁体的磁场。
电荷电场斥力使得相互作用的电荷物质相互离散,相距趋向越来越远;电荷电场引力使得相互作用的电荷物质相互聚集,相距趋向越来越近,所以,纯粹的正电子单元正电荷之间不能形成更大的稳定的正电荷组合物质,纯粹的负电子单元负电荷之间也不能形成更大的稳定的负电荷组合物质。
正电子单元正电荷与负电子单元负电荷在一定的条件下,以不同的数量、不同结构,通过电场引力与电场斥力的动平衡性统一,才能够形成宇宙物质,宇宙所有的物质都是正电子单元正电荷与负电子单元负电荷两种最小基本粒子的组合物质。
由一个正电子单元正电荷与一个负电子单元负电荷,依靠电场相互作用引力聚合在一起,构成的物质被称之为光子。光子为宇宙时空中最小的组合物质;光子由最小的正电荷物质、负电荷所构成,所以,也是最小的电荷组合物质(若将最小的基本粒子称之为单元电荷,那么,宇宙时空中,只有两种最小单元电荷正单元电荷、负单元电荷;只有两种基本的单元电荷电场作用力,正单元电荷电场力与负单元电荷电场力;宇宙时空中,所有的物质都是正、负单元电荷的电荷组合体),光子有物质组分正电子单元正电荷与负电子单元负电荷,有物质结构正电子单元正电荷+负电子单元负电荷,由此可知,光子是为刚性点接双球结构组合体。
图 1
由图1可知,光子结构形态,一端为正电子单元正电荷,一端为负电子单元负电荷。
根据正电荷与负电荷之间的相互作用关系,正电子单元正电荷与光子之间相互作用,对光子组分里正电子单元正电荷的作用力为正电荷电场斥力,对光子组分里负电子单元负电荷的作用力为正电荷电场引力;正电荷电场斥力与正电荷电场引力动态平衡,形成“正电子单元正电荷+负电子单元负电荷+正电子单元正电荷”形态的有正电荷电性显示的复合基本粒子电荷组合体。
同样地,负电子单元负电荷与光子相互作用,负电子单元负电荷对光子组分里的正电子单元正电荷的电场作用力为负电荷电场引力;对光子组分里负电子单元负电荷的电场作用力为负电荷电场斥力;负电荷电场斥力与负电荷引力动态平衡,形成“负电子单元负电荷+正电子单元正电荷+负电子单元负电荷”形态的有负电荷电性显示的复合基本粒子电荷组合体。当光子与光子(“正电子单元正电荷+负电子单元负电荷”+“正电子单元正电荷+负电子单元负电荷”),相互作用时,电场斥力与电场引力动态平衡形成,如图2、图3,所示的组合结构体。
图 2
图 3
相对而言,图3所示组合结构体,更为稳定。
由正电子单元正电荷与负电子单元负电荷通过电场引力构成的组合体光子是一个物质雌雄同体的组合体,是电偶极子,是宇宙最小的电偶极子。
光子遇正电子单元正电荷联连正电子单元正电荷,光子中负电子单元负电荷与所遇正电子单元正电荷相互吸引,形成“单元正电荷+光子”电荷组合物质;光子与正电荷物质相遇,联连正电荷物质,二者相互吸引,形成“光子(正电子单元正电荷+负电子单元负电荷)+正电荷物质”,“正电荷+光子”电荷组合物质。
光子遇负电子单元负电荷连联负电子单元负电荷,光子中的正电子单元正电荷与所遇负电子单元负电荷相互吸引,形成“单元负电荷+光子”电荷组合物质;光子与负电荷物质相遇,连联负电荷物质,二者相互吸引,形成“光子(负电子单元负电荷+正电荷单元正电荷)+负电荷物质”,“负电荷+光子”电荷组合物质。
光子遇光子拥抱光子,光子中的“正电子单元正电荷与负电子单元负电荷”分别与另个光子中的“正电子单元正电荷与负电子单元负电荷”相互吸引,形成线形光子串或方形光子环等多种光子组合体;光子与光子组合体物质(光子堆物质)相遇,与光子与光子相遇类似,二者相互吸引,形成更大的光子组合体物质。
所以,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万有电磁引力,牛顿万有引力定律公式体现的万有引力属于万有电磁引力,但是,数值上应当是小于万有电磁引力,万有引力属于万有电磁引力的一部分,是万有电磁引力与万有电磁斥力综合作用效果的体现。
而光子组合体内部则既有电场引力也有电场斥力,电场引力是异性最小电荷粒子之间的相互作用力,电场斥力是同性最小电荷粒子之间的作用力。
光子、星际物质、原子、分子、气体、液体、固体(低原子序数)…高原子序数……逆向过程……。
现代物理学把关于核强力、核弱力、电磁力和万有引力综合在一起加以研究思考分析的理论称之为标准模型理论,大统一理论,统一场论,理想的标准模型理论,成熟的标准模型理论将是自然科学的核心理论,核心理论将是涵盖化学、生物学、宇宙学的全体科学学科的基础理论。
原有成熟的科学理论,开普勒行星运行定律、经典力学、经典电动力学、热辐射定律、质量守恒定律、能量守恒定律、化学元素周期律、生物进化论等等都是标准模型理论(核心理论)的重要内容,核心理论随着科学研究进步而逐步完善。
这些成熟的科学理论的发现,包含着发现者智慧的奇思妙想,而这些奇思妙想的产生则蕴含着发现者对所研究事物的客观观照、深知洞见。
每一科学理论都面对着宇宙物质的存在、运动、变化的规律的某个方面(正面或侧面),而宇宙物质的存在、运动、变化的规律都隐藏着很深的玄机,在发现、理解这些玄机基础上,建立形成简洁性、系统性、一致性、完整性、完美统一性的标准模型理论,并使其逐步完善成为全面揭示诠释宇宙万事万物现象及其规律的核心理论,是科学理论发展的终极目标。
所谓的标准,就是对某种事物的最基本的、最基础的、最本质的东西的规定和规范,标准是一种要求,一种尺度,一种样板,对事物的优劣程度的判定,需要用相应的标准去丈量、检验和比对。
所以,现代物理学中的标准模型理论被标称宇宙科学核心理论,至于这种标准模型理论具体的理论基础、研究方法的具体内容是什么本身还没有一个标准,所以,它就是一个无所不包,又无所实(无质无核,应该有质有核)的模型,是一种设想,还不是一种理论。
标准模型理论–模型效仿牛顿的经典力学–认为牛顿力学是在宏观物质世界中成功的标准模型力学理论,采用“分析与综合”研究归纳方法,发现列出天体运动规律数学表达式,精确地陈述了天体的基本运动原理以及天体与天体之间的相互关系,并由此成功地推导出更多物体的运动状态,从而构建了描述宇宙宏观物体运行的经典力学理论体系。现代物理学试图以经典力学理论体系类似的模式完成标准模型理论的构建。
经典力学理论是一个描述物体运动现象的模拟理论,是一个描述物质宏观运动的理论,它几乎不涉及物质运动的本质,即使牛顿万有引力定律公式,对天体运行动力的描述,也只是根据行星运行轨迹采用数学模拟方法归纳总结出来的,万有引力是有其存在的本质性原因的,但是,牛顿模型里并没有揭示出万有引力的这种本质,只是笼统地表示与天体的质量有关、与天体的之间的距离有关,而这种有关背后的物理本质对经典物理学和现代物理学来说,却始终是一个迷。
实验手段、数学方法处理的是事物的现象,无法直接揭示出事物的本质,只有从现象出发的对事物的深刻科学思考、哲学思考,从广度深度上,联想事物现象呈现出来的事物与他事物之间的个性与共性、区别与联系,才有可能透过现象洞见到事物的本质。
进行科学思考、哲学思考,需要具有扎实的综合的知识基础,需要耐力、毅力、想象力和辨别力,去分析、去理解、去领悟,合理猜测、归纳总结论证,这是一件永恒的极富挑战性的事情,引无数智者竞弯腰。
现代物理学的试图创建标准模型理论,然后,以一个统一的核心理论解释宇宙万事万物,从普朗克的热辐射规律公式和爱因斯坦光电效应解释为象征性起点,通过光量子(能量包)假设,开始了对原子内部物质组成与结构的研究探索,借助居里夫人与卢瑟福对原子结构研究的成果,原子是由带正电的原子核与带负电的核外负电子单元负电荷所组成的,原子绝大部分物质,几乎全部,集中在体积极小的原子核中;玻尔结合应用光量子假设,成功地对原子的稳定性问题和原子受激发发射的光谱线问题进行了创新性理论解释。
普朗克的通过光量子假设解释热辐射,建立了普朗克热辐射定律公式;爱因斯坦借用普朗克光量子假设,光能量子解释光电效应现象;玻尔应用普朗克光量子假设完善构建了原子模型,对原子的结构稳定性和光谱线发射特定性进行了理论解释,然而,普朗克光量子假设和在此假设基础上进行的对原子相关现象的创新性理论解释,与经典物理学的连续性、一致性理论原理原则相背离,根源在于对光子的认知问题,也就是如何解释光子的物质(颗粒)性、能量(波动)性二象性问题,最终,通过哥本哈根物理权威大会,达成共识,对量子假设、光子波粒二象性进行了权威诠释,哥本哈根诠释,表征着现代物理学中量子理论的确定性创立,所以,现代物理学某种意义上可称之为标准模型物理学,这里的标准是一种人为规定性标准,重在实用性、有效性,而不是自然规定性标准,而非客观性、本质性,很多情况下,将许多东西涉及的因果律都被扬弃,孙子比爷爷出生早,无先无后,无因有果。
实际上,任何科学都有认为规定性标准隐含其中,所不同的是理论公理性假设的前置性、确定性,理论的系统性、完整性、一致性和统一性。
现代物理学中的标准模型物理学理论的概念,是在以实验观测作为理论构建基础材料的,通过原子科学实验,为标准模型物理理论提供了大量的原子组分新物质。
原子核内的物质基本粒子,它们的存在被发现,对于从更微小的基本粒子角度,研究思考创新原子更深层次的物质结构理论,了解原子内部物质基本粒子的架构方式、架构方法、形成途径及种类划分等等,提供了新的信息资料和现象例证。
经典力学成功的原因在于经典物理学描述的是宏观物理现象,比如天体运行规律,之所以能够保证数据那么精准,在于宇宙宏观尺度如此之大,尽管开普勒所用的仪器设备的精度不是很高,观测数值误差也相对地球上数值的精度要低得多,但是,毕竟相对于天体的尺度而言,测量误差即使很大,总体精度还是能够得到基本保证的。
就天体尺度上讲,开普勒的天体运行观测值已经相当精准,开普勒能够准确地观测记录到行星运行的轨迹数据,找到天体运行的轨迹,循着天体运行的轨迹就可以研究天体运行的规律,这是开普勒三大定律被归纳总结出来的原因所在,天体运行轨道的超大空间尺度,是开普勒观测精准度的有效条件,但是,开普勒天体运行规律的描述为现象揭示描述,不涉及天体运行的内在动力问题,也就是说明了如何运动,没有说明为什么如此运行。
牛顿针对开普勒的精准观测资料,采用数学模拟方法给出了太阳系天体运动的的动力学描述,这种动力学描述是在开普勒三大天体运行规律基础上完成的,但是,比开普勒三大定律更完美地揭示了行星运行的动力规律,动力公式揭示了整个宇宙时空中的天体运动动力规律,依然没有揭示出行星运行规律的动力本质。
而牛顿光学的研究涉及到光的本质问题,所以,对光的研究更多的是现象描述,而没有给出揭示光运动的经典规律的数学表达式。
经典电动力学对电磁场的描述,在牛顿经典力学基础上前进了一大步,是在法拉第大量电磁实验观测研究基础上,进行的数学微分方程模拟,它成功地揭示了电磁之间的转化规律,预言了电磁波的存在。法拉第的电磁学实验,涉及到了宇宙物质的微观组成部分及其结构对物质特性的影响。
普朗克黑体辐射公式、爱因斯坦光电效应解释,则完全属于对原子微观性质的解释,是对微观物质组分、微观物质机构显现出来的宏观现象的解释,那就是普朗克能量包假设,这是量子理论的起始。
现代物理学采用物理实验手段,获取大量的实验观测结果,尽管现代实验设备的分辨率、先进性已经不是一百年前的设备所能比拟的,但是,将当今研究微观物质组分与运动规律的空间尺度与开普勒、牛顿研究太阳系行星运行规律那个宏观空间尺度相比较,实验所用设备的分辨率再高,也无法与当年开普勒牛顿所用的观测设备的分辨率相比较,因为开普勒、牛顿所有的天文观测设备尽管落后,却用它们看到了太阳系一颗颗行星及其卫星,而当今现代物理实验所用的设备,给出的实验结果,只能靠理论和猜测估摸,去解释解读实验结果。
现代物理学过于依赖实验设备(工具1)、过于依赖数学模型(工具2)、过于依赖权威解读,现代物理学的客观性被大打折扣,因而现代物理学的理论bug太多,基础极不牢固,依然是对现象解读多于理论诠释,而且即使有些理论诠释,也浮于表面,没有触及物质本质,往往是面对新出现的现象,就要给出一个与之对应的假设,自创新论却难以自圆其说,假设与假设互斥,导致诸多悖论共生,质能转换、双生子佯谬、时空弯曲、奇点、宇宙大爆炸、薛定谔猫、量子纠缠等等现代物理学缺乏理论基本的系统性、规范性、逻辑性、一致性和统一性。
“物质告诉时空怎么弯曲,时空呈现物质如何运动”。若将圆形运动行星的轨迹以拓扑展开,那么,行星的轨迹就是一条笔直的直线,行星就是在做匀速直线运动,这时候,弯曲的就是宇宙时空,而不再是行星的运行轨迹。
许多人会问,总在强调各种经典理论、现代理论中的问题,为什么不正视这些理论在科学技术中的成功应用,且推动着科学技术、科学理论的发展进步。其实,这是两个不同的问题,讨论理论的时候,强调的是理论的规律性、准确性,而研究技术的时候,着重的是技术的实用性、有效性,二者相互关联,却往往有着本质性的区别,科学技术与科学理论的二者标准不同。
如,圆周率π,在理论研究上,圆周率π是“同一个圆的周长与圆的直径的的比值”,是一个常数,一个无理数常数;而在技术应用上,π则是确定的数值,根据技术精度要求对π进行赋值;同样的,对于牛顿万有引力定律公式,库伦电荷作用力公式,公式中,都有一个“与两个相互作用的事物之间的距离的平方成反比”,有人就疑问,为什么恰好是“2”次方,而不是“1.999…999”或“2.00…0001”次方?从工程上,三者都可以被接受,但是,理论上就不能接受这种看似微小的不同;差异有大差异与小差异之别,差异还有有差异与无差异之别 “差异大与差异小的区别”与“有差异与无差异的区别”,在技术应用上也许二者没有实际上差别,在理论研究上二者具有本质上的不同。
经典物理学与现代物理学都是在某个阶段创新发展建立起来的科学,都近似地模拟了宇宙某种事物,揭示了其中蕴含的某些规律,也都有其理论和应用的局限性,经典物理学与现代物理学有着较大的近乎本质的区别。
经典物理学的理论原理、原则是理论科学的原理、原则;而现代物理学的理论原理、原则是应用科学的原理、原则,这也是现代物理学研究成果丰富并被广泛应用,而理论突破几乎毫无建树的根本原因所在。科学实验助推着科学发现,科学发现助推着科学理论的研究思考,改善着科学实验,科学技术应用推动着科学理论创新的发展,科学理论创新指导着科学技术应用的进步,这该算是科学技术与科学理论之间的一个互动良性循环规律(齐美电磁波动传播规律)。
(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)