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◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆ 《時空波動論》 第一章：宇宙的起源 作者：陳少華 ◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆ ◎人類必須要靠自已的智慧 以人類現(xiàn)在的技術(shù)水平，要想進行時間旅行和宇宙漫游，是不可能的。因為人類的飛船速度很低。距離太陽系最近的恒星，是4．3光年之遠的半人馬α座。要想飛行到那里，以現(xiàn)在最快火箭的速度，需要數(shù)萬年的時間。即便是火星，都只是在近年才由無人探測飛船到達過。人類的腳步，僅僅只登陸過地球的衛(wèi)星——月亮。月亮距地球只有38萬公里，一光秒多點的距離。這同動輒數(shù)百上千光年的宇宙空間比起來，太小太小。距離探索太空和宇宙，人類還有太長的路要走。這一切表明，人類的科學圣殿，這個以牛頓萬有引力、愛因斯坦相對論、量子力學三大理論為支柱而經(jīng)歷了百年輝煌的耀眼宮堂，如今已經(jīng)王氣黯然，裂縫隱現(xiàn)，是到了重建的時候了。否則人類永遠也無法進行宇宙星際探索，邁向銀河時代。 不明飛行器―――UFO屢屢被目擊者觀察到。讓我長時間地苦苦思索：外星人究竟掌握了什么尖端科技，讓他們?nèi)绱溯p松地在宇宙中自由自在地旅行？無法不羨慕。如果能拜外星人為師就好了。可惜的是，外星人真的很神秘，神龍見首不見尾，從來不肯跟人類溝通；也許，他們是不舍得將核心機密泄露？當然，也有可能，是認為人類太落后，就象人類看待猴子一樣，覺得兩者差距太大無法溝通？ 人類無法從其他智慧文明那里得到宇宙的真正奧秘。 所以，人類必須自力更生，艱苦奮斗，只靠自已的力量與智慧，使科技水平逐漸達到尖端水準，從而能夠自主進行時空穿梭和宇宙飛行。這也是宇宙法則決定的。 雖然人類比外星人要落后很多很多年，但，我可以肯定，奇跡即將出現(xiàn)―――人類即將發(fā)現(xiàn)和掌握那些被外星人視為不可泄露的宇宙秘密。用不了多久，人類就可以完成外星人幾萬年里走過的宇宙時間探索之路。從而與其他高級智慧文明一起，成為宇宙時空的主人。 人類將可以回到古老的過去，來到遙遠的未來。在無邊廣闊的宇宙中自由遨游。 沒有什么難題是不可解決的。只要肯用心思索和實干，我們可以完成任何重任。 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自1929年偉大的天文學家哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙紅移，得出宇宙在加速膨脹的結(jié)論后，勒梅夫受到啟發(fā)，提出宇宙起源于一個原始原子。著名科學家伽莫夫提出“大爆炸論”，認為宇宙起源于一次大爆炸：大約在一百四十億年前，宇宙是一個無限密度與無限小又無限高溫的小點，名叫奇點，在強大壓力作用下，轟地一聲大爆炸，產(chǎn)生出無數(shù)的粒子飛向四方，其中包括電子，夸克、光子、中微子等基本粒子?？淇碎g相互結(jié)合，形成質(zhì)子、中子，電子與質(zhì)子、中子結(jié)合，形成氫原子和氦原子。這些原子凝聚為一團團星云，在引力作用下坍縮，成為無數(shù)的恒星、行星，從而形成現(xiàn)在這個宇宙。 大爆炸論非常精確地描述了宇宙的產(chǎn)生過程。 但還是有一點缺憾―――它沒有回答一個最原始的問題，這個無限密度與無限小又無限高溫的小點，名叫奇點的東西是從哪來的呢？難道是憑空而來？或上帝創(chuàng)造的？如果是上帝創(chuàng)造的，那上帝又是哪路神仙創(chuàng)造出的呢？或者，上帝有媽媽嗎？ ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ ◎宇宙的真實起源 現(xiàn)在，人類已經(jīng)可以掌握宇宙起源的秘密。 宇宙最初是沒有什么奇點的，什么都沒有。無邊無沿的天空，一望無際，空無一物，比真空還真空，完全是絕對0度。也沒有時間在流逝。這意味著，如果有一個時鐘，這個時鐘將不會記載哪怕一秒的時間。如果你正在這個宇宙里，你的時間是停止的，我們正常的宇宙已經(jīng)度過了幾千年，你都覺得自已只過了一瞬間。 但這種情況終于會有所改變。在于微觀世界的特殊運行方式。宇宙最初沒有時間沒有空間沒有物質(zhì)沒有能量的狀態(tài)，等同于一個存在時間極短的微觀世界，這里，量子力學的原理將發(fā)生作用。 量子力學是一門非常成功的科學。直接引導了電子信息革命，使人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。 德國科學家普朗克1900年提出“量子”觀念，為量子力學打下理論基礎(chǔ)，再由著名的哥本哈根學派：玻爾、海森堡、泡利發(fā)揚光大。其核心原理是“不確定性原理”：無法同時測到一個粒子的位置與速度的準確值；在極短的時間里，粒子的能量無法確定，可能會有一個超大值存在；極短時間里，在微觀粒子世界，任何事情都有發(fā)生的概率存在。 不確定性原理決定了微觀粒子世界有著區(qū)別于我們熟悉的宏觀世界截然不同的特點。量子隧穿效應(yīng)證實了這一點。在一束粒子中，每一個粒子的能量都是E。由于能量不夠，它們無法躍上某個高度、或穿透某個障礙。但在一瞬間的極短時間內(nèi)，很可能出現(xiàn)某個粒子，忽然具備了超高能量，輕松躍上這個高度并穿透障礙。 根據(jù)隧穿原理，科學家們已經(jīng)發(fā)明了許多非常實用的靈敏度極高的微觀粒子探測儀器。美國科學家賓尼希發(fā)明的掃描隧道顯微鏡，能看清納米尺度的原子分布，是分辨率最高的顯微鏡。其原理就是利用隧穿原理。極尖細的探針接近被探測物，通常情況下，被探測物表面的電子能量低，不具備沖破空間阻礙讓探針產(chǎn)生觸動效應(yīng)。但在某個極短時間，肯定會有某些電子忽然具備很高能量，沖上探針產(chǎn)生觀測結(jié)果。正是因為這種隧穿效應(yīng)很普遍，很均勻，所以會讓顯微鏡看清原子級別的物體結(jié)構(gòu)特點。 不確定性原理還表明，在極短一瞬間，微觀世界有可能處于質(zhì)能不守恒狀態(tài)。有可能從虛無中偶然產(chǎn)生一對虛的正負粒子，又立刻中和泯滅。釋放出微弱的光子或射線。這，正是宇宙最初那重要的初始能量來源。這個能量雖然極其微弱，但已可使時間流動。只要有了一點能量觸發(fā)，時間的流動就是自動的，而且再也不會停止。要想讓時間停止，就必須對時空施加特殊能量才行。 在宇宙最初，正是什么能量都沒有，所以連時間都不能流逝。時間的流逝是需要有一個推動力的。具體的原因，大家在看了我日后對時間本質(zhì)的揭示后就會明白。正是不確定性原理的作用，使得微弱的能量從虛無中釋放出來，從而推動了時間的流動。這是非常關(guān)鍵的。 真空里的能量起伏，是量子力學里的一個非常特殊的現(xiàn)象。在一個極短的時間里，原本能量是0的空間，會忽然產(chǎn)生一對虛粒子對。并立即中和湮滅為一對光子，釋放出微弱的能量。這使系統(tǒng)在極短的時間內(nèi)處于質(zhì)能不守恒狀態(tài)。但這種狀態(tài)并不會持久。產(chǎn)生的能量相當于粒子從真空銀行里借貸出去的貸款，是要歸還的。緊接著正負虛粒子對就會中和，使系統(tǒng)的總能量達到0，從而維持能量守恒。 但在時間運行之前，這個能量貸款就無法歸還回去。時間的運行是自發(fā)的，迅速的，只要有一點點能量，哪怕是借來的虛能量，也立刻被時間利用，使自已流逝起來。 可見，使時間流逝的這點能量，是無法歸還給真空能量銀行的。真空能量銀行要想追討這份欠款，只能強迫時間停止流動。但這將耗費多得多的能量。不符合最省力實用原理。所以銀行只能睜一只眼閉一只眼，不再追討最初的這一點能量貸款。此后，質(zhì)能守恒將會得到遵守，真空中的能量起伏無法改變系統(tǒng)的總能量值。 單靠由不確定性偶然產(chǎn)生的能量，宇宙要生成到現(xiàn)在這么多質(zhì)能，是不可能的。每一點能量，都會被追討償還，使系統(tǒng)保持在能量守恒狀態(tài)中。宇宙只能非常短暫地處于質(zhì)能不守恒狀態(tài)。 那，這個如此浩如煙海的宇宙，是怎么來的呢？ 時間會解決這個難題。 ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ ◎時間是萬物之母 時間逐漸成為宇宙在最初時刻唯一的標志。需要指出的是，那時，時間的流動速度跟現(xiàn)在是完全不同的。真是非常的緩慢。如果能派一個人拿著一個時鐘去創(chuàng)世之前的宇宙，把兩個時間進行對比，那時的時鐘只過一秒鐘的時間，我們就已經(jīng)歷了上千年。 這段時間大概持續(xù)了十萬億年（我的估算，會有些誤差的）。這是個非常漫長的時間概念。而人類測出的宇宙的存在的時間是一百四十億年。這一百四十億年其實只是有物質(zhì)存在的時間。跟毫無一物的宇宙持續(xù)時間相比，真是太短了。 時間是有能量的。時間為什么會有能量？現(xiàn)在只提出這個使人難以置信的結(jié)論。具體的證明，將在下一章再陸續(xù)揭示。 這十萬億年的漫漫時間里，時間積累出了無窮能量。就象是一束光線，在數(shù)萬億年的發(fā)射中，發(fā)出了無數(shù)的光子能量。這些光子能量越積越多，量變產(chǎn)生質(zhì)變，最后發(fā)生了一個驚天動地的事件。 而偉大科學家愛因斯坦已經(jīng)證明，能量和質(zhì)量是等價的，在一定條件下，可以相互轉(zhuǎn)換。 這些無窮的能量，漸漸旋轉(zhuǎn)成為大渦輪，越轉(zhuǎn)越快，內(nèi)部溫度也越來越高。又經(jīng)過幾千億年的時間，這個大渦輪終于凝聚成為一個無限密度與無限小又無限高溫的小點，也就是“奇點”。 接下來發(fā)生的事情，跟當代大爆炸論所描述的情況基本相符，不同點在于，宇宙大爆炸會產(chǎn)生成對出現(xiàn)的無數(shù)正粒子與反粒子。大爆炸論認為，正粒子會比反粒子多點一點點，大約是十億分之一，當正反粒子相碰同時泯滅后，是這多出的十億分之一的粒子，形成了現(xiàn)在這個宇宙。 反粒子和正粒子是一樣多的，數(shù)量上不會有區(qū)別。只是在大爆炸發(fā)生的那一刻，正反粒子是沿著不同的方向拋出，大部分正粒子和少部分的反粒子聚在一邊，大部分的反粒子和少部分的正粒子聚在另一邊。每一邊都在中和泯滅一部分粒子后，由剩下的粒子相互作用，產(chǎn)生出一個宇宙。我們現(xiàn)在所處的宇宙，是由正粒子構(gòu)成的正宇宙，而我們的鄰居宇宙，將是那個由反粒子構(gòu)成的負宇宙。 這個浩如煙海的無邊無垠的宇宙，其實是在一無所有中由時間產(chǎn)生的。所以說，時間是宇宙萬物之母。 ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ ◎一沙一世界 佛學認為，一粒沙子里就有一個世界。這是有道理的。其實，每一個基本粒子，比如電子、質(zhì)子、中子，如果將其無限放大，會發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部是空的，其內(nèi)部都有一個宇宙。這個宇宙產(chǎn)生的原因跟我們這個宇宙產(chǎn)生的原因是一樣的，都是由于不確性原理產(chǎn)生出微弱的能量，使得時間流動，時間在萬億年的漫長歲月里積累無窮的能量，最后形成一個奇點，引發(fā)大爆炸形成了宇宙萬物。 由于質(zhì)子與中子并非最基本粒子，而是由3個夸克組成，所以質(zhì)子與中子的內(nèi)部宇宙分別存在于3個夸克中，每個夸克都可以在內(nèi)部形成一個宇宙。電子作為基本粒子，其內(nèi)部則有一個單獨的宇宙。 其實，我們這個看似浩翰的宇宙，很可能就是裝在另一個宇宙里一個微不足道的電子中。 我們這個世界才存在了幾十億年，那基本粒子內(nèi)部是否沒有足夠長的時間來積累能量？其實不是。因為時空不一樣，時間的快慢也不一樣。我們過去一年時間，基本粒子內(nèi)部的時間可能就過去了幾十萬年。所以還是有足夠時間來積累能量形成奇點。 基本粒子內(nèi)部的宇宙，大部分時間還是安全的。但這些宇宙也有瞬間毀滅的可能。大型強子對撞機里，加速到接近光速的基本粒子相互碰撞，會將基本粒子撞得粉碎。粒子內(nèi)部的宇宙也就面臨著滅頂之災(zāi)，徹底毀滅。除此以外，當我們給物質(zhì)加熱到高溫時，這些物質(zhì)處于高溫的基本粒子，其內(nèi)部的宇宙也會處于一個高溫狀態(tài)。很可能身處這個宇宙的生命無法適應(yīng)，就滅絕了。我們這個宇宙也一樣，萬一哪天包含著我們宇宙的基本粒子被丟進高溫煉鋼爐，我們就會感覺到無法忍受的熾熱。轉(zhuǎn)眼間生命都被烤焦消失了。當然這種概率還是非常小的。我們這個宇宙既然能夠堅持到智慧生命的產(chǎn)生，說明包含著我們這個宇宙的基本粒子處境穩(wěn)定正常，溫度適宜。當然我們還是要祈禱這個粒子千萬不要被丟進煉鋼爐或大型強子對撞機中去。 現(xiàn)在可以解釋我們這個宇宙為什么可以產(chǎn)生生命了。 分析我們所在的宇宙，就會發(fā)現(xiàn)，真的是太巧奪天工了，使一些物理定律常數(shù)不多不少，正好適合生命的產(chǎn)生，適合人類的出現(xiàn)。這些常數(shù)哪怕是偏離一點點，人類都是不可能生存的。為什么會這樣巧呢？就是因為在無數(shù)個宇宙中，剛好有幾個宇宙是適合生命發(fā)展的。人類，當然只能出現(xiàn)在這極少數(shù)的幾個宇宙中。 普通人認為生命仿佛是理所應(yīng)當，科學家則有太多理由為人類慶幸，為生命驚喜。 事實上，質(zhì)子質(zhì)量如果稍微重千分之一，同中子相當，原子就不會穩(wěn)定，物質(zhì)就不會形成。生命的出現(xiàn)更是妄想。強核力哪怕強萬分之一，恒星燃燒速度將大大加快，壽命顯著降低，不會有充足的時間留給生命去進化，智慧生命就再也不會產(chǎn)生…… 具體到人類的產(chǎn)生，那就更加讓科學家覺得不可思議。那么多幸運的、出現(xiàn)概率為幾億分之一的美事，全讓地球給攤上了：如果地球離太陽稍微遠一點，就不能從太陽上獲得足夠的光和熱，生命就無法產(chǎn)生。如果不是有大量的水和海洋，生命同樣無法生成。如果不是有巨大的木星存在于地球軌道外側(cè)，地球被小行星碰撞的概率將猛增幾萬倍，生命也將消失。如果不是剛好有月球這顆大衛(wèi)星的存在調(diào)整地球軸線，地球?qū)o法穩(wěn)定地繞太陽公轉(zhuǎn)，氣候無法持久恒定，生命同樣無法持久進化從而形成智慧生命。而一顆行星擁有如此巨大的衛(wèi)星，在宇宙中極少被發(fā)現(xiàn)過，概率真的極其之小；最不可思議的是，水凝結(jié)成冰后，冰會浮在水面上。這使得生命的產(chǎn)生成為可能。海洋不會因為結(jié)冰而全部凍結(jié)。事實上，物質(zhì)固體比液體密度高是一個普遍的情況，只有水除外，水的固態(tài)比液態(tài)輕。一旦冰比水重，那一旦進入冬天，表面結(jié)冰后沉入海冰，表面繼續(xù)結(jié)冰，最后整個海洋都會冰凍，所有生命都不可能生存下去?？上攵?，冰比水輕是多么的關(guān)鍵。而能作到這一點的宇宙，想來非常罕見。其它宇宙，多半因為冰比水重而無法產(chǎn)生任何生命…… 所以，不可不珍惜生命。生命，出現(xiàn)得真不容易！能進化到現(xiàn)在的智慧階段，開始去認識宇宙的奧秘，更是一個奇跡！ 我們之所以存在，生命之所以存在于這個宇宙，之所以有這么多巧多天工的巧合，是因為我們這個宇宙絕對不是孤立的。在我們這個空間，確實只有我們這一個宇宙。但我們這個宇宙其實只是另外一個宇宙里的一個微不足道的基本粒子。在時間能量的累積下，會在不同的基本粒子內(nèi)部陸續(xù)形成奇點。每一個奇點都會通過大爆炸產(chǎn)生正反兩個宇宙。這些宇宙中，只有極少數(shù)宇宙可以產(chǎn)生生命。因為生命的出現(xiàn)需要的條件太復雜太苛刻。而大爆炸那么一下，不確定性太多。而無疑我們這個宇宙恰恰是那極少數(shù)適合于產(chǎn)生生命的宇宙之一。 ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ ◎光速恒定的內(nèi)在原因分析 光速為什么不多不少，恒恒定定，無論光源運動多快，永遠是約30萬公里每秒？ 光速恒定，是愛因斯坦相對論的重要理論基礎(chǔ)。因為它可以被當作一項公理，所以沒有想過去證明它。 其實，這是可以證明的?，F(xiàn)在就來解釋，為什么光速會恒定為30萬公里每秒，而跟光源的運動速度無關(guān)，并在后文證明光速也跟測量者的運動速度無關(guān)。 光速恒定表現(xiàn)在無論觀測者運動速度是多少，他測出的光速永遠是Ｃ。如果一個以Ｃ高速向前運動的人，來測量一束同向光線的速度，按照常理，他應(yīng)該是與光線同速并行，測出的光速應(yīng)該是０?？墒?，他測出的光速并不是０，而是Ｃ。 為什么會發(fā)生這種事情？原因在于：一，時間是隨著測量者運動速度變化而變化的。這可以解釋光速為何不隨測量者的運動速度變化而變化（兩者同向時）。相對論已經(jīng)有了時間會隨測量者運動速度變化而變化的推論。當速度增加時，時間會變得緩慢。 光速是不會隨著光源運動速度改變而改變的。這是一個非常奇特的事實。一艘靜止的飛船上發(fā)出一束光，光速為C，同時一個人以10公里每秒的速度在飛船內(nèi)向前運動。當飛船加速到以20公里/秒飛行時，按照經(jīng)典伽利略變換規(guī)則，這時那個人的速度相對靜止地面的速度是20+10=30公里每秒。光速相對于靜止地面的速度應(yīng)該會增加到C+20公里每秒。為什么光速還是C不變呢？ 只能有一個解釋。 光束的運動必定有一個特殊的機制。正是這個機制，使得光源在運動時，也無法超過C的限制。又是這個機制，使得光束一經(jīng)發(fā)出，又自動達到C，不會多一點，也不會少一點。 這個特殊機制到底是什么呢？ 根源在于發(fā)生于一百四十億年前的宇宙大爆炸。
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電磁波的傳遞確實不需要介質(zhì)。因為電磁波具有波粒二向性。機械波傳遞需要介質(zhì)，因為機械波是純粹的波動。電磁波所具有的粒子特性是與機械波最大的不同。電磁波粒子就是電磁量子―――光子。它是一種沒有質(zhì)量、具有能量的能量子。光子是有能量有沖量的，奔跑并不需要介質(zhì)，在真空里反而還跑得更快些。所以電磁波在完全真空里也可以傳播，比如宇宙最外面什么都不存在的空間。 而宇宙內(nèi)部的空間并非完全的真空，而是由各種充滿宇宙的微波輻射形成的超級大電磁場。光子其實充滿著整個宇宙空間。 在量子力學里，力被解釋為是在場中通過交換基本粒子來實現(xiàn)的。電磁力是電子之間在電磁場中交換光子產(chǎn)生的；強核力是質(zhì)子與中子在楊――米爾斯場中交換膠子而產(chǎn)生，弱核力是電子與中微子在楊――米爾斯場中交換W玻色子或Z玻色子。這就是標準模型，將三種基本力統(tǒng)一了起來。 正是這個宇宙輻射電磁場的存在，使得光線以精確的光速傳播。宇宙輻射電磁場里充滿了電磁量子。這些能量子就是電磁波得以迅速傳播的介質(zhì)。電磁波就是通過它們來傳遞能量與波動。彌漫于宇宙的電磁輻射能將任何剛剛由電磁振源發(fā)射出的電磁波加速為30萬公里每秒。 宇宙的原始大爆炸產(chǎn)生的輻射，其速度多少是關(guān)鍵。決定了現(xiàn)在所有電磁波的速度。如果這個原始速度是60萬公里每秒，那么我們的光速常數(shù)C就不是30萬公里每秒了，而應(yīng)該是60萬公里每秒?？梢钥隙?，在其它奇點大爆炸而產(chǎn)生的宇宙里，光速常數(shù)將是形形色色的其它數(shù)字。我們所處的宇宙的光速常數(shù)一直是約30萬公里每秒，完全是一個非常偶然狀態(tài)下形成的結(jié)果。 現(xiàn)在可以解釋為何光速不隨光源運動而變化了。 宇宙輻射就象是吹拂在宇宙的風，不論光源的速度如何，這股風都只能將光束加速到30萬公里每秒。我們可以駕駛帆船航海。帆船的速度取決于風速。風速多大，帆船就會被加速到多快。我們當然也可以同時用船槳來劃，使船具有一個初速度。但這并不會讓船走得更快。因為當船速快于風速時，就會感覺到風的阻力。所以為了省力起見，我們只能順其自然，帆船也只能以風速來行駛。 宇宙輻射在給光線加速時，如果讓光線具備超越宇宙輻射風的速度，因為那樣光線就是逆宇宙風而行，將會遭受到阻力。從而會一直減低速度到30萬公里每秒為止。根據(jù)最省力實用法則，光線只能以宇宙輻射風的速度來運行。這也是為什么無論光源和電磁波振源運動速度如何，光和其它電磁波只能以30萬公里每秒的固定速度來運動的原因。 光子的質(zhì)量為0，受到其它光速飛行的光子沖撞，會立刻以光速運動，所以光子永遠無法停止運動。 這種加速機制，符合能量守恒原理。光子離開光源時，在電磁振動中，被賦予一個能量值。宇宙輻射場正是根據(jù)這個能量，來確定光子的頻率與波長。能量與頻率由普朗克量子公式：ε=hv決定。ε為光子能量，v為頻率，h為普朗克常數(shù)h=6．602*10-34。能量高的光子，就將組成高頻輻射線，如X射線、紫外線。能量低的光子，就組成低頻電磁輻射，如可見光、紅外線、無線電波。一束光子形成什么性質(zhì)、頻度的輻射線，由振源的初始振動決定。振源初始振動賦予光子的能量值，是光子能夠以光速飛行的能量源泉。 宇宙輻射充滿于宇宙，對于物體而言，因為各方向輻射作用力達到平衡，所以都相互抵消掉了。不會在物體上產(chǎn)生什么影響。但是對于電磁波而言，只要產(chǎn)生電磁振動，就會打破這種平衡。沿著振動的方向，電磁波會被宇宙輻射場加速。因為電磁波沒有質(zhì)量，所以被迅速加速到跟宇宙輻射一樣的速度，也就是光速。 帆船在大海中航行，如果不張開帆，風力就無法發(fā)揮作用。同樣，宇宙輻射風要發(fā)揮作用，將物體加速到光速，是需要條件的。 首先，粒子的質(zhì)量必須接近于0。如電磁波的量子――光子，質(zhì)量是0。弱核力作用產(chǎn)生的中微子，質(zhì)量接近于0。 其次，必須發(fā)生電磁振動。電磁振動發(fā)射出連續(xù)的能量量子，這種量子具備電磁屬性，能與宇宙輻射場發(fā)生作用，迅速被輻射場加速。宇宙輻射風在各個方向都是同樣在吹拂，要想在一個方向達到光速，就需要在那個方向產(chǎn)生一個電磁振動，這個電磁振動可以將那個方向的逆向輻射風力全部抵消掉。也可以認為，這個電磁振動打破了這個方向上的宇宙輻射風力的平衡，這個電磁振動力是量子得以高速傳播的能量來源。但這個能量的傳播速度，由輻射場決定，由輻射風的速度決定。不能快于輻射風的速度。 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光首先是粒子，是光子的集合。在飛行時當然自然以粒子束的模式直線前進。但我們這個宇宙有點特別，宇宙內(nèi)并不是完全的真空，而是充滿了一種東西。這種東西叫光子。它們產(chǎn)生于宇宙大爆炸，現(xiàn)在成為宇宙微波背景輻射。這種輻射充斥于宇宙每個角落，光子構(gòu)成了輻射。所以宇宙被微波光子所充滿。根據(jù)“最省力實用原理”，一束光線發(fā)出后，組成光線的光子此時完全沒必要以粒子束的模式飛行，只需要進行波動，就可以將能量傳遞給前方的光子，使之進行同樣能量的振動，就可以同樣以高速波動飛行的方式來傳遞能量，類似于大海的波浪，可以快速由大海中心傳向海岸。其效率絕對不比粒子束飛行時差，速度也絕對不會更慢。 在宇宙外部延伸的完全的真空里，由于不具有電磁場與光子，光線就只能作為粒子束前進。其速度也是30萬公里每秒，不可能高于這個速度，也不可能低于這個速度。這是宇宙大爆炸后宇宙輻射穩(wěn)定下來后就一直保持的速度，在完全的真空里進行擴張飛行。正是因為在完全真空里的輻射粒子束以30萬公里每秒的速度在前進，而形成了一個以此速度為標準的輻射場與宇宙輻射風。從而使任何光線在這個輻射場內(nèi)會被自動加速到這個標準速度。 在宇宙內(nèi)部這個不完全的真空里，光線有了傳播的介質(zhì)――宇宙微波輻射形成了電磁場和充滿宇宙的光子，光線就會以波動的形式傳播，速度限定在30萬公里每秒，不會多也不會少。這時的傳播方式有點象大海里的波浪，光子上下振動起伏，單個的光子速度并不高，但作為一個整體，光線卻迅速以光速在飛行。大海里的波浪里的一滴水，只會跟著波浪在上下起伏，遠遠比不上波浪前進的速度。這又有點象電流的運動。單個電子的速度其實并不快，但作為一個整體時，同時朝一個方向運動，使得電流的速度達到光速。手電筒發(fā)出一束光，光子A離開手電筒向前飛行，一秒多鐘后這束光會到達38萬公里外的月球，但那個光子A也許還只在離手電筒不太遠的地方，到達月球的光子并不是A，而是月球附近的某個光子B。這個光子B正好位于這束光線的方向上。受到振動傳遞的能量，而飛到月球上?？梢姴▌觽鬟f與粒子束傳遞是兩種不同形式的傳遞能量的方式。 明顯此時波動式傳遞更加輕松方便。光子根本不需要怎么奔跑，就可以使光線以光速高速飛行。所以宇宙會選擇讓光線以波動的方式傳播。這時光波相當于與聲波、波浪相似的機械波，通過介質(zhì)傳播。 之所以光線具有“波粒二象性”，根本的原因就是因為宇宙微波輻射形成的超級電磁場的存在。如果沒有傳播介質(zhì)，光線只會以光子粒子束的形式向前飛行，無法表現(xiàn)出光波的波動的特性。雖然還是會有微弱的波動性，就是會做出一種物質(zhì)性的概率波動，不過這種波動與光波的波動差別非常大，頻率與波長都不可同日而語。物質(zhì)波其頻率是很低的。 同樣，電磁波之所以能成為一種波動，原因是一樣的。只能在宇宙內(nèi)部的電磁場里，電磁波才能以充滿宇宙的光子為介質(zhì)傳遞能量，以波動形式傳播，在沒有電磁場的地方，電磁波就成為電磁粒子束，以粒子的形式飛行，不會具有光波的正常波動特性。 很多時候光線又會表現(xiàn)出粒子的特性，因為其時已無法表現(xiàn)出波動性，或表現(xiàn)出粒子性才更加符合“最省力實用原理”。諸如“光電效應(yīng)”、光的反射折射等。 由此可見，相對論認為光線的傳播無需介質(zhì)，真空里也能傳播，這個看法是片面的。按照這種看法，在沒有介質(zhì)的情況下光的波動傳播是無法做到的。由于宇宙微波背景輻射發(fā)現(xiàn)于1965年，對其存在的預測也晚于狹義相對論的提出時間，所以愛因斯坦在推出狹義相對論時并不知道宇宙真空里會有宇宙微波背景輻射的存在。他在這個條件下提出光線在真空下也能傳播，主要還是基于光線的粒子說得出的結(jié)論。認為光線是以粒子束的方式在宇宙空間里直線傳播。而事實上，光線在宇宙空間傳播更多的是表現(xiàn)出波動性，是以波的形式在快速飛行。 法國物理學家德布羅意在1924年提出一個假說，指出波粒二象性不只是光子才有，一切微觀粒子，包括電子和質(zhì)子、中子，都有波粒二象性。他把光子的動量與波長的關(guān)系式p=h/λ推廣到一切微觀粒子上，指出：具有質(zhì)量m 和速度v 的運動粒子也具有波動性，這種波的波長等于普朗克恒量h 跟粒子動量mv 的比，即λ= h/（mv）。這個關(guān)系式后來就叫做德布羅意公式。 三年后，通過兩個獨立的電子衍射實驗，德布羅意的方程被證實可以用來描述電子的量子行為。在阿伯丁大學，喬治·湯姆孫將電子束照射穿過薄金屬片，并且觀察到預測的干涉樣式。在貝爾實驗室，克林頓·戴維森和雷斯特·革末做實驗將低速電子入射于鎳晶體，取得電子的衍射圖樣，這結(jié)果符合理論預測。 電子波這種物質(zhì)波是怎么回事呢？按常理，宇宙里并沒有充滿電子，電子要想以波的形式在空間傳播，是找不到傳播介質(zhì)的。 千萬不要把電子波等物質(zhì)波等同于需要介質(zhì)才能傳遞的機械波。其實，這種波是概率波。由于海森堡測不準原理在微觀尺度起作用，電子的具體位置與速度都是無法同時確定的。電子某一時間位于何處，也是有一個概念分布的。這就會形成一種波動現(xiàn)象，單個電子在通過雙縫時，會以不同的概率通過雙縫，理論上會形成自我干涉。但一旦要觀察這個干涉現(xiàn)象時，波函數(shù)會坍縮，電子只會在屏幕上形成一個點。但如果多個電子通過雙縫，會在屏幕上形成干涉現(xiàn)象。電子在某一時刻的位置無法被確定，那么在某一時刻電子就會以不同概率通過雙縫。電子出現(xiàn)在圖案上的位置有不同的概率，出現(xiàn)概率最大的地方，會出現(xiàn)亮紋；出現(xiàn)概率最小的地方，會出現(xiàn)暗紋。實驗確實表明，電子束確實會在通過雙縫后產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。如果一個電子一個電子地發(fā)射，同樣會出現(xiàn)通過統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)這種干涉現(xiàn)象。是因為這種概率是普遍存在的。就好象拋硬幣，單次拋是無法確定哪一面朝上。但如果拋的次數(shù)多了，每一面出現(xiàn)的概率都是50% 。電子在運動時的狀態(tài)，可以用薛定鄂波動方程來表示。這個方程的意義就是表明電子出現(xiàn)在不同方位的概率大小。 對于質(zhì)量遠遠大于電子的普通物體而言，由于測不準原理失效，其波動現(xiàn)象基本不會出現(xiàn)。不過嚴格意義上來講，也還是會具有一定的波動，只是波長相比物體的尺寸而言太小，可以忽略不計。一個子彈，如果在太空中向前發(fā)射，毫無疑問，由于沒有重力的作用，子彈會以直線飛行。但量子力學告訴我們，并不是如此。子彈只是看起來象一條直線，實際上，子彈在飛行時并非嚴格的直線，而是以一個很小的范圍偏離出飛行路線。但這個偏離值是可以利用德布羅意物質(zhì)波方程計算出來的。 總結(jié)而言，物質(zhì)波的波粒二象性根源在于測不準原理。 ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ ◎波函數(shù)坍縮的《時空波動論》解釋 奧地利物理學家薛定鄂1926年提出波動方程，經(jīng)典宏觀物理運動的描述定律是牛頓力學三大定律，而在微觀尺度，科學家發(fā)現(xiàn)基本粒子的運動完全不符合牛頓力學，必須用一套全新的定律來描述電子中子等基本粒子的運動模式。薛定鄂在德布羅意波公式的基礎(chǔ)上，推導出波動方程，對波動方程的求解，可以得出波函數(shù)。經(jīng)過驗證，發(fā)現(xiàn)電子的運動與波函數(shù)完全符合。波函數(shù)反映的是電子在某時刻在空間分布的一個概率的變化。 電子絕對不是按直線前進的粒子，而是以直線為中心，也會以不同的概率出現(xiàn)在直線周圍的波動，每個位置會有一個特定的概率，但越靠近直線中心，電子出現(xiàn)的次數(shù)越密集。后來形象稱這種位置分布為電子云。這個方程其實就是描述波動的方程。與普通波動方程比如聲波水波不同的，普通波動方程在確定的某個時間，波的位置有一個確定的位置；而薛定鄂波動方程描繪的不是普通波動，而是量子空間的基本粒子波動，在確定的某個時間T，粒子并沒有確定的位置，而是在一些位置存在一些不同的概率分布可能。這個概率分布可以通過電子雙縫實驗來觀察。單個電子通過雙縫后到達觀察屏時的位置，呈現(xiàn)出一種概率分布狀態(tài)。有的位置電子經(jīng)常出現(xiàn)，有的位置電子只是偶爾出現(xiàn)。這個概率并非無規(guī)可循，而是嚴格遵守著一種規(guī)則。薛定鄂找到了這個規(guī)則，寫出了波動方程。 這也是電子軌跡看起來象是一團云的原因。Ψ2就是電子分布位置的概率。這說明在一個時刻T，粒子位于什么地方，是無法確定的，只能給出一個概率上的分布。但這個概率分布并非雜亂無章，而是很有規(guī)律，只要在電子前方立起一塊顯示屏，觀看電子打擊到顯示屏上的位置，就可以看出這個規(guī)律?？梢杂脝坞娮觼磉M行多次實驗，也可以用一束電子群來進行實驗。兩種方式得到的結(jié)果是一樣的。 如果在電子與顯示屏之間豎起一塊遮擋板，上面開一單孔，電子將穿過單孔后再飛行到顯示屏上，顯示屏上就顯示出一種類似于正態(tài)分布的圖樣，接近中央的部份電子出現(xiàn)的密度最高，這個部分亮度最高。從中間向兩邊密度逐漸減小，直至完全看不到電子的痕跡。這令我們想起什么？想起山峰現(xiàn)山谷之間連綿起伏。山峰最高，就象中間電子出現(xiàn)次數(shù)最密集的那部分空間；山谷最低，就象電子出現(xiàn)的次數(shù)越來越少，直至完全不出現(xiàn)。這正是波動所描繪的現(xiàn)象。波動就是振動粒子在能量最高的波峰與能量最低的波谷之間循環(huán)往復的過程。比如水波的波動，水分子一會兒被拋上波峰，一會兒被甩向最低谷。在電子運動時，電子在顯示屏上出現(xiàn)的次數(shù)，在顯示屏中間部分亮度達到最高峰，然后向兩測逐漸下降到最低谷0 。 如果在遮擋板上開兩個單孔，那電子將在穿過雙孔后飛行到顯示屏上，顯示屏會顯示出什么圖樣呢？此時顯示屏會顯示出更加類似于波動的圖案，電子的亮度光條明暗相間，明亮光條會緊跟著黑暗長條，然后是明亮光條，再接著黑暗長條。而在顯示屏中間部分，電子的亮度達到最高，顯示這里到達的電子個數(shù)是最多的。向著兩側(cè)，明亮光條的亮度會逐漸減弱。 這讓我們想到光通過雙縫的干涉實驗。產(chǎn)生的正是這種明暗相間的條紋帶。這說明，電子在通過雙孔后，會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。使電子出現(xiàn)在顯示屏的次數(shù)被改變。原本電子可能出現(xiàn)在顯示屏某處，但由于來自另一個孔的電子也出現(xiàn)在這里，兩個電子正好一個是能量的峰值，一個處于能量的最低，而被抵消。使電子不在那里出現(xiàn)。 聲名遠揚的薛定鄂波動方程，正是正確描述了電子的這種運動狀況。這里的波動不是指電子本身以波的方式在前進，而是電子出現(xiàn)的概率，在顯示屏上出現(xiàn)的次數(shù)，會以波動的方式，密疏分明地出現(xiàn)。實際上，電子仍然是以粒子的形式在前進。但并不是嚴格的直線運動，而是會出現(xiàn)偏差。 當單個電子通過雙縫時，根據(jù)波函數(shù)，電子會以不同的概率通過雙縫，所以會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。但當把一個屏幕放在雙縫前方時，電子并不會顯示干涉圖樣，而是會顯示出一個點。這個點代表的是一個確定的位置，并不是波函數(shù)所描繪的結(jié)果。波函數(shù)預言的是單個電子會以不同的概率通過雙縫，并在屏幕上形成干涉圖樣。為什么最后卻只顯示出一個點呢？哥本哈根學派是量子力學的主要奠基與推動者，包括玻爾、海森堡、泡利、玻恩、狄拉克等著名科學家。他們給出的解釋是，只要人為進行了觀察，波函數(shù)就會立即坍縮，不再起作用，電子就只表現(xiàn)出粒子的特性，在觀察者的眼里就是一個點。 如果在雙縫各安裝一個觀測器，看電子是從哪個縫穿過去的。那電子也不會表現(xiàn)出波動的特性，只會象粒子一樣，選擇一個縫穿過。這也是一種波函數(shù)坍縮。 愛因斯坦非常反對這種說法，哥本哈根解釋把意識放進自然規(guī)律中，使意識可以決定物質(zhì)。薛定鄂也反對這種意識導致波函數(shù)坍縮的看法，他提出“薛定鄂的貓”理想實驗，來進行反駁。試想一只貓和一個毒氣瓶被放在一個黑箱子里。一種放射性物質(zhì)，一個小時內(nèi)有50%的可能性進行衰變，放射出射線，這種射線將會沖擊一個裝置，使一瓶毒氣倒出。這只貓就被放在這個毒氣瓶旁。按照哥本哈根解釋，在一個小時內(nèi)，放射性衰變發(fā)生的可能為50%，那這只貓存活的可能也就是50%，這是一種波函數(shù)。這只貓將處于不死不活的狀態(tài)。只有打開箱子看一眼，波函數(shù)突然坍縮，這只貓才能從這種不死不活的狀態(tài)里解脫出來，活著或死去。而根據(jù)常識，這只貓在箱子里，要么活著，要么死去，死么可能會不死不活呢？這種狀態(tài)當然是不存在的，所以哥本哈根解釋是錯誤的。 哥本哈根派的反駁是，確實是這樣的，人的意識充當著一個重要角色。在觀察之前，這只貓就是不死不活，觀察之后，貓才能確定是生還是死。 這種反駁并不能讓反對者信服。愛因斯坦的追問是：難道你不去看月亮，月亮就不存在嗎？上帝不擲色子。玻爾的回應(yīng)是：你不去看月亮，月亮的狀態(tài)是不確定的。你看了一眼，月亮才能確定它的位置。上帝怎么做是上帝的事，不要告訴上帝應(yīng)該怎么做。 其實，波函數(shù)坍縮是可以有更好解釋的。那就是“時空波動論”的公設(shè)基礎(chǔ)：最省力實用原理。 無論是在原子核內(nèi)的電子，還是從電子槍里發(fā)射出的高速電子，它們并不以嚴格的直線在飛行。在人未觀察之前，象一團波一樣不確性其位置的運動，只需要遵守波函數(shù)對其出現(xiàn)方位概率的限制——在飛行路線中央出現(xiàn)次數(shù)最多，偏離路線越遠出現(xiàn)次數(shù)就越小。這就象一個教練在學員的打耙考試時不要求每彈都直中耙心的10環(huán)，只要打在耙心一定范圍以內(nèi)，拿到8環(huán)就算合格。如果要求彈彈都10環(huán)，除非是天生的神槍手，那學員就是再怎么苦練也無法做到。這是為了省力與實用。我們都有經(jīng)驗，如果工作生活中被規(guī)定得死死的，幾點出現(xiàn)在哪，幾點出現(xiàn)在哪，一秒鐘不能遲到，不能偏出位置，那我們會覺得很累，很沒意思。太死板太沒趣。電子也是這樣。電子在運動時，也喜歡自由自在，喜歡隨意漫游，不愿被規(guī)定必須以直線來飛行，只要它大致飛行的路線是一條直線，出現(xiàn)在飛行路線中央的次數(shù)最多，就算是合格了。電子最喜歡這種自由的運動方式。無拘無束，多么省心省力，還能在一個大的范圍里四處觀光，遠遠好過只被限制在一條筆直的行動路線上。我們可以發(fā)現(xiàn)，電子這種行為，與銀河系的恒星倒是有些相似。電子出現(xiàn)在路線中心的次數(shù)最多，越是顯得密集，電子云的厚度越大。越偏離中心，出現(xiàn)的次數(shù)越少，顯得電子云越來越稀薄。銀河系的恒星分布，越靠近銀河中心，越是密集。厚度也越大。越是遠離銀河中心，到銀河邊緣地帶，恒星分布就越來越稀薄，厚度越來越小。當然，銀河系是3維的，電子束在任一時刻的分布只能是二維的。我們可以把銀河系恒星分布轉(zhuǎn)化成2維的圖像，那用怎樣的圖像來描繪銀河系這處恒星的分布呢？無疑就是一個圓圈，中心最亮，亮點最密集，隨著半徑的增加，而逐漸變暗變稀薄。這正是電子束在任一時刻其橫截面會表現(xiàn)出來的分布模式。 所以，電子的飛行軌跡其實并不神秘，只要想一想銀河系的形狀特點就知道電子在飛行中的分布情況了。只要把一塊顯示屏擺在電子束飛行的前方，電子束就會顯示出中心最亮，向著邊緣逐漸變暗的圖像。在這里，最小的微觀粒子與最大的宏觀星系表現(xiàn)出驚人的相似性。其中必定是有原因的。 那么，電子通過雙縫為什么會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象呢？ 電子束在飛行中通過雙縫后分成兩股電子束，每一束電子束都依照疏密概率來飛行，看起來象是微型銀河系的一個截面。但飛行的特點并不止于此。每一個電子都會有振動，有振幅。振幅從波峰到波谷，波峰與波谷時電子振幅最大，能量也最大，但能量是相反的。電子束里的電子都是同相的，所以其波形會疊加在一起。如果在某個時刻對電子束進行截圖，在出現(xiàn)一個疏密有致的微型銀河系截面的同時，所有的電子都會同時處于波峰到波谷之間的一個振幅點上。如果某處所有的電子都處在波峰，這時電子的振幅最強，電子最明亮顯眼。將顯示屏向前推移，電子的振幅將慢慢減小，電子變暗。當電子處于波谷時，又會重新最得最明亮。因為波谷的振幅也是最大的。所以，在電子束前進的路程中，電子束會明暗交替，看起來象是水波在起伏。這也是電子波動的另一種情況。 電子束通過雙縫后，兩束電子束打在顯示屏上，由于兩束電子束振動明暗情況會產(chǎn)生相互影響，這就是干涉，這時如果一束電子束電子處于波峰，與另一束電子束相遇，那束電子束正好處于波谷。那電子的振幅就會被抵消，成為0振幅，沒有能量了。一個沒有振動的電子，無法在顯示屏上顯示出來，顯示屏上就會出現(xiàn)暗區(qū)。顯示屏到雙縫的距離并不相同，如果這個距離是電子波長的整數(shù)倍，電子到達顯示屏就是波峰，如果這個距離是電子波長一半的奇數(shù)倍，電子到達顯示屏就是波谷，這個地方的顯示屏就會因為電子振幅相互抵消而變暗。正是這個原因，使電子束在通過雙縫時產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)明暗相間的條紋。 電子雖然按照這種方式在飛行，具有概率性與不確定性，但一旦科學家要觀察它的位置，它就會只顯示出一個點，而非很多的點組成的概率電子云。這是為什么呢？ 一旦人想要觀察這個電子時，并拿出了觀測工具，人的意識會發(fā)出腦電波光子流，觀測工具也會發(fā)射或反射出光子流，這些光子流就會撞擊到電子上。電子就能感覺到波動受到了阻礙，必須要換一種老老實實本本份份的運動方式，來適合人類的觀察了。于是波函數(shù)就迅速坍縮，電子不再進行概率波動，那人觀察起來多累呀，以一個粒子的方式來運動，人的測量就方便多了。 普通人的腦電波對于宏觀物體是沒有什么控制力的，但是對于電子這類基本粒子，對電子會有明顯的提示作用。但僅僅想要觀測，電子還是不會自動以粒子方式來運動。還必須要有觀測的行為，接收被電子反彈回來的光子，光子的撞擊將嚴重干擾電子的運動。這時電子就明白自已正在被觀測。這些行為會提示電子什么時候遵造實用原理以粒子方式出現(xiàn)。一旦腦電波的提示消失，光子的干擾也沒有了，電子就會回復到最省力波動的狀態(tài)來運動。 愛因斯坦同量子力學作了幾十年斗爭，原因很大程度上在于對哥本哈根學派的這個波函數(shù)坍縮原因的解釋不滿意，認為不符合決定性原理，太隨機性，太主觀唯心化。而玻爾也始終提不出能完全說服愛因斯坦的解釋。如果愛因斯坦知道了最省力實用原理，理解了電子的運動其實就是遵守著這個原理，在不同時刻顯示出不同的運動方式，不知道他會不會覺得滿意而接受量子力學？ 波動是物質(zhì)世界的一個普遍現(xiàn)象，后文還會詳細展開，以波動為手段揭開宇宙神秘的面紗，真相會越來越精彩。 |
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