科学300年与有源共振理论简介

2011年1月3日首发于新浪博客2019年重发在google blogger时做了较大的更改。更改主要在原子核内质子相互吸引机制方面


科学300年与有源共振理论简介


科学界认为自然界存在四种基本的作用力:万有引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用。量子物理学家认为,后三种力是通过交换虚光子来联系的,万有引力是通过交换引力子来联系的。由此我认为量子物理属于引力的物质联系派。

目前,科学界还存在引力的非物质联系派,当中的主要代表是相对论。支持相对论的科学家认为,引力的产生源于空间的弯曲。

艾萨克牛顿先生所提出的万有引力定律,其实不是一个引力理论。这个定律只是试图给出一个引力的计算方法,它并没有对引力产生的原因给出解释。

在科学史上,第一次系统地阐述引力产生原因的科学家是勒内·笛卡儿。它的理论后来被惠更斯、胡克和莱布尼茨等人发展。笛卡尔、惠更斯、胡克和莱布尼茨的引力理论非常相似,因此,我把它们并为一个理论,这个理论也属于引力的物质联系派。上述的四个科学家都认为以太是传递引力的媒介。

有源共振理论也是属于引力的物质联系派,而且也认为以太是传递引力的媒介。有源共振理论在引力机制的解释上同胡克提出的引力理论非常接近。

以太到如今已经经历过两起两落,命运实在多桀。具有力学性质的以太最先是由笛卡尔提出来的,他用以太涡旋来解释引力的产生机制。由于这种引力产生机制非常容易被理解,因此,很快就成为了科学界主导的引力理论。在1687年,艾萨克牛顿先生提出万有引力定律的时候,科学界的质疑之声铺天盖地。大家纷纷要求牛顿先生,请他解释万有的引力是如何而来的?牛顿先生用引力的神秘性将这些质疑推了回去。

万有引力定律只是一个引力的计算公式,但它在实际中却被当成了一个引力理论。这个理论同媒介作用机制(Action through medium)理论进行了长期的争辩。最后以万有引力定律胜利而告终。

近代科技的发展,已经使人类的文明达到了空间繁荣的水平。这当中,数学在物理学和工程技术上的应用居功至伟。从某种意义上说,万有引力定律的胜利其实是数学的胜利。不管一个科学理论如何地符合逻辑,没有数学参与的科学理论,是没有前途的。

笛卡尔一派没有对以太涡旋理论进行有效的数学化描述,这是它失败的根本原因。万有引力定律其实不是一个很严谨的数学描述方法。在这个理论中,两个物体之间的引力同质量的乘积成正比,同间距的平方成反比。这句话是经不起推敲的。两个物体之间的引力,应该没有固定值,它们之间的引力,随着环境的变化,不断变化。比如,两个相距1米的物体,我们把它们放在月球上,放在大山旁,放在海水里,它们之间的引力是会发生变化的。

万有引力定律发表以后,其实一直没有多大的用处。可是,当卡文迪许用四个小球,称出了地球后,情况发生了很大的变化。卡文迪许用四个小球,不仅称出了地球,他还同时称出了太阳系内其它天体的质量。卡文迪许扭秤实验的漏洞很多。这是一个不够严谨的实验(请参考“四个小球,称出地球”一文)。万有引力定律和卡文迪许扭秤实验都存在很大的问题,它们的成功只能说明一个问题,即科学对数学量化的渴望是如何得强烈。

由于笛卡尔-惠更斯一派加上莱布尼茨一派不承认万有引力定律,当牛顿力学在科学上占主导地位后,他们的引力理论就被抛弃了,同时被抛弃的还有“以太”。

已经不容易考证以太第二次崛起的准确时间了,我们只是知道,在19世纪后半叶,以太的思想重新深入人心。科学界对以太如痴如醉。当赫兹在一个实验中,使远处的设备发出电火花时,人们已经开始打开香槟酒,庆祝以太终于被实验所证实了。

以太的第二次没落,多少有些戏剧性。迈克尔逊是以太论的坚定拥护者,他和莫雷合作,希望通过一个光束干涉实验,再一次证明以太的存在。

这时实验给出了零结果。光束的干涉条纹并没有发生移动。这个实验在今天看来,原理存在错误。但这个错误在当时是无法看出来的。当时人们对波的理解大多来自水波,部分来自声波。但今天,随着超声波技术的发展,人们发现,高频超声波并不随着介质的移动而发生方向上的变化。迈克尔逊-莫雷的实验只能给出零结果。

以太其实不会这么轻易地被击倒的,它第二次没落的原因还是数学量化。它的支持者没有吸取先辈的教训,它们还是没有对以太理论进行细致的量化。二十世纪的科学家开始向着宇宙宏观和粒子微观领域进军的时候,数学量化的迫切性再一次显露出来。

同以太的支持者相比,相对论和量子物理的支持者更善于捕捉战机。相对论在几乎没人理解的情况下就可以引起广泛的注意,主要原因并不是它提出的空间弯曲的观点,从而吸引了人们的视线。它成功的根本原因是它给了天文学家一个至关重要的假设,即光速不变假设,天文学家等这个假设等了很久了。光速不变的假设使数学量化在天文学上的应用成为了可能。

现代天文学家研究宇宙几乎都是通过电磁波来进行的。在刚开始时是可见光波,以后又有了其它频段的电磁波。在相对论提出之前,科学界是很难研究宇宙来的光波的。因为他们不知道光波在宇宙中的传播速度是多少。这样,我们探测到的光波,就是不可靠的光波,是没有研究价值的。但相对论中光速不变的假设,却解决了这个问题,光速在宇宙中的传播速度不变,也就是说,光波传播的时间和距离可以形成一个非常严格的正比关系。终于,天文学家看到了研究宇宙星空的希望。后来哈勃提出了“哈勃定律”,星体退行速度和红移(电磁波频移)成正比。这两个假设提供了极为强大的数学量化工具,100多年过去了,人类通过这两个假设,已经知道宇宙有多大,宇宙存在了多久。

一个理论在逻辑上是否说得通是不重要的,关键是它能否提供强健的数学量化工具。

量子物理也是如此,量子物理最基本的一个实验是密立根油滴实验。这个实验测出了电子电量,然后科学家通过荷质比,测出了电子的质量,然后质子的质量等等。密立根油滴实验的主要设备是两个金属板,这样的实验怎么能够称出电子质量呢?量子物理提供了一套微观粒子的数学量化工具,这就足够了。

量子物理其实应该叫量化物理(Quantum Physics)。量化物理学界的先驱们本能地感到了物理学的发展方向是量化,所以他们天才般地给这门科学取了量化物理这个名字。这个名字告诉我们,即便量化物理的理论都错了,也是值得的,因为他们勇敢地对自然量进行了数学的量化。不量化,就只能干等着不发展。大胆去量化,或许会找到一条通往未来之路。

量化物理的理论基本都错了,但量化物理理论的先驱们是敢于承担失败的英雄。

在相对论和量化物理的双重夹击下,以太论再一次没落。

关于以太存不存在这个问题,答案只有“存在”和“不存在”这两个选择。其它的诸如“不是必须的”、“可有可无”等答案都不应该成为我们考虑的对象。

量化物理属于引力的物质联系派。量化物理的科学家走的是一条比较务实的道路。所谓一百年轮回,量化物理走到今天,前面的道路困难重重。100年前否定的以太,现在不得不给请回来。量化物理标准模型中的希格斯玻色子,也是宇宙中无所不在的微观粒子,没有这种玻色子,量子物理无法解释质量。这种玻色子已经非常接近以太了,只等把这种玻色子和光的传播联系起来,以太就又可以再一次崛起了。

单单只有以太的崛起是不够的。我们还需要重新思考千百年来科学家不断思考的问题。物质到底是由什么组成的。从德谟克利特时代到二十世纪初,大部分科学家相信物质是由一种基本粒子组成的。他们给它取名叫原子。后来,JJ汤姆孙发现了电子以后,科学家开始以带正负电的微粒为切入点,进行微观粒子的研究。

到如今,原子核内有质子和中子,原子核外有电子环绕的原子结构已经深入人心。对于原子结构,我在博文“原子结构”一文中,有较详细的阐述。我认为,原子内只有质子一种粒子。在没有外来因素影响下,这个粒子是一个各向同性的能量球。我认为它很可能具有中空的结构。

中空质子的质子膜非常具有弹性,原子核内相邻质子的质子膜会发生共振,这个共振使得相邻质子相互吸引。

金光年

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