宇宙长歌

于2012年2月25日首发于新浪博客

欧内斯特·卢瑟福

研究原子的结构，我们就不能不提卢瑟福。1895年，正在农场上挖土豆的卢瑟福收到了英国剑桥大学发来的通知书，当得知被录取为伦敦国际博览会的奖学金生后，卢瑟福扔掉挖土豆的锄头兴奋地喊道：“这是我挖的最后一个土豆啦！”

历史的发展充满了巧合和偶然。如果卢瑟福没有得到那份奖学金，物理学会发展成什么样子呢？如果给物理学实验排名的话，我真想把卢瑟福α粒子散射实验放在第一位。这个实验明白无误地告诉我们原子的有核结构。

我非常喜欢卢瑟福这样的科学家，他的家里有很多兄弟姐妹，他也有在农田辛苦劳作的经历。每当他在地里刨出一个土豆时，那个被刨出来的土豆都用实证的方式肯定了他的一次努力。大量这样的实证可以帮助他形成健全的逻辑，而这种逻辑能力可以在以后被用到科学研究中。一个只知道读书和数学演算的人，是无法形成他那种科学直觉的。当然实践的方式有多种多样，生活实践、生产实践、体育实践、工程实践、管理实践、等等等等。总之，一个人只有参加了大量的实践，他才有资格进行科学上的研究。卢瑟福对物理学的贡献主要是在两个方面。第一是他发现了原子的有核结构。第二是他发现了质子。这两个发现中的任何一个都会让一个人名垂青史。可他却同时拥有了两个。

物理学界目前认为，原子的尺寸是10的负10次方米这个数量级，原子核的尺寸是10的负15次方米这个数量级。这是一个什么概念呢？

在固体状态下，如果将原子核比作一个半径一米的、有些刚性的火球，那么另一个火球距离这个火球的距离大约是100公里。在原子核间这么空旷的地方，到底有什么呢？

现在的物理学家并没有让这个空间空着。他们认为这个空间里有电子存在，这些电子负责维系着不同原子核之间力的关系。物理学界为什么要这么认为呢？

这话说来有些长，18世纪的时候，物理学界无法解释静电力。无奈之下，他们定义出正电和负电，他们规定电荷具有同性相斥、异性相吸的性质。当时的科学家并没有给出一个机制来解释静电力。

随着对电更深入的研究，电荷的概念就被继承下来了。虽然在以后的很长时间内人们还是不知道电荷到底是什么，但电荷的概念却逐渐深入人心。

研究原子结构的人是无法忽视卢瑟福的老师汤姆逊先生。我认为他是一位伟大的实验物理学家。他发现了使用电场和磁场控制电子的方法。

对于电子的性质，英国的科学界和德国的科学界争论得非常激烈。英国的很多科学家认为电子是一种粒子，而德国的很多科学家认为电子是一种以太波辐射。当汤姆逊可以随意控制电子的时候，这场争论也就结束了。 汤姆逊都可以自由控制电子了，他还可能是错误的吗？

我到现在其实还不能确定电子到底是粒子还是波，但这不是关键。因为不管它是什么，它都是由原子发出来的。问题的关键是，它是由原子发出来的，它一定就是原子的组成部分吗？

在宏观情况下，我们用电荷来解释静电力是可以的，但在微观领域，我们再使用电荷这个概念就不可以了。静电力的具体机制还不知道，而微观理论正是可以用来解释这个机制的。

通过电子在电场中的运动，汤姆逊确认电子是带负电的粒子。而由于原子在正常情况下是中性的，因此他认为原子内部还有带正电的部分。于是宏观条件下正负电的概念就被正式移入到微观领域，汤姆逊于是设计出原子的葡萄干蛋糕模型。

卢瑟福是汤姆逊的学生，汤姆逊的原子模型被卢瑟福接受。人的思想是如此的奇特，当你相信一个事情后，你往往会笃信它。当卢瑟福在做α粒子散射实验的时候，当他看到一些α粒子被弹回来的时候，他大吃一惊。因为按照他老师的葡萄干蛋糕原子模型，是不会发生这种情况的。对他而言，这就像是一个炮弹打到一张纸上被弹回来一样。

卢瑟福虽然不知道电荷之间作用力的机制是什么，但他还是继承了他老师原子模型的一部分。他提出了原子的太阳系模型。

就此，现代原子模型的雏形就正式诞生了。两个相距遥远的原子核之间的空间，正式被电子所占据。自从电子在原子中占有了一席之地后，物理学界就没有再消停过。

首先就是对电子电量和质量的定量测量。其实即便电子真是原子的一个组成部分，物理学界也不应该贸然地去定量地测量它。因为它远远地处于我们的能力之外。

我们知道，如果一个东西越小，对它的精确测量就越难。比如我们想要精确测量一个半径一微米的灰尘的质量，我们会发现这是极其困难的。很多人说，我们不需要太精确地知道微观粒子的具体量值，我们只要知道数量级就可以了。这其实是个错误的观念，微观量的数量级其实就代表着精度。

目前公认的电子质量是9.10938188 × 10^-31千克。我不知道一个人的盲信要达到什么程度才会相信这个值是对的。这个值不仅在10的负31次方千克这个精度上称出了电子的质量，而且有效数字还达到了9位。这是一个假得不能再假的数值了。要想让一个人相信电子的质量是如上的值，必须几十年如一日地向他灌输科学家是如何的严谨，他们的人格是如何的伟大，他们的成果是多么的让人震惊，他们的工作推动了多少技术的进步等等。

10的负31次方千克，把零全写出了就是0.0000 00000 00000 00000 00000 00000 01千克。量子物理学家时常吹嘘他们很多实验的精度达到了小数点后10位。可是即便是宏观实验，又有几个可以达到这种精度呢？

后来对电子的描述越来越离奇了。当有人提到电子自旋的时候，泡利不服气地说，电子越来越像行星了，现在连自转都有了。以后对电子的描述更神奇了，一个有100个电子的原子，底层电子的速度接近光速。关于数十个接近光速的电子在原子核外的防碰撞机制是什么，就没人再去关心了。后来量子物理学家自己都看不下去了，他们最终用电子云把这些电子的特性给代替了。

使用原子中存在电子的观点，其实很多情况也还解释不了。比如两个氢原子相互吸引，结合成氢分子。现在的解释是它们的电子云重叠了。可是电子云重叠了，两个氢原子怎么就相互吸引了，这还是解释不清。

把电子当成原子的组成部分，还有很多难以克服的困难。比如电子绕原子核运转的问题，它们之间的吸引力是如何形成的，机制是什么？在这种情况下，物理学界还是使用了正负电荷的机制，因为它们带有不同的电荷，所以它们就相互吸引了。现在量子物理否定了以太的存在，量子物理学家认为，以太不存在，但真空还是不空的，它当中挤满了上帝粒子。可电子在上帝粒子中穿行，它们之间的相互作用的机制是什么呢？

总而言之， 电子给物理学界带来了太多的困惑。

现在我们回到那两个相距“100公里”的火球，它们之间有什么呢？我认为它们之间还是有以太的。这种以太可能是一种具有弹性的介质。

我认为用以太机制解释原子核之间的作用了，非常完美。两个相距遥远的原子核，它们之间充满了以太。这其实又回到了那个老话题。即超距作用（action at a distance)和媒介作用（近距作用，action through medium)。

在17世纪，媒介作用占据统治地位。在18世纪，超距作用占据统治地位。在19世纪，媒介作用重回统治地位。

到了20世纪，情况发生了变化。由于媒介作用中的媒介被否定了，因此媒介作用也就跟着被否定了。媒介作用中的媒介被否定的经过，多少有些戏剧性。迈克尔逊其实想证明以太是存在的。

如果说18世纪万有引力定律对以太引力理论的否定是一种灾难的话，20世纪初相对论对以太电磁理论的否定就只能说是一个无奈。从某种意义上说，即便没有迈克尔逊-莫雷的实验，媒介作用中的媒介也还是要被否定的。这是天文学发展的需要。

20世纪初，人类已经不甘心单单将视野局限在太阳系了，人类的目光已经开始向遥远的宇宙眺望。以太电磁理论在这时已经成为了天文学的拦路虎。这个理论说光是以太上传输的一种波。这可难坏了天文学家，遥望宇宙深处的星体，需要解决的难题太多了。这些难题主要包括以下几个：

首先我们要知道地球在以太中的穿行速度。

其次要知道发出光线的星体在以太中的穿行速度。

然后要知道发出光线的星体周围以太相对于地球周围以太的运行速度。

而后还要知道以太在这个星体到地球的宇宙空间的密度分布。

往下还要知道光在不同的以太密度下的速度是多少。

其它还有一些细枝末节性的东西要澄清。

等等等等，只有把这些问题都给解决了，他们才能够了解这些星体距地球的距离和它们的质量等值。可这些难题似乎一个都无法解决。

无法解决也要想办法解决。出路只有一个，那就是否定以太这个媒介。然后假定光在宇宙中走直线，然后再假定不管地球的速度是多少，光对地球的速度都是不变的。这些假定都到位后，深空天文学的难题就可以迎刃而解了。

总之，即便没有相对论的话，天文学家也要创造出一个类似的理论。好在爱因斯坦已经把工作做到了前面，他们只要去证实一下就可以了。

这其实是1加1等于3的问题。1加1在什么情况下可以等于3？当然在算错的情况下可以等于3。另外，在你特别想让它等于3的时候，它也可以等于3。

笃信1加1等于3是要付出代价的，当有人最终说服人们1加1等于2的时候，你会发现建立在1加1等于3上面的整个大厦就会坍塌。

我有时感觉相对论比1加1等于3还荒唐。在荒唐性方面能和相对论相提并论的大概就只有卡文迪许的扭称实验了。卡文迪许这个富翁中最有学问的人使用一个扭秤就称出了地球的质量。多亏他的这个结论潜伏了近百年而没有被重视，否则黑格尔、马克思还不知会如何批评这个实验。

卡文迪许的实验是不值一驳的。虽然几乎整个现代天文学都建立在它的上面。

有人说迈克尔逊-莫雷实验否定了以太这种媒介的存在，这是不对的。天文学界想要否定以太，所以他们找上了迈克尔逊-莫雷的实验。迈克尔逊-莫雷实验其实是很容易被解释的，它也无法否定以太的存在。相对于以太流动而言，可见光具有很大的能量，所以以太的流动无法改变光运行的方向。既然光的方向不发生变化，干涉条纹当然就不会移动了。可是如果人们不想听的话，再清楚的解释又有什么用呢？

20世纪的上半叶，从以太电磁理论走来的科学家受到了极大的凌辱，这些诚实的人只能在沉默中离去。那群新世纪的精英已经把电子质量算到了小数点后的31位。他们还有什么资格发表异议呢？他们连称量一粒花粉的能力都没有。

伟大和渺小总是在相互对照中才表露得更明显。20世纪是技术的世纪，这个世纪的工程师学会了如何协同工作来创造奇迹。动辄几千甚至几万名工程师的协同劳动，把人类的文明推向了顶峰。与此形成鲜明对照的是那些把光环罩在自己身上的物理学家。

20世纪的科学和技术演绎了一场现实版狐假虎威。科学走在前面，技术走在后面。同童话版狐假虎威不同的是，现实版中的狐狸以为自己就是一只老虎。

在过去的四百年中，物理学发生过两次大规模的革命。一次是17世纪，那是一个天才璀璨的世纪。这次革命为人类文明的进步打下了坚实的基础。另一次是19世纪，这个世纪也出现了很多杰出的物理学家。以太电磁理论在19世纪的时候就已经带来了技术的革命。发电机、电动机、交流电技术、无线电电报、电影、留声机等等。20世纪是技术辉煌的世纪，19世纪的技术革命，在20世纪并没有停下脚步。

相比之下，18世纪的物理学有些惨不忍睹。在这个世纪，我竟找不出一位有影响力的物理学家。这个世纪的物理学是数学家活跃的舞台。牛顿真神的地位被正式确立，而牛顿的万有引力定律也向世界宣告了神学的正式回归。

20世纪同18世纪比较类似。爱因斯坦其实是个娱乐明星，他四处演讲去兜售相对论，他急什么？坚信自己的理论正确，还怕没人接受吗？到了20世纪的后半叶，物理学家把逻辑摈除在科学之外。数学演算成为了他们唯一相信的东西。当逻辑在科学界陷落以后，爱因斯坦逐渐赢得了令人高山仰止的地位。在20世纪后期，很多国家的人们都抛弃了他们民族在世纪初的信仰，他们开始改信科学。可是如果科学迷失了方向，他们又该何去何从呢？

21世纪物理学还会迎来一个革命的时代。这次革命是可以和17世纪、19世纪物理学革命相提并论的。主张媒介作用的以太理论还会再一次崛起。21世纪的物理学革命同样会带动一轮巨大的技术革命。能源、宇航、环境、灾害预测、甚至生命科学领域都会发生巨大的变革。

现在我们再回到那两个相距“100公里”的火球。从媒介作用的角度看，他们之间是存在媒介的。量子物理认为它们之间交换粒子，所以它们才相互吸引。可是如果在光滑冰面上站立两个穿冰鞋的人，他们互抛小球，他们应该相互远离才对。即便你给这些小球取名叫带胶的小球（胶球），或者说这两个人是一男一女，他们异性相吸，可这两个人还是会相互分离的。

量子物理粒子交换的机制解释不了引力的形成机制。

有源共振理论的解释是，这两个相距“100公里”的火球之间有媒介的存在，这种媒介很可能是具有弹性的。这两个火球本身具有极大的能量。他们会参与到很多种的振动当中。振动的能量就来自于火球自身的能量。

当火球振动的时候，它会搅动媒介，搅动能量会向外传播，形成电磁波。拿一块铁为例，这块铁内的火球在常温下会进行比较慢的搅动，因此它会发出频率较慢的红外性。当它被加热的时候，它会变红，也就是它会发出红光。当它继续被加热的时候，他还会发出蓝光、甚至紫光。加热的时候，火球的搅动会变快，由此导致以太波的频率变高。

铁块内的火球在一定条件下可以形成共振，当两个火球共振时，它们之间会产生引力。当铁块被加热时，共振会被逐渐打破，当铁块被加热到一定的温度，共振产生的引力已经无法束缚火球，于是火球相互远离一些，铁块也就变成了液体。

我们现在聚焦到一个原子核上，这个火球到底是什么呢？

要想明白这个火球到底是什么，我们还得从很早之前说起。18世纪物理学遭遇了滑铁卢，但化学却在逐步发展。到了19世纪的时候，化学家在研究化学反应的时候发现，似乎所有的元素都是一个特定数额的整数倍。

这也就是说，一个金原子核和一个铁原子核，它们的质量是一个固定份额的整数倍。而这个固定的份额就是氢原子原子核的质量。

有源共振理论对这个现象的解释是，氢原子核就是个质子，而其它元素的原子核就是由多个质子组成的。以镭224为例，镭原子核中有224个质子。

镭224的原子核中有224个质子，这个大火球是由224个小火球组成的。这个小火球应该就是科学家2000多年来寻找的那个物质的最基本的组成。古希腊伟大的哲学家德谟克利特曾预言过它的存在。他的这个预言在文艺复兴时代之后被广泛接受。

德谟克利特

我认为质子其实应该被称为原子（atom），它是一种不可被分割的基本粒子。我们的宇宙只能由一种基本的粒子构成，因为宇宙中存在两种基本粒子的情况实在无法设想。比如说原子核真是由质子和中子构成，那么它们是如何找到对方的呢？比如说氧原子核，它真是由8个质子和8个中子构成，那么这8个质子是怎样正好遇到8个中子的呢？量子物理学家不能只让我们接受结论，却拒绝给我们任何合乎逻辑的解释。

如果只有质子这一种基本粒子，那么当质子数是16个的时候，这些质子在原子核中的结构会使这个原子核表现出一定的性质。所以我们就认为它是氧原子了。碳16的质子数也是16,但这些质子在原子核内的结构同氧16不同,因此它表现出碳的性质。

我们知道恒星在刚开始的时候基本都是氢元素，即一个质子。按照现在的理论，电子被压入了质子形成了中子，中子再和质子结合，形成更重的原子核。这样解释是不是太牵强？电子是如何被压入质子的，它在中子里是以什么形态存在的？量子物理学家并没有给我们适当的解释？他们往往拿出一大串数学公式和演算过程，然后告诉我们，这就是解释。

关于质子到底是如何来的，量子物理学界认为质子在宇宙诞生后不久就产生出来的，它还会非常长久地存在下去。

我们知道银河系其实也是有寿命的。有的银河系正在消亡，而有的银河系正在诞生。恒星也是有寿命的，很多恒星正在银河旋臂中诞生，而有的恒星却走向死亡。那么作为恒星的组成部分，质子是不是有能力比恒星甚至银河更长寿呢？

有源共振理论认为，质子诞生于银河中心。它一般也会消亡于银河中心。质子就像一个有些刚性的火球一样，它会在银河中心产生，产生之后，它会逃离银河中心。质子在银河中心刚产生的时候，它是高速运动并且旋转的。在这种运动状态下，它所受银河中心的引力会急剧降低。

在地球上，很多高速旋转的物体所受地球的引力也会急剧降低。比如冰雹，如果一个像鸡蛋那么大冰雹始终都有向下9.8米每秒的加速度，它是没有理由留在空中的。因为上升的气流的速度不足以把它顶起来。但当它受到地球的引力大幅降低后，情况就不同了。

当质子逃离银河中心后，它会在银河外围停留并且聚集，最后形成恒星。这些恒星会绕银河中心公转，在漫长的岁月里，恒星中的质子会逐渐消耗能量。它会变得越来越大，而它发出的光也会越变越弱、越变越红。随着质子的变大，恒星也会逐渐变大。很多恒星都会变成红巨星，这些红巨星同以太媒介的阻力关系发生变化。红巨星运行的越来越慢，它开始逐渐地靠近银河中心。在我们的银河系中，当红巨星达到银河长棒和旋臂的交接处时，来自银河长棒内的巨大引力开始发挥作用，这个红巨星最终会无可避免地被拽入长棒。进入长棒后，它会不断被引力拽向银河中心。到达银河中心后，质子发生了解体。它的前一任使命已经完成。

解体后的质子，会释放出大量的以太物质。这些以太物质在银河中剧烈振动，以太是一种弹性的媒介，它会被银河中心强大的力量撕碎，被撕碎的体积巨大的以太媒介会向内塌缩。一个新的质子诞生了。它会逃离银河中心，在银河系的外围，它将和无数的其它同伴一起生成新的恒星。

原子核是个火球，我们地球内部有许许多多这样的火球。如果这些火球的半径是一米的话，这些火球之间的距离要有“100公里”。这样的结构使这个火球在以太中运行几乎不受什么阻力。

虽然爱因斯坦已经位近绝顶，但幸运的是相对论还只是占据了天文学的舞台，它还没有太染指微观领域。在微观领域，同媒介作用机制进行较量的还只有量子物理的粒子交换机制。

媒介作用中的媒介到底是什么呢？正像前面举的例子一样。如果把原子核比作半径1米的刚性火球，那么两个原子核之间的距离要有“100公里”。在这么空旷的区域，媒介作用理论认为以太媒介占据其间。对于这种媒介的本质，我认为人类在现阶段还很难找到。比如这种媒介是如何产生的，它的未来是什么？它会不会发生衰变，在银河中心它的形态是怎样的？等等

这些都还远远超出我们的能力。当然，我们也不能就此罢手， 我们可以试着建立几个模型，然后就这些模型建立一些理论。我相信随着人类文明的进步，我们会离这些本质越来越近的。

对于媒介作用中的媒介是否存在的问题。我认为我们就不需要再争论了。光速基本恒定就是一个非常强大的证据。如果真空真是空的话，那么光为什么可以保持速度基本不变，到目前为止，只有波速才具有基本不变的性质？粒子化的光为什么会有周期和频率。量子物理学家不能把什么都推给牛顿。因为牛顿的光微粒说这么解释的，所以光就应该有周期和频率。量子物理学家必须把机制说出来，拒绝说出机制而强迫人们接受结论，这是迷信的做法。其实胡克对牛顿光学的评价还是中肯的。微粒说中合理的部分都是从波动说中学来的。而牛顿在光学中自创的那一部分，是不值一提的。

牛顿的理论不只是在光学上，在其它方面也是如此。他的运动学定律其实就是伽利略的，几乎没有什么变化。他编辑了一本伽利略运动学理论教材，但却对这些理论署上了自己的名字。万有引力定律更是如此，万有引力定律中合理的部分都是开普勒、惠更斯等人的，牛顿自创的内容，是非常荒唐的。两个物体之间的引力怎么只能同质量和距离相关，而同周围环境没有关系呢？

待续

宇宙就像是一首漫漫的长歌，而我们的银河系只是当中的一个音符。 

金光年