介绍我的一篇论文引力场与电磁场的统一3
电磁场：
在自然之统一中，我讨论了自然的本质，这个本质实际上就是能量。但能量的真正物理意义我也是含混不清的，但有几个特性是非常明显的：满足叠加原理，处于永恒的变化之中。当能量在空间的特殊分布构成物质时，便派生了诸如惯性质量，引力质量，力，场等物理量，如果我们将物质，场和空间统一起来整体加以考虑，同时考虑到能量的上述性质，我们可以得出下面的结论：
物质和场是能量在空间的对称的分布形成的，如果不是这样，则物质和场构成的系统不稳定，对称是物质和场稳定存在的必要条件。因为这个对称使得物质和场在空间的能量的分布不发生变化，或者说与时间无关。
由对称和能量的性质我们可以想象，在自然界能量有三种稳定的存在形式：
第一种形式就是均匀的空间的存在形式，在这种形式下：能量虽然是处于运动和变化之中，但由于相互叠加的结果（在这里不讨论能量具体的物理意义，也不影响论述），空间的能量处于一种均匀的状态，用H函数表示：
H（S，T）=K
K是一个常量，他即不随空间变化又不随时间变化
所以这种均匀的空间即满足局域的对称，又满足整体对称。用H函数来表示：
采用直角坐标（X，Y，Z，）
则对于局部：H（X，Y，Z，T）=H（-X，-Y，-Z，T）=K
并且有〆H/〆X=〆H/〆Y=〆H/〆Z=0=〆H/〆T
对于整体：H（X，Y，Z，T）=H（-X，-Y，-Z，T）=K
其中K为常数，H函数与时间无关
在宏观宇宙，空间以这种H函数的形式存在，同时他是物质和场的边界。
第二种形式：
分两类情形：
第一类情形：中性物质的情形
对于物质和场而言，虽然H函数随空间而变化，局部的对称性破坏了，但从物质和场的整体来看，他依然满足整体对称。
用球坐标来表示
对于局部而言：H（R，θ，φ）=H（R，-θ，-φ）=K
上式表示在任意的半径为R的球面上，H函数满足对称性，
则有〆H/〆φ=〆H/〆θ=〆H/〆T=0
在球的径向我们有H（R，θ，φ）≠H（-R，θ，φ）
显然有〆H/〆R≠0
引入一个新 的函数E（R）
令〆H/〆R=E（R）
E（R）即引力场，R是爱因斯坦广义相对论中的曲率。
上式是一种理想的情形，实际的情形应该将R视为爱因斯坦广义相对论中的曲率。
如果将物质，场和空间统一起来整体考虑
则H（R，θ，φ，T）=H（-R，-θ，-φ，T）
即物质和场满足整体对称，显然这种整体对称使得H函数对全空间进行积分的结果，将消除物质和场的局部的不对称性，使空间，物质和场构成一个稳定和谐的系统。
第二类情形：
在自然之统一一文中，我曾经讨论过一个以一定速度旋转的圆环，对于圆环上的任意一点，我们有|H|=K，其中K为常量。我们将该圆环旋转180º，则H函数构成一个旋转的球面，由于H函数满足叠加原理，这样的旋转的球面在自然界中是存在的，同时我们有|H|=2лK依然是常量，显然这样的旋转球面有两种类型，一种是左旋的球面，一种是右旋的球面。实际上我们可以将中性的物质理解为上述圆环旋转360º的结果，当然圆环是左旋还是右旋结果都一样。 也可以理解为左旋和右旋同时旋转180º的结果。（由于H函数满足叠加原理，所以上述的运动形式是存在的，且构成一个稳恒和谐的系统）
对于该球体上的任意点： 取球坐标系则有
H（R，θ，φ，T）=-H（R，-θ，-φ，T）
〆H/〆θ=〆H/〆φ=0
〆H/〆T=V
V为常数（实际上V是H函数的变化率，是速度）
H（R，θ，φ，T）≠H（-R，θ，φ，T）
〆H/〆R=E（S，T）
其中E（S，T）为场
我们发现电场不仅与空间有关，而且也与时间有关（实际上是与H函数变化的速度有关）。
对于整体而言，有
H（R，θ，φ，T）=-H（-R，-θ，-φ，T）
上述三种H函数的分布，代表了自然界各种理想的稳定和谐系统，实际的状况要比上述情形复杂得多。当然上述的数学描述也许是不完善的，但他的物理意义是非常明显和合理的。所以我希望在看此文时，不要拘泥于数学描述，而是多注重他物理意义的理解。
通过上面 的讨论，我们应该能明白空间，场和物质的真正物理意义。同时我们也可以认识到重新定义诸如惯性质量，引力质量，力，电磁场，引力场等等物理量的必要性，否则我们不可能从更加广义的范畴内去认识我们的自然的本质，也不可能更加深入地去认识物理学的真正本质。
显然上述空间的存在形式不仅仅只代表我们宇宙均匀空间的存在形式，在晶体内某些区域不排除也存在这样的存在形式，只不过晶体内的这种均匀‘空间’的存在形式的量值与均匀的空间的H函数的量值不同，正是由于晶体内H函数为常量，才使得晶体具有透明的性质。
第二种形式的第一类情形的稳定存在的H函数分布对应于宏观领域的不带电的物质以及微观领域的中性的物质，（列如中子），
第二种形式的第二类情形的稳定存在的H函数分布对应于宏观领域的带电的物质以及微观领域的带电性的物质，（列如质子和电子）
电磁场
在万有引力场的讨论中，我们得出一个结论：在万有引力场中运动的物体的加速度与万有引力场的场强有一个简单的关系即E（S）=K（S）*A（S）
据牛顿的万有引力定律E=M/R²
考虑一个在引力场中运动的物体：惯性质量为N1，引力质量为M1，他们的比值为K1
则N1*A=GM1M/R²
有N1/M1G*A=M/R²
显然有N1/M1G*A=E（R）
令K=N1/M1G即K为常数
现在我们做一个反向的思维，将产生万有引力场的原因归与H函数的变化，那么所谓引力质量就是反映H函数在空间构成一个稳态系统大小的一个普通的物理量，是H函数决定了场，同时也决定了引力质量。
由于存在着均匀的空间，所以引力场是有边界的，空间就是他们的边界，由此我们也就理解了，为什么在低温下会发生超流现象，因为在低温下，各种辐射都消失了，此时在物质周围形成了一个均匀的空间，这个空间不仅是地球引力场的边界，同时是处于超导现象下物质的边界，对于处于这个空间的物质而言，由于空间是均匀的，也不存在场，所以物质向任何方向运动都是有可能的。而且我们也就理解为什么在一定的低温状态下，超流体会指向恒星，可以想象随着温度的进一步下降，超流体指向恒星的力也应该消失。
另外一个方面我们也能理解爱因斯坦为什么在他的广义相对论中将引力场理解为空间的曲率的原因。而将产生引力场之源的惯性质量抛弃。原因是引力场仅仅是空间的函数。
电场的H函数的分布又与引力场不同，由上面的分析可知，电场的H函数是旋转的，并且虽然H函数是旋转的，但对于H函数构成的场和物质来说，他在空间的任何一个半径为R的球面上有|H|=K，其中K是一个与R相关的恒量。而且也正因为如此，由这样一个旋转的H函数构成的空间满足整体对称。所以他也是一个稳态的系统。
由于在球面上|H|=K所以他有两个可能的旋转方式，分别对应右旋的H函数和左旋的H函数，他对应自然界的正负电荷，所以正负电荷的本质就是右旋的H函数和左旋的H函数。
由此我们也就理解了正反物质的本质。
H函数的旋转特性，意味着当两个同类型的H函数或异类型的H函数在空间发生作用时，表现出相互吸引和排斥的作用。
对于静电场而言，由于H函数是三维的旋转，同时又有整体的对称性质，所以
▽×▽H=▽×E=0
▽•▽•H=▽•E=μρ
注意ρ是电荷密度，是个导出量，μ是一个与场周围空间的H函数分布相关的物理量，实际上是介电常数。上式包含了静电场的全部含义，他的磁的特性稍后论述。
从运动学的角度来考虑：我在前面已经讨论过万有引力场的情形，得到
KA（R）=E（R）
将他推广大静电场的情形
有K（R，V）*A（R，V）=E（R，V）
上式V代表H函数的变化速度，显然无论是场一或者是加速度，他们不仅是空间的函数，而且也是速度的函数，这也不奇怪，因为电荷产生的场是一个三维对称的旋转场，带电物体在其中的运动与万有引力的情形是不一样的，
在万有引力场中K为定值，但在电场中K是一个与H函数的旋转速度有关的变量。
所以从这个意义上讲，爱因斯坦的广义相对论对场描述不能推广到电场的情形。
而且基本电荷的假设在讨论电荷在电场中的运动时，并没有多大的意义，关键是确定K的量值，确定了K的量值，电荷在电场中的运动就确定了。（实际上真正的物理理论中，所谓的常数并没有他的位置，他们都可以通过选择合适的物理量极其他的单位将他们完全消除，关于基本电荷的假设的必要性，我正在思考，这里暂不理论）
磁场的本质：
磁场的本质实际上是H函数的定向运动，但是不能孤立地用H函数的定向运动去理解磁场的本质，磁场总是与电场相互关联而存在的。
有一个非常形象的图能反映电场和磁场的关系，在自然之统一中我曾经专门讨论过一个旋转的圆环，我们将他推广到一个旋转的圆，则在这个圆的平面上，电场沿圆的 径向指向圆心，大小与圆的旋转速度有关，而磁场的方向与圆平面垂直，大小也与圆的旋转速度有关。实际上我们可以将电场和磁场理解为同一个物体的H函数运动和变化的两个不同的侧面。他们总是结成一定的关系而共同存在。所以由磁场产生的本质我们立即就可以得出一个推论，在自然界磁单极子是不存在的，因为磁场是由H函数的定向运动而产生，他有一个方向，所以磁单极子必然存在南北极。
从对称的角度来看，磁场的产生是牺牲物体的三维对称的特性为代价的，与电场的三维对称不同的是，磁场的对称是二维的，即通常所说的镜像对称。
从物质存在的稳定性方面来考虑，对于处于一个均匀的H函数分布的空间，物质的稳定性要求，最先失去的是磁场，其次是电场，再次是引力场。均匀的H函数空间是他的最后选择。
通过上面的讨论，我们应该对万有引力场，电磁场有一个清楚的认识，实际上物理学中的所有场都可以通过用复平面上的H函数来描述，只不过我们在考虑他的物理意义时必须从将空间，场和物质统一起来整体加以考虑，这样以来所谓复杂的场的问题实际上非常简单。
从复变函数的角度来讨论物质，带电物质和空间，他们都可以用复平面上调和函数来完备描述，H函数可以表述为：
H=U+AI
对于中性物质和万有引力场（前面我们讨论过物质本身可以视为由场构成）只与U函数相关，
所以有：E=▽H=〆U/〆S
对于带电的物体，
虽然电荷是旋转的，但是对于物质或空间的任意一点，H函数的变化与时间无关，即与H函数的A部分无关，所以
电场E=|〆U/〆S|
即E=〆U/〆S 假设代表正电荷产生的场
E=-〆U/〆S 假设 代表负电荷产生的场
对于电磁场的情形，H函数较为复杂一些，由与电场和磁场是H函数在复平面的调和函数显然有：
〆²U/〆S+〆²U/〆T=ρ/ε
〆²A/〆T+〆²A/〆X=μI
J表示H函数运动的一个量，实际上是电流，μ与场周围的H函数的分布有关
ρ代表H函数的电荷密度，ε是物质的介电常数，与物质周围的H函数的分布有关
上面两个表达式包含了麦克斯韦方程的全部含义，我在这里就不多罗嗦了,但要注意的是，由于磁场是定向的，所以A函数随时间的变化只改变与磁场垂直平面的电场，（实际上在定义什么是磁场，什么是电场在电动力学中是比较混乱的，这也是初学者比较难于理解他的原因）。
对于空间而言：
由于〆U/〆S+〆A/〆T=0
所以有〆U/〆A=〆S/〆T=V
由于〆U/〆S=E
〆A/〆T=B
所以E/B=V²
对于空间而言V=C C为光速
对于均匀的介质V等于光子在其中运动的速度
这个公式是非常重要的，因为他对于空间和物质的任意一点都成立
如果再考虑H函数的角动量守恒
则我们立即就会理解，为什么带电粒子的自旋为半整数，而中性的物质的角动量为整数的真正原因。同时对于费米子和波色子的分类有一个更深刻的理解诸如此类的问题我在这里不再罗嗦，相信大家知道他的意义.
上述论说还有一个最关键的问题没有解决,就是H函数的本质问题,这个问题我正在思索,但请大家相信,H函数的引入和假设,绝非空穴来风,H函数本质问题解决的时候,也是物理学完成大统一的时候.
万有引力场与电磁场的统一证毕。
李绍明 2002年7月9日于广州
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明学达观 |
