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论宇宙的相对论性结构
——世界为什么是这个样子的？ 作者：刘岸 自从人类文明诞生以来，人们就一直力图创立一种永恒的、能适用任何事物的科学理论，但是，经过了历史上无数理论的风云变幻之后，现在看来，这种理论是不可能产生的，将来也不可能有。人们开始逐渐意识到，已有的和今后将要出现的科学理论都只是一种过程，历史或许将只留下人类自我能力不断提高的足迹。 在本世纪初，人们从相对论和量子力学出现后所激起的科学观念巨变的狂涛中，已深刻认识到：我们的思维观念和意识并不能完全反映我们感知所显示出来的客观事实[如迈克尔孙（A.A.Michelson）—莫雷（E.W.Morley）实验；戴维孙（C.J.Darisson）—革末（L.H.Germer）实验等]，它促使我们对自身的思维特征和已有的知识体系基础提出严峻的挑战，其矛头再一次直截指向由于人类自身的存在而产生的根本性问题：我们该怎样认识世界？我们该构造一个什么样的知识体系基础呢？ 我们知道，世界是一个由我们——人参与着的世界，如果要解决上面这两个基本问题，那么，我们就不能完全把人的因素与客观世界割绝开来，因为我们——人研究和探索世界，除了存在一些"人择原理"的客观条件以外，同时还具备一些属于认识论范畴中的必要条件： 1、思维的“尺度”。人们认识世界，就必定需要一些定理，规律或经验等作为一种标准，才能对具体事物间的某些特征或属性进行分析，比较和判断。这一尺度是在一些客观事物中，人主观地从某种意义上得来的认识，通过思维的比较、归纳、演绎、综合而得来的。 2、感性的“尺度”。它是人们的感觉器官直接或通过一定手段（如实验）对不同的具体事物作出比较，判断而得来的一些印象、观念，在人的意识中所形成的一种标准，如：大小、快慢、长短等。 3、客观世界的“尺度”。这是人们根据感性“尺度”在实际中的需要，结合客观事物的某些共识的基本属性所确定的一些标准，如：米、秒、千克、摄氏度等。 在以上这三种认识的“尺度”中，我们通过感性“尺度”所获得的某些认识，可以是思维“尺度”的基础；反过来，通过思维“尺度”获得一些认识，又可以产生新的感性“尺度”，或者更改原有的感性“尺度”。其中，客观性世界的“尺度”是思维“尺度”和感性“尺度”之间的有效联接媒质或媒介，随着科学的发展，客观世界的“尺度”的内涵是不断变化的，其“尺度”随之也不断精确。 总之，如果我们要更深刻地探索、研究世界，首先就必须对上面这些客观条件和必要条件存在的重要性有足够的认识。 一、思维在认识事物过程中的局限性 我们认识世界，很大程度上依赖于思维的运用，如果把思维“尺度”看作是我们探索、研究世界的重要“测量工具”的话，那么，我们研究思维本身在认识事物过程中的局限性，也就相当于研究思维“尺度”的精确范围，因为一个具体的测量工具，同时也就决定了测量结果的最大精确限度，思维“尺度”也是一样。 通常广义地说，思维的局限性表现为：1、思维的不可遗传和不可直接传递信息的个体独立性；2、思维对意识的依赖性，亦即意识对思维具有构造作用。对于第一点，这是众所周知的，它使我们人类文明的发展绕了不少怪圈；第二点，我们对此也相当清楚，但在这里有必要对它的重要性作更进一步的认识，我举个例子来说明一下： 假如我们把一个原始部落的人带到现在的文明社会中来，经过一段时间后，再放他回原来的部落，他回去后将怎样使部落的其他人明白他所看到的一切呢？他难道会说：汽车在公路上奔驰；电视机里播放着精彩节目……吗？（用他们的语言），不，他绝对不可能有这样的描述，他只能以他原来在部落里形成的意识和观念来考虑并讲述他所看到的一切。恐怕他只能说：“一些巨大的甲虫似的东西在许多条宽宽的带子上走，它们的脚是圆圆的；一些很小的人在一个小方方的东西里做着各种各样的动作，……（用他们的语言）”。那么，他部落中另外的人将怎样理解，想象汽车，电视机一类的现代文明产物呢？即使能够理解，想象一些（以他们的思维方式），又与我们所理解的概念相同吗？显而易见，这种比较的差距实在太大了。 思维局限性狭义地讲，是思维在运用过程中所产生悖论的问题，悖论就其产生的形式，简略地说，有以下几类： 1、具体理论中的悖论。这是人们把已有的概念和规律运用到未知的适用范围以外而产生的，在历史上，这一类悖论相当多，如：所造成的“希索斯悖论”；促使相对论产生的“光速悖论”，等等。可以说，每一个这一类的悖论产生，就孕育着新的理论的出现，当一个新的更全面、深刻的理论诞生的同时，这一类的一些悖论也就自然消失了。 2、认识论中的悖论。这是人们通过自己的感性认识得来的一些意识中的概念（如：有、无、颜色、运动等），在思维运用过程中却又摒弃获得这些概念的具体条件，赋予它们实体本质的性质，而产生的悖论。这一类悖论也不少见，其表现形式多种多样，如：古希腊哲学家芝诺（Zenon）提出的“运动不可能”的“芝诺悖论”，康德提出的“二律背反”等悖论。对于这一类悖论，我们是不可能直接解答的，不过，我们可以防止这一类悖论的产生，那就是把悖论中的核心概念置于与概念相关的具体的、可操作的环境中。 现在我们来共同分析一个我所考虑到的悖论：假如一个人问你，未曝光的彩色胶片（胶卷）是什么颜色？你将怎样直接回答这个问题呢？无法直接回答。我们知道，虽然未曝光的胶片确实存在，但是当你看到（注意光与胶片作用后反射才能看到）胶片时，胶片就已经曝光，这与前提条件（未曝光）相矛盾，或许你会想到用其他的方法，如先测出胶片感光微粒的直径，再与颜色光谱的波长相比较而得出是什么“颜色”，但这也是行不通的，我们测出来的只能是胶片感光微粒的直径，而绝对不是颜色，因为颜色一词是我们从感知上得到的一个概念，但在意识中，我们却把它当成了物体本身所具有的本质特征。因此，当我们把感知与意识在特设条件（即不可操作的环境：未曝光）的情况下割绝开，再通过思维对某一概念进行思考时，悖论便产生了。我们十分熟悉的“先有鸡，还是先有蛋”的古老问题，也可看作是属于这一类悖论。只有当我们明确地指出一个具体的蛋和一只具体的鸡时（即可操作环境），悖论才会消失。通过对这一类悖论的分析，我们应该可以认识到，具有一定真实意义的概念只有通过与之有关的客观条件才能成立。 3、思维悖论。这是指由于思维本身的存在而导致产生的悖论。我们都看到或听到过类似这样的语句：“任何事物都是相对的。”不错，如果依这个语句进行习惯性（即发散性）思维时，我们可能不会感到有什么问题，但是，我们有没有注意到，当这个语句一出现（说或写），其本身就成为了一个绝对性的语句。因此，我认为：它实际上就是一个隐含的悖论。为了使其明朗化，我们可以这样来构造它：“任何事物都是相对的，包括本句。”如果我们再对这个语句进行思考时，很快就会感觉到：我们思维发生了紊乱！并且对它思考越深入，就越会感到思维过程的不可名状，在这种情形下，我们无法对自己的思考内容进行清晰、明确、合乎逻辑的表述和判断。但是，我们却可以强烈地意识到思维的存在，以及思维本身所具有的某些性质（发散性），因此，可以这么说，是由于思维的存在本身，产生了这个思维局限性中最根本的悖论。 通过上面对思维局限性的论述，无疑使我们进一步地认识到：我们认识世界是有条件的，并且只有通过这些条件，我们才可能探索研究世界。也就是说，条件的存在是不可避免，正如矛盾存在的普遍性，这些条件的存在，也正是此文章开头所提到的各种科学理论不可能完美的原因。这里不妨引用B．霍夫曼（B.Hoffmann）的一段话：“谁断言科学终于得出了一个最后理论，我们现在所知的量子论将传下去，只有表面上的改动，那他的确可说是大胆。”（《量子史话》P174）。当然，随着科学的不断发展，我们便会不断发现许多新的条件制约因素，因而一些已有条件的制约便会随之失效，但同时，我们又会面临新条件的制约。 综上所述，我们可以看出，要使一个新的科学理论的产生比以往理论具有更广泛的普遍性和适用性，那么首先就必须具有比以往理论更为基本、深刻的条件作为新的理论基础。 二、物质的相对论性结构及时空观 “物质是标志客观实在的哲学范畴，这种客观实在是人通过感觉感知的，它不依赖于我们的感觉而存在，为我们的感觉所复写、摄影、反映。”我们知道，这段文字是哲学范畴上对物质的定义，它撇开了一切事物的具体形态和特殊性质，而概括出来的它们最一般的共同本质，这个物质概念与自然科学研究的物质实体不同，它不能对人们研究客观世界有具体的实际指导作用，而仅仅只起到一个规范、说明的作用，当然，我们也不能随便抛弃它，因为它是属于我们重要的思维“尺度”之一。 那么，我们怎样才能使哲学意义上的物质概念与自然科学中具体的物质实体有机地联系起来呢？我认为：物质的结构性是它们之间的一条重要纽带；结构性是物质的根本属性。为了避免与单纯的我们平常所认识的结构概念相混淆，我想在这里不妨使用相对论性结构一词。 在客观世界里，不存在没有相对论性结构的物质，也不存在没有物质的相对论性结构。物质和相对论性结构是不可分割的。相对论性结构既是运动和静止的辩证统一，又是矛盾的基础和表现形式。 在我们感性认识中，具体的事物是相对论性结构的表象。因此通俗一点地讲，相对论性结构的含义是：我们无法在客观世界里从一个或多个角度（或条件）观测到一个均匀的、连续的、无限的具体事物。同样，在我们的思维中，“无限、任何”等也只是一些单纯的概念，我们无法具体在实际中得到它的事物实体。我们思维中的“无限、任何”等概念存在于我们人类有限的生命个体中，这本身难道不是一个绝妙的悖论吗？ 物质的相对论性结构，其本身就意味着条件的存在，可以说正是由于条件的存在，我们才能认识到物质的相对论性结构。同时，我们也可以认为：客观世界中的具体事物，是物质的相对论性结构通过条件才使我们认识到的。这从另一个侧面很好地说明了我们认识论中一个解决问题的根本方法：具体问题具体分析的重要意义。 下面，我就以物质的相对论性结构的观点对与我们认识世界有着重大关系的时间和空间进行论述。 “空间和时间是运动着的物质的存在形式，物质的存在及其运动都具有一定的空间和时间；空间是运动着的物质的伸张性、广延性，是指物体的位置，规模和体积；空间是三维的；时间是物质运动过程的持续性、顺序性，是物质运动过程的顺序更替和前后联系的表现，时间是一维的。时间、空间不依赖于人们的意识而客观存在。”人们从这些书本理论上接触到的时间和空间的论述和在日常生活中对时间和空间的感受，容易得到一种共识：时间和空间是客观世界中最根本的东西。然而，随着量子力学的发展和原子实验的不断深入，我们发现：我们已经十分熟悉的时间和空间，甚至连相对论所认识的时空都不符合原子实验所揭露的更深奥的存在形式，正如霍夫曼所说：只因为我们一直把物质看成是存在空间和时间中，我们才觉得对于单独的粒子来说也很难放弃这个观念，可是一旦我们真的把它的放弃，悖理的论调消失，而量子的启示突然明白了，空间和时间不是根本的东西（《量子史话》P182）。那么，我们该怎样认识时空的实质呢？ 首先，我们从前面已经知道：客观条件对我们所寻求具体事物的真实概念具有限制性；同时，真实概念只有通过客观条件才具有意义。物质标志客观存在，如果舍弃一切条件，那么我们对物质的属性就会一无所知，时间和空间就是我们从比较和被比较的角度所认识的物质存在形式，如：快慢、大小。 其次，我们在对某些事物状态的研究进行最基本的表述、说明时，就需要一个确定的尺度。这种尺度是一种抽象的时空概念（属于前面所指思维“尺度”的标准），它只有通过我们所确定的共知的客观世界的“尺度”（米，秒等），才能对具体事物进行确切的比较、判断。 由此看来，我们一方面把时空作为一种尺度，通过它来研究客观事物（如我们所用的时空坐标等）；另一方面，又要通过感知尺度来研究时空的本质（如：爱因斯坦（A.Einstein）相对论中的时空四维连续体；美国乔治.美松大学罗伯特.艾尔利奇提出的‘时间子’概念等）。也就是说：我们在条件的基础上看待时空是客观世界中最根本的东西，但条件本身的存在（我们——人类探索、研究客观世界，这本身就是条件之一），又意味着时间和空间不可能是自在之物（这类似于前面所提出的“颜色悖论”）。所以，我认为，对于时间和空间的实质的含义必须作如下约定： 在我们能感知的可比较时空中，从物质的相对论性结构的意义上说，时间的概念是：宇宙某参照系统可知恒量在该参照系统运动轨迹上某空间中的速率与该空间的惯性速率所成的比较；空间的概念是：宇宙中具有一定相对性结构的平衡体系或平衡体系中的某一方面。 现在我们来具体分析时间和空间含义中必须先说明的几个问题： 1、我们感知的可比较时空。这是时空概念成立的客观条件。因为我们不但要认识时空实质，而且更重要的是通过时空探索、研究客观世界。因此，这个条件同客观事物一起，与时空概念是密不可分的。如果说一个具体事物的存在必定占有时空，那么它就同时存在这个条件，我们只有通过这个条件才能使时空的客观性与客观世界中具体事物真正地联系起来。 2、可知恒量与宇宙参照系统。可知恒量是在不同惯性参照体系的观测者所观测到的某一衡定不变的参量，它是用来规范、确定、说明宇宙参照系统的，即凡是使可知恒量成立的可感知空间都属于同一宇宙参照系统，由此可见，宇宙参照系统是由可知恒量所确定的，不同的可知恒量可以规范不同的宇宙参照系统。宇宙参照系统与宇宙参照系统之间存在“接触点”，对于某宇宙参照系统中的观测者而言，这些“接触点”是他本身所在宇宙参照系统中可知恒量的物质基础，在一定的条件下，通过“接触点”一个宇宙参照系统的空间可以在另一个宇宙系统中出现。 3、宇宙参照系统运动轨迹。这里运动轨迹只是一个形象的名称，它并非我们常识性的运动轨迹，而是使可知恒量成立（即宇宙参照系统存在）的相对论性结构基础。宇宙参照系统运动轨迹方向是一个有待观测者从研究宇宙参照系统整体的高度来具体规定的参量。 4、惯性速率与惯性参照系。惯性速率是指惯性参照系的速率，它也是一个有待观测者规定的参量，观测者可以相对于自己所在的惯性参照系来具体确定它。至于惯性参照系，在我们的印象中，被认为是一种连续、均匀的存在。因为，我们所看到物体的匀速直线运动是连续均匀的。但事实上，由于物质的相对论性结构的存在，以及宇宙参照系统的引出。连续均匀的惯性参照系这一概念是有必要放弃的。在实际中，这种理想的惯性参照系也是不存在，因此，在这里我们首先必须明确一点：惯性参照系是离散的，即不连续的。 我们现在有了对上面四个问题的基本认识后，不难得出如下结论： 1、在相同的宇宙参照系统中，观测者从纯感知的角度上讲，时空作为一种感性“尺度”，它们之间并没有什么区别。但是，观测者无论是从思维“尺度”或者客观“尺度”的角度来看待时空整体，其结果都不会相同，并且，它们之间不存在等同比较的关系。它们相同的只有时空的客观性，这些我们从时空的概念就可以看出。 2、在同一宇宙参照系统中，由于宇宙参照系统的相互影响，以及观测者所处的惯性参照系不同，那么他们对处在一特定惯性参照系中的物体的时空特征，就会观测到有不同的量值。在这些量值之间，存在一种可比较的关系，因为有同一可知恒量作为它们的比较中介。 容易看出，上面第二个结论是爱因斯坦狭义相对论中所产生时空变换的真正原因。虽然他当时只能“断定：这个观测乃是我们生活在这样一个宇宙中的自然结果，在这个宇宙中，光速对于一切观测者都是有限的和总是不变的”（S.J.Inglis《行星、恒星、星系》P454），但现在看来，其中的“宇宙”应该是指宇宙参照系统；光速总保持不变，则是在真空中这一特定条件下，不同惯性参照系中的观测者所观测到光速恒量值C，由于当时爱因斯坦只考虑到光速不变性原理和连续，均匀的惯性参照系（正如他所提出的时空四维连续体的观点）。而没有考虑到光本身以及物质的相对论性结构和宇宙参照系统的存在，所以造成了相对论与后来的量子力学以及客观事实（主要是量子实验）之间的矛盾。对于这一点，我们在后面将会进一步认识到。 三、我们的宇宙 我们的宇宙，这是一个从认识论角度上说的概念。虽然我们研究的是宇宙的客观性，但其中隐含着主观的因素，因为，客观世界是通过主观的人去研究和反映的，所以，从这种意义上说，宇宙本身就是一个我们（观测者）参与着的宇宙。 从我们现在所感知的意义上说：我们是生活在一个由光速规范的宇宙参照系统中，因为光速是我们这个宇宙参照系统的可知恒量，可知恒量的物质基础是光——电磁波。由前面一节对可知恒量的论述可知：可知恒量的物质基础是我们现知的这一个宇宙参照系统与另外的未知（到目前为止）宇宙参照系统的“接触点”。因此，通过这些“接触点”（光），我们的宇宙参照系统与另外宇宙参照系统处处都在进行着相互转化、渗透和影响。当然，这很大程度上是一种相对的、动态平衡的过程，对于我们这些观测者来说是很难察觉的。从某种意义上说：霍金根据广义相对论宇宙模型所提出的“奇点”论断；以及A．H古斯所认为“物质”和“能量”是从“虚空中产生出来”的观点等，都可以看作是对这一过程的不同表述。另外，由于电磁波辐射的离散性而无所不在，因此，我们这个宇宙参照系统的“界面”（“接触点”的集合）也无所不在。整个界面延伸到宏观的星系、星团深入到微观世界中的“基本粒子”，当然还包括我们日常生活中的事物和人本身，对于在我们宇宙参照系统中的观测者来说，现在还无法通过这个由光界面所构成的壁垒，从而通达到另一个宇宙参照系统中。也就是说，我们现在还无法穿过物体所占据的空间，而只能使物体的空间位置发生改变。（由此看来，美国著名理论物理学家J.A.惠勒的一个观点：我们生活在一个巨大的“黑洞”之中也是具有一定意义的。） 从客观的意义上说：我们的宇宙是由多个宇宙系统组成。宇宙系统，这是一个与宇宙参照系统相对应的概念，它与宇宙参照系统既有联系，又有区别。宇宙参照系统是宇宙系统作为可观测比较的条件，而宇宙系统又是构成宇宙参照系统的存在基础。这里我作一个形象的譬如：宇宙参照系统可以看作是“窗口”，而宇宙系统就是通过“窗口”所看到的景物，如果“窗口”的角度不同，那么，我们所看到的景物也是不同的。因此，可以这么说：我们只有通过宇宙参照系统才能使我们对宇宙系统的研究具有真实意义，而没有宇宙系统的宇宙参照系统是不可能存在的。 由此看来，确切地从相对论性结构的意义上说：我们的宇宙是一个由我们现知的宇宙参照系统与宇宙系统的有机构成的存在。事实上，我们感知到的宇宙系统（大至星系，小至基本粒子）所显示出来的外在表象结构，其本身就意味着：宇宙系统与宇宙参照系统之间的密切，不可分割的联系和内在的相对论性结构基础。 四、物体的相对论性结构力学 引力，也称万有引力，其定律表述为：任何两个质点都要相互吸引，引力的大小和两个质点的质量（m1、m2）的乘积成正比，和两个质点间的距离（r）的平方成反比，引力的方向则在两质点间的连线上。其表达式为f=（G为引力常数）。这是牛顿在300多年以前所发现的一条力学中最基本的定律，多少年来，一直被人们广泛而深入地应用，而没有被改写。但是，我们如果依照前面所述的相对论性结构的观点，就可能看出：万有引力在理论上就不成立。我们现在知道：观测者不可能从一个或多个角度在客观世界里观测到一个均匀的、连续的、无限的具体事物（相对论性结构的一般表述）。任何的质点相关，同时又具有均匀的、连续的、无限的作用力程，这只能存在于抽象的思维概念之中，并且，最终导致悖论的产生。如塞立格所提出来的著名引力悖论。他认为，如果宇宙空间的是均匀分布的，其密度不等于零，而且宇宙是无限的，则会在天体上出现无穷大的引力。但事实上，我们知道：天体的无穷大引力是根本不存在的。 在本世纪五十年代，美国加利福尼亚理工学院的S.史密斯和F.斯维克观测到：在某些大星系团内，单个星系或恒星的运动速度非常的快，（如果星系团内没有存在“暗物质”）星系或恒星间的引力根本不能阻止星系团的飞散。但是，几乎所有的证据表明，星系团是一个稳定的结构。到了八十年代，天文学家又发现：在旋涡星系M31内，气体、尘埃和恒星（以及与之有关的行星和它们的卫星）都围绕着一个共同的中心作轨道运动，根据牛顿的运动力学定律计算出来的恒星速度——理论数值比实际观测到的数据明显要小。通过这些观测到的现象，使我们从另一方面也可看出：万有引力可能存在问题。那么问题究竟在哪里呢？并且问题产生的原因又是什么呢？ 我们必须先来分析一下力产生的原因，我们知道，牛顿力学第一定律是：任一物体在未受到外力时，将保持静止或者匀速直线运动状态。物体保持这种运动状态的特征，被称为惯性，具有这种特征的物体、体系，被称为惯性系。因此，我们通常是这样理解，力并不是维持速度的原因，而是改变速度的原因，也就是说：力是物体改变惯性参照系的原因。但是，很显然，这条定律并没有涉及到力产生的实质，即力的来源，并且，在客观世界里，同一惯性参照系并不是连续无限均匀的存在，惯性参照系对于我们观测者来说，只是相对的、近似的、离散的存在。于是，我考虑到，能不能从更深、更客观的角度来研究力产生的原因呢？由此，我根据前面论述的相对论性结构的观点，提出一个新的概念———相对论性结构力。注意，这并非一种新的作用力，而是通过它使我们对力的起因及性质有更深一层的认识和了解。下面，就是我对相对论性结构力所作的概述：一个宇宙系统（或单个的物体）为了保持某种均衡（动态平衡）的相对论性结构，一方面，它必须以一种方式不得不消耗自身的能量；同时，另一方面，又以另一种方式等量的获取能量，当这种能量转换过程中的能量，作用于另外的宇宙系统（或单个的物体）时，另外的宇宙系统（或单个的物体）的相对论性结构一定发生改变，即有力产生。这便是相对论性结构力。我们从这一段概述可以看出：宇宙系统（或单个的物体）相对论性结构的维持和相对论性结构的改变，都伴随有相对论性结构力存在。 我们知道，我们能感知的物体都辐射电磁波（光子）；那么，我们所感知的宇宙参照系统（界面是电磁波）就会以一定的“轨迹”运动（即宇宙参照系统的“运动轨迹”），以维持宇宙参照系统的存在；又因为，宇宙参照系统与宇宙系统之间是一个密切相关的整体，所以，这就构成了我们所感知的宇宙参照系统的相对论性结构。如果考虑到宇宙参照系统的存在是处在一种相对不变的动态平衡中，或者说是我们这个宇宙参照系统的能量保持不变（能量守恒），那么，宇宙系统（或单个物体）的存在，就必须以一种方式释放能量，减少在宇宙参照系统的能量，同时，又通过另一种方式获取等量的能量，以增加在宇宙参照系统中的能量。这一过程我们怎样列出它的表达式呢？我们从前面已经知道：电磁波（光子）是我们宇宙参照系统的“界面”，而我们所感知的物体质量的能量可以用爱因斯坦的质能方程式得出，且质量是转化为电磁波（光子）辐射能。基于这些条件，我认为，用电磁波（光子）的能量（h*v）作为转化过程的中介，是最简单明了的，表达式如下：（1）式中xn与yn是每一种频率vn的电磁波（光子）个数，S表示相互作用间的位移，V表示被作用物体所在惯生参照系速率，h为普朗克恒量，c为可知恒量——光速，式中的f就是相对论性结构力，表达式左部是宇宙系统（或单个物体）所付出的能量，右部表示其吸收的能量。如果我们要得出相对论性结构力F的表达式。只需要变换一下表达式（1）：（2）这里特别提醒的一点是：这两个表达式是在我们这个宇宙参照系统的总能量保持相对稳定不变的前提下，才能成立，下面，结合这两个表达式来具体分析能量相互转化的过程： 一个宇宙系统（可以看作是非相互直接接触的多个关联单个物体），如太阳系，由于它的相对论性结构的存在，因此，太阳每时每刻都在辐射出巨大的能量（每分钟：5.8×1027卡，功率为5×1033马力），这巨大能量的来源是太阳在宇宙参照系统中的质量减少，即宇宙参照系统能量的减少（E=△MC2），同时，另一方面，太阳又通过"束缚"行星以获取能量，即宇宙参照系统能量的增加。（这种束缚便是牛顿所认为的“万有引力”）。对于一个宇宙系统中的单个物体（或粒子），如行星，在太阳系的相对论性结构中，它所获得的太阳辐射能量远大于自身辐射能量，因此，我们根据表达式（2）可以看出，它必定受到一个指向太阳的力F（是负值），所以，行星的运动是以一定速率围绕太阳而转动，产生的所谓“离心力”以达到太阳系表象结构的相对稳定状态和内在的宇宙参照系统的能量动态平衡。从这一个意义上，我们可以认为，牛顿“万有引力”可以近似的看成是宇宙参照系统和宇宙系统的维持力。如果宇宙系统保持一定的能量交换不变，即宇宙系统的相对论性结构不变，那么，我们可以把宇宙系统整体作为单个物体（或粒子）来研究。 现在，我们来分析单个物体（或粒子）间的相互作用。对于接触性的相互作用，我先说明一点：由于物质可分性悖论的存在，因此我们无法确定什么是最终“基本粒子”，由此，单个物体（或粒子）间相互作用是怎样进行的，便成了难题。但是，如果考虑到相对论性结构以及我们的宇宙参照系统的存在，这个问题的提出已变得毫无意义，因为我们可以用电磁波辐射（光子）能量作为比较中介。 设在无摩擦的情形下，有一物体A，处在与我们观测者保持相对静止的惯性参照系，也就是说：它与外界的能量交换对于我们观测者是处在与宇宙参照系统相对稳定的状态。当有一恒外力F作用于物体A时，如果物体A继续保持自身的相对论性结构，即能量交换量不变，那么，物体A得到施力物体的能量（辐射）便会使物体A不断改变其惯性参照系，由于物体A惯性参照系的改变，无疑将破坏整个宇宙参照系统的动态平衡，又因为，宇宙参照系统的轨迹并不发生改变，即宇宙参照系统的总能量保持相对不变，所以，物体A就必定以电磁波（光子）向外辐射自身的能量。当恒外力F把物体A加速到接近光速时，恒外力F的施力物体所消耗的能量将通过物体A几乎全部转化为电磁波（光子）辐射掉，相对论性结构力F的表达式完全可以得出这一点： 当V增大到接近光速C时，项将趋向于0，而不变，如果S增大，那么整个项式减小，F减小，也就是说，外力不变，受力物体（A）所受的力F“减小”了。 这就说明了，当物体（A）被外力加速到接近光速C时，施力物体要使受力物体（A）增加相同的速度所付出的能量，比受力物体（A）在低速运动时所付出的能量要多。当然，我们（观测者）也可以认为是物体（A）的质量“增加”了。此时的“质量（m）”与静止质量m0的关系是：可以看出，上述过程就是相对论中质量相对性产生的真正原因，同时，它还表明了，在我们宇宙参照系统中，能量交换过程中的物体，即受相对论性结构力作用的物体，是不可能达到光速C的，亦即：我们无法在我们这个宇宙参照系统内观测到一个具有连续位移S，连续时间t，而≥c的物体，这也是狭义相对论中两个基本原理之一的光速不变原理的更深一层表述。 如果我们考虑到不是恒外力F的作用，而是一个能量大小一定的力，那么，物体A在加速到一定速率时，（即达到一定速率的惯性参照系中）便会保持这一新的相对平衡状态。如果我们还考虑到宇宙系统间的相互影响（如摩擦），那么物体A在匀速运动过程中，便会不断以电磁波（光子）辐射消耗自身所获得的能量，这时物体A的惯性参照系便会不断改变，直到恢复到原来相对于我们观测者静止的惯性参照系中，这便是我们见得最多的单个物体（粒子）间的相互作用过程。 另外，我们知道，A.爱因斯坦提出的质能方程式是；电磁波（光子）的能量是hv，因此，就可以推出质量全部转化为能量的表达式：=，又因为，物体转化成电磁波（光子）后，如果不再吸收能量，所以，根据表达式（2）可得：F=m0c2/s。如果考虑到，物体的质量只是部分△m转化为电磁波（光子）辐射能量，那么，其相对论性结构力表达式为：F=（3）从表达式（3）可以看出，物体辐射出的自身能量，来自自身“质量”的减少，也就是物体本身的相对论性结构发生改变，对于这一点，我们完全可以从核裂变和聚合，化学反应等现象得到证实。 我们通过上面对相对论性结构力的概述以及对它的一些说明和分析，可以看出，如果我们仍然需要本节开头所提到的“万有引力”这个名称，那么就必须肯定以下两点： 1、引力场是通过电磁波（光子）的辐射而存在和维持的。 2、引力场是具有有限作用力程的，并且其场强不具有连续性，或者说场强的非均匀性。 这两点的确立包含有两方面的因素，a、宇宙参照系统的存在；b宇宙系统的相对论性结构的存在。 我们弄清了“万有引力”产生的原因和条件后，自然会考虑到其他三种基本相互作用力，其实，只要是在我们这个宇宙参照系统中，并且宇宙参照系统保持相对的动态平衡，那么，这四种基本相互作用力都可以说是相对论性结构力的不同表象。因为，在理论上，四种基本相互作用力（引力、电磁力、弱力、强力）的统一基础———相对论性结构力已经确立。当然，具体的验证还有待更进一步的研究工作。 我们通过对文章中各种概念和问题的论述之后，似乎会感到，对于量子力学中的内容涉及很少。但事实上，在原子实验中，相对论性结构、宇宙参照系统、相对论性结构力学等概念会更容易得到验证和说明。因为在原子实验中，“非常”条件更为突出，更为复杂，并且，“量子”本身这个概念就意味着不连续，也就是说，量子可以看作是物质相对论性结构在微观意义上的表述。我想，海森伯所提出的测不准关系（类似“胶片悖论”在微观世界的表述）△E＊△t≥h，狄拉克的弦模型等等，都可以从上述的一系列概念中得到更为基本、全面的解释，虽然本文没有作出详细的论述。 总之，我想，通过对相对论性结构的存在以及有关概念的了解和认识，无疑将使我们人类的科学认识水平发展到一个充满光辉的阶段。 1992年2月16日完成于长沙作者：刘岸 参考书目： 《量子史话》作者：B.Hoffman（B.霍夫曼） 《相对论的意义》（THE MEANING OF RELATIVITY）作者：ALBERT EINSTEIN（A.爱因斯坦）Firth Edition 1955（第一版）译者：李灏1961年11月第一版 《今天的物理学》（CONTEMPORAPY PHYSICS）作者：F.Inman & C.MillerMacmillan 1975 译者：叶悦 何笑松 沈志牛 张钟静 王鸣阳 荣毓敏 1981年2月 《二十世纪物理学》（PHYSICS IN THE TWENTIETH CENTURY）作者：Victor F.Weisskopf Selected Eassys The MIT Press 1972 译者：杨福家 汤家镛 施士元 倪光炯 张礼 1977年5月 第一版 《行星、恒星、星系》作者：S.J.Inglis 《现代物理学基础》 《科学的难题—悖论》作者：张建军 浙江科学出版社 《电动力学》作者：郭硕鸿 人民出版社1978年10月 后记： 记得七年前，这篇论文提交给一本自然科学杂志的副主编评阅。当他看完论文后对我说：你的论文写得太超前了，太深奥了，看不太懂。我当时没有回答他，心想过几年再说吧。时间过得真快，一转眼过了七年。从近几年的天文观测和量子测试（如中微子具有质量等）的发展情况来看，现在已经有越来越多的证据支持我在论文中所作的论述和观点。因此，在本世纪末结束的时候，新世纪到来之前，我谨通过奥科资讯网站对外发布本篇论文，希望能觅到知音进行共同探讨；同时也欢迎大家对论文进行指正。 |