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向喷发物质的速度应是相同的。那么，红移和紫移速度应是相同的。但实测的结是不同的，为什么是这样的呢？
其实，在和SS433零距离来看，朝着两个相反方向喷发物质的速度是相同的。红移和紫移速度也是相同的。因为阻尼的关系，所以这种速度红移和紫移到达地球的光除了原红移和紫移外还要附加一个阻尼红移，于是速度红移加阻尼红移后总的红移变大。速度紫移加阻尼红移后总的紫移变小。这一解释就是非常合理的了。具体地列出方程： 30000千米／秒 + x=50000千米／秒 - x 解此方程得：x = 10000千米／秒 也就是说，经过了11000光年，产生了一个10000千米／秒的阻尼红移，这样实际速度红移为40000千米／秒；实际速度蓝移也是40000千米／秒。这样一个让人百思不得其解的问题就这样简单地解决了。 |
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第八章 狭义相对论的物理本质
第一节 狭义相对论的两条基本原理是矛盾的 一、狭义相对论违背了它自已提出的两条原理 原本不打算写这一章的。因为它涉及到的内容错得太深了，人们反认为它们是正确的，是经过试验检验过的。如果不触动它，还不知道要错到何年何月。所以下定决心，来啃一啃这个酸果。其实，公正地说，用物理本质来看狭义相对论，它的错误是显而易见的。 我们先从矛盾说起。楚国卖矛和盾的人先拿起矛夸口说：我的矛能戳穿任何盾。又举起盾夸口说：任何矛都戳它不穿。 旁人说，用你自己的矛戳你自己的盾呢？…… 类似地，爱因斯坦举起相对性原理说：在一切惯性系中的任何物理试验都不能确定其是否运动。又举起光速不变原理说：在任何惯性系中光的速度都是c，不需要做任何物理试验也能确定其是在运动着的。 旁人说：在光所在的惯性系中不需要做任何物理试验也知其在运动着，不是和相对性原理相矛盾吗？ 在李新洲编写的《追寻自然之律》小册子中也发现了这个问题。他这样写道：“为了导出狭义相对论，爱因斯坦作出了两个假设，运动的的相对性和光速为常数。表面上看，这两个假设是相互矛盾的。第一个假设说，所有匀速运动彼此都是相对的；第二个假设说，光的运动例外，它是绝对的。所以，爱因斯坦的挚友、物理学家埃伦菲斯特（ P．Ehrenfest）指出，还隐蔽着第三个假设，即前两假设是不矛盾的。物体运动的相对性与光速的的绝对性，两者之间的相互制约和作用乃是相对论里一切我们不熟悉的时空特征的根源。利用这些假设，爱因斯坦在数学上导出了一些公式，它们给出了一个观测者所作出的时空测量与另一个对他作匀速运动的观测者所作的同种测量之间的关系。爱因斯坦证明了，一个运动着的长度确实比静止的长度要短；一个运动着的钟标记的时间要比静止的钟慢。绝对的空间和时间被废除了。相对运动的人所测量的空间和时间不一样。” 相对运动的人所测量的空间和时间不一样吗？物理学是一门试验科学，有这样的试验吗？人们会理直气壮地说：有啊，迈克尔逊——莫雷试验就是。我们前面已经详细论述了，人们对这个试验的解释正好是错误的！ 二、狭义相对论起源于一个错误的试验 简单地说，以太传光似固体，以太对光而言是没有以太风的，但迈克尔逊——莫雷试验是用光来探测以太风的，这个试验当然是测不到以太风的零结果。 迈克尔逊——莫雷试验令人信服地和漂亮地证明了真空中的以太对光传播的地方好象固体一样。这就是说以太的确是传播光的介质，以太在传播频率很高的光时能“变硬”，也就是证明了量子以太涡旋具有转动惯量。我们在这里就找到了量子以太涡旋是一种有转动惯量的物质的确凿证据。所以迈克尔逊——莫雷试验正好证明了以太是一种有惯性的物质，以太的确是存在的。 波动介质变硬现象由于非常罕见而没有引起人们的重视，迄今为止仅仅发现频率很高的超声波在水中传播这样一个实例。以致这一现象一百多年来没有人们去研究，即使是现在仍然鲜为人知。但它确实用波动理论推翻了人们对迈克尔逊——莫雷试验零结果的原有解释，推翻了人们否定以太的结论。 迈克尔逊本是想以精确的实验为以太的存在提供证据，不想结果适得其反，却从根本上否定了以太。正是：机关算尽太聪明，反误了以太性命。但迈克尔逊并不认为实验否定了以 |
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这里的V原是指小船的速度，在把光比作小船则就是光速c了。
这正是洛仑兹尺缩。 所以我们完全可以用纯数学的方法得出洛仑兹收缩。 五、狭义相对论是唯心论 相对论与其它学科的认识存在着严重的矛盾。历史上，我们盲目地相信相对论，缺乏与其它学科认识的比较研究。在相对论中推翻了的概念在其他学科中依然成立，这必然导致矛盾冲突。不能认为所有的现代物理学都是以狭义相对论为基础的。 尽管狭义相对论解释了许多实验，但是没有揭示出相对论效应的物理本质。狭义相对论不能够对运动学效应进行解释，至多只是一个假设或原理。这是一种没有力量的表现，很难使人信服。没有检测手段，物体怎样知道自己的运动速度？为什么随速度增大会钟慢尺缩？为什么随速度增大质量会增大？是谁来操纵钟慢尺缩和质量的增加？没有任何人能回答这一问题！ 由于人们对光的本质不了解，认为只要把发光体放在动坐标系中，动坐标就会带动它所发出的光一起前进，就象前进的火车能带动人一起前进一样。这是一个致命的错误，一般情况下，只有电子能带旋以太，没有任何物体能带动以太和光。 我们知道，只有和动坐标一起运动的物体才有牵连速度。例如仅有火车上的东西才具有火车的牵连速度，空中的飞机，地上的汽车，海里的轮船就不具有火车的牵连速度。它们与火车的运动速度是完全没有关系的！ 所以，在使用伽利略变换时，就要特别注意，只有确实和动坐标系一起运动的东西，才具有牵连速度，由于光不能被坐轴带动，也就是说，尽管动坐标系在运动，但光并不随动坐标一起运动。光的运动与动坐标系的运动速度u′ 是完全没有关系的。于是，对光而言，在使用伽利略变换时，u′ 永远为0。或者说，在动坐标系中碰到发光体，在进行光的速度处理的时候，只要把发光体所发出的光，以光速c从动坐标系中转移到静坐标系中就行了，就这么简单。 于是，伽利略变换是对的，光的传播速度不变也是对的！当然，洛仑兹变换就是错的了。狭义相对论不分青红皂白地认为光能和动坐标系一起运动的观点不值一驳。 英国物理学家洛奇（OliverJosephLodge）在1892年做了一个钢盘转动实验，以试验以太的漂移。他把两块靠得很近（相距仅1英寸）的大钢锯圆盘（直径为3英尺）平行地安装在电机的轴上，高速地旋转（转速可达4000转/分）。一束光线经半镀银面分成相干的两路，分别沿相反方向，绕四方框架在钢盘之间走三圈，再会合于望远镜产生干涉条纹。 如果钢盘能带动其附近的以太旋转，则两路光线的时间差会造成干涉条纹的移动。但是，不论钢盘转速如何，钢盘正转与反转造成的条纹移动都是微不足道的。洛奇写道：“以太被转盘携带的速度不大于转盘的1/800”。因此，试验证明，钢盘是不能带动光的。 当光源向你快速运动时，光的频率会增加，表现为光的颜色向蓝光方向偏移，即光谱出现蓝移；而当光源快速离你而去时，光的频率会减小，表现为光的颜色会向红光方向偏移即光谱出现红移，因此，在光现象里存在多普勒效应。 于是，有人会提出，光的多谱勒频移不是证明光能被带动吗？回答是否定的。多谱勒频移不是光速的带动，而是频率的带动。它们完全是两回事。光一旦从发光体发出后，它的速度便与发光体的运动速度没有关系。但它的发光频率是由发光体所决定，是和发光体的速度连在一起的。 设与光源之间距离为S，且同光源保持静止，光源射来的光的频率不会有任何变化。如果光源向你快速运动，当光到达你的眼睛时，光源也向前运动了一段距离，使得光源在发出的光在同一时间内，距离S变短，但同一光源在同一时间内频率的次数是不变的，因此光的频率会增加，表现为光的颜色向蓝光方向偏移，即光谱出现蓝移；反之，而当光源快速离你而去时，距离S变大，同一光源在同一时间内频率的次数也是不变的，因此光的频率会减小，表现为光的颜色会向红光方向偏移即光谱出现红移。 因此不能把光的多谱勒频移作为光能被带动的证明。 六、狭义相对论是迷失物理方向的典型案例 物理本质和数学描述是相辅相成的，但物理本质第一，数学描述第二。没有数学描述，物理现象就不能深入;没有物理本质，就会迷失方向。如果力，电，磁，光的物理本质并不清楚，仅仅知道其数学公式，就非常容易迷失方向。其实，从爱因斯坦开始，物理学的某些方向就已经迷失了，因为他不理会力，电，磁，光的物理本质，过分迷信于没有物理意义的公式。 在历史上，牛顿是伟大的，因为牛顿三定律锁定了力是一个碰撞过程。从而把天上的力和地上的力统一起来。 麦克斯韦是伟大的，他的两个关于磁的方程组，就锁定了磁是以太的涡旋，从而进一步把电和磁统一起来。 更值得一提的是法拉第，他根据电能生磁，那么磁也一定能生电这一物理本质，把磁铁和导线拼来凑去，花了十年时间，将磁铁往线圈里一捅，终于把电给捅出来了。我们无法知道他将磁铁往线圈里一捅，究竟用了多深奥的数学公式。但是，我们知道，电是用物理的方法捅出来的，而不是根据数学公式算出来的。 更加奇妙的是，麦克斯韦苦苦地追求法拉第力线的物理本质，精心钻研十年之久，提出各式各样的物理模型， 用高超的数学手法，方能总结出麦克斯韦方程组。 爱因斯坦就没有那么走运了，由于他忽视物理本质，过分追求完美的数学方程，把人们引入数游戏之中，从而迷失了正确的物理方向。狭义相对论是迷失物理方向的典型案例。 |
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第三节 科学家评相对论
迈克尔逊的实验结果一宣布立即在物理学界引起一场轩然大波，本来万里无云的蓝天上突然出现了一朵乌云。因为以太一旦被否定，牛顿力学的绝对时空观将要从根本上动摇。已经伴随人们过了两个世纪，指导物理学家作出无数发现的牛顿力学现在突然失灵了，经典物理学家金碧辉煌的大厦突然出现了裂缝； 否定了以太还否定了电磁理论所要求的菲涅耳的静止以太说，这就使电磁学的基础受到了冲击。零结果使洛仑兹极为困惑，一再追问： “在迈克尔逊先生的实验中，迄今还会有一些仍被看漏的地方吗”？于是各国的物理学家们纷纷提出各种方案来挽救以太，总希望迈克尔逊的实验能有另一种解释。 1892年英国物理学家斐兹杰惹提出了一个挽救以太的好办法。他假设一切物体在自己的运动方向上都要收缩，而且还给出一个公式，收缩的大小随运动的速率而增加。每秒运动11公里的物体，收缩十亿分之二左右，每秒运动26万公里的物体，收缩百分之五十。物体运动的速度达到光速，它在运动方向上的长度就变为零。长度的收缩不会出现负值，所以光速也就是宇宙中所能达到的最高速度。这就是有名的斐兹杰惹收缩。 荷兰物理学家洛伦兹1904年提出一个更严密的假设，他在一篇论文中说：当电子在以太中运动时，电子将会从圆球变为椭球(它沿运动方向的半径变短)。这样收缩说就更有根据了。为挽救以太，他还提出了著名的“洛伦兹变换”，说明相对运动的坐标系之间的转换关系。和斐兹杰惹的长度缩短相似，洛伦兹又提出当电子运动的速度达到每秒26万公里时，质量会增大百分之百；而达到光速时，质量无限大，这当然不可能，又正好说明光速是一个极限。 回忆一下当时一些著名科学家对以太的态度也是非常有启发的。 声名卓著的开尔芬就十分热衷于构造以太的力学模型。他在1884年宣称：“在我没有给一种事物建立起一个力学模型，我是永远也不会满足的。”1890年，他提出电效应是由以太的平动引起的，磁现象是由以太的转动引起的，而光是却是由以太波动式的振动引起的。 洛仑兹在世纪之交虽然积极参与了物理学的几个前沿领域，却极力设法修补旧理论，总想在不触犯经典理论框架的前提下把力学和电动力学调和起来。但是，1887年迈克尔逊实验否定了为电磁理论所要求的菲涅耳的静止以太说，使电磁力学的基础受到了冲击。洛仑兹为此而郁郁不乐，他于1892年写信给瑞利说：“我现在简直不知道怎样才能摆脱这个矛盾。不过我仍然相信，如果我们不得不抛弃菲涅耳的理论……，我们就根本不会有一个合适的理论了”。 ……直到晚年，他还认为以太是具有一定优点的概念。 据玻恩回忆说：“我在洛仑兹逝世前几年看望他时，他对相对论的怀疑态度没有改变。”据板田昌一讲，洛仑兹面对波粒二象性的新概念，曾绝望地哀叹：“在今天，人们提出了和昨天所说的绝然相反的主张。这样一来，已经没有真理的标准了，也不知道科学是什么了，我真后悔我未能在这些矛盾出现前五年死去。” 玻耳兹曼直到1902年还公开宣称：“力学是整个理论物理大厦赖以建立的基础，是所有其他科学分枝赖以产生的根源。” 迈克尔逊本是想以精确的实验为以太的存在提供证据，不想结果适得其反，却从根本上否定了以太。正是：机关算尽太聪明，反误了以太性命。但迈克尔逊并不认为实验否定了以太，他至死（1931年）还念念不忘“可爱的以太”。 J.J.汤姆生在1909年宣称：“以太并不是思辩哲学家异想天开的创造，对我们来说，就象我们呼吸空气一样不可缺少。” 爱因斯坦在以太问题上也曾犹豫不定。他在题为《以太和相对性原理》的讲演中说：“根据广义相对论，空间没有以太是不可思义的。实在的，在这种（空虚的）空间中，不但光不能传播，而量杆和时钟也不可能存在，因此也就没有物理意义上的空间——时间间隔。……因此在这种意义上说，以太是存在的。”他甚至说到：“至于这种新以太在未来物理学的世界图象中注定要起的作用，我们现在还不清楚。” 在面对宇宙背景辐射等实验事实，许多多著名物理学家都认为应当恢复以太假设。伯格曼认为，在宇观尺度上，相对性原理被破坏了；宇宙背景辐射只在一个独一无二的参考系中各向同性，在这个意义上，那个参考系代表“静止”。韦斯科夫认为，无论如何，观察到的2.7K辐射决定了一个各向同性的绝对坐标系。迈克尔逊和莫雷的梦想变成了事实，即找到了我们太阳系的绝对运动。斯塔普认为，2.7K背景辐射定义了一个优越的参考系，利用它可以决定事件发生的绝对顺序。协同学创始人哈肯也认为，狭义相对论否定了特殊参考系的存在，但宇宙背景辐射却成了一个绝对的参考系。罗森甚至认为，宇宙学的最新发现要求回到绝对空间的观念。胡宁认为，在迈克尔逊实验的零结果和以太模型之间并不存在任何矛盾。 最后，我们看一看当代代著名物理学家狄拉克对此作出的评论。早在1970年，狄拉克就指出：“以太观念并没有死掉，它不过是一个还未发现有什么用处的观念，只要基本问题仍未得到解决，必须记住这里还有一种可能性。” |
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这个出人意外的“零结果”具有重大意义，它从根本上否定了“以太”的存在，确认了光速在真空中是个恒量，揭示了绝对时空观的局限性。1905年，爱因斯坦在光速不变性和相对性原理的基础上，建立了狭义相对论，完成了人类对时空认识的“突破”。爱因斯坦是这样来评价迈克耳逊一莫雷实验的：“有许多否定的结果不是都十分重要的，但是迈克耳逊实验却给出了一个任何人都应当理解的真正伟大的结果。”
相对论出现后的90多年里，从被反对到被认同直至发展到一度盲目崇拜，今天又从科学宗教地位上滑落下来，重新接受全世界科学工作者的批评和审查，这不仅对自然科学的发展有着重大的意义，而且对唯物主义哲学的发展也有着不可估量的价值。 目前，象丁格那样相对论的反叛者越来越多，批评相对论的国际学术活动更是高潮迭起频繁有加；自然哲学联盟、非正统哲学联盟和物理促进协会等“非正统”学术团体一个个相继问世；批评相对论的学术期刊如Galilean Electrodynamics，Apeiron ，Hadronical Journals 和Physics Essays等犹如雨后春笋，批评相对论的学术论文专著势如潮涌。 国际学术组织自然哲学联盟每年都在北美召开多次“向当代物理学和宇宙学挑战”学术报告会或研讨会。俄罗斯尽管经济极度困难，俄科学院等主办的批评相对论的国际学术会已连续举行了6届，一届比一届规模更大、更隆重……正如美国著名《能源》和《伽利略电动力学》杂志主编贝克曼(P.Becmann)教授所总结的：“从加拿大到南非，从欧洲到澳大利亚，从圣彼得堡到北京 ……相对论在‘空前成功’了近90年后仍遭到如此广泛的抵制”，声势之大为历史所未见。 针对有段时间，某些传媒狂热地吹捧相对论和爱因斯坦，世界上许多严肃的科学家始终保持头脑清醒，冷眼相看相对论。国际著名科学家、诺贝尔物理学奖获得者阿尔文（H.O.G.Alfven）认为相对论“不过是一个小摆设”，“抹杀了科学与伪科学之间的界线”。德国资深理论物理学家韦斯雷（J.P.Wesley）博士说：“相对论从来不顶用”。美国得克萨斯大学终身荣誉物理学教授伯纳斯（J.G.Bernes）称相对论是“一场灾难”，“是改变盲目迷信相对论的时候了！”我国已故著名理论物理学家卢鹤绂院士耄耋之年冲破重重阻力，向世界推出“向爱因斯坦挑战”的檄文后留有遗言：“一般编辑部不敢登这篇文章，他们迷信爱因斯坦，怕人家说他们不懂物理学。” 科学要发展，学术交流、批评不可少。科学总是在检讨、批判旧学说、旧理论中得到发展。当前，新替代理论也只有通过充分认真分析包含在相对论内的谬误才能开拓出来。相对论的谬误不澄清，新替代理论即便出世也将扼杀于摇篮，当代科学的发展终成空话。相对论的是非真谬与功过得失问题，只有遵循“双百方针”通过摆事实讲道理的学术争鸣来解决。 “青山挡不住，毕竟东流去”。著名理论物理学家韦斯雷博士说得对：“相对论时代已告终结”。科学正面临着一场空前的革命，任何势力无法阻挡。 其实爱因斯坦本人在晚年对自己的相对论是否正确也是有怀疑的和底气不足的。 历史地看，爱因斯坦是一个伟大的思想家，他光明磊落，虚怀若谷，勤俭朴素，谦虚谨慎，反对崇拜。敢于承认错误，是一个品德高尚的人。 狭义相对论完全错了，这又怎样？人非圣贤，孰能无过？客观地说，狭义相对论的主要观点不完全是爱因斯坦一个人提出来的，最先是由菲兹杰拉德和洛仑兹提出来的，即使没有爱因斯坦也会有人提出相对论。我们不能因为有人提出了一个错误的理论，就完全否定这个人。爱因斯坦在光量子理论、热力学等其它方面也有很多的建树。 爱因斯坦的一个重要品质是能勇于承认自己的失误，谦虚地回顾自己已被世人承认和称颂的成就，说明了爱因斯坦实事求是，尊重科学的坦荡胸怀。 爱因斯坦如实地说：“很多试验不能证明相对论，只要有一个反例就可以推翻相对论。” 狭义和广义相对论已构成了半个多世纪以来大部分物理思想和探索的的基础，但令人惊异的事实是：对这两个理论的正确性就连爱因斯坦也进行过反思。甚至在晚年被他自己所否定。这是多么高贵的品质啊！ 在爱因斯坦去世的前六年，他在给一个朋友的信中写道：“你料想我是怀着怡然自足的心情来回顾我一生的工作吧。但是仔细分析一下，却完全不是这么一回事。没有任何一个概念是我深信能站得住脚的，我也不能肯定总的来说我是否在正确的道路上前进”（摘录于《国外科技动态》80年8期第36页）。 上一信件在《爱因斯坦文集》中也能得到证实：爱因斯坦本人在其70岁生日时给老友索洛文的信中，他写道：“你一定想象我在此时此刻一定是以满意的心情来回顾我一生的成就。但是仔细分析一下，却完全不是这么一回事。我感到在我的工作中没有任何一个概念会很牢靠地站得住的，我也不能肯定我所走的道路一般是正确的。……但是确实有一种不满足的心情发自我自己的内心，这种心性是很自然的，只要一个人是诚实的，是有批判精神的……”（《爱因斯坦文集》第１卷，商务印书馆1976年，许良英、范岱年编译，第485页）。 “没有任何一个概念是我深信能站得住脚的，我也不能肯定总的来说我是否在正确的道路上前进。”这就充分说明晚年的爱因斯坦已经悄然醒悟。 爱因斯坦悄悄地把他自己完全否定了，他否定了什么？他当然是否定了相对论，因为爱因斯坦的名字总是和相对论连在一起的，迈克尔逊——莫雷的试验在当时甚至现在的解释是错的，人们沿着这一个错误解释的道路前进，当然任何一个概念都是站不住脚的，也不是在正确的道路上前进。 既然狭义相对论完全错了，有不有一个正确的理论来代替它呢？ 答案是肯定的！狭义相对论从完全否定了以太入手，这是一个历史性的重大的错误。就象在泼洗澡水时把小孩也泼掉一样。以太是一种物质，对于弄清磁和光的本质是非常关键的。我们只要顺着以太和电磁光的本质这样一条路子走下去，只要使用牛顿的理论就行了。这一点我们已经详细谈到。 总而言之，从对迈克尔逊——莫雷试验的错误认识开始，相对论受到了人们过分的赞扬和尊敬，就连爱因斯坦自己也非常惶恐。这不是爱因斯坦的过错，也不是爱因斯坦的功劳，而实在是一种命运的嘲弄。这种命运实际上是一种可以不负责任的媒体的炒作。实际情况就是这样的，有什么办法呢？好在历史是公正的，就让历史来最终评价相对论吧！ |
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叶波先生：您好！“物理大综合”一文已全部详细拜读，写得非常好，其中有许多令人折服的创新思维，为物理学大综合留下了宝贵财富。尤其是将“力”的本质归纳为碰撞，这是对“力”概念认识的升华，也许会在科学发展史上留下足迹。 我有一些补充意见，这里先提出一个尚未最后确定的建议，供参考。在对力下定义时，可否将物质粒子、电磁（弱力）场量子、引力场辐射量子、质子（强力）场量子的碰撞机制分别定义，我的意见是：物质粒子碰撞进行能量和动量交换，完全弹性碰撞时只作动量交换，无能量交换，无弹性碰撞时只作能量交换，无动量交换，普通碰撞时两者兼有。辐射量子碰撞时只作能量交换和矢方向改变，动量值不变。电磁（弱力）场量子碰撞时只作能量交换，无动量交换。质子（强力）场量子碰撞时一部分能量蜕变成光热辐射和中微子，另一部分能量蜕变成中子与质子、质子与质子的结合力。 另：根据您对碰撞力作用关系的分析，我发现库伦常数（K）与麦克斯韦常数（1/με）有效值均是C的平方，引力常数有效值好像与普朗克常数h有关，请研究一下，内中有没有奥秘？ 等待您的回复。 |
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三、综合分析
我们看到，用经典力学理论和狭义相对论都可以解释斐索流水试验和Sagnac试验，它们得到的公式完全一样。到底那一个是正确的，需要用马赫的“经济思维原则”——用最少量的思维对经验事实作最完善的陈述来判断。因为经济思维原则、简单、对称、统一。简约性和经济性就是物理学之美。从某种意义上讲，它们是评价物理学理论的最高标准。 爱因斯坦本人也是坚持简单和经济原则的。1926年春天，海森堡在同爱因斯坦的一次长谈中涉及到了简单性、美和真理的美学标准诸问题。爱因斯坦问海森堡：为什么在这么多关键问题还完全没有解决时，能够对自己的理论具有那么大的信心？海森堡答道：“正像你一样，我相信自然规律的简单性具有一种客观的特征，它并非只是思维经济的结果。”许多与爱因斯坦共同工作过的物理学家在谈到简单性问题时，都会满怀尊敬提及爱因斯坦对客观存在简单性的深刻理解与深厚信仰。爱因斯坦对宇宙自然简单性的那种感人至深的真势感情，曾影响了整整一代的物理学家。 但是，但爱因斯坦在创立相对论的过程中违背了自己的初衷。牛顿力学和相对论比较起来，前者简单、形象、易懂和统一。后者则不然，它复杂、抽象、难懂和充满矛盾。例如，在进行时空变换时，会产生钟慢尺缩和质量随速度增大等违反常规的一系列的矛盾和佯缪。 全面地看，经典力学的菲索流水试验和Sagnac试验的解释更加简单合理，其中包含有重要的物理本质。因此，超光速现象是客观存在的，人们很早就观测到了。 |
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第六节 千秋功罪试评说
一、狭义相对论的对与错 狭义相对论是对还是错呢？如果错了，又错在何处呢？其实相对论的产生有重要的历史背景。这就是晴空万里的物理学天边出现了两朵乌云，其中一朵是迈克尔逊——莫雷试验的零结果。这个零结果当时在物理学上是百思不得其解，最后导致了洛仑兹的“尺缩钟慢”的假设和洛仑兹变换的出现。 狭义相对论中有一条光速不变的假设。其实，光速不变原理也是爱因斯坦根据迈莫试验推导出来的。迈克尔逊认为：站在地球上，与地球运动方向相反的光的速度是c+v，与地球运动方向相同的光则是c-v。按照这一观点和试验的相关数据就可以计算出迈莫试验仪器上有0.4个干涉条纹移动，但实际上干涉条纹没有任何移动。这就说明光的速度与v无关。或者说，光的速度与惯性系的速度无关。这就是光速不变原理。 所以不彻底弄清迈克尔逊——莫雷试验的原理就无法推翻狭义相对论。迈克尔逊试验中有这样一条不言而喻的原理：以太对光来说是流体。这条原理有不有问题呢？ 迈克尔逊原本是想以精确的实验为以太的存在提供证据，想不到结果却是适得其反，它从根本上否定了以太。但迈克尔逊是一个坚定的以太论者，并不认为实验否定了以太，而是试验某个环节出了问题。他至死念念不忘“可爱的以太”。 是什么地方出了问题呢？如果是试验原理有问题，以太对光不是流体那就只能是固体。 以太对地球是很稀薄的流体，因为地球在以太中几乎是可以无阻力地运动。但地球可以看成是一个很大的粒子，完全没有波动性。以太对地球不是固体，那么以太对光能不能是固体呢？因为光具有波动性。 人们普遍认为：固体永远是固体，流体永远是流体。但是这个成见对波的传播来说并不一定成立。 波实际上是由一种往复振动形成的。往复振动时，介质的受力是交变的，当交变力的频率太快，介质向一个方向受力运动后，几乎马上又要受同样大的力向相反方向运动，介质因惯性的缘故根本就来不及作这样的运动。于是，流体介质的微粒象固体分子一样只在平衡位置振动而传播波。此时传播波的地方的介质的流动性自动消失了，或者说此时传播波的介质变硬了。这里所谓的“硬”，实际上是指介质微粒的活动范围小到和固体分子活动范围一样，波在流体介质中的传播就变成像在固体中传播一样。由于波在固体中的传播速度要比在液体中快得多，所以只要波的频率足够大，波在流体介质中的传播速度就可以和在固体介质中一样快。这就是高频率波动介质变硬说。 通常情况下，声音在水中的传播速度为1450米/秒，但20多年前人们惊奇地发现，当超声波频率达到几个特（1特=1012）赫兹时，它在水中的传播速度竟增加了2倍多。这就证明了只要频率足够大，介质微粒的运动就可以小到和固体一样而变硬，从而使波的速度大大增加。因为声波在固体冰中的速度约为3160米/秒，这正好是1450米/秒的2倍多。也就是说，频率达到几个特的超声波在水中的传播速度就象低频超声波在固体冰中的传播速度一样。于是我们可以认为水对频率达到几个T的超声波的传播变得象冰一样。 要注意的是：波动介质变硬说是介质在传播频率很高的波时，因交变力和介质的惯性的共同作用而表现出的类似固体的一种性质。它和因为分子间吸引力大而将分子束缚在一起形成固体的变硬是完全不同的，波动介质变硬仅仅对频率很高的波才适用。同时不是在所有地方都变硬，只是在波传播的地方变硬，这种变硬用其他办法是探测不到的。 由于真空中的以太是传播光的介质，真空中的以太和水一样，对地球来说是一种流体；而光和声音都具有波动性，光的频率又非常之高，频率最小的红光都超过了400特。因此，有理由认为光在以太中的传播类似于频率达到几个特的超声波在水中的传播，因为它们的物理本质是一样的。我们就得到这样一个推论：以太对光的传播就好象固体一样。 一个严重的问题出现了。迈克尔逊是根据以太对光来说是流体的前题来设计他的试验的，以太对光的传播好象固体一样就说明他的前题是错误的，这个试验的所有的具体计算也都错了。 迈克尔逊——莫雷试验令人信服地和漂亮地证明了真空中的以太对光传播的地方好象固体一样。这就是说以太的确是传播光的介质，以太在传播频率很高的光时能“变硬”，也就是证明了以太的涡旋具有惯性。我们在这里就找到了以太的涡旋是一种有惯性的物质的确凿证据。所以迈克尔逊——莫雷试验正好证明了以太是一种有惯性的物质，以太的确是存在的。 波动介质变硬现象由于非常罕见而没有引起人们的重视，迄今为止仅仅发现频率很高的超声波在水中传播这样一个实例。以致这一现象一百多年来没有引起人们的重视，即使是现在仍然鲜为人知。但它确实用波动理论推翻了人们对迈克尔逊——莫雷试验零结果的原有解释，推翻了人们否定以太的结论。 有了迈克尔逊试验零结果的新解释，光速不变原理就不成立了。尽管站在地球上，与地球运动方向相反的光的速度是c+v，与地球运动方向相同的光则c-v，但迈莫试验根本无法测出v。因为以太传光似固体，对光而言，根本就没有流体的以太风。迈克尔逊干涉仪两干涉臂上的光没有光程差，干涉条纹根本就不会移动。这就不能证明光的速度与v无关，光速不变原理当然就不成立了。以光速不变为基本原理的狭义相对论也就跟着不成立了。 |
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二、物理学界对于狭义相对论的批判
相对论和量子力学的提出，是20世纪物理学的两个划时代的里程碑，相对论和量子力学理论以前所未有的深度改变了人们的世界观，然而由于它们的基本概念与人们是常生活经验如此不同，诞生伊始至今，对于相对论和量子力学原理的诠释存在持续不断的争论。由于理论的发展和认知理念的进步都应该遵从循序渐进的规律，而爱因斯坦却实现了一次大的跨越，在公众消化和接受他这些全新观念的过程中，出现一些偏差完全都是可以理解的。 1、诺贝尔奖委员会拒绝为爱因斯坦的相对论授奖。 2、爱因斯坦同时代的著名科学家洛仑兹、彭加勒和卢瑟福等全都不赞成相对论，被爱因斯坦誉为相对论先驱的马赫，竟声明自己与相对论没有关系，“不承认相对论。” 3、大多数物理实验家如拉海利、艾弗斯、沙迪、格兰纽父子、马林诺夫和帕帕斯等也不认同相对论。 4、著名迈克尔逊——莫雷实验的主创人迈克尔逊因自己的实验“引出相对论这一怪物”而饮恨终生； 迈克尔逊说，爱因斯坦相对性原理把相对中性的稳定力场情况下低速惯性系中简单力学现象的等价性，引伸和推广到一切惯性系和所有物理现象的等价性，进一步扩大了人的认识和客观自然的矛盾。为了这个假设能有立足之地，它假设空间是虚无的真空，还假设了光速不变和光速最大，还假设不同惯性系上的空间和时间可变，……由于这些错误的假设做前提，所以才产生了《狭义相对论》这个“怪物”。 5、英国国家试验室时间频率部主任艾森博士这样说：“物理学家对相对论的态度普遍是并不理解它，但它既获公认想必不会错。必须承认我过去也这样。” 6、原相对论者丁格发现相对论大谬不然，毅然反戈一击，疾呼：“科学处在十字路口”。 7、国际著名科学家、诺贝尔物理学奖折桂者阿尔文痛斥相对论“不过一小摆设”，“抹杀了科学与伪科学之间的界线”。 8、得克萨斯大学终身荣誉物理学教授伯纳斯称相对论是“一场灾难”，“是改变盲目迷信相对论的时候了！” 9、著名物理学家卢鹤绂院士耄耋之年冲破重重阻力，向世界推出“向Einstein挑战”的檄文后留有遗言：“一般编辑部不敢登这篇文章，他们迷信Einstein，怕人家说他们不懂物理学。” 10、原国务委员、国家科委主任、全国政协副主席、中国工程院院长宋健大胆质疑Einstein，呼唤青年科学家敢于创新。“整整100年前，爱因斯坦在他发表的那篇震惊世界科学界的关于狭义相对论的论文中，曾经提出过一句名言：不可能存在任何大于光速的运动。当今的科学界将此称为光障。然而，这个外推至今并没有任何直接试验的证明。近年来航天技术的发展，已经促使科学家们细察和反思：为什么飞船不能超过光速呢？” 11、英国赫尔大学梅利•达宁-戴维斯教授指出当今物理学权威们固守于相对论的一般性理论，对于向狭义相对论提出的论据充分的科学异议，不是依科学的论据予以封杀，而是通过将爱因斯坦教条地崇拜成越来越宗教化的偶像的方式予以封杀。著名理论物理学家韦斯雷说得对：“相对论时代已告终结”。 12、著名的物理学家康特(W.Kantor)剖析了60多个相对论“实验验证”的第一手资料后认为：全都基于错误的方法或无效的逻辑。 13、毛泽东于1974年与李正道谈话时表示，他完全不能理解对称在物理学中会被捧到如此高的地位。毛泽东也反对相对论，还曾经成立过一个反相研究小组。 14、中国科学院力学研究所郑铨研究员从1961年就反对狭义相对论，自费出版多部反相对论专著。 15、航天工业部高级工程师，国际相对论问题专家许少知发表文章说：必须重新评价“相对论”。文中详细列举了反对相对论的种种理由。 16、1995年，在美国匹兹堡世界应用物理大会上，5千多位与会者的热门话题不是什么新发现或新发明，而是“物理学还有没有发展的前景？”1997年在德国科隆物理学研讨会惊呼：“物理学正处在宛如开普勒三大定律拯救天文学之前夜”！1998年在圣彼得堡由俄罗斯科学院等主办的自然科学基本问题国际学术会上，300多与会者取得共识：当代科学基础理论问题严重，相对论漏洞百出……。 17、中国科学院物理所郭汉英研究员说过：“相对论体系存在有待验证的假定，基本原理不够完善，相互之间存在不协调：理论和时空都有需要改进之处。物理学并不是一个已完成的逻辑体系。相反，它每时每每刻都存在着一些观念上的巨大混乱。科学发展的历史正预示着，一场新的变革正在酝酿，并且迟早会到来，物理学正面临新的挑战、酝酿新的突破。” 18、M•E•M aqle前美国科学协会主席马吉认为：按照相对论的说法，时间和空间是由速度决定的，但速度又需要由时间和空间来确定，这里还存在着一个逻辑循环的毛病。我相信，现在没有任何活人真的会断言，他能够想象出时间是速度的函数也没有一个活人愿意下这样的赌注“他坚持自己的“现在”是另一个人的 “将来”，或是其他人的“过去”。 19、前苏联物理学家季米亚捷夫说过：从物理学的观点来看，相对论理论至少也是健全的理智不能立即接受的。从爱因斯坦中得出的符合实际的全部结论，能够而且常常成功地借助其他理论用简单得多的方法得到，而且这些理论不包含任何不可理解的东西，与爱因斯坦理论所提出的要求也毫无相似之处。 20、象丁格那样相对论的反叛者越来越多，批评相对论的国际学术活动更是高潮迭起频繁有加；自然哲学联盟、非正统哲学联盟和物理促进协会等“非正统”学术团体一个个相继问世；批评相对论的学术期刊如Galilean Electrodynamics，Apeiron ，Hadronical Journals 和Physics Essays等犹如雨后春笋，批评相对论的学术论文专著势如潮涌。 国际学术组织自然哲学联盟每年都在北美召开多次“向当代物理学和宇宙学挑战”学术报告会或研讨会。俄罗斯尽管经济极度困难，俄科学院等主办的批评相对论的国际学术会已连续举行了6届，一届比一届规模更大、更隆重……正如美国著名《能源》和《伽利略电动力学》杂志主编贝克曼(P.Becmann)教授所总结的：“从加拿大到南非，从欧洲到澳大利亚，从圣彼得堡到北京 ……相对论在‘空前成功’了近90年后仍遭到如此广泛的抵制”，声势之大为历史所未见。 科学要发展，学术交流、批评不可少。科学总是在检讨、批判旧学说、旧理论中得到发展。当前，新替代理论也只有通过充分认真分析包含在相对论内的谬误才能开拓出来。相对论的谬误不澄清，新替代理论即便出世也将扼杀于摇篮，当代科学的发展终成空话。相对论的是非真谬与功过得失问题，只有遵循“双百方针”通过摆事实讲道理的学术争鸣来解决。“青山挡不住，毕竟东流去”。科学正面临着一场空前的革命，任何势力无法阻挡。 三、狭义相对论的物理本质 狭义相对论的运动物体会收缩的假设是令人难以置信的。这种收缩一不要力，二不耗能，所以不是物体间的相互作用，而是空间和时间的相互作用。因此狭义相对论根本没有任何物理本质。 |
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第九章 天体演化的物理本质
第一节 天体演化概论 二十世纪以来，天文学的发展，可以说是方兴未艾，各种发现日新月异，各种假说层出不穷。然而，美中不足的是，宇宙似乎太复杂了一点，各种天体千奇百怪，彼此之间似乎毫无联系，因而在现代科学中，每个天体都有着自己独特的起源和归宿，难以想象他当初是怎样创造出来的。 我们能否将此简化一些呢？本文的目的就是试图找出不同星球间共同的规律，虽然各种天体的现状大不相同，但它们都有着同样的起源，有着同样的归宿，都遵循着同样的演化规律，而太阳、地球、月亮等等只是处于这个演化系列的不同阶段而已。 这条演化途径的主要线索是这样的：当宇宙中的正负电子对进入天体时，在天体内生成原子氢而使天体膨胀。膨胀的结果一定是密度增大、压力升高、 温度升高。到了一定条件，便引发了核反应，首先氢聚合为氦，成为一个燃烧的火球。随着进一步的膨胀，压力更大、温度更高，开始合成Fe以及其他各种重元素。这便是宇宙中元素的来源。 对于体积较小的星球而言，由于熔点较高，火球边缘的温度不足以使其保持融熔状态，因此，在表面冷却而成为一个固体的外壳。地壳形成后，地核反应所产生的热便以火山爆发的形式喷出，在地壳表面形成火山岩。同时，由于体积的膨胀，具有固体外壳的地球则像一个不规则突起的圆球，膨胀的趋势使它不断产生造山运动和地震。 对于体积较大的星球而言，大量的物质都在星球内部不断生成并进行热核反应，这一过程愈演愈烈而发生爆炸，向外抛射物质分解成若干个小星球。因此质量减少，就会逐渐冷却，星球也就由盛到衰，以至死亡了。此时的星球会彻底崩溃，化为更小的行星和尘埃，并逐渐在熵增过程中变成正负电子对，完成了一个周期。 由上可知，由于正负电子对的能量被星球吸收，其演化过程可以分为膨胀、突起以及爆发崩溃。恒星、行星、小行星和陨石就是这样形成的。而从生到死进行一次循环。 我们的整个宇宙便是处于这个不断的动态平衡之中， 当一个星球处于衰退和灭亡之时，另一个星球却正在朝蓬勃地形成。 从此，在宇宙中再没有任何令人迷惑不解的天体了。那些千奇百怪的天体， 原来都是一个完美和谐的系列！太阳、地球、月亮等等只是年老者、年中者、年幼者偶而走到一起了，我们没必要再去为太阳系的起源而大费脑筋。一个星球在消亡，另一个星球却在成长，整个宇宙处于一种动态平衡。 宇宙中的天体有它的产生、发展和衰亡的过程，这就是天体的演化。天体演化是基础的自然科学之一。 天体演化是天文学的一个分支，它研究各种天体以及天体系统的起源和演化，也就是研究它们的产生、发展和衰亡的历史。天体的起源是指天体在什么时候，从什么形态的物质，以什么方式形成的；天体的演化是指天体形成以后所经历的演变过程。通常说的天体演化，往往也包括起源在内。 天体演化的发展简史大概是这样的。法国笛卡儿和布丰在1644年和1745年先后提出天体形成的看法。科学的天体演化至今只有二百多年的历史。十八世纪中叶以前，欧洲在学术思想上占统治地位的仍是万物不变的僵化的自然观。德国哲学家康德于1755年和法国数学家拉普拉斯于1796年各自提出了太阳系起源的星云说，从而在僵化的自然观上打开了一个缺口，这对自然科学和哲学都产生了重大影响。 到二十世纪，随着科学技术的发展，不仅是太阳系，而且有关各类恒星、银河系以及河外星系的观测资料和新发现越来越多。随着理论物理学各分支的建立，现代天体物理学发展起来了。天体观测研究的新成果推动了天体演化的发展。太阳系起源和演化的研究很活跃。在恒星的演化研究方面，取得重大突破。星系的起源和演化问题成为当前的科学前沿之一。 天体演化是以天文学各分支学科为基础的，它依据天文学、物理学、化学、地球科学、数学等学科的理论，利用各天体层次(行星、恒星、星系)的观测资料，探讨各种天体和天体系统的演变规律，阐述它们各种特征的由来和发展。因此，不仅有天文学者，也有不少物理学、化学、地学、数学、哲学方面的学者从事天体演化的研究。 天体演化同物质结构和生命起源等基本理论问题有密切的关系，特别是同地球科学有更直接的关系，因此，天体演化的研究具有重要的理论与实践意义。天体演化的研究内容包括以下几个方面。 研究太阳系各类天体(主要是行星、卫星、小行星、彗星)的形成和演变，说明太阳系的现有特征，一般侧重于起源的研究。自康德提出太阳系起源的星云说以后的二百多年中虽然已有四十多种学说，但至今还没有一种完善的理论被普遍接受。困难在于我们能直接观测到的只有千千万万个行星系中的唯一的“样品”——太阳系。 有关太阳系的起源和演化的学说分为灾变说和星云说两类：灾变说认为行星的物质是因为某种偶然的巨变(如另一颗恒星走近或碰到太阳，或太阳爆发)而从太阳中分出来的；星云说认为行星物质和太阳由同一原始星云形成(共同形成说)或由太阳俘获来的(俘获说)；灾变说在二十世纪上半叶盛行，现在基本上已被否定。 近年来，一些星云说学者的观点逐渐接近。他们认为：太阳系是在约五十亿年前从星际云中分出的一个原始星云形成的。原始星云在自吸引作用下收缩；中心部分形成太阳，外部形成星云盘；盘中的尘粒和小冰粒沉降到赤道面形成尘层，集聚成固体块——星子；星子结合成行星和卫星等。 科学家们对恒星演化的认识比较一致。一般都主张弥漫说：星际云在自吸引收缩中碎裂为许多小云，各小云集聚成恒星。分子云、球状体、藉比格一阿罗天体、红外源、天体微波激射源可能是从星际云到恒星的过渡性天体。 恒星完成了引力收缩阶段后，内部开始热核反应，成为主序星；再经过较长时间(太阳约为一百亿年)后变为红巨星；然后经过不稳定的变星阶段，通过爆发，由行星状星云变为白矮星，或通过猛烈的超新星爆发成为中子星；最后失去发光能力归宿到黑矮星(有人认为也可能归宿于黑洞)。恒星的质量愈大，演化就愈快。现在仍然有恒星在诞生。在恒星起源问题上，也有少数人坚持超密说，认为恒星是由超密物质转化而成的。 关于星系的起源和演化也存在着弥漫说和超密说。弥漫说认为，星系际弥漫物质逐渐集聚成很大的星系际云，然后分裂成较小的云，形成各种大小不同的星系集团。这种说法能够较满意地说明银河系的自转、各星族的空间分布和空间运动以及化学组成等方面的差别；超密说认为其他星系也都是超密物质形成的。超密说与大爆炸宇宙说相适应。有的学说认为星系类型序列代表演化序列(从椭圆星系向旋涡星系、不规则星系演化，或者反向演化)；有的学说主张星系演化与初始条件(角动量或质量、密度等)有关。关于星系起源演化问题还没有定论，有待进一步探讨。 而关于宇宙的起源和演化常与宇宙模型一起在宇宙学中论述，这方面的有大爆炸宇宙学等学派。有些科学家从物质形态转化的角度看，将宇宙线起源、化学元素起源等问题也作为天体演化的课题。 夜空虽然幽暗，却仍充满奇迹。千百年来，群星构成的奇丽图案一直撩拨着人们的心弦。这些图案错综复杂，足以令人心驰神往；然而，它们却难不住我们的大脑。它们为有关人类与人类起源的神话和传说增添了丰富的素材。宗教传说对此类事物的说教，远逊于其他许多想象或猜测。这些宗教传说的兴趣只在于人类的起源与人的禀性，对辉煌的天界却一带而过一一只是偶而表现出对它的敬畏之情。 20世纪宇宙学从形而上学的王国进入了物理学的领地：未久，宇宙正在膨胀的预言即为观测所证实；多年以后，人们又看到了往昔既热且密的宇宙留下的残迹。如今我们还看到了来自宇宙历史上最初几分钟的辐射和核反应产物，这不过是某些理论之预言。 撰写这一章的目的，主要是追溯宇宙的起源。关于宇宙的早期历史，我们持有什么证据？关于宇宙如何演化的最新理论又是什么？它们对于今天的我们有何影响？我们能否凭藉观测来检验它们？我们自身之存在与它们又有什么关系？这些是我们向着时间之始行进的旅途中将会遇到的部分问题。 在科学高度发达的今天，人类不仅可以登月球，访火星，下深海探秘，而且可以分裂原子，释放巨大的原子能；可以改变生物的基因，进而改变物种；可以克隆动物，甚至克隆，人类本身……总之，人们对周围的世界有了更加深入．更加全面的认识。然而，人类未知的世界依然非常的广阔，等待着人们去探索，去破解。 |
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第二节 地球膨胀说
地球，它是越来越大还是越来越小呢？它是越来越热还是越来越冷呢? 如果是越来越大,就说明地球内部不断有新的物质生成。如果是越来越热,说明地球内部不断有新的能量生成。地球演化的能量从何而来，这对地球的演化的物理本质是有决定性意义的。 长期以来，一直有两种不同观点。但大量的事实是支持地球越来越大的地球膨胀说的。 一、海洋生物化石提供的证据 不久前，人们发现喜玛拉雅山上有鱼的化石。 在江西临川城南县，唐代书法家颜真卿的《麻姑山仙坛记》碑刻中刻有这样一段文字：“麻姑山……高石中犹有螺蚌壳，或以为桑田所变。” 1074年8月到1075年2月，沈括在《梦溪笔谈》中写道：“予奉使河北，遵太行而北，山崖之间往往衔螺蚌壳及石子如鸟卵者，横亘石壁如带。此乃昔日之海滨，今距东海已近千里。” 古希腊的著作中也有高山上发现鱼化石的记载，时间比我国还早。 1517年，达芬.奇从意大利北部一项运河工程挖出来的层状岩石中发现了许多海洋生物的贝壳。 以上充分说明不仅喜马拉雅山上有鱼化石，而且麻姑山、太行山也有螺和蚌的壳。大陆上海洋生物的化石或贝壳不但中国有，外国也有。这类发现几乎遍及全球。这一事实是有利于地球膨胀的，因为只有地球具有局部膨胀，才可能把海洋里的生物化石或贝壳“胀”到大陆上，地球收缩是不可能把海洋里的生物化石或贝壳“缩”到大陆上的。而且，地球的这种膨胀决不是局部膨胀，而是全球性的。 二、地壳中岩石提供的证据 地壳中的岩石按其成因大致可以分为三大类。 1、岩浆岩 地球内部存在着高温的硅酸盐熔触体，叫做岩浆。它喷出地表或侵入地壳内冷凝，就成了岩浆岩。也叫火成岩，如花岗岩、玄武岩等。 2、沉积岩 旧称水成岩。通常是在地表条件下，由已经形成的岩石经过风化、侵蚀、搬运、成岩等一系列作用方式形成。其特征是常有层理，往往含动植物化石。 3、变质岩 已形成的岩石，如果物理化学条件改变，例如温度和压力发生变化或遇到化学性质活泼的溶液，就会发生变化，形成变质岩。 岩浆岩和变质岩绝大部分是结晶的，沉积岩的一部分是结晶的，另一部分是不结晶的。据计算，整个地壳内的结晶岩约占92.9%, 沉积岩和沉积物只占7.1%。 人们认为，有一种被称为“蛇绿岩”的岩石是产生于地壳和地幔分界处的，但在地表许多地方都发现它的踪影，例如我国的雅鲁藏布江、金沙江的贡卡、雪堆和绒角、内蒙古额济纳旗等地，如果再详细一些，全国各地、世界各地的地表面都有蛇绿岩的发现。 地表的花岗岩、玄武岩俯首可见，特别是在地球表面的各个地方发现的蛇绿岩，这也从另一个侧面证明，不仅海底表面的生物化石，地壳深处的玄武岩，地壳底处的蛇绿岩都被“胀”到了地面。 三、火山爆发提供的证据 如果地球是膨胀的，那么软流层以下的地核就会产生一个向外的膨胀压力。如果地球是在不断地收缩，就会反过来，在地壳和地幔交界处就会出现带负压的缩孔。这种情形有些象将熔化的铸铁水倒进沙型里，冷却后的铸件在浇口处会形成一个向下收缩的凹坑。 实际上，只要从火山口到地下岩浆之间有一条通道，火山就会爆发。这就足以证明软流层以下的地核的确有一个向外的膨胀压力，将岩浆压入通道，从火山口里喷射出来。通过以下两个火山实例的描述，我们就能领略到火山的威力。 1815年4月坦博腊火山（在印度尼西亚松巴哇岛）的爆发是有史以来世界上最猛烈的一次火山活动。在好几天里，喷出的火山灰遮蔽了480平方公里范围的天空，4月12日中午，爪哇岛漆黑如夜。火山上部大约失去了700亿吨物质，整个坦博腊镇葬身海底，确实称得上天昏地暗，山崩地裂。 1983年8月27日苏门答腊和爪哇岛之间的喀拉喀托火山发生了剧烈爆发。它所抛出的无数火山尘埃在好多年里使得天空中的晚霞变得格外灿烂瑰丽。火山爆发在岛上炸成一个深约300多米的大坑。由于一大股海浪突然灌进火口，引起了骇人的轰鸣声。这声巨响远至澳大利亚也能听得见，它被认为是有史以来地球上从未有过的最大响声。所以人称这次火山爆发是“声震一万里，灰撒三大洋。”其声势纵然用“雷霆万钧”等词句加以形容，也感到意犹未尽。 |
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四、地震提供的证据
关于地震的成因，正统的观点认为：地震都发生岩层或岩体中，在岩体受力变形时，固态的岩石会产生弹性变形，把能量积累起来；当岩石的弹性变形超过固态岩石的弹性限度时，就会在那里发生断裂或断裂带，产生地震断层。地震断层的存在是发生地震的必要条件。地震断层破裂时，断层面相对的两边各自回跳到其平衡位置，将积累在岩石中的的能量急剧释放出来，从而引起地震。 从全球的角度来看，如果地球膨胀，地壳水平方向之间有相互伸长的趋势，从而会产生一种张力，也就是一种拉力。如果地球收缩，则地壳之间产生的是一种压力。我们知道，岩石的抗压能力比抗拉能力要大得多。例如花岗岩的抗压强度是抗拉强度的40倍左右。因此，如果地球膨胀，比较容易将部分地壳拉断产生断裂或断裂带而发生地震。如果地球收缩，产生地震要困难得多。很多地震震后都会在地壳中产生裂缝，这就充分说明地震主要是地球膨胀所产生的。当然，不同的大陆板块在碰撞时也会相互剪切将某一地层剪断。但是，大陆板块的碰撞也可以归结于地球的膨胀。这个问题我们后面还会详细论述。 为了让人们了解地震的威力和破坏作用，特将人类记录到的于1960年发生在智利的一次8.5最大地震描述如下。 1960年5月21日至6月22日，在智利南北长1400千米的沿海狭长地带，比较大的地震至少发生了225次，其中3次超过8级，10次达7级以上。地面上到处出现大裂缝，冒水喷沙的沙丘绵延几千米，13万平方千米的土地沉陷了两米。大地震引起的海啸几起几落，持续了半天多，从首都圣地亚哥到芒特港，沿海的房屋建筑，港口以及准备外运的矿石，几乎全都被奔腾扑来的近乎垂直的八九米高的巨浪卷进海里。地震还使瑞尼赫湖区发生3次大滑坡，几千万立方米的泥石滚进湖里，湖水四溢，淹没了湖东的大片土地。震后47小时普惠火山爆发，火山灰和水汽喷到八九千米的高空，持续好几个星期。震区几十万幢建筑物遭到破坏，百万人无家可归，损失之大，亘古罕见。有意思的是，这次智利大地震引发的海浪，竟以每小时650千米的速度横越太平洋，袭击了夏威夷群岛，甚至跑到15000千米以外的日本行凶作恶，使上千所住宅被冲毁，两万多公顷良田被水淹，10万人无家可归。 五、地球膨胀的观点 地球膨胀的问题，历史上早就有人研究。现将支持地球膨胀的观点简单扼要地综合如下： 林德曼在1927年最早提出地球膨胀学说。他认为大陆漂移来自地球的不断膨胀。 1933年，希尔根伯格根据大陆可以拼合为一个球面的情况，认为地球在其开始时很小，后来由于地球的膨胀，体积急剧增大，地壳受到拉张而破裂，并逐渐分离形成各大陆。1935年他更进一步具体提出，早期的地球半径只有今天地球的一半。 1935年，霍姆根据天体演化观点提出地球的原始半径仅为5430千米，后来，由于地球膨胀使其赤道半径成为现在的大约6378千米，并且由于膨胀作用而使地壳发生破裂，认为红海就是这种作用的早期产物。 卡莱在1958年用古地磁的方法得出早期的地球半径比今天地球半径的一半还小的结论。希尔根伯格得到更为具体的结果：在两亿年以前，地球半径的平均增长率为每年0.17厘米；在这之后膨胀加速，达到每年11厘米。 首先提出有一条环绕全球的大洋中脊和裂谷体系的希曾，在1960年强调指出，地球在不断地膨胀着，膨胀力使得大陆花岗岩破裂成若干分离的大陆地块，大洋中脊轴部是地壳的最薄和最年青部分。 1979年初英国地球物理系与地质系联合会议重新探讨了地球是否在膨胀的问题。会上，澳大利亚塔斯马尼亚大学的S•卡里指出，地球是以指数形式膨胀着的，这种膨胀仅在近2亿年方能辨察出，现今地球半径的增长率是每年5—6厘米。 英国自然历史博物馆的H•阿文从绘制的一系列地球样图中看出，至少在近2亿年内地球确实在膨胀着。 膨胀说认为地球长期以来一直在膨胀着。其依据是大西洋两岸形状的相似性，认为地球表面的主要构造特征是大裂谷拉张构造，从而提出大洋的形成是地球体积膨胀导致地壳拉张破裂的结果。 苏联科研人员认为，自从地球作为一个宇宙体出现之后，其体积不断增大，到目前为止，地球半径已增长了1／3。不久前，他们记录到了各大洋边界的扩展，从而进一步肯定了关于地球半径逐渐增长的论点。他们认为大洋底部的扩展是由于地球深处大量物质向上涌溢，推展大洋底部的地壳。 在第一节结束的时候，我们提出这样一个问题：如果地球的确在膨胀的话，它为什么会膨胀呢？这种非同一般的能源从何而来？有什么物质在地球的内部生成？ |
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第三节 大陆漂移、海底扩张和板块移动
一、大陆漂移 大陆漂移说现已广泛为人们所接受。因为大陆漂移和天体演化有着必然的联系，所以，我们先简要地介绍一下大陆漂移说。 1910年，德国地球物理学家魏格拉在观察世界地图时，对大西洋两岸海岸线的相似性及对锯齿状吻合关系感到有某种因果关系。之后他通过地貌、大地测量、地球物理、地质、古生物及古气候多方面的论述，在1906年和1912年发表了《大陆漂移说》和《海陆的起源》,提出了大陆漂移说。 魏格拉认为大约在石炭纪后期，现在的各大陆曾连在一起，后在地壳比较脆弱的地方分裂。所分裂的大陆块由东向西，又由极地向赤道漂移，彼此间逐渐远离，形成现在的大陆分布。 大陆漂移的证据主要有以下几点： 1、大陆边缘形态的拟合性 大洋两岸大陆岸线的相似性说明两岸大陆可能互相连接过。如南美东岸的直角突出部分（巴西）与非洲西岸呈直角凹进的几内亚湾，直观上可以拼合成一个整体。 1965年，英国地球物理学家布拉德，选用大西洋两岸大陆坡中点等深线作为拼合线，用计算机技术，把它们拼合在一起，岸线重叠区和空隙区都很少，平均误差小于1度。 2、地质构造的延续性 人们从地质考察中证实，大西洋两岸的地质构造是对应连续的。例如非洲一边的20亿年左右的片麻岩地盾及5亿年的褶皱带连同它们之间的分界线，在巴西圣路易斯附近海岸完全对应一致。 3、地层层序的一致性 南极洲、非洲、澳大利亚、南美洲、印度和马达加斯加，现在远隔重洋，但各大陆古生代、中生代的地层岩石及古生物群都是相同的。地层柱底部普遍为一冰渍层和冰水漂砾层。 4、古生物种属的相似性 在南极洲、非洲、澳大利亚、南美洲和印度等地区发现了一种生长于寒冷气候条件下的舌羊齿属植物群化石。说明这些陆块原来是一个位于寒冷地带的整体陆块。古脊椎动物也有类似的情况。 5、古冰川与古气候的吻合性 南极洲、非洲、澳大利亚、南美洲、印度和马达加斯加等地区，在石炭纪至二叠纪发生过广泛的冰川作用，都保留有清楚的古冰川遗迹。这种古气候反常的现象，海陆固定论是不能给予合理的解释，如果大陆漂移，则就是合情合理的了。 大陆漂移说可以说是一波三折，回顾一下它的坷坎经历是发人深省的。 《海陆的起源》这本书既非诗人说梦，也不是天方夜谭，书中所罗列的事实是有力的，思维和逻辑也是严谨的。但是，它与传统观念是对立的。在当时，一些人热烈赞同魏格拉的主张，另一些人则坚持传统观念，认为大陆漂移说不过是一派胡言。这就在大地构造领域里形成对立的两大学派，传统的海陆固定论和新生的大陆漂移说。 传统的固定论在受到大陆漂移说的猛烈冲击之后，自然不会善罢甘休，它开始寻找突破口向大陆漂移说反扑过来，终于找到大陆漂移说中的一个问题和一处致命弱点。这就是大陆漂移说认为硅铝质的大陆地壳在硅镁质的海洋地壳上漂移。这当然是有问题的和错误的。当时，人们提出，深沉的大陆究竟为何会一漂几千里？驱动大陆漂移的力的来源又在哪里？魏格拉提出的地球自转离心力和潮汐摩擦力由于太小，很快就被否认。其实这一问题即使在今天也仍然没有解决。 在传统势力最盛行的美国，1926年11月在纽约召开了一次讨论大陆漂移的会议，魏格拉本人也参加了，除少数人支持大陆漂移说外，许多北美人士都板起面孔，大加贬斥，使得魏格拉十分难堪。他甚至在人格上也遭到非议。从此，数十年内，几乎没有一个北美地质学家认真地考虑过大陆漂移的可能性。 在50年代，正当大陆漂移说濒临覆灭的绝境时，古地磁学异军突起，为大陆漂移说平反昭雪。因为根据化石磁性得出的各大陆的古纬度，与魏格拉当年根据古气候推断出的石炭二叠纪联合古陆的古纬度相当吻合。这就说明，魏格拉并没有错，而是反对他的人错了。 说来也是巧合，魏格拉的大陆漂移说首先是遭到大批地球物理学家的攻击以致逐渐凋落；而后来，恰巧是地球物理学家的努力，使它得以东山再起。当年反漂移说的首领杰弗利斯在英国，此时使大陆漂移说复活的古地磁学恰好又源于英国。 在这里我们自然会提出同样的问题,深沉的大陆究竟为何会一漂千里？驱动大陆漂移的力的来源又在哪里？ 二、海底扩张 地球表面约71%的面积为海洋，要认识地球的整体构造，不了解海洋地质构造，将是非常片面的。 人们通过海底测探、侧扫声纳和深海钻探等手段，已大致了解海底的地形。 洋底最惊人的发现要算纵贯各大洋中部的中央海岭，也称为海洋中脊。通过海洋地质考察，所有的海洋中脊都贯通连接在一起：从北冰洋开始，呈“S”型穿过大西洋中部，绕过非洲的“好望角”与呈“Y”字型的印度洋中脊的西支相接。北上的印度洋中脊进入亚丁湾和红海后，又与“东非大裂谷带”相连。印度洋中脊的东南一支，向东延长，与太平洋中脊相接。东太平洋中脊穿过加利福尼亚湾，直插北美西部。而北冰洋中脊，经过南折，最后没于西北利亚之下，远达贝加尔湖。 在海洋中脊的高峰处往往有一个中央裂谷，这里地壳很薄，大约只有3—5千米。其下紧连地壳的是地幔，这里存在一个由熔岩构成的软流层，软流层在高温高压下，往往以中央裂谷作为出口，喷发出来，冷却后就成为新的大洋壳。原来的海底则向两侧扩张。由于大陆下有很深的“大陆根”，当海底扩张到大陆后，就俯冲入“大陆根”之下的地幔中，形成海沟，并逐渐熔化消失。这就是海底扩张。 因此，大洋地壳产生于大洋洋中脊的中央裂谷，消失于“大陆根”处。据估算，大洋底的扩张速度大约为每年1—10厘米。如果以每年5厘米计算，宽度为15000千米的太平洋洋底，只要1.5亿年就可以更新一次。 同时，我们也知道，大陆硅铝质地壳不是在大洋硅镁质地壳上漂移，而是和大洋地壳一起在地幔的软流层上漂移。 由熔岩构成的软流层从洋中脊裂谷口喷发，冷却到居里温度以下时，必定会受到沿当时地磁场方向的磁化。由于地磁场的南北极曾多次转换，就会在洋中脊两边的大洋地壳中形成周期性的磁条带。这种磁条带会随着海底扩张，以洋中脊轴线为中心不断地向两边延伸，而且洋底壳的年龄也大致与洋中脊轴线的距离成正比。海洋探测的结果完全证实了这一点。这就有力地证明了海底确实在扩张。进一步的研究表明，整个地壳沿洋中脊裂谷和大陆裂谷分成若干个板块，一般认为可分为6大坂块。这就是板块构造了。 显然，从整个地壳破裂成若干板块和有些板块裂缝中不断有熔岩喷发这一事实，也是有利于地球膨胀，而不利于地球压缩的。因为破裂的若干板块可以用地球膨胀龟裂来解释，用压裂则很难解释。 人们认为：大陆漂移、海底扩张和板块移动的能量可能主要是通过地幔对流供给的。大洋中脊是地幔对流上升的地方，洋底自中脊顶部形成后，向两侧移动，逐渐变冷，最后在海沟处沉没到地幔中去，在地幔深处加热变软后反流回海洋中脊下面。这就是地幔对流。 地幔对流说仍然存在着许多疑问。1、作为对流发散的大洋中脊，被一系列大断裂错开，圆滑的对流如何能在彼此错开的各个中脊段上发生？2、当三条中脊相接或中脊与海沟相交时其下面发生什么样的对流？3、板块移动时，对流如何跟着移动？4、最新研究表明，软流层的低速带在大陆之下似乎并不普遍存在。地震层析也没有发现全球性的670km深处的地幔有显著性的不连续性等等。 尽管人们不再怀疑大陆在漂移、海底在扩张和板块在移动，但是它们运动的驱动力迄今为止还没有一个令人满意的解释。仍然是地球科学中一个悬而难决的问题。魏格拉曾经说过：“漂移理论中的牛顿，还没出现。”我们不禁要大声疾呼：“地壳驱动力中的牛顿，您在哪里？” |
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三、板块移动
60年代末，一些科学家提出了比大陆漂移理论更加完善的板块构造学说。板块学说认为，地壳上的由坚硬岩石组成的岩石圈并不是一个完整的、没有缝隙的整体，而是有几处明显的裂缝，整个岩石圈形成了六大板块，(另一说为八大板块)它们是欧亚板块，太平洋板块，美洲板块，非洲板块，印度－澳大利亚板块，南极洲板块。这些板块漂浮在不断流动的地幔上，如同漂浮在水中的木筏一样。板块随着地幔的变化，而呈现出有规律的变动。板块与板块交界的地带，地壳比较活跃，有较多的火山和地震发生。在地质史的长河中，这些板块处于不断的分开与合并之中，3亿年前，这六大板块合在了一起，之后，又开始分开，于是形成了今天五大洲的地貌。 四、板块移动的驱动力是什么？ 限于观测和实验条件，应当承认，关于板块的驱动力问题至今尚未获得圆满的解决，这是板块构造学说发展的致命弱点之一。因此，目前众说纷纭，占优势的说法是地幔物质的热力对流作用，这一观点是沿用美国科学家赫斯对海底扩张动力的解释。地幔物质的热对流观点认为，大洋中脊是地幔流上升的地方，这些地方因地幔的上升流导致板块分离，在海沟、地缝合线和造山带部位的地幔物质下沉，这些地方因地幔的下降流而引起板块汇聚，地幔物质的热对流犹如一个巨大的传送带，板块则象传送带上的行李或乘客，它被地幔物质的热对流“驮着”运动。 地幔对流并不能形成大规模板块运动的驱动力，因为地幔是一种粘性较强的熔岩，带有一定的流动性。而地壳是固体，在地壳的压力作用下，流动性的地幔会象流体那样，同一深度的压强应该是相同的，不会产生流动。至于热对流，由于熔岩是很稠的，对地壳的冲击力也不足以撕裂地壳。因此，板块运动的驱动力必须另有原因，我们以后要详细谈到。 |
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第四节 大陆漂移的力
科恩在《科学中的革命》一书的第二十九章中，以大陆漂移和板块构造说为题，反复提到大陆漂移的力到目前为止仍然没有解决。20年代，魏格拉观点的主要支持者之一是瑞士诺伊夏特地质学院的创始人和院长埃米尔•阿岗德。1922年，在第一次世界大战结束后的第一次国际地质学会议上，阿岗德勇敢地站出来支持魏格拉提出的“亚洲板块构造”的基本思想，阿岗德不仅收集并整理了大量支持魏格拉学说的论据，而且在划分魏格拉的“运动说”和传统的“固定说”的界限方面作了有益的工作。他宣称，“固定说不是一种理论，而是对几种粗糙理论的消极拼凑”。尽管阿岗德确定无疑地赞成“运动说”并列举了支持这个学说丰富且详细的证据，但他不得不承认：“对产生大陆漂移的力，目前我们还一无所知” 魏格拉假说在诸多方面招致反对。首先，它直接反对几乎所有地质学家和地理学家的传统思想。这些人从懂事时起受到的一直就是旧有理论的教育，这种理论认定大陆是静止的，地表是固定不动的。大陆漂移说则认为，陆地之间存在一种相对的横向运动。这个大胆的设想就像伽利略时代的哥白尼学说一样，在世人眼中是荒谬的“异端”。其次，新的假说认为，对于最肤浅的观察者来说，地球显然是刚性的，而事实并非如此。不过，魏格拉的假说也由此带来了新的问题，正如地球物理学家哈•杰弗里斯等人很早就指出的，大陆漂移似乎需要巨大的、几乎无法想象的动力，它远远超过魏格拉本人提出的潮汐力和极地漂移力。争论的焦点似乎可以用形象的语言加以描绘：“脆弱的陆地之舟，航行在坚硬的海床上”。一般人都认为，这显然是不可能的。 魏格拉认为，大陆漂移的两个可能的原因是：月亮产生的潮汐力和“极地漂移”力（pohlflucht），即由于地球自转而产生的一种离心作用。但是，魏格拉懂得，大陆运动的起因这一难题的真正答案仍有待继续寻找。他在他的著作中写道，大陆漂移理论中的牛顿还没有出现。他承认，“漂移力这一难题的完整答案，可能需要很长时间才能找到”。 大陆漂移说至今已近一个世纪了。地球为什么会膨胀？大陆为什么会漂移？海底为什么会扩张？板块为什会移动？这一连串的问题至今仍然没一个令人信服的答案。这一问题太难了，因为这一问题不但涉及到地球上的大陆和海底的方方面面，大陆和海底的构造不是人们短时期能了解和测量到的。而且这一问题还与所有的星体的演化有关。只有掌握了其它所有星体的演化的全过程，这一问题才能迎刃而解。 我们在第一节中用很多事实证明了大陆在膨胀。如果因为地球内部不断地有某种新的物质生成，地球内部的压力就会不断地增大，最终必然会将地壳胀裂。就象不断地向篮球中打气，最终必然会使篮球胀破的道理是一样的。地壳被胀裂的力恰好是水平力。从许多事实来看，地壳被胀裂是有道理的。现在就对这一问题深入讨论如下。 如果地壳是被胀裂的，胀裂的地方一定是地壳最薄的地方。事实上正是如此。人们发现所有的大洋中间都连续分布着洋中脊裂谷带，这里地壳最薄，大约3－5千米，地壳正是从这里被胀裂而形成洋中脊裂谷带，炽热的岩浆在这里被挤出，冷却后形成新的海洋地壳。岩浆的不断溢出像传送带似的带着裂缝两边的海洋地壳以相同的速度向两边扩展，在遇到大陆地壳后，下沉并钻进地幔中。整个海洋地壳大约每隔两至三亿年就要更新一次，这就是海底扩张的根本原因。大陆底下的海洋地壳则会驮着其上的大陆板块一起漂移，这就是大陆漂移的根本原因了。 由于地球内部不断有新物质生成，使地球内部压力不断增大，其体积也会不断地增大。地球体积的不断地增大，地球的表面积也会随之增大，但地壳是固体的，它的表面积是不会随便增大的。地球的表面积增大的趋势，必然会使地壳处于一种拉张的应力状态，这就是大陆漂移的力。 现在的关键问题变成了地球内部是否不断地有新物质生成？新生成的是一种什么样的物质？ 在天文学上，人们根据光度定出的质量总比根据力学定出的质量要小得多。因此，一定存在着大量有力学效果而不发光的暗物质。例如，根据星系周围的物质转动曲线，发现宇宙大尺度范围内存在暗物质。计算表明，银河系的总质量至少比光学区的质量大10倍，即银河系的质量中至少有90%是属于暗物质。我们假设这些正负电子对是在空间中高速运动着的各向同性的正负电子对，它们能与原子核和电子发生碰撞。虽然目前还不能直接探测到这些正负电子对，但是这些正负电子对对星体的长期作用还是会显露出来。正负电子对对星体有两方面的作用：其一是在物质之间产生万有引力，其二是在天体演化中产生巨大的动力。 很自然，这些正负电子对在通过地球时将有一部分被俘获，同时正负电子对有巨大的自由能，它的运动速度比地球物质分子大，其中有一部分在碰撞过程中把自由能传给了地球，地球会不断获得这些正负电子对和它们的自由能。由于俘获正负电子对，地球的质量在不断地增加。随着地球质量的增加，地球俘获正负电子对的能力又在不断地增强，因此，地球的质量是以指数的形式在不断地增加着。 我们认为质子和中子是由正负电子对组成的。地球对正负电子对的阻碍作用使得正负电子对的速度不断变慢，当速度小到某一限度，正负电子对中有一部分会在地球内相互结合成最简单的元素——氢。由于氢原子是一个一个地生成的，这一个一个的氢原子还没有来得及结合成氢气，因而是原子氢。原子氢的化学性质极为活泼，它在地球内部高温高压的条件下可发生一系列的热核反应。这些热核反应都是能释放巨大能量的。这些具体的核反应我们暂不深入讨论，以后在适当的时候再进一步说明。 一方面，随着地球内部质量的增加，地球内部的压力在不断地增大；另一方面，当地球从外界所接收的能量和热核反应释放的能量大于其向外散发的能量时，其内部的温度就会越来越高，压力也会越来越大。在某一时候，当地壳抵抗不了地球内部压力时，其最薄弱的地方就会胀裂，炽热的岩浆就会从这些裂缝中喷发出来。岩浆泄出后，地球内部压力会随之减少，岩浆会逐渐停止溢出，裂缝中的岩浆冷却凝固后形成新的海洋中脊。 随着地球不断地从空间俘获正负电子对，这种胀裂的过程就会反复地进行着。由于裂缝中新形成的岩石，因其厚度仍然较薄，强度也仍然较小。这些冷却的岩石很容易被重新胀裂（或者干脆就是一个活动的永久裂谷带）。因此在海洋中脊处会不断形成新的海洋地壳，原来的海洋地壳就会被挤开沿海洋中脊向两边运动。海洋地壳运动到了大陆边缘，会受到大陆地壳的压力向下倾斜，钻入大陆地壳底下，在大陆边缘处形成海沟。同时，大陆尖硬的边缘会象“刨刀”一样 ，将海洋地壳表面疏松层刨去，这层疏松的海洋地壳会象“刨花”一样顺着大陆坡边缘上升而堆积成岛弧。大陆底下的海洋地壳则会带着其上的大陆板块一起漂移。 |
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地球上存在许多条海洋中脊，不同的海洋中脊所驱动的海洋地壳和其上的陆壳会相遇而发生碰撞，此时它们会根据各自受力情况改变其运动状态。
这一过程已得到古地磁的证实。岩浆的温度在岩石的居里点（约400－580℃）之上。因此岩浆是不带磁性的。当岩浆顺着海洋中脊裂缝溢出冷却到居里点以下时，其中磁性物质便被当时的地磁场磁化而获得与当时地磁方向一致的磁性。在不断胀裂的长期过程中，地磁场的极性曾多次倒转，结果就在海洋中脊两侧形成了极性不同的磁条带。这些磁条带记录着海洋地壳的年代信息，完全和大陆漂移及海底扩张的观点相吻合。 根据地震波的测量结果，地球表面岩石圈的平均厚度约为33千米。仅占地球半径的0.5%，地球所俘获的正负电子对和其释放能量的过程，主要发生在岩石圈以下。因此，地球膨胀、大陆漂移、海底扩张和板块移动的动力，是同一种动力。它来自于空间正负电子对的自由能以及它们在地球内部生成原子氢以后进行热核反应所释放的能量，当然，后者也是正负电子对的自由能。 从这里可以看到，我们不但合理地解释了大陆漂移的力，而且用地球内部不断生成原子氢及其以后进行热核反应所释放的巨大能量，同时解决了地球膨胀、大陆漂移、海底扩张、板块移动的力以及火山爆发和地震等地质演化的能源问题。 现在让我们再次简要地回忆一下人们对大陆漂移的力学机制的探索是非常有意义的。1968年，图佐•威尔逊在一部著作中写道：“既然地球确实是以缓慢的方式运动着的活跃的天体，而我们非要把它看作是基本上静止不动的不可，那么我们就必须彻底修改我们以往的全部理论和全部教科书，从全新的观念开始，建立一门全新的科学。” 哈拉姆在试图解释为什么魏格纳没有为大陆漂移说提供令人满意的力学机制时指出“引力理论、地磁学和电学在得到满意的解释以前很长一段时间就为人们普遍接受了。”他又说，在地质学中，尽管对“潜在原因”没有得到共识，但这并没有妨碍“前冰川时期存在”这一假说为人们普遍接受。然而，J．T．威尔逊争辩说，“人们在满意地解释某种现象（如地磁场）或过程（如暴风雨）之前，并不总是乐于承认这些现象或过程的存在的。”关于这一点，应当进一步作些说明。R．劳丹明智地指出，大陆漂移的“力学机制”问题与“引力理论、地磁学和电学”或“暴风雨的存在”有很大的不同。在大陆漂移说中，问题“并不仅仅在于缺乏力学机制或原因，”而是“全部可以想像得出力学机制都严重地冲击着物理学的理论。”而且，已经建立了有关地球及其内部自然现象的理论且为人们广为接受，它们能够完善而合理地解释大部分已经观察到的现象。 S．K．郎肯通过研究发现，尽管在50年代或更早的时候，“人们普遍认为，缺乏力学机制是大陆漂移说的地质学或古生物学证据被接受的主要障碍，”然而在今天，“板块构造理论却在没有普遍认可的物理学机制的情况下被人们接受了。”他在1980年前后指出，“板块运动的力学本质问题，”是“当代地球物理学家们面临的最重要的挑战。” 魏格纳100年前提出的大陆漂移学被认为是与达尔文的生物进化论、爱因斯坦的相对论、以及宇宙大爆炸理论和量子论并列的百年以来最伟大的科学进展之一。但这个驱动大陆漂移的动力源是什么，一直困扰着全世界的地质学家。魏格纳当时给出的力源是：向赤道的离极力；因地球自转产生向西的力；重力均衡产生的垂直向上的力。这些力后来被证明是不可能的驱动大陆板块漂移的。因此大陆漂移学说被否认，形成了所谓的海底扩张说和板块构造说。 可以说现代大地构造学说的发展历程是三部曲：“大陆漂移说—海底扩张说—板块构造说”，三个学说都是基于大陆漂移学说提出的“大陆块漂浮在较重的粘性大洋软流圈上”这一基本出发点。形象地比喻：“就好像很多轮船（大陆板块）漂浮在大洋上（大洋软流圈）”。它们的关键不同点是：大陆漂移说认为轮船能够自己行走，海水是不动的；而海底扩张说和板块构造说认为轮船是自己不会行走的，是依靠海水流动（动力源是地幔对流）带动轮船行走。大陆漂移说之所以遭到后来者的抛弃就是因为其提出的驱动轮船行走的动力机制是错误的。魏格纳也因此遭到无情抛弃，只好孤独地客逝在寻找这个力源的野外考察中。 总的来说，地球上存在许多条海洋中脊，不同的海洋中脊所驱动的海洋地壳是极为复杂的，其上的陆壳会相遇而发生碰撞，例如印度所在的陆地肯定是从千里之外的靠近地球赤道处漂移而来的。此时这些大陆会根据各自受力情况自动地改变其运动状态，但从总体上看是随机的，并不遵循某些特定的运动规律。 请注意，地质演化过程是非常缓慢的，一般地人们很难在短时间内发现。例如整个海洋地壳大约每隔两至三亿年就要更新一次，在事先选定某一距离上，每年的变化只是厘米数量级的，而且不便测量出，这么小的数字是人们所发现不了的。但是星球的寿命是极其漫长的，通过漫长的地质时期的积累，一些地质变化终究会显现出来。 |
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第五节 地球上的氮、氧和水是从哪里来的
在上一节中，我们提到，地球对正负电子对的阻碍作用使得正负电子对的速度不断变慢，当速度小到某一限度，正负电子对中的一部分会在地球内结合成最简单的元素——氢。由于氢原子是一个一个地生成的，这一个一个的氢原子还没有来得及结合成氢气，因而它们必然是原子氢。原子氢的化学性质极为活泼，它在地球内部高温高压的条件下可发生一系列的热核反应。这些热核反应都是能释放巨大热能的。 如果这些热核反应真的能进行，那么，具体的说是那些核反应，反应物和生成物又是什么呢？下面我们就详细地讨论这一问题。 人们早知道氮和氧分别约占大气成份的78%和21%，其它各种气体只占大气成分的1%。和大气中其它气体相比，氮和氧是非常特殊的。 地球表面的水则更多了。地球的固态表面（即地壳）的一部分被浩瀚的大洋覆盖着。有人曾这样计算过，如果把地球上所有的山峰、沟坡夷为平地，或者假定地壳是一个理想的球面，那么，围绕地壳的海水层厚度，大约为2750米。地理学家们说，地球表面约有70.8%为海水所覆盖。一位美国宇航员从外层空间瞭望地球后，开玩笑说，我们的星球起错了名字，它应该叫“水球”，而不是地球。 地球上这么多的氮、氧和水如果没有不断的补充来源是不可思念的。不然的话，各种物质，各种气体的成分应趋于平衡，不会有太大的差别。 地球上的氮、氧和水是从那儿来的呢？这是一个人们十分关注的问题。 1938年，美国核物理学家贝特发表了氢通过碳——氮——氧循环而聚变的论文。这篇论文给加州理工学院凯洛格实验室的核物理学家以极大的刺激，因为他们一直在从事这一课题的研究。年轻的福勒从1933年起就在这里研究碳——氮——氧循环中的第一个反应，进行碳核捕获一个氢核形成氮同位素核氮7的实验，还测量了碳核和氮核受质子轰击的作用截面。他们的实验研究定量地给出核反应中释放的能量，提供了检验碳——氮——氧循环可行性的实验依据。 在碳——氮——氧循环中首先由碳核和一个质子碰撞，质子打入碳核使之变为氮的同位素 N(7,13),它是放射性的，很快放出正电子和中微子形成碳的同位素C(6,13),它和质子反应生成氮核。新的氮核和质子相碰撞形成氧同位素O(8,15), O(8,15)也是放射性的，它放出一个正电子和一个中微子后衰变成氮的同位素N(7,15);最后，N(7,15)和一个质子碰撞形成碳核和氦核。 这一系列的反应都是放热反应，因此，只要有足够多的质子，就可以成为稳定的能源。碳——氮——氧循环的结果是4个质子合成一个氦核，同时产生2个正电子、 2个中微子和3个光子，释放出25.03兆电子伏特的能量。参与反应的碳元素在核反应前后没有发生任何变化，而氮、氧同位素只是在中间过程中产生又消失。 他们认为，只有在1500万开以上的高温条件下，碳——氮——氧循环核反应才能有效地进行。因此，只有在比太阳质量大很多的恒星上，这种核反应才成为提供能源的主要途径，实现由氢到氦的聚变。 如果认为正负电子对在地球内部不断地生成的是原子氢，原子氢的化学性质象原子氧一样非常活泼，使得碳——氮——氧循环的核反应除了最后一步外都能进行。于是我们就用原子氢非常活泼的化学性质，解决了核反应能进行的条件问题。为什么最后一步核反应不能进行呢？这是因为核反应如能进行，必然有氦生成，但在地球的大气中氦的成分太少了。 由于前几步的核反应中有N(7,13)、N(7,15)和 O(8,15)。因此，在碳——氮——氧循环核反应的过程中间阶段，有氮和氧的同位素生成，不稳定的氮和氧的同位素最终会衰变成稳定的N(7,14) 和O(8,16)，它们会自动生成氮和氧的气体N2和O2，同时两个原子氢也会结合成H2。氢和氧也会在高温的地壳中燃烧而生成水。氮、氧和氢的气体和水会在地壳里扩散，扩散到了海洋中脊裂缝中就会逸出。水会补充到海洋中。氮、氧和氢则会补充到大气中。由于氢是最轻的气体，它很容易从最顶层的大气逃逸到大空中。 因此地球上的氧、氮和水是从地底下冒出来的。 人们发现火山爆发物中有大量的水蒸汽。尽管证据表明火山的水蒸汽主要是来自于地面水，但其中也有少量的“初生水”。既然火山的水蒸汽中有少量的“初生水”，那么从海洋中脊裂缝中逸出“初生水”就会更多了。正是这些“初生水”构成了海水的真正来源。 氮、氧、氢和水会在地壳里生成和在海洋中脊裂缝中逸出的观点正好能驳斥勒皮雄反对地球膨胀的观点。 1968年，勒皮雄根据洋中脊走向和扩张速度的分布情况，驳斥了地球膨胀说。他认为，从洋中脊的走向来看，大洋中脊多数是近南北向的，很少呈东西走向，可见，东西向的扩张量远大于南北向扩张量。而大西洋和北太平洋的扩张赤道很相近，这里的扩张量比别处又要大得多。如果这些扩张果真是地球膨胀引起的话，那么1000万年来的扩张即能引起地球不同方向半径相差500公里。这样，地球将膨胀成为一种奇特的形状，它绝对不可能保持现在这样近似的球形。 其实，勒皮雄的驳斥是没有道理的。因为造成地球膨胀的是新生成的氢、氧、氮和水，肯定不可能是新生成了岩浆，它们膨胀出来后不过是气体和液体，气体和液体怎么会影响地球的形状？相反，正好是地球的膨胀能正确地解释当今地球的形状。 大洋中脊多数是近南北向的，很少呈东西走向，可见，东西向的扩张量远大于南北向扩张量。如果的确是这样，地球的赤道半径就应大于极半径。事实上正是如此。1980年，国际大地测量和地球物理学会公布：地球的赤道半径为6378.137km，地球的极半径为6356.752km，赤道半径比极半径大21.385km。 进一步的观察，我们就会发现，向北漂移的大陆比向南漂移的要多。因此，地球的几何中心不在赤道平面，而应偏北。同时北半球应较细长，南半球较粗短。事实上也正是如此，地球北极半径比南极半径约长40m左右。 可以认为地壳的体积是基本是球形的，在短时间内也可以认其保持不变。在大洋中脊处板块的张开，势必由某种地球表面的消失或压缩所补偿。也就是说，在全球范围内，分离型边界板块的增生必定为汇聚型边界板块的消亡或压缩所补偿。 地球在不断地升温，不仅地球表面的气温在明显地升高，而且地核的温度也在升高。 美国科学家通过金刚石和钻枪模拟地核压力的试验，得出地核的温度为6880℃，而不是以前曾经认为的2700℃-3700℃。同时，经试验表明，大陆漂移的动力热源也来自地核，也不是以前认为的地核上面的地幔。因此，地核内部产生的巨大能量，用地核进行热核反应来解释，也是非常合理的。 |
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第六节 行星和卫星的演化
地球非常显著的特点之一是地球具有全球裂谷系。正象大洋中脊上发育有大洋裂谷一样，大陆上也有裂谷发育，即大陆裂谷，它是发育于大陆地壳上的裂谷。大尺度观察，大裂谷是大陆表面上一条巨型的裂缝。规模大，延伸长，切割深。它可切穿整个岩石圈，同大洋中脊裂谷一样，大陆裂谷也是处于一种拉张引伸的环境。 大陆裂谷有许多条，最典型的例子是东非裂谷带，它南起赞比亚河下游谷地以南，自莫桑比克的贝拉港开始，向北延伸至马维拉湖，由此分为东、西两支裂谷带。整个裂谷带南北延伸跨过50多个纬度，长达6500km以上，宽50—60km。 大陆裂谷与前面提到的大洋洋中脊裂谷以及其它裂谷或断层遥相呼应，纵横交错，连为一体，成为地质构造上的一大景观。 从全局看，地球表面有这么多形似龟背的裂谷系，我们不得不说，地球恰似一个被胀裂的球。 如果仅从地球来看问题，可能有一定的片面性，有必要再把眼光扩大一些，了解一下类地行星的具体情况。这样就会全面一些。 根据已掌握的资料，地球内部的地质过程在其它有岩石圈的星球上普遍发生着：月球的质量只有地球的1/81.3，尽管如此，月球内部已经开始有类似于地球内部的活动。目前已经发现月球有一个很小的月核，在月球上发生着类似地震的月震，平均每年近千次，大多数在月面下800－1000千米处，属深源震。地震每年平均达几百万次,多发生在地面下几十千米至300多千米处，属于浅源震或中源震。探测发现，月球的岩石圈厚度约为1000千米，占半径的72.6%。 水星的质量为地球的0.05倍。1974年3月和9月、1975年3月，“水手10号”三次掠过水星表面，拍摄了大量水星表面照片。乍看上去，水星非常像我们的月球。可以看到几处貌似火山熔岩形成的地区。 火星的质量为地球的0.11倍。 在火星上，有迹象表明，至多在几百万年以前还有火山爆发，因为发现了火星上的一个名为奥林匹斯火山口，底部直径有600多千米，峰高25千米，在它周围有凝固的熔岩。 金星的质量为地球的0.85倍，阿雷西博射电望远镜显示了金星表面巨大的环状山脊，看起来就象火山口的边缘。一条长达1200千米的大裂谷自南向北穿过赤道。赤道南侧的平原地区还耸立着三座巨大的火山。一条宽1.8千米的熔岩流蜿蜒25千米。 水星、金星、火星尚没有星震资料，关于它们岩石圈的厚度，随着各人所用的资料和处理的方法不同，其结果也不相同。这里以Toksoz等的类地行星热演化模型为例，计算结果如下：如果取1000℃作为岩石圈底，水星和火星岩石圈厚度分别大于300和250千米，金星岩石圈厚约100千米，分别占它们半径的12.3%、7% 和1.6%。 需要特别强调指出的是，以地球为分界线，凡比地球小的行星和卫星都有岩石圈（或冰圈）。凡比地球大的行星就都没有岩石圈了！ 天王星和海王星的质量分别是地球质量的14.5和17.2倍，土星的质量是地球的95倍。天王星、海王星和土星都没有固态的岩石圈。 木星的质量为地球的318倍，在它表面存在着剧烈扰动的大气。苏联学者苏奇科夫和萨利姆齐巴罗夫在1982年发表意见认为，木星内部正在进行着热核反应，核心温度高得惊人，至少有28万度。而且还将变得越来越热，最终会变成一颗恒星。 到达行星表面的太阳光分别被反射和接收，从而使行星维持稳定的温度，并向外散发热量。此时它吸收的和辐射的能量应该相等。测量表明，类地行星大致是这样，类木行星却是辐射大于吸收。其中以木星最为严重，它辐射的能量比从太阳吸收的能量多2倍以上。这些超支的能量只能由其内部的能源来补充，因此，类木行星是具有内部能源，能自己发光发热的行星。 月球和内地行星一般都由壳、幔、核构成，其地貌主要有陨击地貌和火山地貌。星体质量越大，火山地貌所占的比例越大，陨击地貌所占的比例越小。因此，人们认为，月球和内地行星普遍地存在着与地球内部相似的地质活动。 总而言之，现有的证据表明：1、与地球类似的星体，其质量越大，地质活动越剧烈，岩石圈越薄，占半径的百分比也越小。2、与地球类似的星体，其质量越大，火山地貌所占的比例越大，陨击地貌所占的比例越小。3、类木行星是具有内部能源，能自己发光发热的行星。而且，类木行星越大，它辐射的能量比从太阳吸收的能量也越多。事实表明，行星和卫星的质量越大，地质活动越剧烈，内部产生的能量也越多。 我们不禁要问，行星和卫星为什么质量越大地质活动越剧烈？它们地质活动的能量是从哪里来的？行星和卫星内部究竟有不有核反应呢？ 从行星和卫星演化的动力源和生成物来分析，碳——氮——氧循环核反应是在其内部不完全地进行着。至于反应之所以能发生可能有以下原因。第一，在行星和卫星内部新生成的氢是原子氢，它和普通氢的化学性质是不相同的，可以与“原子氧”相类似，它的核化学性质特别活泼。第二，试验室和地球表面小规模试验条件同地球内部实际条件并不完全一样，地球有巨大的质量和体积，其地心的温度和压力并不准确知道是多少，只是一个估计。试验室和地球表面小规模试验不能进行的核反应可能在地球内部得以进行。第三，可能存在人们还不清楚的核反应机制。第四，可能存在某种突发性的事件，例如大的陨星和地球相撞产生局部高温而满足反应条件，从而使反应得以开始和维持。 从核反应生成物来看，所有恒星和类木行星都是氢聚合成碳、氮、氧和硫的核反应，类地行星和卫星内部的核反是非常复杂的。例如，金星和火星大气主要成分是二氧化碳。木卫一火山爆发之激烈程度远远甚于地球，火山爆发时，大量的二氧化碳气体形成蓝色的喷烟。土卫六大气是98%的氮气。“旅行者” 发回的照片显示出海卫一上有活动的冰火山，喷出液态氮。木星的许多卫星有一光滑的冰壳，很少有陨石地貌，说明它们非常年轻，不断有水从内部喷发出来，冷却成冰。还有的卫星其稀薄的大气中含有氧、氮、氨、甲烷和二氧化硫等。而水和冰在类地行星和卫星上是比较普遍的。 类地行星和卫星表面的物质都可以用不完全的碳——氮——氧循环核反应的生成物以及它们之间的某些简单的化学反应来解释。例如二氧化碳和水分别是碳、氢和氧的燃烧而形成的。 火星上是否存在过水呢？ 1971年发射成功的“水手9号”火星探测器发现在火星上有许多蜿蜒干涸的河床。这些大河床主要分布在火星赤道地区，最大的河床长达1500公里，宽60公里以上。它们与众多的分支流结合在一起，形成脉络分明、自然流畅的水道系统。还可以观测到呈滴泪状的岛、沙洲和辫形花纹。那些分支流都无例外地朝着大河床的下游方向流去。显然，这些大河床是由水的冲刷作用形成的。 人们普遍认为，过去火星表面显然存在过水，因为许多地方曾受到水的侵蚀。甚至可能有过大湖和海洋，但是这些大湖和海洋看来只存在不长的时间。 最近，NASA先后宣布两个火星探测器“机遇号”和“勇气号”发现了火星曾经存在水的证据。 “火星上确实曾经有水存在” 。南京地质矿产研究所科技开发部的朱云鹤博士明确地向人们表明这一事实。他指出这可以从三个方面来证明。首先，照片中的火星岩石中存在着孔隙，岩石上孔隙一般的成因是：当其浸泡在咸水中时，矿物盐晶体会逐渐在岩石内部生长，从而形成晶蔟。这些晶蔟溶解后，会在岩石内留下这样的孔隙。孔隙的存在能证明曾经有水。其次，美国宇航局在对岩石分析中发现得出，这些岩石里有大量的硫以硫酸盐的形式存在，这些物质只有在液态水的条件下才会形成，进一步证明了岩石过去曾浸泡在水中。其中含有的赤铁矿(三氧化二铁)也表明其曾存在于含水条件、氧化环境的条件之下，这里很有可能以前是一种酸性湖泊环境。最后，这些岩层结构层层分明、属于“交错层”，这通常只会在水或者风的作用下才会形成。 火星表面既有河床，又有被水浸泡过的岩石，火星上曾经有水的结论应是毫无疑问的了。问题是火星上的水从何而来，又去向何方了呢？ 这种可能是早期的火星由于某种原因引发了碳——氮——氧循环的局部核反应，放出大量的热，使其赤道温度升高到0℃以上，并象地球一样生成了许多水。由于某种原因，后来这种核反应停止了，温度也就降低了，水逐渐逃逸到大空中致使河流枯竭了。因此类地行星和卫星内的核反应可能是不稳定的，会突然产生和停止。 从太阳系的现状来看，特别地，根据小行星、月球、类地行星、地球、天王星和海王星以及木星所提供的证据，可以归纳出星体的演化过程： 质量很小的星体，例如小行星，只是一整块温度很低的固体；当星体质量达到月球大小时，开始出现幔和核，在其深处产生微弱的星震；随着星体质量的增大，幔和核会逐渐增大，岩石圈的厚度会逐渐减小。当星体达到地球质量大小时，幔和核已占其绝大部分体积，其外层只有一个约占地球体积0.5%的很薄的固体外壳了；质量再比地球再大一些，例如达到海王星和天王星大小的星体，就没有固体外壳了；质量达到木星大小的星体，不久的将来可能会变成一颗恒星；质量达到了太阳大小的星体则变为能发光发热并向外辐射大量能量的恒星了；恒星的质量增大到某一程度，其吸收的暗物质和它抛射的物质会达到一种动态平衡。在某种条件下还可能会引发物质更深层次能量的释放，恒星（甚至整个星系）会爆发，向空间抛射小的星体和正负电子对而完成一个循环。 因此，当木星演化成一颗恒星时，太阳系会变成双星系统。当海王星、天王星和土星都变成恒星，太阳系会成为聚星系统。人们已经在宇宙间观察到了许多的双星和聚星系统，据不完全的统计，双星和聚星系统约占整个星系的一半左右，太阳系的这种演化过程与观测事实是非常吻合的。 由行星变为恒星的过程是非常缓慢的，至少要几十亿年时间。其亮度的增加也是非常缓慢的，同样至少要几十亿年时间。短期内人们很难发觉。因此，人们能看到新星的机率是很小的。 所有较大星体都在不断地生成、长大和消亡。正负电子对能结合聚成原子氢，原子氢聚合核反应放出大量的热能是星体的演化的主要动力。这是人们迄今为止所没有认识到的。 |
