七、強相互作用原理
應當注意到這樣的現象:同電性粒子總是相互排斥,異電性粒子總是表現為相互吸引。不論怎樣,我們所發現的表觀顯露出來的引力效應究其根源總是產生在異性電荷之間而不是同性電荷之間,同性電荷之間力的效應總是表現為相互排斥。我們在原子核的尺度以外,在任何情況下都沒有觀測到兩個同性電荷之間會產生萬有引力。當然,兩個同性電荷在極小的距離內結合時,由于電場形態的改變而在原子核內產生的引力是例外。實際上宏觀天體之間的引力效應起源于天體內部微觀電性粒子之間的引力作用,所以宏觀天體之間的引力作用實質上是不同天體之間由異性電荷產生的引力作用的結果,而不是由同性電荷產生的斥力作用的結果。這就可以使我們作出如下科學猜想:萬有引力的本源產生于異性電荷之間的電場引力。
但是任何一個電中性物體內部都存在相同數量的正、負兩種電荷,若按照庫侖定律不同物體之間由電荷產生的庫侖引力等于庫侖斥力,那么兩個中性物體之間相互作用的合力就應該為零。顯然,如果萬有引力真的起源于異性電荷之間的電場引力,那么由庫侖定律導出的結果不僅違背萬有引力的事實,同時也表明庫侖定律只是對自然規律的近似描述,并不能完全地符合電荷之間相互作用的實際情況。問題是:究竟是庫侖定律不能完全真實地反映客觀實在,還是萬有引力產生于其它原因?由相互作用的兩個電荷其各自的電場形態會發生改變從而引起各自電量的改變可知,庫侖定律只能近似地反映客觀事實。
F萬引=F電引-F電斥
式中F電引>F電斥。
下面重點討論兩個電荷之間的電場作用。
需要注意庫侖定律F=描述的是在理想情況下兩個點電荷靜電場之間的作用,該定律所限制的條件是:相互作用的電荷必須是靜止的點電荷;電荷在相互作用時的電場形態應當保持電荷在獨立自由時球對稱的電場形態;裸電荷的線度應當遠遠小于電荷之間的作用距離以確保電荷電場呈球對稱空間分布。若以作用距離的平方(r2)為橫坐標,兩個電荷之間的電場作用力(F)為縱坐標,可以繪制出一條力與作用距離的平方成反比的反比例曲線。如圖十三所示虛曲線部分。
但實際上在相同作用距離時兩個異性電荷之間的電性引力總是大于兩個同性電荷之間的電性斥力。如圖十三所示的實曲線部分。
如圖十三所示,上面的實曲線為實際情況的電性引力曲線,下面的實曲線為實際情況的電性斥力曲線,中間的虛曲線為理想情況下的庫侖引力或庫侖斥力作用曲線。圖中所示ra、rb分別為相互作用的兩個電荷的半徑。根據等值電荷作用的對稱性原則,在曲線任意處應有:PA=PB=△F。
當作用距離相同時,
容易發現,兩個電荷由于相互作用會造成電量的改變。若設兩個異性電荷相互作用引起的每個電荷電量增加量與兩個同性電荷相互作用引起的每個電荷電量減少量都為△q,每個電荷的電量為q,電荷之間的作用距離為r,那么按照庫侖定律就有:
F電引=·
庫侖定律對于運動電荷的動電場之間的作用(此時既有電性作用又有磁作用),或者只要電荷的球對稱電場形態發生了變化都不適用,至少說也是不準確的。例如,兩個同性電荷或異性電荷在各自不受任何外場干擾的自由空間中呈球對稱形式的電場分布,但當兩個電荷產生電場作用時,各自的電場形態都相應地發生了變化,以致于庫侖定律不再準確的適用。
對于兩個同性電荷,其間相互作用的電場子向外偏轉,內側電場向外側偏移,斥力方向變化,內側電力線變疏,電場不能完全充分作用,斥力減小。就是說,在電荷電場形態發生變化之后,兩電場之間的電性斥力不再等于庫侖斥力而是小于庫侖斥力,兩者之差稱為電場偏移減小力。可表示為下面的等式:
而對于兩個異性電荷,其間相互作用的電場子向內偏轉,外側電場向內側偏移,引力方向變化,內側電力線變密,電場更加完全充分地作用,引力增大。也即在電荷電場形態發生變化之后,兩電場之間的電性引力不再等于庫侖引力而是大于庫侖引力,兩者之差稱為電場偏移增加力。也可表示為等式:
根據電荷相互作用的對稱性,在作用距離相同時,兩個同性電荷相互作用引起的電場偏移減小力應該等于兩個異性電荷相互作用引起的電場偏移增加力,兩種情況的電場偏移力相等。亦即:
△F偏減=△F偏增=△F
|
〖圖十四〗電荷相互作用時電場形態的變化
由以上分析得出:在作用距離相同時,兩個異性電荷的電性引力總是大于兩個同性電荷的電性斥力,且兩者差值為電場偏移增加力與電場偏移減小力之和。
顯而易見,此差值是導致兩個中性的氫原子或中子之間產生引力效應的原因。
不難證明,任何兩個電中性物體之間的萬有引力都等于兩個物體相互對應的所有異性電荷之間的電性引力與所有同性電荷之間的電性斥力之差。由此即可導出萬有引力與電場力的統一場方程:
而且兩個物體相互作用時產生的總的電場偏移力即為兩個物體之間的萬有引力。
且有,△F總偏=△F總增+△F總減
偏移力△F總偏,反映兩個物體相互作用時的電場偏移程度。
下面通過計算探討質量與電量的關系。
若設甲、乙兩物體的質量分別為M1、M2,甲物體內有n1個正電荷與n1個負電荷,乙物體內有n2個正電荷與n2個負電荷,正、負電荷的質量分別為mp、me,正、負電荷的基本電量為q,甲、乙兩物體相互作用距離為r,則有:
F萬引=G·
若再設每個基本電荷相互作用時由于電場偏移造成的電量改變量為△q,此時按照庫侖定律就有:
故有,=
此式即為質量與電量的聯系方程。(注意:方程中正、負電荷的質量mp、me應當隨其電量的改變Δq而改變,確切地說正、負電荷的場質量隨其場形態的改變而改變)。
實際上每個基本電荷的電量改變量隨著物體之間的相互作用距離的變化而變化。作用距離越近,電場物質形態的變化越大,電荷電量改變量越大;反之,作用距離越遠,電場物質形態的變化越小,電荷電量改變量越小。
從以上分析中容易發現:既然兩個物體相互作用時,其內部電荷的電量與質量均會隨作用距離的變化而變化,那么當運用庫侖定律、萬有引力定律求解作用力時,若仍把電量與質量視作恒定不變的量,就會導致計算結果的錯誤;而為了使計算結果與實際相符,那么必需且只有使兩定律的數學方程中距離的指數作出相應的變化。
萬有引力與電場力的統一場理論對天體磁場的起源和天體活動機制的研究有著十分重要的意義。
由于萬有引力等于兩個物體相互對應的所有異性電荷之間的電性引力與所有同性電荷之間的電性斥力之差,因此萬有引力起源于電荷之間的電場力。具體地說,萬有引力產生于電荷相互作用時的電場偏移力,這種電場偏移力(萬有引力)只與相互作用電荷的電量有關而與電荷裸核質量無關。當作用距離相同時,任何兩個基本電荷相互作用產生的電場偏移力(萬有引力)都相等。從廣義上說,兩個物體相互作用產生的萬有引力總是等值平均分配給其中任意一個物體內部相同位置、相同電量的每一個電荷,一個物體作用于另一個物體質子上的萬有引力與作用于相同位置、相同電量的電子上的萬有引力相等,而與質子、電子的裸核質量差異無關。若再根據牛頓的第二定律F=ma,相同的力作用于不同質量的粒子將會產生不同的加速度,因此,一個物體內部相同位置的正電荷質子和負電荷電子受到它們跟另一個物體相互作用產生的等值的萬有引力將會獲得不同的加速度,在萬有引力的方向上電子會比質子獲得更大的加速度,從而造成電子與質子的位置偏離(原子中的核外電子與核內質子總是不能吸引在一起,而且自由中子總是表現為易于衰變)。實際上,對于某個物體內部的電荷受到來自兩個方面的萬有引力作用:一個是來自其它物體的萬有引力作用,另一個是來自該物體自身的萬有引力作用。從根本上說,一個物體內部的正電荷和負電荷如何偏離決定于物體自身的引力與外部物體引力的相對大小,相對較大的引力支配著電荷的偏離方向。例如,在一個時期中,太陽對地球的引力大于地球自身的引力,地球內部的電荷偏離主要受太陽引力支配,負電荷比正電荷以更大的加速度朝向太陽引力方向偏移,使得自轉的地球表面向著太陽的一側呈現負電,而地球的另一側(包括與地球自轉反向旋轉的液態內核)呈現正電的效應。如果在另外一個時期中,太陽對地球的引力小于地球自身的引力,地球內部的電荷偏離主要受地球自身引力支配,負電荷比正電荷以更大的加速度朝向地心引力的方向偏離,就會使得自轉的地球表面呈現正電而地球內部呈現負電的效應。地磁場極性轉換的機制就在于此。根據這種地磁極性的轉換機制以及目前所測地磁的變化規律可以預言:在今后的漫長的歲月里,地球將逐漸朝著遠離太陽的方向繞行。
1958年由人造地球衛星上的探測器發現了地球磁層范圍內的兩個輻射帶,內輻射帶主要由質子組成,外輻射帶主要由電子組成。現在重要的問題是為什么會形成兩個不同的輻射帶?質子與電子在地球空間中的分層現象與萬有引力有什么關系?有沒有獨立于電場的引力場存在?下面就來探討這方面的問題。
假設一:如果假設有不同于電場的單獨引力場存在,那么萬有引力就受到物體質量的直接支配而不是電場。地球上空相同位置的質子與電子都受到太陽和地球引力作用,根據萬有引力定律可得:
雖然位于地球上空同一高度處的質子與電子受到的太陽或地球的引力不等,但質子與電子將會獲得相同的加速度,二者均為:
推導如下:
質子受到太陽的引力是:Fp太=G
質子受到地球的引力是:Fp地=G
因此質子受到太陽和地球的合力是:Fp太 —
質子在太陽和地球的合力作用下產生的加速度是:
電子在太陽和地球的合力作用下產生的加速度是:
若再根據a=V2/r可知,質子與電子完全可以在地球上空的同一高度以相同的繞地速度運行,那么地球上空的質子與電子也就不會出現分層現象形成兩個輻射帶。顯然,這與事實是相違背的,因此,原假設不成立,宇宙空間中不會有獨立于電場的引力場存在。同時也說明萬有引力定律并不適用于任何兩個物體之間的引力作用。
假設二:現在若假設物體之間的萬有引力是由電場力唯一地產生,那么根據前述質子與電子在地球上空的同一高度就應該受到相等的太陽或地球引力,即:
F質子=F電子
mpap=meae
因為質子的質量大于電子的質量,所以在地球上空相同位置的質子獲得的加速度小于電子獲得的加速度(ap<ae)。在目前太陽引力起主導作用的條件下,電子將會比質子以更大的加速度朝向太陽引力的方向偏離,致使電子比質子在更高的軌道上運行。因此由第二種假設進行的推理符合實際情況,從而證明了引力場的本源是電場。
九、物質在相互作用中實現統一
自然界中的物質存在兩種最基本的相互作用──直接相互作用和間接相互作用。直接相互作用是兩種物質直接接觸、相互觸壓而產生的,是一種觸壓力;間接相互作用是由于兩種物質不產生直接作用而是通過其間的傳遞媒質產生的相互作用。自然界中的電磁力、弱力、強力和萬有引力等四種力都屬于間接相互作用,它們起源于共同的電性作用,其實質都是粒子裸核與電場之間的相互作用。因為相互作用的物質形式、內外部條件存在差異,也就表現出不同的作用形式和結果,以致于造成力的強度、反應時間以及守恒數量等方面都存在差異。
在高能粒子研究中,人們在加速器或宇宙射線中發現了越來越多的基本粒子。這些粒子有的質量很大,如J/Ψ粒子,質量是質子質量的三倍多,壽命卻很短,約10-20秒;有的質量為零,如電子的中微子,壽命卻無限大;而在夸克(層子)模型的理論研究中竟具有分數值的電荷數。所有發現的這些粒子,雖然表現為不同的存在狀態,但它們都是在統一的力場(電場)中通過不同條件下的相互作用的產物。有充分的理由可以認為所有發現的各種粒子都是相互作用的結果,都是裸核和場的不同構成形式。在宇宙空間中,原本無序的裸核和電場子在一定條件下通過相互作用就會變為有序的具有一定結構和特征的物質形式。
自然界中的物質按其空間存在形式分為電性內核和電性外場兩類物質。電性內核是物質粒子的本體,電性外場是物質粒子的附體。電性內核與電性外場都具有無限可分性和無限層次性。物質在每一層次上都是由該層的粒子構成,每一個粒子都具有其對應的電性內核和電性外場兩部分。任何一個層次上的電性內核和電性外場在相互作用中結合起來,組成緊密聯系的統一整體。
自然界中的物質還可按其所具有的電性分為正電性物質、負電性物質以及正負電性相互中和的電中性物質三大類,例如正電性裸核、負電性裸核和具有電偶極性的電場子即分別屬于這三大類。物質的本性就是具有電性。任何兩種電性物質借助于其間的傳遞媒質都能夠產生電性引力或電性斥力。異電性引力和同電性斥力是電性物質的固有屬性,宇宙中的全部物質就是在電性引力和電性斥力的矛盾運動中達到了統一。
宇宙萬物中小到不可計數的微觀粒子,大到無限多個的宏觀天體,從根本上說都是由核與場兩類物質構成,核與場是宇宙空間中兩類基本的物質構成形式。在宇宙空間中,通過力的相互作用,實現了物質的核與核之間、核與場之間以及場與場之間的有序結合,產生了層次不同的物質形式和運動形式,并且使得形態各異的運動變化的物質按一定的方式聯系起來在宇宙空間中組成一個有機和諧的統一整體。
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作者于一九七八年即開始對自然科學產生了強烈的興趣,并對其中的一些問題進行了探索,決心在自然科學領域為人類作出自己應有的貢獻。之后,學習、思考和寫作同時進行。
一九八0年開始致力于物理學基礎理論的研究,由此而逐漸深入到物質的微觀領域。一九八二年發現了磁作用密度差原理,統一了電磁學全部的磁作用手征法則,揭示了左手定則、右手定則和楞次定律等電磁現象的內在本質。持續不斷地對粒子行為、電磁作用、磁單極子、分數電荷、地磁起源以及天體活動機制等一系列問題進行了廣泛而深入地研究,奠定了核場統一論的研究基礎。
一九九五年九月二十六日起,開始對過去十幾年中的研究結果進行系統的理論概括,最終在物理學研究的夾縫中尋求到四種力場的統一,建立了物質的核與場在相互作用中統一的理論體系。