[转载]揭开导线电流的神秘面纱--电子链沿导线表面螺旋运动
(2013-05-13
02:02:13)
原文地址：揭开导线电流的神秘面纱--电子链沿导线表面螺旋运动作者：宇宙密码
(摘自《系统相对论》第二版第六章第2节)
2.2
在著名的奥斯特实验中，导线沿南北方向（即与地球磁力线平行）放置，导线下方有一可在水平面内自由转动的磁针。当导线中没有电流通过时，磁针在地球磁场的作用下沿南北取向。当导线中通过电流时，磁针就会发生偏转。作者查阅了描述奥斯特实验的许多资料，没有找到将导线东西方向放置的实验，奥斯特当时是否做过该实验也不得而知，下面我们来做这个实验。
2.2.1
根据磁针指向调整方格板，使方格板上的纵线与磁针方向（即地球磁力线）平行；导线与方格板的横线相平行，即导线与地球磁力线相垂直，导线与方格板间距为4cm。将磁针置于导线下方，如图6-3所示。
当导线上电流方向由西向东时，磁针发生顺时针偏转。不同导线随电流改变对应的磁针偏转角度θ见下表。
2.2.2
如果电流磁场（见2.3.3节）的磁力线与载流导线垂直，也就是说，在磁针位置电流磁场与地磁的磁力线方向一致，那么磁针应不会发生偏转。因此，磁针发生偏转的事实表明，在上述实验中，电流磁场与地球磁场的磁力线并不平行。
显然，磁针产生的偏角θ，是地磁对磁针的逆时针磁矩L地与电流磁场对磁针的顺时针磁矩L流大小相等的位置，即L地= L流。因此电流磁场磁力线的偏角α应大于磁针偏角θ，否则磁针不会发生顺时针偏转，即：α＞θ。
由于电流磁场源于电流，即源于导线表面自由电子的运动，因此电流磁场偏角α的存在事实，反映了自由电子并非沿导线直线运动。这与我们一直沿用的电流模型（参见图1-1a）是不协调的，对此经典电磁理论无法给出解释。下面给出一个系统相对论的解释。
2.3
2.3.1
100多年前，当美国物理学家密立根首次通过实验测出电子所带的电荷后，这一电荷值便被广泛看作电荷的基本单元。然而如果按照经典理论，将电子看作“整体”或者“基本”粒子，将使我们对电子在某些物理情境下的行为，感到极端困惑。比如，当电子被置入强磁场后出现的非整量子霍尔效应。
为了解决这一难题，1980年，美国物理学家劳克林提出一个新的理论。该理论同时也十分简洁地诠释了电子之间复杂的相互作用。然而接受这一理论是要付出“代价”的：由该理论衍生出的奇异推论展示，电流实际上是由1/3电子电荷组成的。
现代物理学认为，电子是物质的相对基本形式，同质子相比是一种相对单纯的存在，电子同质子不在一个级别，是质子的下一级别。通过撞击，电子可以产生任何形式的基本粒子。
在一项新的实验中，科学家将一个有电流通过的半导体浸入高强磁场，非整量子霍尔效应随之被检测出来，他们又使用一系列精密的仪器排除外界噪声的干扰，该噪声再被放大并分析，结果证实了所谓的“撞击背景噪声”的确来源于电子，因而也证实了电流的确是由1/3电子电荷组成。
由此他们得出电子并非自然界基本的粒子，而是由更“基本”、更“简单”且无法再被分割的亚原子粒子组成。
系统相对论认为，虽然上述电流模型没有揭示出电流的本质，但实验充分表明了不同运动形式的电子呈现出不同的“电荷值”，这无疑为我们理解“高速电子束中电子的荷质比变小”和电流的本性提供了思路。下面我们讨论系统相对论的电流模型。
2.3.2
我们知道，电源负极端的自由电子密度ρe大于正极端，电压V越高，正负极之间的自由电子密度差△ρe越大。设电压与自由电子密度差的转换系数为kV（取值与电极材质有关），则自由电子密度差△ρe可用电压V表示为：
2.2
在著名的奥斯特实验中，导线沿南北方向（即与地球磁力线平行）放置，导线下方有一可在水平面内自由转动的磁针。当导线中没有电流通过时，磁针在地球磁场的作用下沿南北取向。当导线中通过电流时，磁针就会发生偏转。作者查阅了描述奥斯特实验的许多资料，没有找到将导线东西方向放置的实验，奥斯特当时是否做过该实验也不得而知，下面我们来做这个实验。2.2.1
根据磁针指向调整方格板，使方格板上的纵线与磁针方向（即地球磁力线）平行；导线与方格板的横线相平行，即导线与地球磁力线相垂直，导线与方格板间距为4cm。将磁针置于导线下方，如图6-3所示。
当导线上电流方向由西向东时，磁针发生顺时针偏转。不同导线随电流改变对应的磁针偏转角度θ见下表。
2.2.2
如果电流磁场（见2.3.3节）的磁力线与载流导线垂直，也就是说，在磁针位置电流磁场与地磁的磁力线方向一致，那么磁针应不会发生偏转。因此，磁针发生偏转的事实表明，在上述实验中，电流磁场与地球磁场的磁力线并不平行。
显然，磁针产生的偏角θ，是地磁对磁针的逆时针磁矩L地与电流磁场对磁针的顺时针磁矩L流大小相等的位置，即L地= L流。因此电流磁场磁力线的偏角α应大于磁针偏角θ，否则磁针不会发生顺时针偏转，即：α＞θ。
由于电流磁场源于电流，即源于导线表面自由电子的运动，因此电流磁场偏角α的存在事实，反映了自由电子并非沿导线直线运动。这与我们一直沿用的电流模型（参见图1-1a）是不协调的，对此经典电磁理论无法给出解释。下面给出一个系统相对论的解释。
2.3
2.3.1 100多年前，当美国物理学家密立根首次通过实验测出电子所带的电荷后，这一电荷值便被广泛看作电荷的基本单元。然而如果按照经典理论，将电子看作“整体”或者“基本”粒子，将使我们对电子在某些物理情境下的行为，感到极端困惑。比如，当电子被置入强磁场后出现的非整量子霍尔效应。
为了解决这一难题，1980年，美国物理学家劳克林提出一个新的理论。该理论同时也十分简洁地诠释了电子之间复杂的相互作用。然而接受这一理论是要付出“代价”的：由该理论衍生出的奇异推论展示，电流实际上是由1/3电子电荷组成的。
现代物理学认为，电子是物质的相对基本形式，同质子相比是一种相对单纯的存在，电子同质子不在一个级别，是质子的下一级别。通过撞击，电子可以产生任何形式的基本粒子。
在一项新的实验中，科学家将一个有电流通过的半导体浸入高强磁场，非整量子霍尔效应随之被检测出来，他们又使用一系列精密的仪器排除外界噪声的干扰，该噪声再被放大并分析，结果证实了所谓的“撞击背景噪声”的确来源于电子，因而也证实了电流的确是由1/3电子电荷组成。
由此他们得出电子并非自然界基本的粒子，而是由更“基本”、更“简单”且无法再被分割的亚原子粒子组成。
系统相对论认为，虽然上述电流模型没有揭示出电流的本质，但实验充分表明了不同运动形式的电子呈现出不同的“电荷值”，这无疑为我们理解“高速电子束中电子的荷质比变小”和电流的本性提供了思路。下面我们讨论系统相对论的电流模型。
2.3.2
我们知道，电源负极端的自由电子密度ρe大于正极端，电压V越高，正负极之间的自由电子密度差△ρe越大。设电压与自由电子密度差的转换系数为kV（取值与电极材质有关），则自由电子密度差△ρe可用电压V表示为：
△ρe=kVV
不考虑外界影响和金属体的结构形状，金属表面的自由电子是在临界场中做无规则运动的。当我们将一段导线与电源的两极相连时，电源正极上的自由电子密度低于导线，导线表面的自由电子（还包括导线中的游离态电子）会向电源正极扩散运动；同时电源负极上的自由电子密度高于导线，电源负极上的自由电子会向导线扩散。如图6-5所示，导线上自由电子从无规则运动转变为有规则的定向运动，于是形成电流。
原文地址：玻尔电子轨道量子化的困惑--正负电概念的超范围运用作者：宇宙密码
(摘自《系统相对论》第二版第六章第1节)
1.5.2
系统相对论认为，正电和负电的概念是基于宏观中带电体的同性相斥和异性相吸的现象而建立起来的。因此正电和负电的概念的适用范围是宏观带电体，将正负电概念引入微观领域是值得商榷的。
在量子理论的初创时期，玻尔在他建立的原子模型中，不得不用“电子轨道量子化”的概念来解释原子的稳定性。这样做的实质是必须抛弃所谓的“电磁辐射理论”（详见4.2节），显然这是革命性的。然而，在当时的条件下玻尔不可能做到这一点，相反他一直试图调和量子化和电磁理论之间的关系，这些努力最终体现在了他提出的互补原理中。正是由于玻尔的革命不彻底（继续保留正负电的概念），他的模型很快就被更多的实验所否定。
正负电的概念在人的思维中如此根深蒂固，以致夸克模型中还是以正负电为基础概念来建立的，只是电荷被分数化了。渐进自由无疑是正确的，但用渐进自由概念解释的夸克禁闭，使得夸克只能存在于理论中而不能被实验所发现，这又能如何证实夸克是否真得存在呢？
量子理论的标准模型同样是以正负电概念为基础的理论，强核力的电荷无关性的事实表明，将夸克赋予分数电荷是没有必要的。因此，标准模型的正确性值得商榷。
《系统相对论》编辑
1.5.2
系统相对论认为，正电和负电的概念是基于宏观中带电体的同性相斥和异性相吸的现象而建立起来的。因此正电和负电的概念的适用范围是宏观带电体，将正负电概念引入微观领域是值得商榷的。
在量子理论的初创时期，玻尔在他建立的原子模型中，不得不用“电子轨道量子化”的概念来解释原子的稳定性。这样做的实质是必须抛弃所谓的“电磁辐射理论”（详见4.2节），显然这是革命性的。然而，在当时的条件下玻尔不可能做到这一点，相反他一直试图调和量子化和电磁理论之间的关系，这些努力最终体现在了他提出的互补原理中。正是由于玻尔的革命不彻底（继续保留正负电的概念），他的模型很快就被更多的实验所否定。
正负电的概念在人的思维中如此根深蒂固，以致夸克模型中还是以正负电为基础概念来建立的，只是电荷被分数化了。渐进自由无疑是正确的，但用渐进自由概念解释的夸克禁闭，使得夸克只能存在于理论中而不能被实验所发现，这又能如何证实夸克是否真得存在呢？
量子理论的标准模型同样是以正负电概念为基础的理论，强核力的电荷无关性的事实表明，将夸克赋予分数电荷是没有必要的。因此，标准模型的正确性值得商榷。
《系统相对论》编辑
序 言
自古以来，壮丽星空天象令人惊奇，从而进行观察、思索和研究，试图了解其奥秘。人类对宇宙的认识是不断发展的，尤其是人类认识宇宙的几次大飞跃影响深远。
第一次飞跃是认识到地球是球形的。公元2世纪，托勒密在其名著《天文学大成》中阐述了宇宙地心体系（即地心说），认为地球静止地位于宇宙中心，各行星在其特定轮上绕地球转动，且跟恒星一起每天绕地球转一圈。因为否认上帝，直到1215年教会还禁止讲授他的理论，后来教会才把地心说作为统治工具。
第二次大飞跃是1543年哥白尼在名著《天体运行论》中提出宇宙日心体系（即日心说），形成太阳系概念。正如书名中“revolution”一词有运行和革命双关意思，从此自然科学开始从神学中解放出来。17世纪初，伽利略制成天文望远镜观测星空，提供了太阳系的新证据，分辨出银河由密集的恒星组成，开创了近代天文学。
第三次大飞跃是万有引力定律和天体力学的建立。开普勒发现行星运动三定律，牛顿总结前人成果，写出名著《自然哲学的数学原理》，由开普勒定律导出万有引力定律，奠定了天体力学基础。哈雷彗星的回归和海王星的发现显示了牛顿理论的威力。
第四次大飞跃是认识到太阳系有其产生到衰亡的演化史。在牛顿时代，绝对不变的自然观占主导地位。在这种僵化自然观上打开第一个缺口的是康德和拉普拉斯，他们先后提出两种太阳系起源的
星云假说。演化观的建立对自然科学和哲学的发展都有深远的影响。
第五次大飞跃是建立银河系和星系概念。哈雷把当时的星表和古星表比较，发现某些恒星有移动。后来，天文学家测出各恒星离我们远近不同。这样就打破了恒星固定在天球上的错误概念。继而在赖特、朗伯特提出的扁盘状银河系的基础上，赫歇耳研究得出银河系的粗略结构图。
第六次大飞跃是天体物理学兴起。19世纪中叶以来，照相术、光谱分析和光度测量技术相继应用于天文观测，导致天体物理学兴起。孔德在1825年断言“恒星的化学成分是人类绝对不能得到的知识”，但不久光谱分析就可以得知天体的化学组成了。随着原子物理的创立和发展，破解了天体的物理状况和化学组成。但其成因研究还仅仅是个开始（作者注）。
第七次大飞跃是时空观的革命。20世纪初，爱因斯坦创立相对论，把时间、空间与物体及其运动紧密联系起来，打破了牛顿的绝对时空观，建立“相对论时空观”。他建立的质能关系方程，成为天体、核能等的理论基础。
近半个多世纪以来，天文学和微观研究进入迅猛发展的新时代，新发现接踵而至，出现大量新课题，面临新的飞跃，乃至孕育自然科学新的革命①。
这些大量的新课题，为我们提供了打开宇宙大门的钥匙。我摒弃物理学现有的时空观和认识论，用怀疑的眼光重新审视我们的物理学体系，抽取出各种物理现象和实验数据，进行系统的分析研究，
提炼出了系统时空观，然后将其反复放到更多的物理现象和现有实验数据中进行验证和不断修正，最终初步建立了较为完整的系统时空观，并在此基础上架构了系统相对论体系的框架。
我期望《系统相对论》是吹响自然科学的新的伟大革命实践的号角。当然我也深深知道突破旧的藩篱是何等的艰难，但我坚信建立在更广泛的现象、实验和实践基础上的系统相对论，有着更加坚实的基础和先进性。
本文力求简洁明了地介绍系统相对论的基本原理，并用系统相对论时空观理解和解释我们的宇宙，论述中难免会对现有物理理论提出质疑和对事物作出不同的解释，但对先贤和经典理论绝无冒犯和轻视之意，也无哗众取宠之念，唯求真理而已。
系统相对论体系极其庞大，涉及范围极其广泛，几乎包括当前所有学科。显然全面架构系统相对论，绝非一人一时之功能够完成的。同时由于本人时间仓促、掌握数据有限以及知识水平所限，难免显得粗浅和缺乏理论的完整性，甚至出现解释或定义性的一些错误，敬请读者给予谅解和批评指正。
刘泰祥
注释
① 引自胡中为编著的《普通天文学》绪论，南京大学出版社，2006年印刷。
2第一章 物质概论编辑
第一节 物质观发展简史
1. 绝对时空观
绝对时空观是牛顿力学的时空观，即认为时间和空间与物体的运动状态无关，并且时间和空间也无任何联系。伽利略变换是这种绝对时空观的数学体现，它在解决宏观、低速现象的问题中，取得了辉煌的成就。在17世纪下半叶，随着光的波动理论的建立，基于波动需要在介质中传播的经验，当时把这种传递光波的介质取名为以太。以太具有许多特殊的性质：不具有质量；它无处不在，充满整个宇宙并渗透到一切物质的内部；对物体的运动没有任何托拽。
19世纪下半叶，随着麦克斯韦电磁理论的建立，导出了光速c在真空中是恒定的。但根据伽利略的速度变换公式，在以速度v相对以太做匀速直线运动的参照系中，光的传播速度应在c+v和c-v之间。即电磁规律不满足伽利略相对性原理。为此物理学家做了许多观测和实验，其中比较典型的是光行差现象和迈克尔逊-莫雷实验，其结果是否定了以太的存在。这一系列的观测和实验构成了狭义相对论的实验基础①。
2. 相对时空观
相对时空观是爱因斯坦相对论的时空观，即认为时间和空间彼此联系又都与运动有关；时空是弯曲的，宇宙在空间上是均匀各向同性的。爱因斯坦引力场方程是这种相对时空观的数学体现，它正确预言了质点和光子在弯曲时空中的运动，把人类的观测范围延伸到100多亿光年②。
由爱因斯坦引力场方程、能量守恒方程和物态方程导出的宇宙标准模型，即弗里德曼模型。根据从星系观察到的宇宙能量密度现在值ρ0，要比临界值ρc小两个数量级，得出宇宙是开放的结论；但从宇宙学红移观察得到的减速参数的现在值q0，又大于1/2，得出宇宙是封闭的结论。这种矛盾的结果还有待于进一步努力去解决。
广义相对论存在奇性，具有时空曲率为无限大的奇点。这种奇点，不仅反映为令人费解的时空无限弯曲，而且也将破坏因果关系。一些学者认为，这一困难是由于广义相对论引力场没有量子化造成的，这推动了量子引力理论的研究。 但引力场的量子化遇到了一个严重的困难：圈图发散，不可重整化。 近来基于广义相对论是规范场的超引力理论，量子化后解决了圈图发散问题。 但不可重整化的困难能否最终解决，还需继续研究③。
3. 光的波粒争论
关于光是粒子还是波，从十七世纪就有以牛顿为代表的微粒说和以惠更斯为代表的波动说。波动说认为光是一种弹性波，特殊的弹性介质—以太充满空间，以太具有密度极小、弹性模量极大的属性。当时波动说不仅实验上无法得到证实，理论上也显得荒唐。
微粒说差不多统治了17、18两个世纪。直到19世纪中叶，随着“光在水中的速度应小于在空气中的速度”被傅科的实验所证实，和麦克斯韦电磁理论的建立，波动说才最终战胜了微粒说。后来，瑞利和金斯根据经典统计力学和电磁理论建立了黑体辐射公式，从该公式导出短波长极限的辐射能量趋于无穷大的“紫外灾难”。当时物理学界权威开尔文爵士把光以太和能均分定理的困难，比喻为笼罩在物理学晴朗天空中的两朵乌云（正是这两朵乌云催生了相对论和量子论这两个革命性的理论）。有趣的是这两个问题都与光有关。
为解决黑体辐射理论中的矛盾，1900年普朗克提出了能量子假说，从而解决了光的发射问题。1905年爱因斯坦发展了量子理论，解释了光电效应。光究竟是粒子还是波？这个古老的争论又重新摆在了我们的面前。近代科学实践认为，光是个十分复杂的客体。对于它的本性问题，目前只能从它所表现出来的性质和规律来回答：光的某些行为象经典的“波动”，另一些行为象经典的“粒子”，这就是所谓“光的波粒二象性”④。
对于波粒二象性的困境，自量子论诞生以来，许多物理学家和哲学家都顽强的拼搏过这个问题，遗憾的是都无果而终。
4. 系统时空观
由于光的波粒二象性问题没有从根本上得到解决，使得建立在这个不稳固的基础之上的相对论和量子论，随着实践的不断深入而暴露出越来越大的局限性。这就是系统时空观产生的背景。系统相对论认为，空间和时间都是量子化且有密度分布的。
广义相对论认为空间和时间都是均匀的，但通过空间弯曲理论，建立了与空间密度分布的等价关系，进而导出时间弯曲及时钟佯谬，这极大的推动了人类对宇宙的认识。但因未承认空间的量子化，导致进入奇点误区；同时因认为时间是的均匀的（光速恒定），导出了因果关系颠倒的错误。
牛顿力学认为空间是绝对的且与物体无关联，但通过确立物体具有惯性性质，间接承认了物体体外涡环的存在，但因为没有认识到惯量的可变性，不得不通过定义各种性质不同的力来解决。
因此我们当前的物理学是有条件的（空间密度均匀）、局部适用的（地球系），称为地球物理学；与之相对的无条件的、普遍适用的称作系统物理学。当然，物理量的测定是与科技水平相对应的，科技水平的有限性决定了我们几乎无法建立真正的系统物理量。对于我们有限的空间观察来讲，建立相对物理量就足够了，但必须通过系统时空观确定它的适用范围和看清事物的本质，这就是系统时空观的意义所在。
因此，基于系统时空观下的物理理论体系统称系统相对论。
第二节 系统相对论的基本假设
1）宇宙是可认知的；
2）一切物理现象都是客观存在；
3）因果关系是不可颠倒的；
4）本性具有波粒二象性的物质是不存在；
5）一切与前四项相矛盾的推理和现象解释，一般都是因为突破了理论的隐含条件，超范围运用理论及其概念造成的，而不是理论自身或推理方法的问题。
当然，基于上述前提条件建立的系统相对论，因概念定义的不同理论上会有差异，但其原理是相通的、是具有唯一性的。因此系统相对论建立的概念并不具唯一性。
基于上述五项前提条件，系统相对论有四个基本假设。
1. 空间是有密度分布的
由于光电效应用光波理论无法给出解释，而光子理论能够给出解释，因此系统相对论认为光是粒子即光子，而不是波。有关光的波现象解释见第五章第一节的光学部分。
我们知道，光子在真空中是以光速运动的，但进入介质中的光子速度会比较低，这个较低的速度在介质中保持恒定，与介质的厚度无关；离开介质后又恢复到光速。如果认为光子进入介质后，因介质的阻力导致光子减速，那么介质越厚光子的速度就会降得越低，但光子在介质中速度是恒定的。另一个问题是：光子在进入和离开介质前后，瞬间减速和加速的机制是什么？
另外，广义相对论的空间弯曲是不争的事实，而基于空间均匀的广义相对论导出因果颠倒和奇点困惑都是与事实不符的。
因此得出系统相对论第一个假设：空间是有密度分布的。
2. 光子是由基本粒子构成的
我们知道，电流会使钨丝发热发光，通常的解释是：经过钨丝的电子的动能转化为电磁能--光子，电流越大，钨丝辐射的光能越强。但问题是：随着电流的增大，会有更高频率的光子辐射出来，而不是一定频率光子的强度增加。显然这些光子不是电子带来的，也不是从钨丝中的钨原子激发出来的。
从黑体辐射理论中我们得知，原子具有辐射的特性。因此，系统相对论认为钨丝中的每个钨原子都是一台“光子加工机器”，这台机器的原料就是空间，电流是它的外部动力。当电子经过钨原子时，“光子加工机器”利用电子提供的动力将空间加工成更多和能量更高的光子，而辐射出去。当电流增大到一定程度时，可见光子产生并辐射出来。
结合普朗克的能量子假说，得出系统相对论第二个假设：光子是由基本粒子构成的。基本粒子就是普朗克理论中的能量子，是个恒定的常数。
3. 空间是由能量子构成的
如上所述，无论电流大小，作为“光子加工机器”的钨原子始终能够精确“切割”出等值的空间、再加工成能量子的合理解释是：空间是量子化的，即空间是由能量子构成的。“切割”出的等值空间就是指一个能量子。
这就是系统相对论的第三个假设：空间是由能量子构成的。空间就是历史上所说的以太。
4. 电荷没有正负之分
常识告诉我们，孤立物体上的自由电子都聚集在表面曲率大的地方，而表现出自由电子的相吸特性；而不同物体上的自由电子之间表现出相斥特性（如油滴试验）。从下一章中电子的结构和场的知识中我们知道，电子间的相斥或相吸取决于它们间的场方向。
这就是系统相对论的第四个假设：电荷没有正负之分。
上述四个假设是系统相对论的基石，在后续章节会陆续有进一步的解释和说明。
第三节 物质概论
自然界是物质的，物质是量子化的；物质具有流体态和刚体态两种状态，流体态物质的量是用能量表征的，刚体态物质的量是用质量表征的；这两种状态的物质是相互依存的，在一定条件下是可以相互转化的。这就是系统相对论的基本物质观。
1. 物质的基本概念
物质具有流体态和刚体态两种状态。刚体态的物质称作物体（或粒子）；流体态的物质史称以太，由于它充满整个空间因此又称作空间（下同）。但从本质上讲，以太和空间是不同的概念。
一切物质都是由能量子构成的。能量子是物质的最基本单元，每个能量子具有一份的能量e0。流体态的能量子称作爽子，用S（取shuang首字母）表示；刚体态的能量子称作基本粒子，用cn（取自china）表示。爽子和基本粒子都具有一份的能量e0。
爽子是构成空间的基本单元。如同肺泡结构，爽子是一个14面的四面-六面体，又称十四面体⑤。如图1.1所示。它是有极大弹性的无核的均匀的近球体（为便于分析计算，在后文一般按球体考虑）。基本粒子是构成物体（或粒子）的最基本单元。如同手镯，基本粒子是一个环状的刚体⑥。
2. 空间与物体的关系
空间与物体是相互作用、相互依存和相互转化的。引用量子理论的概念，空间是物质的基态，物体是物质的激发态⑦。因此，空间和物体的关系是一般与特殊的关系。
空间与物体的相互作用、相互依存关系在后文会陆续介绍。在一定条件下，爽子和基本粒子是可以相互转化的。爽子转化为基本粒子的过程称作爽子的跃变，基本粒子转化为爽子的过程称作基本粒子的湮灭。
3. 爽子S的跃变
图1.2 基本粒子示意图ωcVcSN rc根据流体理论，空间的不规则运动会产生空间漩涡。进入空间漩涡的爽子，不断被挤压、拉伸和加速旋进，最终自闭形成一个涡环，而从漩涡中游离出来。这个过程称作爽子的跃变。爽子跃变成的刚体式涡环就是基本粒子cn。如图1.2所示。
4. 基本粒子cn的湮灭
相向运动的两个基本粒子，如果它们的自旋相反，一旦碰撞就会发生湮灭。由于自旋相反，碰撞瞬间彼此抵消了对方的内部应力，而使它们的体积都急剧增大，刚体式的环变成了弹性的球，基本粒子反跃变为爽子。
当然，自旋相反的基本粒子碰撞需要克服它们的相斥力，这个条件在黑洞中或视界附近能够提供。
5. 物质的对称性
爽子的能量守恒和基本粒子的质量守恒（见下一章）是对称的，物体的绝对速度守恒和爽子的时间守恒（见第三章）是对称的，爽子和基本粒子又是可以相互转化的。因此物质是CPT对称的，物质是守恒的。
宇宙是由物质构成的，宇宙是守恒的。
【注释】
① 引自黄新民、张晋鲁主编《普通物理学》第六章，南京大学出版社出版。
② 引自杨桂林等主编《近代物理》第十四章，科学出版社出版。
③ 引自徐龙道等编著《物理学词典》广义相对论，科学出版社出版。
④ 本小节内容引自赵凯华编著《光学》第一章，高等教育出版社。
⑤ 参阅冯元桢著《连续介质力学》第八章，清华大学出版社出版。
⑥ 参阅童秉纲等著《涡运动理论》第六章，中国科学技术大学出版社。
⑦ 参阅徐龙道等编著《物理学词典》热学部分，科学出版社出版。
3第二章 物 体编辑
第一节 基本粒子
1. 基本粒子的产生
空间是由爽子构成的流体介质，空间的运动是有涡运动。空间涡旋是由爽子线涡构成的，根据涡量守恒原理，由若干爽子构成的线涡（涡管）在三维空间总是呈闭合的涡环。
由于爽子具有均匀和弹性的属性，在自诱导运动作用下，不断形变运动，最终形成一个孤立的圆形线涡即涡环，这就是由爽子构成空间的非线性薛定谔方程的孤立波解。根据Biot-Savart公式，这个由一个爽子形成的涡环，以等速度沿其轴线方向运动而不改变其外形，并从原涡环中游离出来。
爽子形成的涡环作刚体式运动，角速度ωc（对应涡量分布）、线速度vc（传播速度）和体积Vc均为恒定值。爽子跃变成的刚体式涡环称作基本粒子cn。
图2.1 基本粒子的场SN ω2. 基本粒子的场
基本粒子是爽子跃变成的涡环，根据涡运动理论，基本粒子具有恒定的涡量场，即由爽子构成的涡量场从环的一端旋进，从环的另一端旋出。基本粒子的爽子涡量场称作基本粒子的场，旋进的涡量场称作基本粒子的阴场，用S表示，对应的环面称作阴极；旋出的涡量场称作基本粒子的阳场，用N表示，对应的环面称作阳极。如图2.1所示。
基本粒子的场是由多条爽子涡管组成的，每条涡管都形成闭合的环路，这个涡管称作场线，闭合的场线称作场环。
基本粒子的场是场线运动方向一致的场，称作极性场。与极性场相对应，场线正反方向混合的场，称作中性场；有固定方向的中性场称作定向场或极化场，如电子、质子的场；无固定方向的中性场称作万向场或球形场，如一般物体的场。
根据流体理论，物体的场有强弱之分，但无空间大小之别。物体的场是由其结构决定的，下一节具体介绍。
3. 物体（粒子）与场的关系
物体具有场的性质，任何物体都有自己的场；场是物体对空间的作用在物体周围空间中表现出的特征，本质是反映了物体与空间的作用关系。这种作用关系表现在空间上就是空间的密度分布，表现在物体上就是空间对物体的压力。
因此，物体与场（空间）是相互影响、互为存在条件的，没有物体的场和没有场的物体都是不存在的。
第二节 物体的结构与场
1. 光子
光子是由若干基本粒子通过叠加方式凝聚成的棒状粒子，又称作棒体粒子，用γ表示，如图2.2所示。光子是空心的管状体，它的场是一对极性场。如图2.3所示。
图2.4 电子结构2. 电子
电子是由光子凝聚成的近长方体的稳态粒子。如图2.4所示。电子中的光子是对称的凌形排列，相邻光子的极性相反，光子的层数是2的倍数。
电子的场在极面是两个极化场，在四个侧面上的场是极性场，即相对两侧面极性相同，相邻两侧面极性相反。因此在四个侧面上，相邻侧面上场线方向相反，相对侧面上场线方向相同。如图2.5所示。
3. 质子
质子是由光子凝聚成14面的四面-六面体的稳态粒子。如图2.6所示。光子排列方式与电子相同，光子的层数是4的倍数。
质子的场是两组主极化场，每组由五个面组成。质子具有与场线方向平行的四对侧位面，其中相互垂直的两对面上是正反向场线交错的较弱的极化场，另外相互垂直的两对面上是场线方向相反的极性场。如图2.7所示。
4. 原子核
原子核是由质子和电子凝聚成的梭状体，它的内部是质子按一定方向排列的肺泡结构，电子如同毛发一样附着在核的表面。由于条件和时间所限，我建立的原子核结构模型还仅仅是个初步，下面将这个初步的结论进行简单描述。
虽然质子作用力很强，但力质比（参见第四章第二节）是比较小的，因此质子和电子先凝聚成中子，中子再和质子凝聚成原子核，当然这个凝聚是发生在质子的主极化场方向上的，这个场方向称作原子核的轴。在这个轴上质子（中子）数量达到一定值，质子（中子）会在这个轴的两侧凝聚，而出现两个新的轴。具有多轴的原子核形成了一个面。面体的原子核生长到一定程度会在面的两侧产生质子（中子）凝聚。随着质子（中子）的不断凝聚，单面体的原子核会在面的两侧形成新的质子（中子）面。因此原子核是以主轴和主面对称的肺组织结构体。如图2.8所示。
原子核的场是整体的极化场下有若干局部的极化场和极性场。
5. 原子
原子是若干电子围绕一个原子核运动的集合体的统称。原子有两个场：一个是电子轨道及其以内的场称作原子的体内场（简称内场，下同），另一个是电子轨道外的场称作原子的体外场（简称外场，下同）。原子的体内场是强于原子核的极化场，原子的体外场是有一定分散度的弱极化场。
根据流体理论，原子核的涡管数量是有限的，而且大部分是在核内自闭成环的。因此随着原子核外电子的增加，外部空间自由涡管的数量和密度会不断降低。当低到一定程度，原子核无法再俘获新的电子，这就形成核外的电子饱和。
原子核的外部涡管在其体外是有一定分布特征的，这就构成了电子的不同轨道，每个电子一旦占用轨道上的原子核涡管资源，其它电子是无法再进入的，因此一个轨道只能由一个电子占用，这就是不相容原理。图2.9为原子核具有部分三层轨道的原理图。在轨道运行的电子构成了原子近球形的外壳。
实际上，光子、电子、质子也都有体内场，只是在其外部空间相对微弱忽略不计罢了。但在内部作用中是不能忽略的。
6. 分子
分子是若干原子连接在一起的、有一定几何结构的集合体，它的体外场是较原子更弱的多极化场。
两个原子的聚集，会在它们之间形成共同的涡环，进而使得其外围电子占用的涡环数量减少，减少的涡环由另外一个原子给与了补充，因此外围的电子会围绕两个核运动。
图2.10为水分子结构示意图，图为原子核轴向的俯视图。两个氢原子聚在氧原子的一端，形成120度夹角的几何结构。
两个原子之间的作用实际上是由两部分构成的，除了通过电子传递的作用外，还存在作用更强的核间直接作用。我们通常将前者视为化学键，实际化学键是指以后者为主的两者的统称。
7. 一般物体和天体
一般物体和天体是数量庞大的分子或原子的无序排列的集合体。由于物体内粒子的绝大部分涡管在不同粒子之间构成了闭合的涡环，只有极少数涡管溢出体外，并表现出均匀各向同性的特征。因此物体的外场是极弱的球形场。
对于外场极性较为突出的分子，它们的原子核间会直接连接在一起，进而形成具有一定几何结构的分子连接体（类似分子结构），这就是我们通常说的晶体。如果极性较弱即使外场很强也不会形成晶体。
对于外场较强的分子构成的晶体，由于分子间相互作用更强大，因此表现出很高的硬度；对于外场较弱的分子构成的晶体，由于分子间相互作用较弱，因此表现出一定的脆性。
物体的硬度主要是由分子外场强度决定的，因此外场较强的非晶体同样具有较高的硬度。
根据流体理论，物体外场的存在，使得物体在空间中的移动不会有任何阻力，也不会形成任何托拽；反过来说，也正是因为场的存在物体才表现出运动特征。这是由物体和空间的作用关系决定的。
第三节 质量与能量
能量和质量是对物质不同状态下物质量的表述方式。通常能量是对流体态的物质即空间的物质量的表述方式；质量是对刚体态的物质即物体的物质量表述方式，它是通过物体对空间的作用强度即物体的涡量强度体现出来的。
1. 空间的能量密度
设爽子半径为rs，则其体积Vs为： Vs=4πrs3/3
则爽子能量密度ρs为： ρs= e0/Vs=3e0/(4πrs3) （2.1）
上式中ρs就是爽子所构成空间的能量密度。
设基本粒子体积为Vc，则基本粒子能量密度ρc为：
ρc = e0/Vc = 常数
2. 质量
根据涡运动理论，爽子跃变成的涡环具有恒定的涡量，如图2.1所示。这个涡量强度称作基本粒子的质量mc。显然mc与基本粒子能量e0成正比、与基本粒子涡环面积Sc成反比。
设基本粒子涡环半径为rc，则有Sc=πrc2，设km为质能转换系数。于是基本粒子的质量mc可表示为：
mc = km e0/Sc = km e0/(πrc2) (2.2)
上式就是物质的质能方程。刚体式的基本粒子环面积Sc是恒定的，因此mc是恒定的常数。这就是基本粒子的质量守恒。
因此，物体又称作质量态的物质，空间又称作能量态的物质。
根据涡运动理论可以推出：基本粒子涡环的角动能与线动能是相等的，即满足能量均分定理。按刚体理论基本粒子的能量e0可表示为：
e0 = Icωc2/2 + mcvc2/2 = Icωc2= mcvc2 (2.3)
其中Ic为基本粒子的转动惯量
上式就是物体的质能方程，即爱因斯坦质能方程。
将（2.3）式代入（2.2）式得：
vc2 =Sc/km = πrc2/km (2.4)
从上式可以看出，vc大小是由基本粒子涡环面积决定的，与基本粒子环的半径成正比。这就是vc的本质物理意义。有关vc的更多论述参见第三章的第三节。
3. 外部质量
mc称作基本粒子的绝对质量M（单位：kg），对于一般物体，其内部粒子的涡量绝大部分在物体的内部，极少部分溢出体外，物体在体外空间表现出的涡量特征称作物体的惯性（参见本章第四节），物体溢出体外的涡量称作物体的惯量i 。物体惯量表现出的质量称作物体的外部质量m，简称质量（下同）。
设物体中的基本粒子数量为n，则物体的绝对质量M可表示为：M=n mc
不失一般性，将一个基本粒子的涡量定义为1个单位涡量，则物体的惯量i可以表示为：i = kin（ki为涡量溢出体外的基本粒子数占的比例），则物体的外部质量m可表示为：
m = i mc = kiM (2.5)
这个质量又称作惯性质量。绝对质量与外部质量的差值(1-ki)M称作物体的内禀质量。根据质量测量原理，我们测到的物体质量是物体的外部质量即惯性质量。幸运的是，现在我们已经感觉到惯性质量不是我们物体质量的全部，进而提出暗物质的概念。显然，暗物质就是指物体的内禀质量。
我们知道，原子核的质量总是小于其质子和中子单独的质量之和，即产生质量亏损。这是因为质子和中子聚成原子核时，原子核的惯量小于质子和中子单独的惯量之和。
需要说明的是，物体的自旋会改变它的惯量，自旋角速度越大，物体的惯量就越小，物体的惯性质量就越小，物体间的作用力就减小。这就是同步卫星一旦发生转动就会远离地球的原因。
4. 物体的内能
根据牛顿力学，两个cn粒子凝聚成cn2粒子属完全非弹性碰撞，因此部分线运动动能转化为转动面与ωc相垂直的转动动能。转动动能就是我们通常讲的内能。
基本粒子的内能和动能是相等的(能量均分)，即各占50%。显然凝聚成的cn2粒子，内能所占比例增大了，动能所占比例减小了。以此类推，越大的物体内能比重越大，动能比重越小。从后续章节可以了解到，这个能量的转化是与物体内空间密度增大相对应的，转化能量的多少是与物体内空间密度变化量相对应的，这就是物体的能量转化定律。
物体 质量空间 能量图2.11 物质的存在形式与能量分布5. 质量与能量和空间密度的关系
从能量的角度看，惯性质量与物体的动能相对应，内禀质量与物体的内能相对应。
从空间密度的角度看，惯性质量与物体的体外空间密度相对应，内禀质量与物体的体内空间密度相对应。
物质能量、物体质量和空间能量关系如图2.11所示。
第四节 物体间的作用
1. 物体的惯性
任何物体的场都是无限大的，一个物体的场总是与周围物体的场叠加在一起。因此一个物体总会与周围的每一个物体构成或多或少的共同场环。物体的这种性质称作物体的惯性。
A物体与B物体形成共同场环的数量，称作A对B的惯量，用i表示，i是个矢量（A对B的惯量i的方向在A和B连线上指向B），那么A物体的惯量i 可以表示为：
i = ∑i i （2.6）
其中 i = 1，2，3 …… n，
i i表示A物体对第i个物体的惯量
在一定区域内，如果A物体对B物体的惯量i B远远大于对其它所有物体惯量的标量和，则A物体的惯量i 可以简写为：i = i B
这时，将B物体称作A物体的惯性参照系。显然地面物体都可以以地球为惯性参照系。
在空中，以光速运动和高速自旋的光子，外界对其表现出各向同性，即惯量之和为零。因此空中的光子表现出零惯性，当然光子也就没有惯性质量。这就是我们常说的光子没有（静止）质量。但在物体内部，空间密度远高于空中，光子是有惯性的，因此光子与物体内部的粒子是具有相互作用的，这时光子是有质量的。
2. 物体间的作用
设两个物体的绝对质量分别为M1、M2，两个物体的惯量i 1、i 2可表示为：
i 1 =ki M1/mc ， i 2 = ki M2/mc
其中ki为M1、M2场线溢出体外的基本粒子数占整个物体中基本粒子的百分比。
设两物体间距为r，不难求证M1在r处的场线密度与r的平方成反比（参见下章第一节），因此M1在r处的场线密度nr可表示为：
nr=i 1/r2
显然在r处两物体形成的共同场环数n12与M2的惯量成正比，于是有：
n12 = krnr i 2= kri 1i 2/r2
kr为共同场环系数
根据流体理论，设每个场环对两物体产生的相向应力为f0，则两物体间作用力F为：
F= f0 n12= f0 kri 1i 2/r2
将i 1 ，i 2代入上式得：
F = (f0 kr /mc2) ki M1 ki M2/r2 （2.7）
这就是物体作用力公式。同理，根据流体理论可求得异性相斥的作用公式同上。
将M1的惯性质量m1= ki M1和M2的惯性质量m2= ki M2代入上式得：
F = (f0 kr /mc2) m1 m2/r2 （2.8）
这就是万有引力公式。上式中f0、kr、mc均为常数，(f0 kr /mc2)就是万有引力常数G。
物体间的作用：场同性相斥、场异性相吸；作用力的大小与它们的质量成正比，与间距的平方成反比；一切物体间的作用都是通过空间（爽子）传递的。这就是物体作用定律。
3. 物体作用力分类
物体间的作用力一般可分为：光子力、粒子力、粒间力、万有引力（一般物体间的作用力）和超引力（超粒子体的引力）等五大类作用力。
3.1 光子力
光子内部基本粒子间的作用力称作光子力。由于光子中所有基本粒子共同串联成一组涡管，因此光子力Fγ公式简化为：
Fγ = (f0 /mc2) m1m2/r2 (2.9)
上式中的质量均为绝对质量。光子力是最强的物体作用力。
3.2 粒子力
电子、质子等粒子的内部光子间的作用力统称粒子力。它们的共同特点是通过场环将各单元（光子）连在一起，单元间总形成部分的闭合场环。因此粒子力Fg公式可表示为：
Fg = (f0 kg /mc2) m1m2/r2 (2.10)
其中kg为共同场环基本粒子所占的百分比
上式中的质量均为绝对质量。粒子力是仅次于光子力的强力。
3.3 粒间力
原子核内质子间（核力）、中子的质子与电子间（中子力），以及分子内的原子核间（化学键）、原子核与电子间（库伦力）等四种作用力统称为粒间力。它们的共同特点是都为极化场。对于粒间力Fi由（2.7）式简化为：
Fi = (f0 kr /mc2) m1m2/r2 (2.11)
上式中的质量均为绝对质量，粒间力远大于万有引力。四种粒间力的力质比从大到小依次为：中子力、核力、化学键、库伦力。
万有引力在此就不再累述。超引力类同原子核对外作用力，但超引力是超粒子凝聚体的对外引力，最为典型的就是黑洞，其引力极为强大。
4. 惯性体分类
4.1按物体外场的状态分类
按物体外场的状态分类，外场可分为：惯性系和非惯性系。
惯性系是指物体的外场在物体周围分布保持恒定的状态，这是牛顿定律的适用范围；
非惯性系是指物体的外场处于不断变化的状态。牛顿定律不适用非惯性系。
4.2 按物体与外界的作用分类
按物体与外界的作用分类，物体可分为：零惯性体、对称惯性体、球对称惯性体和不对称惯性体（又称极性体）。
零惯性体是指外界对物体具有均匀各向同性，物体在参照系中的惯量为零或可以忽略不计的物体。如地表空中的光子、气体分子。
对称惯性体是指惯性在固定方向上对称分布的物体。自由电子以及一般原子构成的物体中的原子就属对称惯性体。
球对称惯性体是指惯性具有各向同性分布的物体中的粒子。流体中的分子及一般物体都属球对称惯性体。
不对称惯性体是指惯性既非对称分布，又非各向同性，而是极性有一定几何分布的物体中的粒子。如各种分子（不同原子组成）构成的固体，晶体中的粒子就是较为典型的不对称惯性体。
4第三章 空 间编辑
第一节 空间与场
空间和场是对物体周围空间不同状态特性的表述方式。空间是对物体周围空间的静态特性的表述；场是对物体周围空间的动态特性的表述，它反映了物体与空间的作用关系。
1. 空间的静止属性
空间是爽子的无间隙的集合体，是连续介质。空间是无粘性的、弹性的和离散的流体介质。我们通常所说的空间是指一般物体的外场。在物体的外场中，爽子的涡运动具有各向同性，因此我们可以将空间视为静止状态，这就是空间的静止属性。
2. 空间密度分布
场的涡运动强度反映在空间上就是空间能量密度，简称空间密度。为便于分析计算，不失一般性，建立一般物体体外场线模型如图3.1所示，场线为由一列爽子构成的涡管，爽子可以视作一个面元。显然rs和r是正比关系，即rs=k1r（k1为比例系数）；设物体的质量为m，不失一般性，令每个基本粒子产生一条涡管，则溢出体表的涡管数为：n = k2m/mc（k2为溢出体表涡管的比例系数），因此r位置的空间密度ρr可表示为：
ρr = n e0/(πrs2)
将rs= k1r，n = k2m/mc代入上式，得
ρr = kr m/r2 （3.1）
其中kr = k2 e0/(πk12mc)为常数
从上式可以看出，物体周围的空间密度与物体的质量成正比，与到物体的距离的平方成反比。这就是空间密度分布定律。
3. 真空
量子场论认为，量子场是物质存在的基本形式，量子场的激发和退激即代表粒子的产生或消失。因此，系统相对论中的空间就是量子场论中的量子场，量子场的激发和退激是与爽子的跃变和基本粒子的湮灭相对应的。
我们通常讲的真空是指不含任何原子的空间，称作原子真空，制造这样的真空当前技术是可以接近甚至达到的。光子真空是指不含任何光子（包括基本粒子）的空间，人类是无法制造出这样的真空的，因为容纳光子真空的装置本身就是由物体构成的，物体是不断辐射光子的。光子真空才是纯净的空间。
当今的科学实践已经证明，真空是具有能量的，这就是本文中的流体态物质即以太（但以太不是所谓光波的介质）。由于流体态的物质充满整个空间，因此本文用空间来表述流体态的物质。
4. 奇点问题
在我们的流体理论和广义相对论论中都存在奇点问题。但在我们的宇宙中是不存在奇点问题的，因为我们的宇宙是量子化的。爽子虽然具有很大的弹性，但流体态的爽子具有压缩的极限，当在空间漩涡应力的作用下，达到这个极限时就跃变为刚体式的涡环，而保持体积恒定。因此在我们的理论研究中都不必考虑奇点问题。
第二节 压力与温度
压力和温度是对物体环境的不同角度的表述，二者是相互依存和严格对应的一对物理量。温度是指物体内的光子浓度，压力是指物体受到空间涡运动的应力。
1. 压力
根据涡运动理论，爽子的涡运动会在流体中产生应力，涡运动越强，空间密度越大，空间内部应力越大，作用到物体上的压力就越大，这就是空间对物体的压力Ps，又叫绝对压力。根据流体理论，空间压力与空间密度是成正比的。因此空间对物体的压力Ps可表示为：
Ps=kρρs （kρ为压力系数） （3.2）
2. 绝对温度T和相对压力P
空间涡运动能够产生基本粒子时的压力就是绝对温度T（简称温度，下同）的零度。这时的压力记为Pc，Ps与Pc的差值称作相对压力P，即P = Ps- Pc。根据空间密度分布公式，温度T和相对压力P是成正比的，设kp为温度系数，则有：
T = kpP = kp(Ps- Pc) （3.3）
上式成立的条件是：Pc≤Ps≤Pa（Pa为基本粒子的湮灭压力）。当Ps>Pa或Ps≤Pc时，T=0
将（3.2）式代入上式，得：
T = kpkρ(ρs-ρc) = k1ρs- k （3.4）
其中k1 = kpkρ为常数；k = kpkρρc为常数。当然上式成立的条件是：k1ρs≥ k。
从上式可以看出，温度与空间密度是正相关的线性关系。
天体的内部温度高就是因为内部空间密度大、压力高所决定的。
3. 温度与压力关系
根据公式（3.3）得出温度随压力变化曲线如图3.2 空间基态空间收缩态空间释放态PcPaPS0TmT 图3.2 温度与压力关系曲线所示。
当0≤Ps<Pc时，T=0。这时空间处于基态。视界以外空间都处于该状态，这就是光子真空。
当Ps=Pc时，T=0。这是爽子跃变为基本粒子的临界压力。
当Pc<Ps<Pa时， T = kp(Ps- Pc) 。空间处于收缩状态，物体呈现生长状态。即空间不断转化为物体（粒子）。
当Ps = Pa时，T= kp(Pa- Pc)达到最大值Tm。这时基本粒子趋于静止状态，这是基本粒子湮灭为爽子的临界压力。
当Ps>Pa时，T=0。基本粒子湮灭为爽子，空间急剧释放，这就是黑洞大爆炸。
4. 物体的热辐射与能量交换
任何温度的物体都发出一定的热辐射，只不过在低温下辐射不强，且其中包含的主要是红外线。我们通常认为物体的温度平衡源于物体吸收和发射的平衡，然而事实并不是这样。系统相对论认为物体的温度平衡，源于物体空间转化（物体中原子将爽子制造成光子）的能力和热吸收之和，与热辐射的平衡。
因此一般情况下，物体不包括反射的热辐射能力大于热吸收能力。这就是物体热辐射定律。
物体与外界的光子交换称作物体的能量交换。外界对物体的辐射热量q包括物体吸收的热量qa和反射的热量qr，即q=qa+qr。设物体将空间转化的热量为Qp，物体向外辐射（包括反射）的热量为Qr,物体的热量变化量为ΔQ，则有：
ΔQ=Qp+q - Qr （3.5）
当物体与外界温度相等时，ΔQ=0，即Qr=Qp+q；
当外界温度较低时，即q下降，ΔQ=Qp+q-Qr<0，物体损失热量，温度下降；
当外界温度较高时，即q升高，ΔQ=Qp+q-Qr>0，物体增加热量，温度上升。
5. 温度与物体的状态
对于温度与物体的状态关系，我们从固体受热变为液体和气态的过程来分析和描述。
根据公式（3.4），当物体受热温度升高时，物体内的空间密度增大，光子浓度增大，更多的光子环绕原子核和电子运行，使分子体外极化场进一步发散和减弱，分子间作用减弱，物体的体积出现膨胀；另一方面，物体内光子浓度的升高，使物体辐射的光子数增加，而感觉到物体的热辐射增强。
当温度升高到一定程度，物体内分子的体外场变成各向同性的场，分子成为球对称惯性体，分子间的极化作用被各向同性的作用所取代，物体变成了液态。
温度继续升高，物体由液态变为气态时，分子的体外场变的非常微弱，分子成为零惯性体。
第三节 时间与速度
时间和速度是对物体与空间作用关系从不同角度的表述，时间是物体与空间作用关系在空间上表现出来的时间属性；速度是对物体与空间作用关系在参照系中表现出来的物体运动属性。
1. 时间
从第二章我们知道，基本粒子的角速度ωc、线速度vc和体积Vc均为恒定值。根据涡运动理论，基本粒子涡环单位时间吞吐爽子的数量nc1是恒定的，对应线速度vc就是单位时间穿越的爽子数nc2（nc1=ktnc2，kt为单列爽子涡管的条数）是恒定的。则穿越一个爽子的时间ts可表示为：
ts= 1/nc2 =kt /nc1 =常数 (3.6)
从上式可以看出，对于基本粒子的运动，在空间上表现为爽子具有一份时间ts的属性，这就是爽子的时间守恒。因此空间具有时间属性，空间又称作时空。
ts称作爽子的绝对时间（单位：s），单位距离所含的时间称作空间的相对时间t（单位：s/m），简称时间（下同）。设爽子直径为2r，则单位长度的时间t可表示为：
t = ts/(2r) =0.8060ρs 1/3 ts （3.7）
即 t /ρs 1/3 = 0.8060 ts =常数
这就是时间方程。从上式可以看出，时间与空间密度的三分之一次方成正比，即时间随空间密度变化而变化。这就是时间定律。地球表面空间密度下的时间称作地表时间te (e是earth的首字母)，地表空间密度相对恒定，即爽子半径为常数，故将其单位简化为s。因此，时间是有密度的，时间隧道是不存在的。
2. 速度
如上所述，vc称作基本粒子的绝对速度（单位：s-1）。根据牛顿力学动量定理，两个cn粒子的凝聚是完全非弹性碰撞，因此凝聚后的cn2粒子的线速度仍为vc。以此类推，物体的绝对速度均为vc。与爽子的时间守恒相对应，物体的绝对速度是守恒的。
单位时间通过的距离称作物体的相对速度v（单位：m/s），简称速度（下同）。设爽子直径为2r，则物体穿越爽子的相对速度v可表示为：
v= 2r/ ts= 1.2407/( tsρs 1/3) (3.8)
即 v×ρs 1/3 = 1.2407/ ts =常数
这就是运动方程。从上式可以看出，速度与空间密度的三分之一次方成反比，即物体的速度随空间密度变化而变化。这就是运动定律。
需要说明的是，一个物体的速度所对应的空间密度是指物体中心的最大空间密度。
由于物体的场是随物体一起运动的，进入不同物体外场的光子，实际是处于不同的参照系中，只要场的空间密度相同，测的光速是一样的。当然，在不同空间密度下，光速是不同的，空间密度越大光速就越低，水中的空间密度较大，在水中的光速自然低一些。
3．速度变换方程
设不同空间密度ρ1和ρ2下，物体的速度分别为v1和v2，根据公式（3.8），则有：ρ11/3v1=ρ21/3v2
即 v1=(ρ2/ρ1)1/3v2 (3.9)
这就是速度变换方程。以地球为例，设地心空间密度为ρ心，对应的速度就是地球公转的速度v地；地表空间密度为ρ表，对应的速度就是地表光速c。根据速度变换方程可知：v地=(ρ表/ρ心) 1/3 c 。
地球环绕太阳的速度远低于光速，就是因为地球核心的空间密度远高于地表所致。显然，对于光子速度对应的地表空间密度是便于观测的，但天体运行速度对应的空间密度在其核心上，是难以测量的。
对“电磁规律不满足伽利略相对性原理”的光速实验的方法，是测不出光速的不同的。但在地球的迎光面（空间密度略高）和背光面（空间密度略低）分别测量，如果测量精度足够的话，测出的光速是不相同的，即迎光面的光速低于背光面。
需要说明的是，频率不同的光子速度是有差异的。
4．时间变换方程
设在不同空间密度ρ1、ρ2下观察，同一个事件过程的时间分别为t1、t2，根据公式（3.7），则有：
t1 /ρ1 1/3 = t2 /ρ2 1/3 =常数
于是 t1 =(ρ1/ρ2) 1/3t2 (3.10)
这就是时间变换方程。其物理意义是：对于同一个事件，在不同空间密度下观察，时间是不同的，这就是广义相对论中的时钟佯谬。但因果关系颠倒在我们的宇宙中是不会发生的。微观领域的空间密度要远远大于我们地面的空间密度，因此我们看到的微观领域事件一般都非常短暂，这是由观察系引起的错觉。
5．行星运行轨道
行星运行轨道除了牛顿力学能够给出解释外，也可以从空间密度的角度给出解释：以月亮绕地球轨道为例，由于月亮外侧（远离地球侧）的地球空间密度ρ外，小于内侧（靠近地球侧）的地球空间密度ρ内，设月亮外侧的速度为v外，内测的速度为v内。根据速度变换方程有：v外 =(ρ内/ρ外) 1/3v内，显然v外 > v内。因此，月亮围绕地球做圆周运动。
当然我们还可以从其他角度给出解释，因此牛顿力学只是解释宏观现象的工具之一。
5第四章 演 化编辑
我们通常将结构的自动重构与生长视为生物的特性，实际上我们的物体世界也具有这两个特性。也正是因为具有了这两个特性，才形成了宇宙的演化过程。结构的自动重构与生长本质是适应环境。
第一节 环境
我们知道地球环境是人类赖以生存的基础。同样空间是物体存在的基础，同时空间的状态又是由物体所决定的，因此空间和物体是互为条件的关系。对于一个物体，它的环境就是压力和温度，但本质是空间的压力。
1. 环境曲线
Pt图4.1 星系环境曲线 Pa对于一个星系的演化来讲，其环境具有单向性和突变性。黑洞的大爆炸反映的是环境的突变性，即星系物质从最高的压力Pa状态突变到最低的压力状态；黑洞爆炸后到再次爆炸前的演化过程，反映的是环境的单向性，即星系物质从最低压力状态逐步到最高压力状态。
对于星系来讲，其环境的时间曲线是锯齿线，如图4.1所示。图中P为星系中心的最大压力，即黑洞的核内压力。
2. 环境压力与物体质量的关系
设某个天体的核内最大压力为P，则天体质量M可表示为：
M ∝ P (4.1)
根据（3.3）式，得：
M ∝ T (4.2)
从上式可以看出，物体的质量与其核内最高压力或温度正相关，即天体质量M越大，核内压力或温度就越高，这就是天体的质压关系，又叫天体的质温关系。
第二节 物体结构的自动重构
1. 自动重构的概念
在环境相对稳定的情况下，突变的物体对环境重新适应的过程称作物体结构的自动重构。在微观领域，面体粒子的折叠（见本章第三节）、原子核衰变以及实验室产生新粒子（暂态粒子）寿命短暂都是结构自动重构的结果。在宏观环境中也普遍存在结构的自动重构：地面积雪的融化、山体滑坡等等。
当然，最为波澜壮阔的结构自动重构就是黑洞的大爆炸—星系结构的自动重构。
2. 结构稳定性
结构的自动重构就是使物体处于更稳定的状态。物体的结构稳定性并不是内部作用力越强越稳定，两个物体或粒子结合的稳定性，是取决于它们的相互作用力与物体质量之比即力质比。力质比越大，结合越稳定。证明从略。
这也就是我们轰击原子核时，飞出的粒子是中子或质子，而不是电子的原因。
3. 生命周期
4. 天体的物态分布定律
第三节 物体的生长与超物体
随着环境的缓慢变化，粒子或物体不断聚集变大的过程称作生长。
1. 光子
爽子在一定压力下生成基本粒子。生成基本粒子的环境条件就是：绝对压力达到Pc。从黑体辐射理论知道，原子具备这种条件，原子的表面能够生长基本粒子。
随着温度和压力的升高，物体内的原子表面生长各种长度的光子。当温度压力升高到一定程度，可见光子产生，包括太阳在内所有恒星的表面和地球的内部能够提供这样的环境，这也正是恒星发光原理。当然，能够辐射可见光的环境可以人工建立，比如：钨丝发光原理。
需要强调的是，太阳内核的氢不是合成较大原子核的原料，而是较大原子核分裂的产物。因此，太阳内部不是核聚变而是核裂变；太阳的质量是在不断增大而不是减少，正是这个原因导致它向红巨星演变。
2.电子和质子
3. 原子和分子
原子是若干电子围绕一个原子核运动的集合体。在原子中，原子核和电子形成许多共同的涡环，这些涡环将它们连接在一起。在涡环的应力作用下，使电子围绕原子核运动。当然，原子和分子总是有些涡管溢出体外，这使得原子和分子能够聚成一般物体。
4. 一般物体
原子或分子的聚集体就是一般物体。实际上，随着物体质量的增加，物体是在不断加速生长的，直至直接或间接演变为黑洞，达到黑洞爆炸前的急速生长。
5. 超粒子
随着普通天体质量的增加，天体核心的温度压力不断升高，固态变为液态分子、粒子，并发出可见光，演化为一个恒星。
恒星演化到后期，内部温度压力达到一定值时，产生稳态的巨型质子，称作超粒子。当超粒子浓度达到一定程度，导致超粒子凝聚的核聚变爆炸。恒星演变为一颗红巨星。
6. 黑洞
空 间天体内部液化基本粒子光子电子质子原子、分子一般固体超物体产生黑洞形成图4.4 物体演化过程及与空间的转化超粒子产生黑洞内核液化红巨星的出现，标志由超粒子构成的超粒子核的诞生，这个超粒子核称作超物体。新星的频繁爆炸是超物体的生长过程造成的。随着天体内核超物体的不断生长，强大的引力导致天体不断塌缩，表面生成的光子能量不断增高，并更多的被吸进核内，逐步演化为白矮星、中子星，最终演变为原子核结构的超物体，称作黑洞。
7. 黑洞大爆炸
8. 物体演化及物质转化
第四节 宇宙模型
1． 星系的核
2．星系的收缩
2.1 星系收缩原理
2.2 天体的相互远离
3． 宇宙的边界
4. 宇宙模型
宇宙不存在奇点和整个宇宙的大爆炸。从爽子到基本粒子是空间转化为物体（粒子），黑洞大爆炸就是物体转化为空间，每个星系都是进行着这样的循环过程。宇宙始终处于各个星系的此起彼伏的空间与物体的转化过程之中。整个宇宙不存在整体的大爆炸，这是由宇宙几乎无限的能量规模所决定的。宇宙是一个正向系统。
6第五章 物理理论简析编辑
第一节 经典物理学
1.牛顿力学
牛顿力学适用于惯性参照系。惯性参照系本质是一个相对恒定的场，如地球表面是地球的相对恒定的场，因此研究地面物体的运动我们都以地球为参照系。
1.1 惯性与力
1.2 机械波
2. 热学
热学的研究对象是零惯性体构成的气体分子（原子）系统。
3. 电磁学
电磁学的研究对象是自由态（无自旋）的电子。束缚态电子的参照系是原子核，自由态电子的参照系是整个导体。
3.1 电荷
3.2电场
3.2.1 原电池的电场
3.2.2 交流发电机的电场
3.3 磁场
4. 光学
光学是光的波动理论。下面主要就光的波动现象作出粒子解释。
4.1 光的折射现象
4.2 光的衍射现象
通过单缝的光子出现了干涉现象！这是与波的特性相违背的。
4.3 光的干涉现象
4.4 电磁波
4.5 光的偏振和旋光现象
第二节 现代物理学
1. 广义相对论
2. 量子场论
2.1 粒子的波动性
2.2 氢原子光谱
2.3 宇称不守恒
第三节 物理概念简析
1. 概念的适用范围
2. 物理量的守恒
3. 基本概念与衍生概念的关系
4. 系统相对论与各学科的关系
4.1 数学
4.2 生物学
4.3 哲学
4.4 和谐与科学发展观
狭义的和谐是指人（或团体）与人（或团体）通过相互包容和彼此认同实现共同发展。广义的和谐还包括人类与自然的和谐发展，即科学发展观。科学发展观就是人要与自然相协调而不是相背离的发展。
与物体演化的基本规律相一致，和谐就是人与自然环境和社会环境的相适应、相协调，而不是相背离、相对抗，和谐的本质就是共赢而不是俱伤。和谐不但贯穿于中华五千年的文明之中，也必将成为我们民族伟大复兴的法宝。
在危机四伏的当今，和谐能够拯救危机，21世纪是中国的世纪。
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