金日光教授答有了微夸克自然界的四种作用力理论就可以统一了！

本报本网记者成煜民和总编金日光教授之间访谈录

 

此时：

  ，即

由此可以看出所有四种作用力都离不开正负电荷之间的作用力，就是说四种作用力都以电荷作用力作为统一的力场！这就是“明物质”世界四种作用力的统一场论的实质。至于“暗物质”世界，是在既无电荷，又无磁荷的条件下，主要靠万有引力及动能和旋能的平衡来构成“暗物质”世界，这就是“暗物质”世界的统一场论。但“暗物质”一旦获得电荷及磁荷时就能变成“明物质”，那就要遵守上述四种作用力的统一场论规律。

成记者：金总编您好！您在本报本网里已多次用中英文来详细论述了为什么微夸克是“上帝粒子”的根本原因。对此世界各国从事核物理学和高能粒子物理学研究的华人、华侨及国内博客们非常关注，甚至非华人科学界的学者们也很重视微夸克理论，希望有其中对照的访谈录。他们都认为各种微观粒子，包括所有介子和重子在内的各种粒子，确实应该有某种统一的“最小结构单元”。但是他们集中提出这样的一个问题：您说的“微夸克”是否是各种粒子真正的最小结构单元应该是，除了您已论证的粒子质量和微夸克质量之间定量关系之外，更重要的是还要看能否借助于“微夸克”来推出四种作用力所体现的下列能量间定量关系：
强作用能E强：电磁能E电磁：弱作用能E弱作用：万有引力能E万有引力
 

如果您能用某种作用能及微夸克来统一上述作用能相对关系的来源，那么您说的微夸克作为“上帝粒子”的说法就可以成立。否则只是质量上的“统一”不能说已有了四种作用力的统一场论了。

金总编：从成记者对华人科技界和非华人科技界的反映来看，这些学者们是非常了不起的，因为他们确实能从根本上去看问题的实质。当然也有个别的学者是想给我难题，阻止我在这方面的研究，好在这些情况早有预料，有所准备，所以我首先感谢他们提问题。可以这样说只有引进了微夸克概念，才有可能建立上述四种作用力的统一场论。据我所知目前还没有四种作用力的统一场论，但是现在有局部的统一场论，如“弱——电统一场论”，“三种力统一场论”，“量子统一场论”等等。那么为什么还没有四种作用力的统一场论呢？其中最重要的原因，就是因为人们把强作用力和弱作用力的实质完全神秘化了，认为还存在着目前人类尚未不知道的某种作用力，使核子、原子核的牢固程度远远超过电磁能的100倍以上，而在弱作用力方面却提出了比质子大80-90倍质量的 粒子作为弱作用力的媒介，实际上也神秘化了。其实在自然界不用靠这种神秘力量，而用正负电荷间不同距离上的作用，完全有可能达到上述强作用力和弱作用力的水平！关键是如同爱因斯坦所说的那样要从另一个角度来看问题！
成记者：您说在自然界没有神秘化的强弱作用力，您的意思是就靠现有的作用力方式也能达到那种作用力的水平。不过我和所有华人华侨及国内科技界人士都不能完全理解您说的这些话。您能否对您上述看法作个进一步的解释？#page#
  金总编：要说明这一点需要了解高能粒子物理实验里轻子对质子的轰击实验的结果。比如高能电子，μ子对核子深度非弹性散射时，发现下列现象：
1、 发现核子内有很多个带电荷的微粒子，通俗地说核子内有种种非常类似于石榴粒那样的颗粒聚集体。在这里要让我们特别关注的是在核子（如质子、中子）内部有许许多多正负电荷（不是指正负电子！）；这是最关键的客观事实！
2、 发现上述带电的微粒子，都具有相当独立的结构性，每一个微粒子都有正反不同的自旋量子数1/2，即是费米子。
3、 发现在上述微粒子中也有一些粒子是自旋为1的玻色子。
由上述实验结果，给我们提供了一个非常重要的概念：
1、 在核子里的正负电荷体互相可以相当挨着，互相依靠电性吸引，但是绝不湮灭！
2、 在核子里所有的微粒子应是具有带电的最小结构单元——微夸克，其大小在多数情形下 。其 质量相当接近纯电子质量 。
 

  

  

 也就是当e+和e-达到2 时也可以湮灭为2个γ光子（hVk ）

图1  正负电子湮灭过程

在许多教科书中把 称为电磁能，但是为什么叫电磁能很少指明。只有通过上述过程才知道 来自于电场作用 和磁场作用 ，即 是通过电和磁共存为前提的。这就为什么把 说成电磁能的根本原因。这就是电——磁作用力的统一场论，后来发现常见的电子（e- ）电场和磁场遵循马克思威尔方程的规律，更加统一地反映了电磁场的统一性。有电荷流动就有磁场，有磁场的变化就有电流的变化。
成记者：您说到这里给我一个很大的启发：既然在质子半径（rp
=0.8*10-15 ）远比电子有效半径（re ）少的多的条件下，质子竟能容纳正电荷，这说明正负电荷可以负载于适当质量大小的粒子上，如您说的 的微夸克上，而不致于使正负电荷体互相湮灭成光子！
金总编：看来成记者要比那些原子核物理学和高能粒子物理学方面专业的人员高明的多。因为许多科学家如今还在想既然正负电子靠近就湮灭，在核子里还能使正负电荷共存？认为不可能！其实只要前述的微夸克质量达到一定程度时不会发生湮灭的！
比如本报本网在上次的有关“微夸克”应当是“上帝粒子”的那个访谈录中，已论证过绝大多数高能态粒子及核子的微夸克质量为68 ，其半径（rq ）为
 

=0.418×10-15m，
在这种情况下两个正负微夸克可以相当靠近，具有下列示意结构

 

图2  正负电荷微夸克无法湮灭示意图

在这种情况下尽管两个电荷间距离靠近了，且电荷间作用能大大提高，但是正负电荷之间不再湮灭了！
 
由此可以看出由68 组成的一对微夸克间电荷吸引作用能远比电磁能高7倍。
成记者：但您这样说上述作用能比值还不到前面说的E强作用力/E电磁作用力=102，还差的很远，如何使质子内强作用能比电磁能高102呢？
金总编：成记者问得很好。其实这是很容易做到的。比如说我们已经知道 有8个68 微夸克，就有4对 ，这样就使 粒子的作用能一下子提高到4×7=28倍；成记者是硕士，想必学过结晶学，应知道这种结构非常类似于正负离子晶体结构，在这种情况下，除了上述4对作用之外，还由于微夸克之间空间上的各种作用方式，使电荷间作用能进一步提高。比如可用结晶学理论中马德龙系数1.75×28=49，可见 粒子中的作用力就相当大了；但是已经说过质子中有3×3×3=27个68 的微夸克。这样就有13.5对 ，所以对质子而言电荷之间作用能E电荷作用能/E电磁能=13.5×7×1.75=166。由此可以看出微夸克间电荷作用能比E电磁能大166，也就是达到了前面E强作用能/E电磁能=102的水平。这就是说通过质子内微夸克间电荷作用，是能够体现强作用力的，从这个意义上根本用不着去考虑什么其他神秘的强作用力了。当然这并不等于说外界只要用比电磁能大100倍的能量就能破碎质子，实际上只少500GeV的强子对撞机才有可能破碎质子，变成e+，e-，μ+，μ-等轻子。
成记者：金总编，我又不能理解为什么要用如此大功率的对撞机才能破碎质子？
金总编：成记者问的问题到家了。这里就很容易引起核子内还是有“神秘力”的问题。成记者提的这个问题需要用一大串理论推导才能说清楚。比如在一个质子中由27个微夸克，通过正负电荷的多种方向来相互作用，这样每一个微夸克周围就有若干个反电荷的微夸克作用，这就必然使整个质子内部的包团力量变得非常大了。那么在这里最关键的是，每一个微夸克周围能有多少个有效的反微夸克数目？（见示意图）

 

图3  在质子中某一微夸克与周围反微夸克作用方式示意图

如当在核子中正负电荷微夸克数量足够多时，用级数展开法很容易推导出某一种电荷微夸克与周围反微夸克相互作用的“有效的成对数”，为此现选取任意的q+或q-粒子作为中心时，从作用方式有：

 

 #page#
其中K11，K21，K22……均为作用机会的常数，实际上相同，可取简单的1,2,3,4…等，即K11=K21=K22……=Kij=Kk
这样成对的方式数目Y实际上是上述作用方式的总和：
   
当（q+—q-）作为单位“浓度”时Kij是作用方向数，即相当于虚拟的配位数（X）。故此时，在核子内任一个微夸克与周围反电荷的微夸克相互作用的电荷及微磁矩有效作用数目（Y）：
 

在这种情况下，
 上式中rp =0.418×10-15m
 
这样 电磁能比值与eX有密切关系（见表1）
 

表1 核子内部不同配位方式对ξ值与的影响

由上表可以看出X=3~4时已使ξ值足以达到102数量级，达到了平常所说的强作用力水平，但不能说外界能量只要高于102数量级就能打碎质子，这是因为质子内X至少6以上，如当X=8时核子内集团作用能可达到~500GeV强度。在这种情况下至少要用500GeV以上的高能强子对撞机才有可能勉强地打碎这些质子。但是在这里必须要说清楚的是，当两个不同方向的高速（接近光速）质子相互撞击时超过几万次碰撞，有那么一次有可能先形成类似希格斯粒子，（mH=132或138个质子质量），然后很快裂解成e+，e-，μ+，μ-等轻子。这就是为什么欧洲核子研究中心（CERN）的高能强子对撞机发现希格斯粒子的根本原因。
成记者：通过您的解释，使我确实感到核子内强作用力并不需要非用神秘的、人类尚未知的作用力不可，就像石榴一样的微夸克电荷作用方式，也能够达到ξ＞102的水平。通过这些考察，您已经说明了电磁作用力和强作用力之间的统一场理论了。那么弱作用力——电磁能之间是什么关系？
金总编：在原子核内常有β+，β-衰变的情形，这本来是过多质子或过多中子所造成的现象。在这一过程中原子核或核子内确实存在着弱相互作用力的问题。但是在原子核物理学和粒子物理学中引进了W,Z0粒子的弱作用力传递媒体，也就是在这个弱作用能里非得加进比质子质量大80~90倍的 粒子，使它起着传媒的作用。其实在一个原子核的β+，β-衰变中，根本用不着这种传弱力的媒体！
成记者：据我所知把这个加进 粒子的理论称之为“弱——电统一场论”。您这样一说不就是反了这个理论吗？
金总编：成记者最好不要说反了这个理论，应该说从不同角度看的不同的理论方法，当然不同理论必然涉及到对方理论里所存在的这样或者那样的问题。我想强调的是我们有了“微夸克”，就不用那么大质量的W粒子的媒介作用了，我们就直接可以说β+，β-衰变中必然有弱作用力了。
成记者：我很想知道您是如何不用 =80~90GeV粒子来说明弱——电统一场论的？
金总编：要说明这一点，这里就涉及到个别的微夸克是，除了自身的电荷之外，还有“性”别的问题。比如质子里共有27=3×3×3微夸克（68 ）。由于质子带正电荷，所以13对微夸克通过 电荷“中和”，还有一个不成对的正微夸克 来体现质子的正电性。我们可以把上述 作为质子的“性”微夸克。
成记者：照您这样说中子也应有中子的“性”微夸克？
金总编：看来成记者是非常聪明的人。核子世界也很像人类及一切动物一样，都有“性”别问题，如质子相当于人类的“男子”，而中子相当于人类的“女子”。所以在人类的细胞核的46个染色体中就有不同性别的染色体：
 

成记者：我从您对中子的“性”微夸克一下子想到中子为什么那么容易衰变的原因；即由中子的“性”微夸克造成的：比如
 

 您看我说的对不对？
 #page#
金总编：成记者说的很对，所以单独的中子半衰期， 只有800多秒。但是在原子核中中子还是相当稳定的。只有中子过量的时候就会使中子衰变成质子，致使原子核的序数增加一个，但是衰变的半衰期 就有的很长，几百万年，有的短到几十秒。
成记者：我从原子核物理学中看到单独质子P的衰变几乎不可能，其 可达1026年，那么这是什么原因？
 

  

  
  
成记者：说到这里，我们还是回到上述衰变过程中有弱作用力的问题。因为我从上述反应过程中看不到弱作用力的表现。
金总编：的确是从上述衰变反应中哪一点上表现弱作用力，一下子看不出来。这样我们就按部就班地思考简单的中子衰变过程。我们已经知道中子的衰变过程本质上是中子“性”微夸克 衰变过程：
第一步： ，其中 指不成熟的负电子，同中微子在一起。
第二步：由于中微子的质量接近于零，全部转化成中微子的动能，促使 离开 ，此时电荷间作用能越来越变小：
  
 

在这种情况下，按理说当正负电荷距离为 时，应发生双电荷的湮灭现象，但是由于正电荷是 实体，无法湮灭。不过 继续受中微子 的推动作用，以致打破电磁能的束缚，接着继续离开原子核区域，一直达到康普顿波长 的距离，使电子 不再“留念” 了，这样正负电荷的作用力大幅度下降。并在这种情况下 。于是以正式的负电子 “身份” 就可以进入核外的K,M,N,O轨道，或以β-射线形式放射到核外。
不难看到此时电荷间作用力由强变弱：
即由
但在中微子的推动下，电子继续离开q+，
进而变成：
由此可以看出在β-衰变中 就表现为弱作用力了。
通过这样的过程，我们确实看到弱——电统一场论。
  #page#
成记者：您这样来解释弱——电统一场论，要比在规范场理论里用W-粒子媒介体来说明就清楚多了。下面请您再解释一下电——万有引力统一场论。
金总编：直到目前还没有人提出电——万有引力统一场论。问题在于我们所讨论的体系必须是“明物质”体系，必须满足“三要”：也就是既要有质量的万有引力，还要有电荷磁荷的引力，再要这些有质量物质要有运动能力，也就是既能直线运动，又能自旋运动的现实物质。
人们常说万有引力是可以在无限远的距离里也起作用，所以宇宙的一切实体都是先靠这个引力聚集起来的。但是聚集之前的那些个体物质，如果没有运动能力，没有动能，没有运动的速度，那么也很难聚集起来。但是引力能和动力能有不同的性质；前者有助于使个体物质聚集起来，但是后者动力能有离散这个聚集体的相反趋势。所以这两者之间最佳状态就是吸引能和动力能达到平衡的时候，即：

  
但是这种平衡，并没有使这一物质能够真正团聚起来，很容易散摊子。所以在所有的“明物质”在其内部，还得需要正负电荷体之间强有力的吸引作用：
 
但从以上的讨论中，我们无法知道电磁能与万有引力之间有什么关系？所以我们要回到宇宙最初的情况：
我们根据宇宙最初有正电荷 和负电荷 及微量子 的基本概念，我们先设有以 距离相隔很远的正电荷 和负电荷 ，这些电荷作用于微量子 ，形成最小的荷电体，其质量大体接近电子的质量： 。
考虑下列作用过程：

  

但这里r（？）究竟多大呢？
在这种情况下r（？）自然可取 ，所以

  现在考虑一个我们所处的银河系，已知其直径为10万光年=105×1016m。也就是上述电荷体 在银河盘的最大距离为10万光年，即其距离为1021m。
 

由此可以看出这个比值是大家公认的。在这里又一次看到“明物质”世界，可以通过 与万有引力之间关系，得到电——万有引力统一场论。
成记者：我归纳了前面的讨论可得如下结论：
 

由此可得E强作用力：E电磁力：E弱作用力：E万有引力=1:10-2:10-5:10-38
但是四种作用力的统一场论如何来描述，我仍不清楚。
金总编：其实成记者都说出来了。只是没有突出统一场论而已。
简单归纳一下：
 

由此可见四种作用力的统一场论实际上都是以电磁力作为基准，而电荷间作用力及距离是决定四种作用力的根本因素：
 

 #page#
因此可以看出电荷间相互作用力是“明物质”世界，四种作用力统一场论的本质！
成记者：今天通过您的论述搞清楚了明物质的四种作用力的实质。最后再问一个问题。现在科技界谈“暗物质”问题很多，您对此如何看待？
金总编：首先肯定一下在宇宙肯定有“暗物质”。因为正电荷和负电荷可以附载于各种质量的粒子上，一旦有这种带电荷的物质，必然表现出电磁能 ，这样就会发生光明；但是在宇宙的某些物质没有电荷，而只有万有引力和动能及可自旋的物质，就无法显示光明，所以只能以暗黑的形式存在。在这里比较典型的“暗物质”之一就是大家熟悉的中微子。其运动能量很高，穿透力很强，人类每一天被中微子串通的不只几千次几万次，其传动方式与光子的电磁波运动方式有所不同，故其运动速度绝不亚于光速，也有可能超过光速，但不妨碍“明物质”世界的运动规律。
成记者：今天您谈了很多问题，还有一些问题想要问，但放在下一回访谈中。
谢谢今天金总编又提供了访谈的机会。