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能质关系本质表达式揭示宇宙奥秘

能质原理E = mc2被验证而成为核能的理论基础,但人们忽略了它的普遍意义,本文试图通过合理的推论展示该原理的普遍性,引导物理研究向更深领域迈进。去掉常数项c2,可得E = m,这是能质原理本质表达式,于是从爱因斯坦 “物体的质量是它所含的能量的量度”的论断,我们得到四个推论:第一个推论:能质同一,物质不灭。

第二个推论:等质等能,物物平等。

第三个推论:能质守恒,能质互补。

第四个推论:宇宙稳衡,此起彼伏。

黑洞的形成、中微子或为引力子、2.7K物质平均空间密度常数、能量空间密度常数,空间重力场。

十一项实验建议:理想封闭燃烧实验、不同物质激光靶实验、中微子实验。

感谢爱因斯坦,他的能质原理还在引导物理学前进,或许我们能够摆脱靠房地产发展经济的模式。

关键词:能质同一、能质等价、等质等能、能质互补、能质守恒、宇宙稳衡

正文1945年原子弹一声巨响,爱因斯坦的能质公式天下皆知。1946年7月1日出版的《时代周刊》的封面上,刊登了爱因斯坦的画像并在另半边的蘑菇云上印上了能质公式,标题是 “世界摧毁者爱因斯坦”(Consmoclast ·Einstein),能质原理冲击着旧观念,所以应该换成“物理世界的颠覆者”才对。1905年9月27日,爱因斯坦发表了他当年的第五篇论文《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》(Does the

Inertia of a Body Depend on Its

Energy

Content?,Ann. Der. Physik,18(1905)639。 )这是有关狭义相对论的第二篇论文,在分析了物体辐射光的过程后,他在结束语中写道:“如果有一物体以辐射形式放出能量L,那么它的质量就要减少L / V2 。至于物体失去的能量是否恰好变成辐射能,在这里显然是无关紧要的,于是我们被引到了这样一个更加普遍的结论上来:物体的质量是它所含能量的量度,如果改变了L,那么质量也就相应地改变L/9.1020。此处能量是用尔格来计量,质量是用克来计量。用那些所含能量是高度可变的物体(比如用镭盐)来验证这个理论,不是不可能成功的。如果这一理论同事实符合,那么在发射体和吸收体之间辐射在传递着惯性。”① 正是在本文中,爱因斯坦提出了能质原理和能质公式。1907年爱因斯坦在《相对性原理及其结论》的第五部分“关于体系的力学和热力学”中对此又作了进一步的论述,他说“按照我们的结果来看,对于孤立的物理体系,质量守恒定律只有在其能量保持不变的情况下才是正确的。这时这个质量守恒定律同能量原理具有同样的意义。”②

爱因斯坦作为历史上最伟大的科学家,相对论被看成是他的最大贡献,但细究起来,相对论中的几条基本原理前人都曾提出,如相对性原理、光速不变、等效原理,唯有能质转化原理是爱因斯坦的独立发现,所以可说能质原理所反映的能质同一思想是爱因斯坦对人类的最大贡献。能质公式以简洁、优美的形式向我们展现了能量的凝聚和释放过程是怎么回事,在整个物理学中,只有牛顿力学三定律公式 F= -F(以作用力为F,以反作用力为-F)可与之媲美。能质转化终被爱因斯坦所说的“所含能量是高度可变的物体”——铀和钚验证,人们的目光因此集中于在地表易于裂变的高密度放射性物质上,忽略了能质转化所具有的普遍意义(m没有专门指向)。爱因斯坦在1914年普鲁士科学院的就职讲话中指出:“理论家的方法在于应用那些作为基础的普遍假设或者‘原理’,从而导出结论。”③本文遵嘱以能质原理作基础,通过合理的推论以演绎方式展示该原理的伟大意义,使被忽略者得以彰显。首先说明,前人为推导能质公式已作了大量计算,使本文得以不再重复这些工作,另外,我的目标是展示宇宙的质,不究其数量关系,这虽使文章更像哲学论文,但它又与纯哲学论文不同,所讨论的完全是物理学范围的问题,只是引导这一讨论的哲学思维使我比他人看得更多更远。作为科学理论,第一需要逻辑证明,第二需要实验证明,人们把逻辑证明放在第一位,可见它的重要性,但实际生活中逻辑证明常被忽视,皆因人们只把它看作语言逻辑、形式逻辑或数理逻辑,而逻辑作为正确推理的方法,只是一种狭义用法。从广义上说,逻辑概指规律和法则,用于代指自然和社会运动发展的客观规律,逻辑证明正是从广义上、从内容上要求人们首先必须说明自己的理论是否符合自然法则、是否取法自然,所谓“道法自然”即是说主观必须反映客观,与客观相一致,需知前提正确才能保证推理正确。黑格尔《小逻辑》说:“正确地认识并掌握辩证法是极关重要的。辩证法是现实世界中一切运动、一切生命、一切事业的推动原则。同样,辩证法又是知识范围内一切真正科学认识的灵魂。” ④科学论文的作者要先说明自己的理论是否符合辩证认识,第二步才需介绍自己的实验根据和数学推理。牛顿认为哲学的任务就是把握自然逻辑,再以自然逻辑认识一切现象(包括一切自然科学和社会科学),爱因斯坦也在他第一篇相对论论文中把两条公理放在前面作为全篇的依据,他们的做法就叫逻辑证明,这种大家风范应成为我们学习的榜样,本文照章办理。我们无法深入到普朗克尺度和宇宙大范围时空,无法进入量子世界,也无法进入黑洞,生物尺度限制了我们,我们只能通过想象和思辨,用逻辑推理去构造科学,再通过观测和实验来证实。百年来,科学没有重大理论突破的原因在不能像爱因斯坦那样善于运用自然逻辑进行思想实验。

让我们回到能质公式,这个E = mc2可以使我们计算任何具体物质的能质转换量,在公式中,E代表能量,m代表质量; c2代表光速的平方。c2作为常数项表示转换的比例,如不需计算转换量省略它同样能得到 “质量守恒定律同能量原理具有同样的意义” 的结论,因此为了方便推理,我们暂先去掉常数项,得到E = m,这是能质原理本质表达式。事物是本质与现象的对应同一,量是外在的,本质是内在的,探求事物本质关系时,我们可以不考虑量的大小(在回到现象世界进行具体计算时还需用它),这样便于直接深入到本质。爱因斯坦探索统一场不成功,败于陷入大量的量的推导难于拔出。老子说:“玄之又玄,众妙之门” ⑤,注者以“玄”为云山雾罩,皆不得其意。玄者,黑也,为最深色,故以玄喻深。妙者,奥妙也,喻自然规律。规律、本质深藏于现象之中,故需由表及里。“玄之又玄”,即深入再深入,老子是说以表里之法才能打开“众妙之门”。爱因斯坦想找一个简单的公式把宇宙统一起来,如果采用这种从现象到本质的抽象简化法,就可实现他的目标。事物自身的联系是最本质的联系,作为能量世界(量子世界)的宇宙的自身关系不过是E的正反两面的关系,爱因斯坦完全可以从自己的能质公式推导出这一关系,得到最简单的、最高级别的物理定律,所以能否运用哲学思维关系重大。仔细研究E = m,从爱因斯坦 “物体的质量是它所含的能量的量度” (同①)的结论,我们首先得到的第一个推论或结论是:“能质同一”, 即能质可以相互转化。用最简单的话来说,本质式的含义是:由于光速不变,能量和质量是同一的,是同一个东西在不同条件下的不同表现。爱因斯坦在其《关于广义相对论的原理》中也说:“根据狭义相对论的结论,质量和能量是同一种东西” ⑥能量是获释的质量,质量是凝聚的能量。前者在核能上得到证明,后者在天文现象上得到佐证,黑洞是宇宙中唯一能吸收辐射的天体。有人反对相对论,但原子能的广泛利用已驳不倒;黑洞的存在虽有争议,越来越多的天文观测则肯定了它的存在。我们靠电磁波来传递信息,可黑洞没有光辐射,无法直接观测,物质只进不出,像无底洞,我们只能通过测量它对周围天体的作用和影响来间接推测它的存在,曰 “黑洞”,名符其实。黑洞为什么能吸收光辐射?人们都认为是引力的作用,此认识有误。宇宙中,黑洞引力最大,但引力只对有质量的物质起作用,(质量由引力产生),而光子无静止质量,对光源而言,它的方向永远向外。引力可以使时空弯曲,致光线偏折,但不会吸收光辐射,星系核周围的向外的强烈辐射就是证明。光辐射也是热辐射,它服从热力学定律。热力学第二定律说明:热传导具有方向性,热量会自发地从高温物体传给低温物体,使高温物体的温度降低,低温物体的温度升高,但相反方向不能自发地进行。不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化。如果我们把一个系统看成是一种空间状态,那么热力学第一定律——能量守恒定律就可以看成是空间定律,它说明能量和空间存在一定对应关系。银河系和太阳系都是能量释放系统,燃烧的恒星的生命历程就是不断向外辐射能量的过程,这个过程所遵循的正是热二定律,所以我们可以把热传导定律看成是时间定律。时间是空间的变化,能量减少对应关系破坏就要调整空间状态,产生天体的进动。量子力学的先驱们把世界看成是量子世界,看成是热辐射的世界,实际是把世界看成是能量时空,热力学两大定律因此成为最具普遍性的客观规律。用热二定律看黑洞现象,它对光辐射的吸收实际是低温物体在吸收高温物体释放的热能。在自然事物中,我们已找到两个“绝对”:绝对速度和绝对温度。绝对速度的载体是斥力量子——光量子,绝对温度或说绝对零度的载体就是黑洞(确切地说是引力量子),不然,你如何解释它对所有辐射的吸收?人们说银河系的中心有一个巨大的黑洞,由于它周围有百亿颗恒星,耀眼的光辐射使我们看不到星系核的情况,但能观察到它的引力作用。由于它并不吸收周围的辐射,说明它尚未演变为黑洞,引力的作用只在于将衰老的恒星集聚在一起。或许几十亿年后,燃烬的恒星核汇聚于此,来一个大爆炸,抛掉残余的能量,通过绝热膨胀的反作用力,它才会凝聚成纯质量的黑洞,并获得超低温的绝对零度。

热二定律的发现者开尔文和克劳修斯的“热寂说”提出之后颇引争议。事物本自有产生、发展、灭亡的过程,但人们非常害怕死亡,哪怕是亿万年后人类的灭亡,以致普里高津提出耗散结构理论来反对“热寂说”。他自认为找到了开放系统由无序状态转变为有序状态的途径(这里涉及从什么角度看有序和无序),以此来对抗经过无数验证的熵增加理论。还有人认为可以让时间倒流,用超光速使人类世界免于“热寂”,他们不但违背了光速不变律,也违背了热二定律。有人认为恩格斯反对热寂说,实际他也承认热寂的可能,只不过更看重热寂后的循环,他说:“放射到太空中去的热一定有可能通过某种途径(指明这一途径,将是以后自然科学的课题)转变为另一种运动形式,在这种运动形式中,它能够重新集结和活动起来。”⑦“只有指出了辐射到宇宙空间的热怎样变得可以重新利用,才能最终解决这个问题”⑧能质公式正好对恩格斯的话作了有力的补充,它把第一定律和第二定律完美地统一起来,告诉我们:物质不灭就是质量通过燃烧转变成热辐射,转变成能量,而热辐射在黑洞中被重新转变为质量,如此循环,宇宙永生。它也修正了宇宙热寂的说法,将之变为恒星热寂、星系热寂,使之更合理。虽然每个人都是要死亡的,人类也会灭亡,但是,我们不必害怕自然进程,因为生命还会被制造出来。

1931年,奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利预言了中微子的存在, 1956年中微子被发现。1946年,意大利物理学家布鲁诺·蓬泰科尔沃想出了根据粒子轨迹捕捉 “幽灵”中微子的方法:当中微子进入氯原子的原子核后,会产生可探测到的放射性氩粒子,这个方法得到运用。但迄今,中微子仍是基本粒子中被了解最少的,因为它不带电荷,不能与其他物质结合。它在向地球质心运动过程中进入某些元素的原子核(我们常常以为产生了一个更重的粒子),只是匆匆而过(中微子光速运动,所以新粒子寿命极短),但瞬间却破坏了能量守恒,促使该元素发生反应,我们捕捉的正是这种反应,而不是中微子本身(所有的仪器都无法承接或阻止它)。长期以来,人们认为中微子没有质量,而最近的研究表明中微子具有质量。有人说中微子仅有微小质量,但这点质量若赋予一个几乎不占用空间的粒子,它的密度就是无限大。中微子为什么具有穿透力?一曰小,二曰重;小可以利用一切间隙,重则无物堪比,又小又重谁可挡?许多天体都有陨坑,却看不到陨石,找陨石的人没有想到那是中微子的杰作。2004年12月12日兰州火流星坠地爆炸,许多人寻找遗骸不得,我曾致信媒体和有关方面,建议查找陨坑、陨洞并作放射性探测。这是因为彗核、星核作为引力中心是最重物质所居,只有中微子有这个资格,其外层是较重的放射性元素,爆炸是这些重元素裂变,不会有残骸留下,中微子则穿地而入,哪里去寻它,1908年6月30日发生的通古斯爆炸与此类同。⑨

最近,俄罗斯特罗伊茨新事物与热核研究所、俄罗斯罗蒙诺索夫国立莫斯科大学、丹麦(哥本哈根)国家地质科学博物馆的科学家们得出结论,通古斯爆炸的元凶是一颗彗星的彗核。⑩彗核为什么会爆炸,为什么没有留下残骸?如果包括彗星在内的各天体之核都是由中微子构成,就能回答这些问题。

引力子是物理学中一个传递引力的假想粒子,量子力学把引力场量子化,认为引力子必定存在,由引力子作为载体将能量传递到无限远处。爱因斯坦1918年、1936年两次论证引力波,指出任何物体周围都存在引力场,引力场存在于弯曲的时空里,引力场能量通过引力波传递,所以许多人认为引力场也是可以量子化的,但九十年来人们遍寻引力波不得,更遑论引力子。强引力天体都有强磁场,如果我们能够测定中微子有磁性,引力子就有了归宿。

一个相关的证据是太阳黑子的强磁场。太阳的光球层上,有一些旋涡状的气流,中间下凹,温度约为4500℃,因比光球层表面温度6000℃要低,呈暗黑色,称为太阳黑子。黑子区域磁场很强,美国天文学家海耳测得太阳黑子磁场强度约三、四千高斯(地球磁场不足1高斯),远高于光球磁场和普遍磁场,如太阳极区的磁场强度只有1-2高斯。测量天体磁场主要利用谱线的塞曼效应(Zeeman 效应)⑾,原子在磁场中的一些能级会产生分裂,使对应这些能级的谱线分裂成若干个具有不同偏振特性的分量。黑子实际是连接太阳内部的通道,内层物质在此被输送到表面,在高温作用下,原子分裂释放热能并加入光球的燃烧。已知太阳表面物质燃烧除了释放热能还释放出中微子,强磁场的来源必和中微子相关。太阳黑子数目增多的时候,地球上的地震也多,能量释放带有关联性。欧洲航天局(ESA)2009年3月发射升空的GOCE卫星,发布了一幅地球引力分布图⑿,地图显示引力较强的地区都在地震带,其地下岩浆层燃烧活跃,如果能测一下这些地区的局部磁场,将会发现它们强于其他地区。

大量的观测事实证明宇宙中的各天体内部结构按重力即密度组成,认为恒星核心在进行轻物质氦的“聚变”,有违重力原则。火山喷发流出的熔岩含有地幔物质,凝结成火山岩,其密度大于地表的沉积岩。各国争相钻探超深井,前苏联在科拉半岛的钻井深度达到了12,262米,⒀ 为世界第一。中石化在四川钻的川科-1号井,井深达到8875米,为亚洲最深。提取的岩芯表明,深度越深,物质密度越大。科拉钻井钻探深度达到9500米时,钻进一个富含黄金的地层,金含量居然高达80克/吨,地球表层中很少能找到金含量超过10克/吨的矿层,这里却成了黄金宝藏,其实,这只是因为密度和深度成正比。以地球大气层为例,你在四百公里以上空间找不到氮、氧一类较重的气体元素。多数人认为脱离地球引力,一定要有第一宇宙速度,而氢气脱离地球引力,飘散到太空,从来不需要什么速度,它几乎是被其它气体赶出地球的。最新证据来自极光摄影,8月1日日冕物质抛射的抛射引发了月初一周壮观的极光现象, 8月4日的一张苏必利尔湖岸照片显示,⒁ 绿光与顶端的青紫色极光相映成趣。地球大气层中的原子类型及在天空中的高度,使极光闪现不同的颜色。黄绿色的极光是低海拔地区(距地面大约100至300公里处)氧原子形成的光影展示,蓝绿色和紫色由氢气和氦气等较轻的气体产生。2月16日哈勃望远镜拍摄的土星极光照片显示蓝色极光出现在距离土星表面超过1200公里的高空,土星大气主要由较轻的氢气构成,因此极光出现的高度要远大于地球。

我国广东省大亚湾地区的大亚湾核电站与岭澳核电站正在进行中微子实验站的建设,⒂ 大亚湾近点探测器距离反应堆约360米,岭澳近点探测器距反应堆约500米,远探测器离大亚湾反应堆1900米,离岭澳反应堆1600米。还有一个中点实验站也可放置探测器进行测量,以改变实验的系统误差,检验结果的可靠性。我建议修改设计规划,将近点探测室直接设在反应堆下,只要有足够深度,不会影响反应堆的安全运行。引力直接指向质心,中微子的重力方向也指向质心,所以只有在垂直方向上才能探测得更准确、更真实。不但要测光电效应,也要测量磁场变化,我们会看到有很多的中微子穿过样品,远多于戴维斯和小柴昌俊的观测,使用特斯拉计和磁通计,还能看到霍尔效应。最好在电厂锅炉或钢厂高炉下也建一个中微子探测点作比较,会看到相同的现象。直接对燃烧中的炉火进行偏振光观测,可检测磁场变化,它可以证明核裂变和普通燃烧都是相同的热辐射现象,都是中微子的磁场被破坏后释放点电荷即电能(正负电子湮灭,电能再转换成热能)的结果。

第二个推论:等质等能,创造高能燃烧条件。

从能质公式所表达的能质同一法则来看,能量和质量之间可以划等号,称“能质等价”,也叫等质等能。它说明,所有的物质一律平等(天赋人权、人人平等实际是自然规律在社会现象上的反映),无论何物,每一克质量都有相同的能量蕴藏。如果一克煤炭能发生链式反应,它产生的能量就和一克铀同样大。人们认为1克铀的能量比1克煤大十万倍,这是因为没有把二者置于同等条件下,这可用高压电激物质实验证明。将1克的优质煤粉和1克铀238粉末各与2克同浓度盐水混合,使之有良好的导电性能,放入陶瓷绝缘槽中,两端插入电极,以百万伏以上高压电瞬间激发,我们会看到相同的爆炸现象。如果能够精确测量其能量,也会发现它们释放的能量相当。这个实验一石三鸟,既可以证明铀、碳(煤的主要成分是碳,煤中碳含量在82—93%之间,氢在3.6—5%之间,氧在1.3—10%之间,氮和硫仅分别约占1—2%)能质相当(其他物质也一样),又可证明被当作核废料的铀238在一定条件下同样可以实现链式反应。还可证明在宇宙中,所有的天体都是按重力和密度的大小从内到外来排列和分布的,当重原子进入轻原子重力区时,它就会因裂变产生放射性。电能和热能是与引力相反的斥力,对物质施加高电压和高温等于把它推向弱引力区,物质便从高密度向低密度变化,释放能量,这叫重力原理或称引力原理。在地球表面铀能瞬间裂变,是因为它是重原子,而地表是轻原子能级圈,以此可对引力变化做出说明。煤炭或木材在常温条件下缓慢燃烧,它只释放部分能量,减少部分质量(一个真正的燃烧实验而非氧化汞加热实验即可证明),其余质量或成为炭灰或成为二氧化碳,但如将其直接放入10000℃高温条件中,它也会立刻产生裂变效应,毫无残余地释放全部能量,并且不需氧气助燃。英国科学家埃丁顿提出太阳燃烧的原理是核聚变,作为用日食观测证实广义相对论重要人物,他忽视了能质同一原则。全球在核聚变上投入了数十万人力、上千亿美元,花费了五十年而未成功,此为不作逻辑证明之害。我们到处可见裂变实例,却无一例聚变的实验证明,连“氢弹”爆炸前后弹点的氦含量变化观测都无人做。都认为氢弹比原子弹威力大,可谁在同等质量条件下测试过二者释放的能量? 1945年8月6日上午8点15分投在日本广岛上空的原子弹“小男孩”,它装有60千克高浓缩铀235,核弹本身连同外壳长3米,直径71厘米,重约4吨。1952年1月,美国进行的世界上首次氢弹原理试验代号“迈克”,爆炸威力超过1 000万吨当量,但该装置以液态氘作热核材料连同贮存容器和冷却系统重约65吨,十六倍质量产生的爆炸力恐怕需要用乘法来计算。如此,则同质量物质产生的能量就相差不多。等质等能告诉我们,同等质量的物质只能产生同等的能量,不管它是聚变还是裂变,实际上氢弹威力大于原子弹的部分来自于它超出原子弹的那部分质量。另外,还有一个人们没考虑进去的是:爆炸区域内的大量物质在超高温条件下,也被动地参与了核反应,其总量恐超过原子弹本身的质量,当量等级越大超高温空间范围越大,被动参与反应的物质也越多。这一点的证明需要对反应堆的核物质能量释放进行测量,统计它所产生的能量,相信与一颗原子弹相当的铀235释放的能量远小于原子弹爆炸的威力。也可以通过对大量照片进行光度分析,测算出核爆中心温度,测算3000℃以上空间区域内物质的多少,也应把这些物质质量计算在原子弹爆炸的威力之内。要想进行更精密的测试,可以搞所有物质的高压电激或高能激光靶实验,测算它们在特殊条件下,也就是超高电压和超高温下的瞬间裂变情况,与铀等放射性物质作一个比较,我想,等质等能的推论必可以得到验证(其实,有几种就可作结论了),所谓“聚变说”也可以有一个结论。从大气高层的电离层即热层看,作为轻物质的气体原子核,分离时并不产生放射性,做好安全防护,实验的危险不大。

能质原理虽说明任何物质都可成为能源,人类因此将有无尽的能源,却不可忘了,我们在享用任何能源的同时,也在加速这个星球的灭亡。地球释放的能量越多,进动的速率越快,自然灾害也越频繁,终有一天会形成全球性灾变,恐龙的灭亡不过是最近一个地质周期的结果。为调和眼前利益与长远利益的矛盾,人类必须学会有节制地使用各种资源。

第三个推论:能质守恒、能质互补。

E = m,这个本质式成立的前提是指整个宇宙的总量或相同的分量,由此我们可以得到第三个推论:能质守恒。它是说宇宙中的可被吸收的能量总量等于宇宙中可释放的能量总量。指分量则是说以星系团为单位,各星系形成大小互补关系,维持大尺度各向同性。以释放能为E,以吸收能为-E,则E=-E,它是由爱因斯坦的能质公式或者说是由爱因斯坦的狭义相对论的动量能量关系式E = c 推导出来的: E为能量,c为光速,m为粒子静止质量,p为粒子动量。粒子静止时, 能量不为零, 直等于±mc2, 这个能量叫静止能量,为粒子内能。上述公式的平方根有正、负两解,一般人认为负号无解,只取正号,这便是现在的能质公式。由于我们随便丢弃负能解,也丢弃了打开宇宙奥秘大门的虎符的另一半。正负号,实际是说能量有正态和负态两形式,正态是能量释放态,负态是能量吸收态,宇宙的存在就是能量释放和吸收的循环。有些宇宙学家提出宇宙的能量为零,实际应该说宇宙总能量的增减为零,因为它是守恒的,这个事实也得到观测的证实。物理学家保罗·戴维斯在他的《上帝与新物理学》中说:“运动的能量和质量的能量总是正的,但引力的能量,如某些引力场和电磁场的引力是负的。有时会出现这样的情况,创造新生物质粒子质量的正能量正好被引力或电磁力的负能量抵消了.”⒃黑洞所具有的强大引力和磁场正符合戴维斯所说的这种情况,分开两个物体你必须消耗能量去克服把它们拉在一起的引力,改变惯性必须做功,从这个意义上说,引力场具有负能量。在宇宙中,这个负的引力能刚好抵消了物质所代表的正能量。这里的正能态和负能态与量子力学所说的不同,量子力学把正电子看成是负能态,而从相对论出发,我们把所有占有一定空间的物质形态都看成正能态,不管它是在释放能量还是在以后的后续过程中再去释放能量,而把不占有空间的吸收态看作负能态。爱因斯坦说:“我们今后在这样的意义上把‘引力场’同‘物质’加以区别,除了引力场之外的任何东西都叫‘物质’,因此它不仅包括通常意义上的物质,而且也包括电磁场。”⒄正、负电子是宇宙最基本的储能粒子,都占有一定空间,它们的不同仅在于磁场中的轨迹相反,⒅也可以理解为自旋的方向相反,所以只能看作是正能态。事物都是对应同一的,我们需按同一方式解读这个世界,正、反同一,正、负能也同一,方法是把正反两解合并,得到E=-E这样一个无量纲公式,它和牛顿的正反作用力公式F=-F(F是作用力,-F是反作用力)一样是解释这个世界的最简公式,因为没有比自身同一更简约的形式了,它们都是宇宙自身同一的反映。

E=-E,质量在燃烧中转化为多少热能,就有多少热能在黑洞中被吸收,转变为潜在的质量(只有在黑洞转化为一个新的星系时,潜在的质量才能转变为现实的质量),以保持宇宙的平衡,或说大尺度能量守恒,反之亦同,这就是能质互补。这一公式可解决众多问题,例如所谓“暗物质、暗能量”,不过需在其他文章中讨论,这里只是说爱因斯坦就差临门一脚了。

第四个推论:宇宙稳衡。

从宇宙能质守恒,我们可推知宇宙是稳衡的,释放态和吸收态形成互补,使总能量既不增加也不减少,宇宙的循环就以这一部分释放辐射和那一部分同时吸收辐射来完成,它并不能此时膨胀,彼时收缩,而仅是此地膨胀,彼地收缩,此起彼伏而已。进一步可推知:宇宙大爆炸不成立,而星系的大爆炸是存在的,但其过程与大爆炸假说正相反,超新星式的大爆炸不是新世界的产生而是旧世界的灭亡。

宇宙稳衡的标志是背景辐射值2.7K,爱因斯坦所说的“物质平均空间密度常数”即此。物质含有能量,都是能量的表现,既称“量子世界”,能量才是宇宙的本质,所以我又称之为“能量空间密度常数”,或称之为“能量守恒值”,因它是能量守恒定律的量的表现。在物理学上,能量守恒定律被看作是最基本的、最一般的物理定律,其他诸定律都是它的具体表现。能量以功和热来表示,但作为表现物质运动状态的定律无量的规定似有欠缺。统观人类所知的各种物理量,有普遍意义的数值只有一个,就是所谓“宇宙微波背景辐射”2.725K。⒆ 它作为来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射,遍布宇宙每一角落,所以具有普遍意义。宇宙微波背景辐射被发现后,人们错误地把它定义为大爆炸的残余辐射,忘记了爱因斯坦在1917年的文章《广义相对论的宇宙学》里说的“这样构成的一个宇宙,就其引力场来说,该是没有中心的,所以用不着假定在空间无限远处密度应该减少,而只要假定平均势和平均密度一直到无限远处都是不变的就行了。”⒇他1918年在《论引力波》里又说:“在我们的宇宙中,固然物质不是均匀分布的,而是集中于各个天体之中;固然物质不是静止的而是处于(比光速慢得多的)相对运动之中。可是,十分可能,在包含许许多多恒星的空间中得到的物质的平均(‘自然量度的’)空间密度,在宇宙中接近一个常数。”(21)可惜的是,后人没有沿着这一观点推衍下去,反而另起炉灶搞了个违背物理学基本定律的大爆炸说。如果我们承认物质以空间形态存在,所有的物质怎么可能聚集在一个奇点上,那无限的温度和压力下还有什么能够存在?(辩证法认为一切存在都是有限的)无限高的温度可以很快降到2.7K,也会很快降到绝对零度。以一个奇点爆炸而成的广漠宇宙,必应按热力学的规定其热量从中心向外扩散,热能需要传递,怎么可能产生无中心的各向同性?宇宙大尺度(大尺度指星系团以上,小尺度指星系以下)空间能量(均衡分布)守恒又与宇宙小尺度空间能量不均衡分布同一,这样才有各个天体的存在。但为了保持与大尺度的协调,小尺度空间各部分以引力子为基准,从内到外、从重到轻按密度也就是能量密集度分布,当能量密度变化时,其空间状态就要改变,即运行轨道要改变(包括航天器也要受此制约),这就是爱因斯坦所说的“发射体和吸收体之间辐射在传递着惯性。”(同①)

相对论要求把物质与能量空间看成一体,认为引力场就是空间重力场(牛顿和爱因斯坦都是这样看的,但没有直接表达出来),当天体质量达到一定数值时,聚在星球外层的物质会自动向真空态演化,这样大质量的星球因外层物质分裂释放能量而成为恒星。恒星因所在星系的空间位置应重力场和能量守恒定律要求占有一定空间范围,如果在这一范围内恒星的质量不能满足能量场要求,就会有一定数量的行星来作补充。我们说能量守恒虽是在大尺度前提下,但它实际也规定了小尺度重力空间的能量值,不断地按照空间重力场的守恒值调整各自的空间位置构成所有天体的运动,此即“第一推动力”。

在能量守恒前提下,大尺度空间内各种元素含量也守恒,所以我们在恒星级以上天体及空间区域中,氦丰度都在29%左右,它的丰度是在星系形成之初就确定的。守恒存在于不守恒之中,氦丰度在恒星级以下是不守恒、不均衡分布的,例如类木行星上的氦含量远比类地行星高,这与类地行星密度大相关。氢元素聚变为氦元素的反应在整个宇宙中根本不存在,没有任何实验数据向我们证实这一过程,这实在是一件非常奇怪的事。如果太阳上真有这样一个过程,氦含量应不断增加,但所有恒星,不管新老,都保持一个恒定值。

今之所言,皆可验证,科学需拿证据说话,若某一现象可有两种解释,应以实验证其一。如红移,有惯性和引力两解,过大的红移以惯性解得超光速,背理,何不以引力解之?燃烧说亦如是。大爆炸假说三证据皆移花接木,以背景辐射看,它本是宇宙大尺度空间能量守恒值,正、负能转化以其为准绳,又可称“绝对能值”。比如黑洞对辐射的吸收不是无止境的,其从绝对零度升温至2.7K为止,达此值便重新喷发变为一个新星系,这就是所谓“类星体”。 宇宙膨胀说以能量释放为动因,却无视吸收体的存在,片面性一览无余。又广义相对论说明引力不仅与物体的质量有关,也与物体的自转有关,根据爱因斯坦引力场方程计算得到的水星轨道近日点进动的理论值与观测值相当符合。但自转轴为什么进动?空间能量守恒值可以告诉我们,这是由于太阳的燃烧和水星自身能量的释放,使得太阳系空间和水星轨道空间能量减少,它们生存空间就必须缩小以适应这种变化,从而保持空间与能量的对应关系,它可以解释所有天体的运动。我们在夜空中所见的天体大多呈现红移,只有少量蓝移,这不是因为宇宙在膨胀,而是地球自身的进动拉大了与那些天体的距离,产生红移;太阳对星系核的进动则拉近了与银河系内某些恒星的距离产生蓝移。

发射于1972年的“先锋10号”,据说已飞出太阳系,但2003年 NASA喷气推进实验室发现,它偏离预定航向40万千米,此后其他探测器依然偏离,说明太阳系空间半径每年因进动要收缩1.3-1.5万千米。

写此文,非突发奇想,乃是在学习相对论过程中,总感意尤未尽,憾无人推进才勉力为之。本文涉及物理学核心问题,所有推论皆可验证,有条件又感兴趣的若能做一下上述实验,善莫大焉。我寄希望于实验物理学家的开创精神,也欢迎国外学者来做,毕竟科学无国界。

最后不免仍有遗憾,科学无情地打压了人类的想象力,使超光速的虫洞、外星人都成了娱乐的玩偶,不过,一个有序的世界不是比什么都重要吗。爱因斯坦言犹在耳:“上帝不是在掷骰子。”(22)感谢爱因斯坦,他的能质原理还在引导物理学前进,或许我们能够摆脱靠房地产发展经济的模式。

2010年8月修改于静衡斋

本文内容的相关实验(共11个):

能质同一普遍性实验1:可燃物全封闭燃烧前后的质量对比。

首先声明:拉瓦锡从未做过燃烧实验,他做的是氧化汞加热实验,燃烧是系统对外做功,加热是外部对系统做功,因此,现代人要用一个真正的燃烧实验证明他的论断。用酒精(用酒精灯控制燃烧速度非常方便)作实验品,加氧气输送装置(以气针直接对灯芯),置于封闭的透明的燃烧箱内,外部可直吹冷气降温,自动点火,连接多个气囊收集废气,燃烧前后称重(烧掉几十克即可)。理论推断,烧掉的物质40%以上的质量会转变为热辐射散失。

能质同一普遍性实验2:高电压下电解质溶液的变化

从普遍性来看,一切元素都可以产生裂变,只不过需要相应的条件。低温等离子技术中,普通盐水在1000伏电压下变为等离子体,强电解质溶液在较高电压下电阻大幅降低,3000伏以上电压足可使电解质溶液等离子体化,所输出的能量会超过输入的能量。只要有大功率可控硅整流装置和安全保证,许多单位都可进行实验。

等质等能实验1:高压电激物质释能实验。

将1克的优质煤粉和1克铀238粉末各与2克同浓度盐水混合,使之有良好的导电性能,放入陶瓷绝缘槽中,两端插入电极,以百万伏以上高压电瞬间激发,我们会看到相同的爆炸现象。利用仪器分别精确测量其释放的能量,亦应相同。还可用其他物质做相同实验。

等质等能实验2:高温激光激发铀238微粒裂变实验

铀238通常作为核废料被遗弃,处理起来非常麻烦,其实它应该和铀235同样得到重视,关键在于找到让它释放能量的办法。高温激发等于输入能量,它产生与引力变化相同的作用,可以促使放射性元素产生裂变。用摄氏万度以上的激光束轰击铀238以及其他物质微粒,能使其迅速裂变,应统计同质量各种物质标靶所产生的能量,做个比较。

如果实验成功,就不再有核废料也无须浓缩铀,不过各国需要对核材料实施全面控制。

等质等能实验3:反应堆的核物质能量释放测定。

统计它所产生的能量,相信与一颗原子弹相当的铀235释放的能量远小于原子弹爆炸的威力。

中微子实验1:大亚湾中微子实验站建设改进建议。

建议修改设计规划,将近点探测室直接设在反应堆下。中微子的重力方向指向质心,所以只有在垂直方向上才能探测得真实、准确。不但要测光电效应,也要测量磁场变化,我们会看到有很多的中微子穿过样品,使用特斯拉计和磁通计还能看到霍尔效应,效果远好于戴维斯和小柴昌俊的观测。

中微子实验2:燃烧普遍释放中微子证明实验。

在电厂锅炉或钢厂高炉下建中微子探测点,只要不对炉基产生影响,不必挖得很深。我们会看到与大亚湾相同的现象。还需要直接对燃烧中的炉膛进行偏振光观测,检验磁场变化。它可以证明燃烧是原子核释放出中微子和点电荷即电能(正负电子湮灭,电能再转换成热能)的结果。

中微子实验3:中微子即引力子的磁场变化实验。

在1、2两项实验中同时进行,还应分别对燃烧中和停止燃烧的同一地点磁场进行测度。中微子穿过实验样品时,如果磁场有变化,即可认定中微子有较强磁性。燃烧与停止燃烧如果磁场大小不同,可认定燃烧与磁场的产生和强度密切相关。

中微子实验4:地震带局部磁场比较测量。

地震带地下岩浆层燃烧活跃,释放大量中微子,例如在汶川、玉树,测一下这些地区的局部磁场,将会发现它们强于其他地区。

空间能量密度实验1:万米垂直距离引力变化测试。

同纬度不同的海拔高度,物质与地心间的引力大小不同,宇宙中的物质按引力大小呈能级分布,不同的引力区的物质的密度不同,它使放射性的产生及强弱与引力条件相联系。我们把两组质量相同的同类放射性物质与测试仪器分别放在高山峰顶及地下深井中,使其垂直距离相差万米,观察其放射性有何差异。远离地心的样品会有更强的放射性,如是,引力定律就可看成能级分布律。

空间能量密度实验2:地震区电离层变化监测。

地震是地球局部的能量释放,它使震区的空间能量密度有所变化,这种变化会在电离层引起一定反应。俄罗斯科学院航空宇宙监测科学中心通过多年研究发现,地震前震中上空大气电离层电子浓度发生着急剧改变,因此,跟踪大气电离层电子浓度的变化可预测地震的发生。由于我们不知道哪里会发生地震,全面监测较难,但如果发生地震后,立即就对震中上方的电离层进行观测应该没有问题,它会从异常逐渐恢复到正常状态。和相邻地区的观测数据进行比较,就可知什么情况是由地震引发的。借助美国的GPS和俄罗斯的“格洛纳斯”全球卫星系统及我国的“北斗星”系统就可以监测电离层状态的变化。

注释:

①《爱因斯坦文集》第二卷第128页(论文页面第118页)范岱年、

赵中立、许良英编译[M].北京 商务印书馆出版 1977年第一版②《爱因斯坦文集》第二卷第195页(论文页面第185页)范岱年、赵中立、许良英编译[M].北京 商务印书馆出版 1977年第一版

③《爱因斯坦文集》第一卷第87页(论文页面第75页)范岱年、

赵中立、许良英编译[M].北京 商务印书馆出版 1976年第一版

④《小逻辑》[德] 黑格尔 著 贺麟译[M].北京 商务印书馆1980年版第 177 页

⑤《老子·第一章》

⑥《爱因斯坦文集》第二卷第374页(论文页面第364页)范岱年、赵中立、许良英编译[M].北京 商务印书馆出版1977年第一版

⑦、⑧恩格斯《自然辩证法》[M].北京 人民出版社1971版第23、261页

⑨通古斯之谜:1908年6月30日7时15分俄罗斯西伯利亚现今克拉斯诺亚尔斯克边疆区的通古斯卡河地区伴随着雷鸣声飞来一个巨大的火球,紧接着,爆炸使叶尼塞河、勒拿河与贝加尔湖之间方圆百万平方公里内都感觉到了震动,蘑菇云升起,欧洲许多国家在夜空中看到了白昼般的闪光,甚至远在在洋彼岸的美国,人们也感觉到大地在抖动。陨石坠落地区,总面积约为2200平方公里的森林6千万棵树呈扇面形从中间向四周倒伏,爆炸能量相当于1500-2000万吨TNT炸药。这个爆炸被横跨欧亚大陆的地震站所记录,其所造成的气压不稳定甚至被当时英国刚发明的气压自动记录仪所侦测。接下来几个星期,欧洲和俄国西部的夜空有如白昼,亮到晚上不必开灯读书。在美国,史密松天文物理台(Smithsonian Astrophysical Observatory)和威尔逊山天文台(Mount Wilson Observatory)观察到大气的透明度有降低的现象至少数个月。一些科学家认为通古斯陨石的质量不小于百万吨,速度达30-40公里每秒,但在现场却找不到陨石,这就是所谓通古斯之谜。

⑩科报网科技日报

www.stdaily.com/oldweb/gb/stdaily/2006.../content_570883.htm

⑾塞曼效应(Zeeman 效应):荷兰物理学家塞曼1896年发现把产生光谱的光源置于足够强的磁场中,磁场作用于发光体会使光谱发生变化,一条谱线即会分裂成几条,原子在磁场中的一些能级会产生分裂,使对应这些能级的谱线分裂成若干个具有不同偏振特性的分量,因此目前对黑子磁场的测量主要是通过偏振光即Stokes参量I、Q、U、V的观测来实现。

⑾《追踪大气电离层电子浓度可预测地震》[N].《科技日报》2005-9-19

跟踪大气电离层电子浓度变化预测地震:为周期性的观测大气电离层的状态,俄研究人员使用了卫星释放出的双频无线电信号,它可以被地面站接收到,科研人员研制出计算信号参数变化的方法,编制成计算机程序,在2004年9月16日至22日发生在俄罗斯加里宁格勒的地震事件中得到了验证。这次地震是在同一地方以2.5小时为间隔发生的,地面卫星信号接收站距离震中在260千米到320千米之间。观测数据表明,震前的3至5个昼夜的时间内电离层电子浓度在增长,而在震前2个昼夜的时间内电子浓度的最大值大大下降了,电离层电子浓度急剧下降只发生在震中附近,位于震中1100千米的地面设备记录的信号没有任何改变。因此,可以认为,电离层电子浓度的急剧下降(我认为地下核裂变可能释放了更多的正离子,正离子裂变反应中吸收了一些电子,转化为光)是由于地震效应引起的,电离层的这种状态就是要发生地震的征兆,该方法对预测短期地震很有价值。

⑿ Imgearth.url

地理时间

⒀曾朴研究 - RESEARCH ON ZENG PU - Elton's BLOG

eltonzeng.blog.hexun.com/35321974_d.html

⒁cnbeta.com/articles/119122.htm

⒂大亚湾在深圳市区以东约50公里,在香港东北约55公里。大亚湾核电站与岭澳核电站相距约1公里,目前共有四个反应堆, 2010年与2011年岭澳二期的两个反应堆将分别开始发电,届时将成为世界第二大的反应堆群。

⒃保罗·戴维斯《上帝与新物理学》徐培译. [M].湖南科学技术出版社1995年10月第一版第34页

⒄《爱因斯坦文集》第二卷第323页(论文页面第313页)范岱年、赵中立、许良英编译[M].北京 商务印书馆出版 1977年第一版

⒅1932年,安德森与内德梅耶将云室置入一个强磁场之中观察宇宙射线,发现一种粒子的轨迹与当时已知带电粒子的轨迹不一样,根据轨迹偏转的方向,判断这种粒子的电荷是正的,且与电子的质量近乎相等。

⒆宇宙微波背景辐射是一种充满整个宇宙的电磁辐射。绝对温标2.725K。1965年,美国新泽西州贝尔实验室的无线电工程师阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)意外地发现了这种宇宙辐射场。

⒇《爱因斯坦文集》第二卷第363页(论文页面第353页)范岱年、赵中立、许良英编译[M].北京 商务印书馆出版 1977年第一版。

(21)《爱因斯坦文集》第二卷第376页(论文页面第366页)范岱年、赵中立、许良英编译[M].北京 商务印书馆出版 1977年第一版

(22)《爱因斯坦文集》第一卷第233页(论文页面第221页)范岱年、

赵中立、许良英编译[M].北京 商务印书馆出版 1976年第一版

参考文献:

1、《Wave-particle Duality and Relative Philosophy》(波粒二象解和相对哲学)

Philosophical Explanation of Certain Physical Problems Part Two

一些物理问题的哲学解之二

Inspiration and Understanding

王紫馨(方悟)

http://blog.sina.com.cn/u/1095643644

2、《爱因斯坦的质能等价思想》(论燃烧之六)王紫馨(方悟)2005年8月25日

http://blog.sina.com.cn/u/1095643644

3、《爱因斯坦的最大贡献是质能同一》(论燃烧之七)王紫馨(方悟)2005年11月20日

http://blog.sina.com.cn/u/1095643644

4、《老子浅释》陆元炽注

[M].北京古籍出版社1987年版。

5、《我的哲学罪案》杨献珍著

[M].北京 人民出版社1981年版。

6、《爱因斯坦奇迹年》[美] 约翰·施塔赫尔主编  范岱年、许良英译[M].上海科技教育出版社2001年版

7、《爱因斯坦与物理学的边疆》[美] 杰勒密·伯恩施坦著

任东升译

[M].北京百花文艺出版社2001年版

8、《质量与能量》陈方培编

[M].北京 人民教育出版社1979年版

9、《原子物理学》褚圣麟译

[M].北京 人民教育出版社1979年版

10、《相对论的意义》爱因斯坦著 郝建纲、刘道军译[M].上海世纪出版集团2005年4月第1版:

11、《物理学史》郭奕玲、沈慧君著[M].北京 清华大学出版社1993年版:

12、《阿尔伯特. 爱因斯坦》[美] J. 伯恩斯坦著 高耘田、罗康明、沈乃徵泽[M].北京

科学出版社1980年版

13、《现代物理学与东方神秘主义》灌耕编泽[M].四川人民出版社1983版

14、《量子力学初步》郭敦仁著[M].北京 人民教育出版社1978年版。

15、《物质结构》徐光宪编著

[M].北京 人民教育出版社1962年版。

16、《物理学哲学》 [加] 马里奥. 邦格著

颜锋等译

[M].河北科技出版社2003年版。

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