质能大一统论

内容概要：理论成立的预设条件，往往就是该理论的局限性，即理论只能适用于预设条件。质能大一统论既没有预设条件，又能客观反映万物的固有关系和内在本质，揭示世界的最根本最普遍规律，应是万物理论。宇宙大爆炸本身就是质能大一统论的不证之证。

质量指物质的量，即物体所含物质的数量。惯性质量、引力质量和相对论质量都是质量的一种表现形式和计量结果，可有条件地代表质量，但不能等同于质量。能量是质量的另一种形式，可等同于质量，m = E / c ²。质能 = 质量 + 能量 = m + E / c ²。

一、质能的属性

除已知性质外，物体的质能还具有一体性、二象性和惯性。

1、质能一体性

物质是不同的质量、能量、密度的空间分布方式的统称。爱因斯坦认为：“不存在没有物质的能量，也不存在没有能量的物质”。即质能是一体的不可分割的。静止物体的质能是它的质量，移动物体的质能是其质量与动能之和，物体系统的质能是其质量、动能与势能之和。

本文认为，物质是质量和能量的统一体：质能共同体，质能是对立统一的，是物体的两面；既没有纯粹的质量，也没有纯粹的能量，物体的质能是不可分割不能分离的；质能互为根生相互依存相互转化，相辅相成相反相成，既不能抛开质量谈能量，也不能抛开能量论质量。质量和能量是物质存在的方式，是物质的表现形式，是物质的两个组成部分，表明物质的多少、状况等。不同环境下，质量和能量的地位与作用是不同的，其中一方往往居于主导地位，决定物质的变化发展；或二者相对平等平衡，共同主导物体系统的稳定运行。

2、质能二象性

大家知道，波粒二象性是微粒的基本属性，即微粒具有波粒二重性，同时具有粒子性和波动性。与之对应，粒子性是质量性状的直接体现，波动性是能量特性的具体反映，波粒二象性是质能二象性的综合反映与体现，甚至可认为，波粒二象性源于质能二象性，质能二象性是主体，波粒二象性是形态，质能二象性是微粒的根本属性。

像波粒二象性一样，质能二象性在微观世界通常呈叠加态，既是质量又是能量，是一体两性；在宏观世界表现为质能共同体，是一体两面，二者密不可分共同作用，并保持动态的平衡与稳定。这是因为，物体都是运动的，运动不是孤立的，都是相互联系相互作用的，都具有动能和势能。光的速度之所以最快，是因为光子是最小的质能单位，是粒子质能的最基本最极致形态。

根据质能的一体性及二象性知，物质的存在状态及表现方式有三种：（普通）物质（质量主导）、能量（能量主导）与质能稳衡体（质能共同主导），对应于物体所处的环境条件，如静止物体、场和运动的物体系统。

3、质能惯性

（1）、质量

根据质能的一体性、二象性及质量定义知，运动物体的惯性是质能惯性，而非质量惯性。物体的质量不随运动状态的变化而变化，既不随运动速度的增加而增多，也不随速度的减小而减少，否则就违背了物质不灭定律。不是质量与速度成正比，而是质能与速度成正比；是质能的增减，而非质量的变化。质量惯性通常是物体惯性的一个因素、一个方面、一个部分，能量惯性是运动物体质能惯性不可缺少的一部分，质能惯性才是运动物体惯性的全部。

宏观质量

牛顿第二定律定义了惯性质量：物体改变运动状态的难易程度的度量。万有引力理论中的引力质量：物体间吸引力大小的度量。实验证明，引力质量和惯性质量严格成正比关系。

爱因斯坦提出等效原理：引力质量可以等效于惯性质量。广义相对论认为，引力质量是时空弯曲程度的度量，质量是物质状态的一种度量。之所以在质量之前冠以“引力”、“惯性”，是因为引力质量、惯性质量只是质量的一种表现形式和计量方式，不是质量本身，不能与质量等同，不能无条件地完全替代质量。

万有引力定律和相对论的等效原理，二者都仅仅关注了物体的质量惯性，遗漏了能量惯性，割裂了物体质能整体关系，是有偏差的。所以，引力质量和惯性质量是有局限性的，是相对的有条件的，不能放之四海而皆准。

微观质量

在微观领域中，某些物理量的变化是以最小的单位跳跃式进行的，是不连续的，这个最小的单位叫做量子。量子是物理学家人为定义的一种物理概念：最小单位，并不是实体粒子。

光量子是宇宙中质能不可分割的最小单位。根据质能公式E=1/2mc ²和光量子能量公式E=hc，可得出光子的质量为：m=2h/c。可见，光子是有固定质量的，其他粒子都是有质量的，且为光子质量的整数倍。在广义相对论中，爱因斯坦认为光子的静止质量可以不为0。

粒子质量极小，能否视同为0，即忽略质量的存在，理论上须满足波粒（质能）二象性且呈叠加态的条件，据此确定相应的质能比（质量占质能的比例）标准即可。

（2）、能量

能：能量的简称，指做功的本领。以运动划分，能量就只有动能和势能：动能是物体运动的能量，势能是物体运动趋势的能量。势能是属于系统共有的，但往往通过绕行物体和场具体体现。

能量具有两大特性：守恒与相互转化。通常情况下，无论是宏观世界还是微观世界，物体的质量是相对稳定的，发生变化的主要是能量；质量对物质状态变化的作用是基本不变的，能量是物体运动及状态变化的主导力量。

（3）、质能关系

质量与能量都是物质的内容，都与物质的运动相关联。质能一体密不可分，相互依存相互转化相互度量。质量和能量在本质上同属于物质，具有各自的特性及功能。

E = mc² 和△E=△m表明：动能即是能量，能量等同质量；能量守恒证明，动能等同势能，则势能亦等同质量；即物质通常直接表现为质量、动能和势能。质能相互转化，其本质共同度量了运动。任何质能的变化，若只发生于系统内部，就不改变系统的整体质能和固有状态；反之，在系统外部质能作用下，物体（系统）的质能变化将改变系统的固有状态。

（4）、质能惯性

惯性是物体保持运动状态不变的性质。惯性大小与物体的质量和运动速度成正比，且增加质量与提高速度具有等效性，即同样增加了物体的惯性。

根据定义，质量指物质的量，质量不会随运动状态的变化而变化，物体的惯性大小与其质量和速度密切相关，即与物体的质能密切相关。物体惯性全面表现为质能惯性，只谈质量惯性是片面的不准确的。

表面看△E=△m，二者是相等的，是等同等效的。实际上，公式中的△E往往指动能等的变化，通常并没反映势能的变化。质能惯性和质量惯性有显著差别：首先，质能惯性是一体的，往往是不可分的。其次，质能惯性是全面的系统的综合的，除静止物体外，物体的惯性不能简单称为质量惯性。再次，质能惯性客观地反映了惯性变化的原因、过程和结果，而质量惯性往往只反映惯性状态。如，星体通常按椭圆轨道运行，运行过程中动能与势能不断转化，但总质能保持不变，质能惯性不变；传统的质量惯性却时刻在变化，近中心点的质量惯性大，远中心点的质量惯性小，明显存在偏差。

二、相对论的局限性

1、狭义相对论

“狭义”表示它只适用于惯性参考系。该理论的出发点是两条基本假设：狭义相对性原理和光速不变原理。真空中的光速c是作为一个恒定的常数存在的。这就意味着：

（1）、光子的静止质量须为0

若光子拥有静止质量，尽管极其微小，它都会因为波长和频率差异而拥有不同的速度，光在真空中的速度就会有差异，光速c就不是常数了。许多物理理论也都需要修正了，如麦克斯韦电磁理论、库仑定律、高斯定律等。

事实上，光子的质量并不为0。首先，光子是基本粒子，具有波粒二象性，粒子是物质，就应该有静止质量。其次，光子无静止质量，何以产生运动质量？质量不会随运动状态的改变而变化，反之就违背了物质不灭定律。再次，质能公式E = mc²，如果m = 0，E就必然是0，何谈质能及其转换。最后，据辩证法基本规律：对立统一规律知，粒子没有静止质量，粒子就不是质能统一体，粒子就不存在了，一切就无从谈起。所以，作为质能统一体，无论粒子的质量多么小，应该不为0。值得指出的是，在广义相对论中，爱因斯坦允许光子有静止质量，人类建造了能将质子加速到99.999999%光速的强子对撞机。这些表明，光量子的质量并不为0，理论与实际存在矛盾。

（2）、时空将不存在

狭义相对论认为：任何物体运动速度达到光速时，时间和空间都不存在了，光速不变，光与时空紧密相连；物体运动速度加快，时间会变慢。 这是因为，时间的变化及衡量是以物质的速度为参考的，此结论是以光速不变为基准的。事实上，时空与光速并没有内在关系。运动速度只是反映时间的一种方式，光速仅是计量标准之一罢了，怎能成为唯一标准？光在空间中运动，对空间几乎没有任何影响。试问，没有时间哪有光速，没有时空光在哪里运动？奇点爆炸之初宇宙超光速膨胀，时间为何没有倒流？理论显然与实际不符。

时空源于质能，与光速无关。客观时空依然如故，恰恰是参照物本身质能惯性的变化，引发相对结果的改变。狭义相对论中，光速与时间的因果是矛盾循环的，光速不变本身就是时空存在且时间在变，不能再以光速不变为参照标准，反过来论证时空的变化及是否存在，其结论更不能无条件地推广到整个宇宙。

狭义相对论自身的矛盾在于：宏观世界只论质量而忽略了能量，微观世界只论能量而忽略了质量；其偏差在于：用质量或能量替代质能，割裂了物体的质能关系；其缺陷在于：质量可无中生有，即光子无静止质量却有运动质量，违反了物质不灭定律。质能的一体性、二象性（叠加态）和惯性很好解决了上述问题。

2、广义相对论

爱因斯坦在广义相对论中指出，宇宙中普遍存在引力扭曲的现象，即不同质量的天体能够将周围的时间在引力的作用下，拉伸成不同维度的空间。质量和能量能够扭曲时空，扭曲的时空又反过来决定质量和能量的运动。爱因斯坦认为，一切有质量的物体都拥有能量，它会使其周围空间发生变形，同时速度也将扭曲时间，即扭曲时空。时间和空间不是彼此分离的，它们是同一个东西的不同体现，这个东西被称为时空。在扭曲时空中的物体将沿“最短路径”运动，在扭曲的空间中，最短距离不再是一条直线。

本文认为，时空源于相应物体的质能。时是指质能作用下物体运动变化的过程和周期，是由特定质能决定的；空是指物体质能作用影响的区间范围，同样是由特定质能决定的；时空以中心物体质能为球心，呈球面形式向周围延展，其密度是不均匀的，由近到远递减的，通常是曲而不扭的。时空是物体质能的存在方式，是质能作用的体现；时空是叠加的，是关联质能综合作用的结果；时与空之间无直接作用。物体质能是主体是根本，时空是客体是映像，时空不能脱离物体质能而独立存在。

时空是物体运动的环境载体，不能决定物体的运动，物体的运动变化是质能相互作用的结果。例如，星系运行是由中心星体和绕行星体的质能共同决定的，而非时空决定。

广义相对论的偏差在于：没能全面反映物体的质、能与时空间固有的内在关系，存在矛盾、割裂及错位现象。

三、场：质能的延伸

场指物体在空间中的分布情况。场是物质存在的一种基本形式，场具有客观物质的一切特征，有质量、动量和能量，能量储存在场中。

力是物体对物体的作用，力是成对出现的。有力就有施力物体和受力物体。两物体间通过不同的形式发生相互作用，如吸引、相对运动、形变等而产生的力，叫作用力。

传统理论认为，在不同环境中，质量具有不同的含义，质量也不是所有物质必须要有的物理量。比如，光子、磁场和电场，尽管它们属于物质的范畴，但它们并没有静止质量。

相对论、量子理论与场理论具有共同性、差异性和对立性，不同程度地割裂了质能固有的内在关系，暴露出各自的片面性。杨——米尔斯理论统一了强弱力与电磁力三种力。其局限性在于：规范场理论中的传播子都是没有质量的，否则便不能保持规范不变。但是强相互作用不同于电磁力，引力和电磁力都属于长程力，强弱相互作用都是短程力，短程力的传播粒子一定有质量，杨——米尔斯理论的量子必须质量为零以维持规范不变性。如果其作用粒子质量为零，则其作用是长程作用力。然而实验没有观察到长程力的作用。

本文认为，场是质能统一体，是质能的一种表现形式；场是物体质能的延伸，是延伸的物体质能；场是特定的时空，不能脱离物体质能而独立存在。场中的物体（粒子）集质量、动能、势能与一身，同样是质能统一体。能量储存在场中，物体在场中的运动及位置变化，动能与势能可相互转化；质能的等同与转化，能量等同于质量，等同于质能，是质能的一部分。这些表明，能量即质量，动能势能即质量，意味着场即质量，场即质能，是物体质能的延伸，是延伸的物体质能。

场和质能是不可分割的系统整体。整体不是各部分的简单加总，整体大于各部分之和，整体具有各部分不具备的功能；各部分不能代替整体，更不能等同于整体，用部分衡量整体必将将产生缺失。正如人体不是各组织器官的简单加总一样。

计算结果表明，组成质子的三个夸克质量总和仅仅是一个质子质量的5%，联系夸克的胶子没有质量，胶子间的相互作用和运动提供了质子质量的95%。试问，无质量的胶子究竟是如何作用怎样运动，能够无中生有地提供如此之大的质量？实质上，质子95%的质量源自场及场中粒子的质能，即来自于场及其质能的系统整体，而非胶子的相互作用和运动。再问，质子所缺95%的质量，与暗物质暗能量的95%占比是巧合吗，其间有无关联？

可见，物质是通过场相互联系相互作用的，场的作用方式是借助能量实现的。万物的运动变化是借助场通过能量实现的，能量储存在场中，而场的本源是物体的质能。

相对论和量子理论分别从宏观和微观层面，各自反映了世界的一个方面和局部状态，对质能整体的割裂与部分缺失是其共性，暴露出各自的局限性、片面性和相互间的矛盾性。质能的一体性、二象性和惯性，与场及其质能的整体系统性，很好地解决了上述问题。

四、宇宙膨胀

据物质不灭定律、能量守恒定律与质能转换定律知，物体的质能是守恒的，即封闭系统中物体的总质能是不变的。动量守恒定律表明，系统不受外力或所受外力之和为零时，其总动量保持不变。

作为相对独立封闭的整体系统，宇宙应该没有受到外力的作用。在忽略相互间引力（极弱）的条件下，各天体系统同样没有受到外力的作用，或外力的合力为零。根据质能守恒和动量守恒定律知，自大爆炸以来，整个宇宙及其局部系统的质能和动量都是基本守恒的，都将保持其生成后的固有运动状态，且仍将持续下去。由此可知，宇宙大爆炸后，产生并形成的质能惯性，在其作用下，整个宇宙自然会保持膨胀，各星系将彼此相互远离。年复一年，膨胀过程与结果的长期持续累加，宇宙整体膨胀的速度自然会越来越快。

星体间的引力不会导致宇宙坍缩。因天体系统都在运动，系统内的引力成为向心力，与离心力对等，因此系统保持动态平衡；星系间因距离太遥远而引力很弱，天体系统的运动状态就保持不变，并将持续下去。由此可知，推动宇宙膨胀的是大爆炸时产生并形成的星体的质能惯性，所谓的暗物质暗能量是大爆炸产生而形成的星体质能惯性。如，46亿年以来，地球既没有明显靠近太阳，也没有明显远离太阳，始终保持固有的运行状态；其他星体系统也同样如此。

真空中光速之所以不变，是因为光子的质能惯性作用没有受到外力的影响，宇宙膨胀同样如此。宇宙大爆炸之初，各种粒子获得质能，据质能守恒定律、惯性定律和动量守恒定律知，在没有外力作用条件下，天体及其系统在形成后，仍将保持当初的动量与质能惯性，星体系统将保持其固有运动，并不需要其他能量的持续推动，宇宙自然继续膨胀。至于引力作用导致中心星体的坍缩，形成黑洞或中子星等，通常并不改变整个星系的运行。因坍缩主要是系统内部质能的相互作用，是天体系统内不同质能综合作用的结果，不影响整体系统的质能惯性及对外膨胀，是由质能守恒和动量守恒定律决定的。如，人从地球飞向月球，并不改变人的绕日运行；各大天体系统的运行并没有因黑洞的生成发生显著变化。

五、量子纠缠

何为量子纠缠？往往一个由多个粒子组成的系统的状态，无法被分离为其组成的单个粒子的状态，在这种情况下，单个粒子的状态被称为是纠缠的。纠缠的粒子有惊人的特性，对一个粒子的测量，可导致整个系统的波包立刻塌缩，就影响到另一个、遥远的、与被测量的粒子纠缠的粒子。这个现象并不违背狭义相对论，因为在量子力学的层面上，在测量粒子前，你不能定义它们，实际上它们仍是一个整体。但在测量之后，它们就会脱离相互纠缠的状态。

事实证明，叠加状态非常容易受周围环境的影响。在量子力学中，这个现象被称为量子退相干。它是由系统状态与周围环境影响的相互作用导致的。这个相互作用可以表达为每个系统状态与环境状态的纠缠。其结果是只有在考虑整个系统时（即实验系统+环境系统）叠加才有效，而假如孤立地只考虑实验系统的系统状态的话，那么就只剩下这个系统的“经典”分布了。量子退相干是今天量子力学解释宏观量子系统的经典性质的主要方式。

质能的二象性和惯性可很好地解释量子纠缠现象。量子纠缠是借助特殊装置，实现纠缠量子整体的质能叠加，成为一个特定的整体质能叠加的惯性系统。因量子是最小的质能单位，具有最小质能惯性，针对纠缠量子的任何行为，必将打破其固有的质能惯性，进而打破量子的质能叠加，就打破了与其纠缠的量子的质能叠加及固有的质能惯性。即当其中一个量子的质能叠加及惯性被打破，就是纠缠量子系统的质能叠加及惯性被打破，相应的纠缠量子的质能叠加及惯性自然被打破，纠缠的量子就不再纠缠。这是测不准原理的体现与应用。

六、暗物质暗能量

1、暗物质暗能量概况

科学家们从宇宙微波背景的测量中发现，暗能量占据了宇宙能量密度的68.3%，暗物质占26.8%，通常物质占4.9%。暗物质是均匀地散布在星系团内。

暗物质暗能量究竟是什么，其存在方式、性质、功能如何，科学界众说纷纭莫衷一是，至今没有明确的共识和结论。本文借助基本定律和常识，揭开暗物质暗能量的神秘面纱。

2、动量守恒与质能守恒

近代的科学实验和理论分析都表明：在自然界中，大到天体间的相互作用，小到如质子、中子等基本粒子间的相互作用，都遵守动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体。它是一个实验规律，也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来。

动量守恒定律表明，任何天体（微粒）在系统中的任何位置，以任何速度运动，其动量都是不变的，系统的总质能是不变的。首先，无论是宏观世界还是微观世界，封闭系统的总质能是相对守恒的。在系统正常运行过程中，变化主要是能量间的转换，系统的质量是基本不变的，或者质量变化对系统质能的影响是可以忽略不计的。由此得出，系统的总能量是不变的。其次，物体（粒子）都是运动的，以运动划分，能量就只有动能和势能，表明系统的动能势能是守恒的，系统质能变化表现为动能和势能间的转化，并保持着物体系统的动量守恒与质能守恒。

3、动能与势能的关系

天体的动能能够准确计算出来，天体系统的势能可大致计算出来。微观世界的动能势能则难以准确计算，因粒子的运动具有不确定性，不同粒子的作用方式不同，相互间的作用力不同，测不准原理就是证明。由GMm/r^2=mv^2/r，天体动能 Ek=1/2mv^2=GMm/2r，取无穷远为0势能面，天体势能 Ep=-GMm/r，结果表明势能应是动能的2倍。

综上所述可得出结论：暗物质暗能量应是能量；暗物质应该是动能，暗能量应该是势能：通常主要表现为场能。此结论符合质能的一体性、二象性和惯性，与场及其质能的整体系统性。

七、质能大一统

预设条件表明了理论的适用范围，也是理论局限性的标志。预设条件的自身状况，表明了理论局限性的大小及程度。只有没有任何预设条件，并能正确地反映万物的固有关系、内在本质和普遍规律的理论，才能无条件地适用于整个世界，才能真正成为大一统的万物理论。

根据物质不灭定律、能量守恒定律、质能互变定律知，宇宙中唯一始终不变的是总质能，而发生变化的恰恰是质能，质能变化是万物变化的原因与结果。掌握了质能的性质和变化规律，就把握住了世界万物的根本与普遍规律。引力、电磁力、强力和弱力均源于质能场，变于质能场，更统一于质能场。一切源于质能，一切变于质能，一切归于质能。即质能大一统，宇宙大爆炸本身就是不证之证。

物体（粒子）质能的一体性、二象性、惯性都是普遍存在的客观事实，都是物体质能内在的固有的基本属性，且没有任何预设条件，结论都是依据质能属性、基本定律和基本常识直接得出的。因质能大一统理论揭示了暗物质暗能量、宇宙膨胀、粒子纠缠、时空的本质，弥补了相对论与量子理论的不足，统一四种力于质能场，质能大一统理论的科学性应得到了相互印证。所以，质能大一统理论通用于整个世界：宇宙万物，即为万物理论。