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微太模型初论 张 操（tsaochang@alu.fudan.edu.cn）
摘要：为了与十九世纪物理学中的经典“以太”相区别，本文提出了一个物理学新理论：微太模型。由大量微太粒子构成的物理场是电磁现象、光子、引力现象以及“物理真空”的载体。基于微太模型，本文对光的本性提出了初步解释。 关键词：微太模型，以太，光的波粒二象性 一．引言： 微太(Vether)，这是物理学中的新名词，参见《穿越时间可能吗？——PK <</SPAN>时间简史>》[1]。 物质有二种形态。一种是“有形的物质”，它的基本特征是具有静止质量。基本粒子是电子和质子。 物质的另一种形态是“无形的物质”，它们表现为电磁场、引力场等。对于“无形的物质”，现代物理学还引入了另外一个名称：“物理真空”。现在物理学家已普遍承认，“物理真空”并非是虚空，它具有复杂的物理性质。 古希腊科学家德谟克利特在公元前约400年宣称：世界万物的本原是原子和虚空。原子是不可再分割的物质微粒，虚空是原子运动的场所。我认为德谟克利特的观点是非常先进的，需要进一步发展。可是，“原子”这个名词应该改称为“微太”粒子。“物理真空”是由巨量微太粒子在虚空中运动构成的背景场。 爱因斯坦在1905年提出相对论时否定了以太。他当时主张，光是在空虚的空间中传播（Empty space）。[2] 这是造成现代物理学陷入困境的重要原因。 由于“真空”这个术语很容易被人误解为虚空，而且为了与十九世纪物理学中的经典“以太”相区别，所以我提出一个物理学新名词：微太。由大量微太粒子构成的物理场是电磁现象、光子、引力现象以及“物理真空”的载体。关于以太、虚空及光子结构的新研究的参考文献很多，这里仅仅列出[3-8]。 二．微太的初步模型 我假定微太粒子有三种。它们分别是：超低能的反中微子Vp、超低能的中微子Vn，以及超低能的光微子Vo（Photino）。它们的能量远小于1eV。Vp和Vn属于不可分割的微粒；光微子Vo是Vp和Vn的复合体，可是性质上与Vp和Vn差别很大。关于光微子与光子的差别，我们将在下文说明。 Vp 和 Vn 总是以超光速运动；它们不具有通常意义下的静止质量（可以具有小于1 eV/c2的固有质量，也可以称为虚质量，具体说明参见参考文献[5]）。Vo总是以光速运动；它的运动方向与自旋方向垂直，自旋方向代表电场E的方向，也就是偏振的方向。
图1b 光微子 图1a 超低能中微子 三种微太粒子的图示见图1a和图1b。 Vp 和 Vn 具有自旋角动量为 S =h/2; 弥光子 Vo具有自旋角动量为 So = h .这里h 是普朗克常数。 如果定义螺旋度 H = (S· u)/u, 这里u是粒子的速度。那么，Vp 及 Vn的螺旋度分别为h/2 及 -h/2； Vo的螺旋度为0。 微太的初步模型可以借鉴气体分子运动论。我们知道，声波是空气介质中的纵波。空气介质充满了从波源到接收者之间的整个空间。空气分子直径为3′10-10米。空气分子在标准状态下的平均自由程: 7′10-8米；平均碰撞频率为6′10 9 次/秒，平均速度为 460米/秒。声波在空气中的速度大约是340米/秒。 我们想象，三种微太粒子充满了整个空间，构成微太海，即背景物理场。光微子是微太粒子的一种，有独立的随机运动，所以与参加集体的周期运动的光子有不同的运动方式。微太粒子在运动过程中经历十分频繁的碰撞。碰撞使微太粒子不断交换能量与动量。 微太粒子之间是超小尺度的虚空。目前我们还不能正确地估计微太粒子本身的尺度、平均自由程、以及平均碰撞频率等物理量。为了使大家有直观的认识，我们从电子的尺度出发，提出一些初步的猜想。假定电子的尺度大约是0.1费米，即10-16米。它是空气分子的10-6。我们假定微太粒子的尺度是电子的10-3。按比例，微太粒子的平均自由程大约是10-17米。那么，微太粒子的平均碰撞频率大约为 10 26 次/秒；微太粒子的平均速度大约是109米/秒。 三．关于光的本性的初步解释 光微子是微太粒子的一种，有独立的随机运动。 当光源发出有一定振动频率的光子时，光子与微太海中的光微子碰撞并交换能量。这时，每一个光微子获得振动能量，并传递能量给另一个光微子。因为光微子Vo具有自旋角动量，光微子在来回周期运动时，有横向的自旋，表现为电场。 光子是原子、分子等微观粒子在激发时释放的，时间一般不超过一微秒，所以形成一个振动的“自然时间长度”。 光子（Photon）是具有“自然时间长度”的单个光微子传递的能量子。一个光子具有能量：E = hv ，表现出粒子性。当光子的振动频率足够大时，可能被电子吸收，表现为光电效应。在光电效应中，电子吸收的正是一个光子的能量。 光（light）是大量光微子参与的集体的周期运动、并传递能量，属于电磁波。 所以，光子与低频电磁波除了振动频率外，还有持续时间的差别。低频电磁波的持续时间可以人为地控制，时间长度可以几分钟、甚至长达到几年。对于低频电磁波，v 仅仅代表波的频率，超出了公式 E = hv 的应用范围。 作为类比，空气中大量空气分子的集体周期运动形成声波，具有波动性；单个空气分子的振动并传递能量，具有粒子性。 总之，光的本性是大量微光子的波动。光具有波动性，作为光波传播载体的光微子具有粒子性。所以，教课书上讲：“光具有波粒二象性”，这是不严格的。 四．电子和质子的初步模型 我设想，电子是大量微太粒子的“凝聚态”。电子好像是微太海中的巨型“细胞”，它不断地从外界吸收光微子，并且把光微子分解，放出超低能的反中微子Vp，从而自身达到动态平衡。因为我们假定微太粒子的尺度是电子的10-3，电子中至少包含了109个微太粒子。因为Vp具有正螺旋度h/2，表现为电子具有负电场。电子的静止质量是0.51 MeV/c2，它代表把大量微太粒子凝聚在一起的结合能。电子的电量为一个负静电单位，它代表把光微子分解，放出超低能的反中微子Vp 的能力。电子的自旋为h/2，可以任意取向。 相类似，质子也是大量微太粒子的“凝聚态”。它是微太海中的具有复杂结构的超巨型“细胞”，它不断地从外界吸收光微子，并且把光微子分解，放出超低能的中微子Vn，从而自身达到平衡态。因为Vn具有螺旋度 -h/2，表现为质子具有正电场。质子的静止质量是938 MeV/c2，它代表把大量微太粒子凝聚在一起的结合能。质子的电量为一个正静电单位，它代表把光微子分解，放出超低能中微子Vn 的能力。质子的自旋为h/2，可以任意取向。 因为电子（或者质子）发出的具有螺旋度的Vp粒子（或者Vn粒子）的通量服从平方反比规律，这或许是静电场服从平方反比定律（库伦定律）的原因。 这是我关于电子和质子的初步模型，以及我对于电场正负性的初步解释。 五．电磁场与引力场的区别 我设想，引力场的势与微太粒子的密度有关，而与它们的平均螺旋度无关。所以，引力场与电磁场是有很大区别的。引力源是由原子和分子组成的。它不断地从外界吸收光微子，并且把光微子分解，放出等量的超低能的Vp 和Vn 粒子。 所以，引力场与静电场的相似点：它们都服从平方反比定律。图示2， 引力场示意图 这是我关于引力场的初步解释。 微太模型是十九世纪物理学中经典“以太”的发展。这里仅仅说明一点：在二十世纪初，爱因斯坦否定以太的主要理由是由于迈克尔逊和莫雷光学干涉实验的负结果。现在已经搞清楚，这个实验中测量得到的是往返光的平均速度，并没有能测量得单向光的速度，具体说明见参考文献[5]） 上述微太模型是很初步的，定量计算不够，尚有待完善。欢迎读者批评指正。 参考文献 [1]. 张操，《穿越时间可能吗 ? PK<</SPAN>时间简史>》, 复旦大学出版社，上海，2012年。 [2]. A. 爱因斯坦，论动体的电动力学, "Electrodynamics of Moving Bodies", Ann. Physik,17 (1905)。 [3]. 张崇安, 探讨E=hv的时空背景和物理实质, 《科学中国人》，第6期，2012，P.78-80. [4]. 吴东敏，《宇宙的真谛》，北京艺术与科学电子出版社，2011年。 [5]. 张操，《物理时空理论探讨—超越相对论的尝试》，上海科学技术文献出版社，2011年。 [6]. 耿琦，《光及引力的新学说》，陕西人民教育出版社，2013年。 [7]. 胡昌伟, 《真空、时空、物质Smarandache几何模型》，USA出版，2012年。 [8]. 梁建中, 用光的粒子模型解释光的偏振，中国科技论文在线，（2013）。 |
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