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◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆ 《时空波动论》 第一章：宇宙的起源 作者：陈少华 ◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆ ◎人类必须要靠自已的智慧 以人类现在的技术水平，要想进行时间旅行和宇宙漫游，是不可能的。因为人类的飞船速度很低。距离太阳系最近的恒星，是4．3光年之远的半人马α座。要想飞行到那里，以现在最快火箭的速度，需要数万年的时间。即便是火星，都只是在近年才由无人探测飞船到达过。人类的脚步，仅仅只登陆过地球的卫星——月亮。月亮距地球只有38万公里，一光秒多点的距离。这同动辄数百上千光年的宇宙空间比起来，太小太小。距离探索太空和宇宙，人类还有太长的路要走。这一切表明，人类的科学圣殿，这个以牛顿万有引力、爱因斯坦相对论、量子力学三大理论为支柱而经历了百年辉煌的耀眼宫堂，如今已经王气黯然，裂缝隐现，是到了重建的时候了。否则人类永远也无法进行宇宙星际探索，迈向银河时代。 不明飞行器―――UFO屡屡被目击者观察到。让我长时间地苦苦思索：外星人究竟掌握了什么尖端科技，让他们如此轻松地在宇宙中自由自在地旅行？无法不羡慕。如果能拜外星人为师就好了。可惜的是，外星人真的很神秘，神龙见首不见尾，从来不肯跟人类沟通；也许，他们是不舍得将核心机密泄露？当然，也有可能，是认为人类太落后，就象人类看待猴子一样，觉得两者差距太大无法沟通？ 人类无法从其他智慧文明那里得到宇宙的真正奥秘。 所以，人类必须自力更生，艰苦奋斗，只靠自已的力量与智慧，使科技水平逐渐达到尖端水准，从而能够自主进行时空穿梭和宇宙飞行。这也是宇宙法则决定的。 虽然人类比外星人要落后很多很多年，但，我可以肯定，奇迹即将出现―――人类即将发现和掌握那些被外星人视为不可泄露的宇宙秘密。用不了多久，人类就可以完成外星人几万年里走过的宇宙时间探索之路。从而与其他高级智慧文明一起，成为宇宙时空的主人。 人类将可以回到古老的过去，来到遥远的未来。在无边广阔的宇宙中自由遨游。 没有什么难题是不可解决的。只要肯用心思索和实干，我们可以完成任何重任。 ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ ◎最简单的问题，其实蕴含着宇宙深藏的最本质奥秘 这个宇宙充满了无数的奥秘。每当仰望星空，我就满是好奇。那些星星附近，有没有智慧生命的存在？这个宇宙有没有边际？这个宇宙太奇妙，可人类的科学知识还比较落后，对宇宙的认识还停留在初级阶段，许多的不解之迷，困惑着我。我一直都想要解开那些迷团。 时间为什么会一直不停地流动？物质为什么会有质量？物质为什么会有体积？这些问看起来很可笑，很简单，可能很少有人会纠缠于这些问题上浪费时间。可是，这些正是我一直在思索的问题。 其实，很有可能，这些问题是解决宇宙本质奥秘的最核心所在。只有理解了时间、质量、体积的本质奥秘，人类才能理解这个宇宙，才能象强大的外星文明一样无所不能。 经过苦苦思考与艰辛探索，这些问题的答案渐渐在我脑海中展现。 我终于发现，人类原来真的可以象传说中的仙人一样，自由自在地遨游宇宙、穿梭时空、回到过去、来到未来、长生不老、青春永驻。这个宇宙是如此的奇妙，如此让人激动兴奋！ ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ ◎宇宙大爆炸论 现在，先来探索宇宙的起源。 相信每个人都会对宇宙的起源是很好奇与关心，这是人类的本性。著名黑洞研究者霍金，写出了一本讲述宇宙起源的科普书《时间简史》，成为热极一时的畅销书，证实了一点―――对于宇宙，没人能够不关心。 宇宙的起源，现在被所有科学家推崇的是“大爆炸论”。而各种科学观测都证实，大爆炸论是经得起考验的。 自1929年伟大的天文学家哈勃发现宇宙红移，得出宇宙在加速膨胀的结论后，勒梅夫受到启发，提出宇宙起源于一个原始原子。著名科学家伽莫夫提出“大爆炸论”，认为宇宙起源于一次大爆炸：大约在一百四十亿年前，宇宙是一个无限密度与无限小又无限高温的小点，名叫奇点，在强大压力作用下，轰地一声大爆炸，产生出无数的粒子飞向四方，其中包括电子，夸克、光子、中微子等基本粒子。夸克间相互结合，形成质子、中子，电子与质子、中子结合，形成氢原子和氦原子。这些原子凝聚为一团团星云，在引力作用下坍缩，成为无数的恒星、行星，从而形成现在这个宇宙。 大爆炸论非常精确地描述了宇宙的产生过程。 但还是有一点缺憾―――它没有回答一个最原始的问题，这个无限密度与无限小又无限高温的小点，名叫奇点的东西是从哪来的呢？难道是凭空而来？或上帝创造的？如果是上帝创造的，那上帝又是哪路神仙创造出的呢？或者，上帝有妈妈吗？ 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不确定性原理还表明，在极短一瞬间，微观世界有可能处于质能不守恒状态。有可能从虚无中偶然产生一对虚的正负粒子，又立刻中和泯灭。释放出微弱的光子或射线。这，正是宇宙最初那重要的初始能量来源。这个能量虽然极其微弱，但已可使时间流动。只要有了一点能量触发，时间的流动就是自动的，而且再也不会停止。要想让时间停止，就必须对时空施加特殊能量才行。 在宇宙最初，正是什么能量都没有，所以连时间都不能流逝。时间的流逝是需要有一个推动力的。具体的原因，大家在看了我日后对时间本质的揭示后就会明白。正是不确定性原理的作用，使得微弱的能量从虚无中释放出来，从而推动了时间的流动。这是非常关键的。 真空里的能量起伏，是量子力学里的一个非常特殊的现象。在一个极短的时间里，原本能量是0的空间，会忽然产生一对虚粒子对。并立即中和湮灭为一对光子，释放出微弱的能量。这使系统在极短的时间内处于质能不守恒状态。但这种状态并不会持久。产生的能量相当于粒子从真空银行里借贷出去的贷款，是要归还的。紧接着正负虚粒子对就会中和，使系统的总能量达到0，从而维持能量守恒。 但在时间运行之前，这个能量贷款就无法归还回去。时间的运行是自发的，迅速的，只要有一点点能量，哪怕是借来的虚能量，也立刻被时间利用，使自已流逝起来。 可见，使时间流逝的这点能量，是无法归还给真空能量银行的。真空能量银行要想追讨这份欠款，只能强迫时间停止流动。但这将耗费多得多的能量。不符合最省力实用原理。所以银行只能睁一只眼闭一只眼，不再追讨最初的这一点能量贷款。此后，质能守恒将会得到遵守，真空中的能量起伏无法改变系统的总能量值。 单靠由不确定性偶然产生的能量，宇宙要生成到现在这么多质能，是不可能的。每一点能量，都会被追讨偿还，使系统保持在能量守恒状态中。宇宙只能非常短暂地处于质能不守恒状态。 那，这个如此浩如烟海的宇宙，是怎么来的呢？ 时间会解决这个难题。 ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ ◎时间是万物之母 时间逐渐成为宇宙在最初时刻唯一的标志。需要指出的是，那时，时间的流动速度跟现在是完全不同的。真是非常的缓慢。如果能派一个人拿着一个时钟去创世之前的宇宙，把两个时间进行对比，那时的时钟只过一秒钟的时间，我们就已经历了上千年。 这段时间大概持续了十万亿年（我的估算，会有些误差的）。这是个非常漫长的时间概念。而人类测出的宇宙的存在的时间是一百四十亿年。这一百四十亿年其实只是有物质存在的时间。跟毫无一物的宇宙持续时间相比，真是太短了。 时间是有能量的。时间为什么会有能量？现在只提出这个使人难以置信的结论。具体的证明，将在下一章再陆续揭示。 这十万亿年的漫漫时间里，时间积累出了无穷能量。就象是一束光线，在数万亿年的发射中，发出了无数的光子能量。这些光子能量越积越多，量变产生质变，最后发生了一个惊天动地的事件。 而伟大科学家爱因斯坦已经证明，能量和质量是等价的，在一定条件下，可以相互转换。 这些无穷的能量，渐渐旋转成为大涡轮，越转越快，内部温度也越来越高。又经过几千亿年的时间，这个大涡轮终于凝聚成为一个无限密度与无限小又无限高温的小点，也就是“奇点”。 接下来发生的事情，跟当代大爆炸论所描述的情况基本相符，不同点在于，宇宙大爆炸会产生成对出现的无数正粒子与反粒子。大爆炸论认为，正粒子会比反粒子多点一点点，大约是十亿分之一，当正反粒子相碰同时泯灭后，是这多出的十亿分之一的粒子，形成了现在这个宇宙。 反粒子和正粒子是一样多的，数量上不会有区别。只是在大爆炸发生的那一刻，正反粒子是沿着不同的方向抛出，大部分正粒子和少部分的反粒子聚在一边，大部分的反粒子和少部分的正粒子聚在另一边。每一边都在中和泯灭一部分粒子后，由剩下的粒子相互作用，产生出一个宇宙。我们现在所处的宇宙，是由正粒子构成的正宇宙，而我们的邻居宇宙，将是那个由反粒子构成的负宇宙。 这个浩如烟海的无边无垠的宇宙，其实是在一无所有中由时间产生的。所以说，时间是宇宙万物之母。 ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ ◎一沙一世界 佛学认为，一粒沙子里就有一个世界。这是有道理的。其实，每一个基本粒子，比如电子、质子、中子，如果将其无限放大，会发现其内部是空的，其内部都有一个宇宙。这个宇宙产生的原因跟我们这个宇宙产生的原因是一样的，都是由于不确性原理产生出微弱的能量，使得时间流动，时间在万亿年的漫长岁月里积累无穷的能量，最后形成一个奇点，引发大爆炸形成了宇宙万物。 由于质子与中子并非最基本粒子，而是由3个夸克组成，所以质子与中子的内部宇宙分别存在于3个夸克中，每个夸克都可以在内部形成一个宇宙。电子作为基本粒子，其内部则有一个单独的宇宙。 其实，我们这个看似浩翰的宇宙，很可能就是装在另一个宇宙里一个微不足道的电子中。 我们这个世界才存在了几十亿年，那基本粒子内部是否没有足够长的时间来积累能量？其实不是。因为时空不一样，时间的快慢也不一样。我们过去一年时间，基本粒子内部的时间可能就过去了几十万年。所以还是有足够时间来积累能量形成奇点。 基本粒子内部的宇宙，大部分时间还是安全的。但这些宇宙也有瞬间毁灭的可能。大型强子对撞机里，加速到接近光速的基本粒子相互碰撞，会将基本粒子撞得粉碎。粒子内部的宇宙也就面临着灭顶之灾，彻底毁灭。除此以外，当我们给物质加热到高温时，这些物质处于高温的基本粒子，其内部的宇宙也会处于一个高温状态。很可能身处这个宇宙的生命无法适应，就灭绝了。我们这个宇宙也一样，万一哪天包含着我们宇宙的基本粒子被丢进高温炼钢炉，我们就会感觉到无法忍受的炽热。转眼间生命都被烤焦消失了。当然这种概率还是非常小的。我们这个宇宙既然能够坚持到智慧生命的产生，说明包含着我们这个宇宙的基本粒子处境稳定正常，温度适宜。当然我们还是要祈祷这个粒子千万不要被丢进炼钢炉或大型强子对撞机中去。 现在可以解释我们这个宇宙为什么可以产生生命了。 分析我们所在的宇宙，就会发现，真的是太巧夺天工了，使一些物理定律常数不多不少，正好适合生命的产生，适合人类的出现。这些常数哪怕是偏离一点点，人类都是不可能生存的。为什么会这样巧呢？就是因为在无数个宇宙中，刚好有几个宇宙是适合生命发展的。人类，当然只能出现在这极少数的几个宇宙中。 普通人认为生命仿佛是理所应当，科学家则有太多理由为人类庆幸，为生命惊喜。 事实上，质子质量如果稍微重千分之一，同中子相当，原子就不会稳定，物质就不会形成。生命的出现更是妄想。强核力哪怕强万分之一，恒星燃烧速度将大大加快，寿命显著降低，不会有充足的时间留给生命去进化，智慧生命就再也不会产生…… 具体到人类的产生，那就更加让科学家觉得不可思议。那么多幸运的、出现概率为几亿分之一的美事，全让地球给摊上了：如果地球离太阳稍微远一点，就不能从太阳上获得足够的光和热，生命就无法产生。如果不是有大量的水和海洋，生命同样无法生成。如果不是有巨大的木星存在于地球轨道外侧，地球被小行星碰撞的概率将猛增几万倍，生命也将消失。如果不是刚好有月球这颗大卫星的存在调整地球轴线，地球将无法稳定地绕太阳公转，气候无法持久恒定，生命同样无法持久进化从而形成智慧生命。而一颗行星拥有如此巨大的卫星，在宇宙中极少被发现过，概率真的极其之小；最不可思议的是，水凝结成冰后，冰会浮在水面上。这使得生命的产生成为可能。海洋不会因为结冰而全部冻结。事实上，物质固体比液体密度高是一个普遍的情况，只有水除外，水的固态比液态轻。一旦冰比水重，那一旦进入冬天，表面结冰后沉入海冰，表面继续结冰，最后整个海洋都会冰冻，所有生命都不可能生存下去。可想而知，冰比水轻是多么的关键。而能作到这一点的宇宙，想来非常罕见。其它宇宙，多半因为冰比水重而无法产生任何生命…… 所以，不可不珍惜生命。生命，出现得真不容易！能进化到现在的智慧阶段，开始去认识宇宙的奥秘，更是一个奇迹！ 我们之所以存在，生命之所以存在于这个宇宙，之所以有这么多巧多天工的巧合，是因为我们这个宇宙绝对不是孤立的。在我们这个空间，确实只有我们这一个宇宙。但我们这个宇宙其实只是另外一个宇宙里的一个微不足道的基本粒子。在时间能量的累积下，会在不同的基本粒子内部陆续形成奇点。每一个奇点都会通过大爆炸产生正反两个宇宙。这些宇宙中，只有极少数宇宙可以产生生命。因为生命的出现需要的条件太复杂太苛刻。而大爆炸那么一下，不确定性太多。而无疑我们这个宇宙恰恰是那极少数适合于产生生命的宇宙之一。 ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ ◎光速恒定的内在原因分析 光速为什么不多不少，恒恒定定，无论光源运动多快，永远是约30万公里每秒？ 光速恒定，是爱因斯坦相对论的重要理论基础。因为它可以被当作一项公理，所以没有想过去证明它。 其实，这是可以证明的。现在就来解释，为什么光速会恒定为30万公里每秒，而跟光源的运动速度无关，并在后文证明光速也跟测量者的运动速度无关。 光速恒定表现在无论观测者运动速度是多少，他测出的光速永远是Ｃ。如果一个以Ｃ高速向前运动的人，来测量一束同向光线的速度，按照常理，他应该是与光线同速并行，测出的光速应该是０。可是，他测出的光速并不是０，而是Ｃ。 为什么会发生这种事情？原因在于：一，时间是随着测量者运动速度变化而变化的。这可以解释光速为何不随测量者的运动速度变化而变化（两者同向时）。相对论已经有了时间会随测量者运动速度变化而变化的推论。当速度增加时，时间会变得缓慢。 光速是不会随着光源运动速度改变而改变的。这是一个非常奇特的事实。一艘静止的飞船上发出一束光，光速为C，同时一个人以10公里每秒的速度在飞船内向前运动。当飞船加速到以20公里/秒飞行时，按照经典伽利略变换规则，这时那个人的速度相对静止地面的速度是20+10=30公里每秒。光速相对于静止地面的速度应该会增加到C+20公里每秒。为什么光速还是C不变呢？ 只能有一个解释。 光束的运动必定有一个特殊的机制。正是这个机制，使得光源在运动时，也无法超过C的限制。又是这个机制，使得光束一经发出，又自动达到C，不会多一点，也不会少一点。 这个特殊机制到底是什么呢？ 根源在于发生于一百四十亿年前的宇宙大爆炸。
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电磁波的传递确实不需要介质。因为电磁波具有波粒二向性。机械波传递需要介质，因为机械波是纯粹的波动。电磁波所具有的粒子特性是与机械波最大的不同。电磁波粒子就是电磁量子―――光子。它是一种没有质量、具有能量的能量子。光子是有能量有冲量的，奔跑并不需要介质，在真空里反而还跑得更快些。所以电磁波在完全真空里也可以传播，比如宇宙最外面什么都不存在的空间。 而宇宙内部的空间并非完全的真空，而是由各种充满宇宙的微波辐射形成的超级大电磁场。光子其实充满着整个宇宙空间。 在量子力学里，力被解释为是在场中通过交换基本粒子来实现的。电磁力是电子之间在电磁场中交换光子产生的；强核力是质子与中子在杨――米尔斯场中交换胶子而产生，弱核力是电子与中微子在杨――米尔斯场中交换W玻色子或Z玻色子。这就是标准模型，将三种基本力统一了起来。 正是这个宇宙辐射电磁场的存在，使得光线以精确的光速传播。宇宙辐射电磁场里充满了电磁量子。这些能量子就是电磁波得以迅速传播的介质。电磁波就是通过它们来传递能量与波动。弥漫于宇宙的电磁辐射能将任何刚刚由电磁振源发射出的电磁波加速为30万公里每秒。 宇宙的原始大爆炸产生的辐射，其速度多少是关键。决定了现在所有电磁波的速度。如果这个原始速度是60万公里每秒，那么我们的光速常数C就不是30万公里每秒了，而应该是60万公里每秒。可以肯定，在其它奇点大爆炸而产生的宇宙里，光速常数将是形形色色的其它数字。我们所处的宇宙的光速常数一直是约30万公里每秒，完全是一个非常偶然状态下形成的结果。 现在可以解释为何光速不随光源运动而变化了。 宇宙辐射就象是吹拂在宇宙的风，不论光源的速度如何，这股风都只能将光束加速到30万公里每秒。我们可以驾驶帆船航海。帆船的速度取决于风速。风速多大，帆船就会被加速到多快。我们当然也可以同时用船桨来划，使船具有一个初速度。但这并不会让船走得更快。因为当船速快于风速时，就会感觉到风的阻力。所以为了省力起见，我们只能顺其自然，帆船也只能以风速来行驶。 宇宙辐射在给光线加速时，如果让光线具备超越宇宙辐射风的速度，因为那样光线就是逆宇宙风而行，将会遭受到阻力。从而会一直减低速度到30万公里每秒为止。根据最省力实用法则，光线只能以宇宙辐射风的速度来运行。这也是为什么无论光源和电磁波振源运动速度如何，光和其它电磁波只能以30万公里每秒的固定速度来运动的原因。 光子的质量为0，受到其它光速飞行的光子冲撞，会立刻以光速运动，所以光子永远无法停止运动。 这种加速机制，符合能量守恒原理。光子离开光源时，在电磁振动中，被赋予一个能量值。宇宙辐射场正是根据这个能量，来确定光子的频率与波长。能量与频率由普朗克量子公式：ε=hv决定。ε为光子能量，v为频率，h为普朗克常数h=6．602*10-34。能量高的光子，就将组成高频辐射线，如X射线、紫外线。能量低的光子，就组成低频电磁辐射，如可见光、红外线、无线电波。一束光子形成什么性质、频度的辐射线，由振源的初始振动决定。振源初始振动赋予光子的能量值，是光子能够以光速飞行的能量源泉。 宇宙辐射充满于宇宙，对于物体而言，因为各方向辐射作用力达到平衡，所以都相互抵消掉了。不会在物体上产生什么影响。但是对于电磁波而言，只要产生电磁振动，就会打破这种平衡。沿着振动的方向，电磁波会被宇宙辐射场加速。因为电磁波没有质量，所以被迅速加速到跟宇宙辐射一样的速度，也就是光速。 帆船在大海中航行，如果不张开帆，风力就无法发挥作用。同样，宇宙辐射风要发挥作用，将物体加速到光速，是需要条件的。 首先，粒子的质量必须接近于0。如电磁波的量子――光子，质量是0。弱核力作用产生的中微子，质量接近于0。 其次，必须发生电磁振动。电磁振动发射出连续的能量量子，这种量子具备电磁属性，能与宇宙辐射场发生作用，迅速被辐射场加速。宇宙辐射风在各个方向都是同样在吹拂，要想在一个方向达到光速，就需要在那个方向产生一个电磁振动，这个电磁振动可以将那个方向的逆向辐射风力全部抵消掉。也可以认为，这个电磁振动打破了这个方向上的宇宙辐射风力的平衡，这个电磁振动力是量子得以高速传播的能量来源。但这个能量的传播速度，由辐射场决定，由辐射风的速度决定。不能快于辐射风的速度。 ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ ◎光的“波粒二象性”根源 光线是波动还是粒子束，这个争论持续了几百年。 十七世纪英国物理学家胡克提出了“光是以太的一种纵向波”， 惠更斯提出了波动学说比较完整的理论。新的波动学说牢固的建立起来了。 而牛顿却用微粒说阐述了光的颜色理论，驳斥了波动说。由于牛顿在科学上的巨人地位，微粒说占据统治地位。整个十八世纪，几乎无人敢向微粒说挑战。 终于托马斯·杨开始对牛顿的光学理论产生了怀疑，他提出了光的干涉的概念和光的干涉定律。微粒说开始转向劣势。1819年，菲涅耳成功的完成了对由两个平面镜所产生的相干光源进行的光的干涉实验，继杨氏干涉实验之后再次证明了光的波动说。 但人们在为光波寻找载体时所遇到的困难，却预示了波动说所面临的危机。以太被设想为光波传递的载体。但以太终于被迈克尔逊莫雷实验证明为不存在。1887年，德国科学家赫兹发现光电效应，光的粒子性再一次被证明！ 二十世纪初，普朗克和爱因斯坦提出了光的量子学说。在新的事实与理论面前，光的波动说与微粒说之争以“光具有波粒二象性”而落下了帷幕。但对于波粒二象性的根源，科学界仍然没有找到解释的理由。波动说与微粒说，仍然在不同的证据现象面前面临着难休的争论与对抗。 为何光会具有“波粒二象性”呢？这一点并不好理解。这也是光的波粒之争持续几百年的根本原因。粒子都是象子弹一样直线向前飞行，何以又能象海浪波动一样上下振动起伏来前进呢？这完全是两种截然不同的运动模式，确实很难联系到一起。 只有理解了宇宙超级电磁场的存在，明白了光子其实充满于整个宇宙，才能透彻了解光的“波粒二象性”的根本原因。 光首先是粒子，是光子的集合。在飞行时当然自然以粒子束的模式直线前进。但我们这个宇宙有点特别，宇宙内并不是完全的真空，而是充满了一种东西。这种东西叫光子。它们产生于宇宙大爆炸，现在成为宇宙微波背景辐射。这种辐射充斥于宇宙每个角落，光子构成了辐射。所以宇宙被微波光子所充满。根据“最省力实用原理”，一束光线发出后，组成光线的光子此时完全没必要以粒子束的模式飞行，只需要进行波动，就可以将能量传递给前方的光子，使之进行同样能量的振动，就可以同样以高速波动飞行的方式来传递能量，类似于大海的波浪，可以快速由大海中心传向海岸。其效率绝对不比粒子束飞行时差，速度也绝对不会更慢。 在宇宙外部延伸的完全的真空里，由于不具有电磁场与光子，光线就只能作为粒子束前进。其速度也是30万公里每秒，不可能高于这个速度，也不可能低于这个速度。这是宇宙大爆炸后宇宙辐射稳定下来后就一直保持的速度，在完全的真空里进行扩张飞行。正是因为在完全真空里的辐射粒子束以30万公里每秒的速度在前进，而形成了一个以此速度为标准的辐射场与宇宙辐射风。从而使任何光线在这个辐射场内会被自动加速到这个标准速度。 在宇宙内部这个不完全的真空里，光线有了传播的介质――宇宙微波辐射形成了电磁场和充满宇宙的光子，光线就会以波动的形式传播，速度限定在30万公里每秒，不会多也不会少。这时的传播方式有点象大海里的波浪，光子上下振动起伏，单个的光子速度并不高，但作为一个整体，光线却迅速以光速在飞行。大海里的波浪里的一滴水，只会跟着波浪在上下起伏，远远比不上波浪前进的速度。这又有点象电流的运动。单个电子的速度其实并不快，但作为一个整体时，同时朝一个方向运动，使得电流的速度达到光速。手电筒发出一束光，光子A离开手电筒向前飞行，一秒多钟后这束光会到达38万公里外的月球，但那个光子A也许还只在离手电筒不太远的地方，到达月球的光子并不是A，而是月球附近的某个光子B。这个光子B正好位于这束光线的方向上。受到振动传递的能量，而飞到月球上。可见波动传递与粒子束传递是两种不同形式的传递能量的方式。 明显此时波动式传递更加轻松方便。光子根本不需要怎么奔跑，就可以使光线以光速高速飞行。所以宇宙会选择让光线以波动的方式传播。这时光波相当于与声波、波浪相似的机械波，通过介质传播。 之所以光线具有“波粒二象性”，根本的原因就是因为宇宙微波辐射形成的超级电磁场的存在。如果没有传播介质，光线只会以光子粒子束的形式向前飞行，无法表现出光波的波动的特性。虽然还是会有微弱的波动性，就是会做出一种物质性的概率波动，不过这种波动与光波的波动差别非常大，频率与波长都不可同日而语。物质波其频率是很低的。 同样，电磁波之所以能成为一种波动，原因是一样的。只能在宇宙内部的电磁场里，电磁波才能以充满宇宙的光子为介质传递能量，以波动形式传播，在没有电磁场的地方，电磁波就成为电磁粒子束，以粒子的形式飞行，不会具有光波的正常波动特性。 很多时候光线又会表现出粒子的特性，因为其时已无法表现出波动性，或表现出粒子性才更加符合“最省力实用原理”。诸如“光电效应”、光的反射折射等。 由此可见，相对论认为光线的传播无需介质，真空里也能传播，这个看法是片面的。按照这种看法，在没有介质的情况下光的波动传播是无法做到的。由于宇宙微波背景辐射发现于1965年，对其存在的预测也晚于狭义相对论的提出时间，所以爱因斯坦在推出狭义相对论时并不知道宇宙真空里会有宇宙微波背景辐射的存在。他在这个条件下提出光线在真空下也能传播，主要还是基于光线的粒子说得出的结论。认为光线是以粒子束的方式在宇宙空间里直线传播。而事实上，光线在宇宙空间传播更多的是表现出波动性，是以波的形式在快速飞行。 法国物理学家德布罗意在1924年提出一个假说，指出波粒二象性不只是光子才有，一切微观粒子，包括电子和质子、中子，都有波粒二象性。他把光子的动量与波长的关系式p=h/λ推广到一切微观粒子上，指出：具有质量m 和速度v 的运动粒子也具有波动性，这种波的波长等于普朗克恒量h 跟粒子动量mv 的比，即λ= h/（mv）。这个关系式后来就叫做德布罗意公式。 三年后，通过两个独立的电子衍射实验，德布罗意的方程被证实可以用来描述电子的量子行为。在阿伯丁大学，乔治·汤姆孙将电子束照射穿过薄金属片，并且观察到预测的干涉样式。在贝尔实验室，克林顿·戴维森和雷斯特·革末做实验将低速电子入射于镍晶体，取得电子的衍射图样，这结果符合理论预测。 电子波这种物质波是怎么回事呢？按常理，宇宙里并没有充满电子，电子要想以波的形式在空间传播，是找不到传播介质的。 千万不要把电子波等物质波等同于需要介质才能传递的机械波。其实，这种波是概率波。由于海森堡测不准原理在微观尺度起作用，电子的具体位置与速度都是无法同时确定的。电子某一时间位于何处，也是有一个概念分布的。这就会形成一种波动现象，单个电子在通过双缝时，会以不同的概率通过双缝，理论上会形成自我干涉。但一旦要观察这个干涉现象时，波函数会坍缩，电子只会在屏幕上形成一个点。但如果多个电子通过双缝，会在屏幕上形成干涉现象。电子在某一时刻的位置无法被确定，那么在某一时刻电子就会以不同概率通过双缝。电子出现在图案上的位置有不同的概率，出现概率最大的地方，会出现亮纹；出现概率最小的地方，会出现暗纹。实验确实表明，电子束确实会在通过双缝后产生干涉现象。如果一个电子一个电子地发射，同样会出现通过统计后发现这种干涉现象。是因为这种概率是普遍存在的。就好象抛硬币，单次抛是无法确定哪一面朝上。但如果抛的次数多了，每一面出现的概率都是50% 。电子在运动时的状态，可以用薛定鄂波动方程来表示。这个方程的意义就是表明电子出现在不同方位的概率大小。 对于质量远远大于电子的普通物体而言，由于测不准原理失效，其波动现象基本不会出现。不过严格意义上来讲，也还是会具有一定的波动，只是波长相比物体的尺寸而言太小，可以忽略不计。一个子弹，如果在太空中向前发射，毫无疑问，由于没有重力的作用，子弹会以直线飞行。但量子力学告诉我们，并不是如此。子弹只是看起来象一条直线，实际上，子弹在飞行时并非严格的直线，而是以一个很小的范围偏离出飞行路线。但这个偏离值是可以利用德布罗意物质波方程计算出来的。 总结而言，物质波的波粒二象性根源在于测不准原理。 ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ ◎波函数坍缩的《时空波动论》解释 奥地利物理学家薛定鄂1926年提出波动方程，经典宏观物理运动的描述定律是牛顿力学三大定律，而在微观尺度，科学家发现基本粒子的运动完全不符合牛顿力学，必须用一套全新的定律来描述电子中子等基本粒子的运动模式。薛定鄂在德布罗意波公式的基础上，推导出波动方程，对波动方程的求解，可以得出波函数。经过验证，发现电子的运动与波函数完全符合。波函数反映的是电子在某时刻在空间分布的一个概率的变化。 电子绝对不是按直线前进的粒子，而是以直线为中心，也会以不同的概率出现在直线周围的波动，每个位置会有一个特定的概率，但越靠近直线中心，电子出现的次数越密集。后来形象称这种位置分布为电子云。这个方程其实就是描述波动的方程。与普通波动方程比如声波水波不同的，普通波动方程在确定的某个时间，波的位置有一个确定的位置；而薛定鄂波动方程描绘的不是普通波动，而是量子空间的基本粒子波动，在确定的某个时间T，粒子并没有确定的位置，而是在一些位置存在一些不同的概率分布可能。这个概率分布可以通过电子双缝实验来观察。单个电子通过双缝后到达观察屏时的位置，呈现出一种概率分布状态。有的位置电子经常出现，有的位置电子只是偶尔出现。这个概率并非无规可循，而是严格遵守着一种规则。薛定鄂找到了这个规则，写出了波动方程。 这也是电子轨迹看起来象是一团云的原因。Ψ2就是电子分布位置的概率。这说明在一个时刻T，粒子位于什么地方，是无法确定的，只能给出一个概率上的分布。但这个概率分布并非杂乱无章，而是很有规律，只要在电子前方立起一块显示屏，观看电子打击到显示屏上的位置，就可以看出这个规律。可以用单电子来进行多次实验，也可以用一束电子群来进行实验。两种方式得到的结果是一样的。 如果在电子与显示屏之间竖起一块遮挡板，上面开一单孔，电子将穿过单孔后再飞行到显示屏上，显示屏上就显示出一种类似于正态分布的图样，接近中央的部份电子出现的密度最高，这个部分亮度最高。从中间向两边密度逐渐减小，直至完全看不到电子的痕迹。这令我们想起什么？想起山峰现山谷之间连绵起伏。山峰最高，就象中间电子出现次数最密集的那部分空间；山谷最低，就象电子出现的次数越来越少，直至完全不出现。这正是波动所描绘的现象。波动就是振动粒子在能量最高的波峰与能量最低的波谷之间循环往复的过程。比如水波的波动，水分子一会儿被抛上波峰，一会儿被甩向最低谷。在电子运动时，电子在显示屏上出现的次数，在显示屏中间部分亮度达到最高峰，然后向两测逐渐下降到最低谷0 。 如果在遮挡板上开两个单孔，那电子将在穿过双孔后飞行到显示屏上，显示屏会显示出什么图样呢？此时显示屏会显示出更加类似于波动的图案，电子的亮度光条明暗相间，明亮光条会紧跟着黑暗长条，然后是明亮光条，再接着黑暗长条。而在显示屏中间部分，电子的亮度达到最高，显示这里到达的电子个数是最多的。向着两侧，明亮光条的亮度会逐渐减弱。 这让我们想到光通过双缝的干涉实验。产生的正是这种明暗相间的条纹带。这说明，电子在通过双孔后，会产生干涉现象。使电子出现在显示屏的次数被改变。原本电子可能出现在显示屏某处，但由于来自另一个孔的电子也出现在这里，两个电子正好一个是能量的峰值，一个处于能量的最低，而被抵消。使电子不在那里出现。 声名远扬的薛定鄂波动方程，正是正确描述了电子的这种运动状况。这里的波动不是指电子本身以波的方式在前进，而是电子出现的概率，在显示屏上出现的次数，会以波动的方式，密疏分明地出现。实际上，电子仍然是以粒子的形式在前进。但并不是严格的直线运动，而是会出现偏差。 当单个电子通过双缝时，根据波函数，电子会以不同的概率通过双缝，所以会出现干涉现象。但当把一个屏幕放在双缝前方时，电子并不会显示干涉图样，而是会显示出一个点。这个点代表的是一个确定的位置，并不是波函数所描绘的结果。波函数预言的是单个电子会以不同的概率通过双缝，并在屏幕上形成干涉图样。为什么最后却只显示出一个点呢？哥本哈根学派是量子力学的主要奠基与推动者，包括玻尔、海森堡、泡利、玻恩、狄拉克等著名科学家。他们给出的解释是，只要人为进行了观察，波函数就会立即坍缩，不再起作用，电子就只表现出粒子的特性，在观察者的眼里就是一个点。 如果在双缝各安装一个观测器，看电子是从哪个缝穿过去的。那电子也不会表现出波动的特性，只会象粒子一样，选择一个缝穿过。这也是一种波函数坍缩。 爱因斯坦非常反对这种说法，哥本哈根解释把意识放进自然规律中，使意识可以决定物质。薛定鄂也反对这种意识导致波函数坍缩的看法，他提出“薛定鄂的猫”理想实验，来进行反驳。试想一只猫和一个毒气瓶被放在一个黑箱子里。一种放射性物质，一个小时内有50%的可能性进行衰变，放射出射线，这种射线将会冲击一个装置，使一瓶毒气倒出。这只猫就被放在这个毒气瓶旁。按照哥本哈根解释，在一个小时内，放射性衰变发生的可能为50%，那这只猫存活的可能也就是50%，这是一种波函数。这只猫将处于不死不活的状态。只有打开箱子看一眼，波函数突然坍缩，这只猫才能从这种不死不活的状态里解脱出来，活着或死去。而根据常识，这只猫在箱子里，要么活着，要么死去，死么可能会不死不活呢？这种状态当然是不存在的，所以哥本哈根解释是错误的。 哥本哈根派的反驳是，确实是这样的，人的意识充当着一个重要角色。在观察之前，这只猫就是不死不活，观察之后，猫才能确定是生还是死。 这种反驳并不能让反对者信服。爱因斯坦的追问是：难道你不去看月亮，月亮就不存在吗？上帝不掷色子。玻尔的回应是：你不去看月亮，月亮的状态是不确定的。你看了一眼，月亮才能确定它的位置。上帝怎么做是上帝的事，不要告诉上帝应该怎么做。 其实，波函数坍缩是可以有更好解释的。那就是“时空波动论”的公设基础：最省力实用原理。 无论是在原子核内的电子，还是从电子枪里发射出的高速电子，它们并不以严格的直线在飞行。在人未观察之前，象一团波一样不确性其位置的运动，只需要遵守波函数对其出现方位概率的限制——在飞行路线中央出现次数最多，偏离路线越远出现次数就越小。这就象一个教练在学员的打耙考试时不要求每弹都直中耙心的10环，只要打在耙心一定范围以内，拿到8环就算合格。如果要求弹弹都10环，除非是天生的神枪手，那学员就是再怎么苦练也无法做到。这是为了省力与实用。我们都有经验，如果工作生活中被规定得死死的，几点出现在哪，几点出现在哪，一秒钟不能迟到，不能偏出位置，那我们会觉得很累，很没意思。太死板太没趣。电子也是这样。电子在运动时，也喜欢自由自在，喜欢随意漫游，不愿被规定必须以直线来飞行，只要它大致飞行的路线是一条直线，出现在飞行路线中央的次数最多，就算是合格了。电子最喜欢这种自由的运动方式。无拘无束，多么省心省力，还能在一个大的范围里四处观光，远远好过只被限制在一条笔直的行动路线上。我们可以发现，电子这种行为，与银河系的恒星倒是有些相似。电子出现在路线中心的次数最多，越是显得密集，电子云的厚度越大。越偏离中心，出现的次数越少，显得电子云越来越稀薄。银河系的恒星分布，越靠近银河中心，越是密集。厚度也越大。越是远离银河中心，到银河边缘地带，恒星分布就越来越稀薄，厚度越来越小。当然，银河系是3维的，电子束在任一时刻的分布只能是二维的。我们可以把银河系恒星分布转化成2维的图像，那用怎样的图像来描绘银河系这处恒星的分布呢？无疑就是一个圆圈，中心最亮，亮点最密集，随着半径的增加，而逐渐变暗变稀薄。这正是电子束在任一时刻其横截面会表现出来的分布模式。 所以，电子的飞行轨迹其实并不神秘，只要想一想银河系的形状特点就知道电子在飞行中的分布情况了。只要把一块显示屏摆在电子束飞行的前方，电子束就会显示出中心最亮，向着边缘逐渐变暗的图像。在这里，最小的微观粒子与最大的宏观星系表现出惊人的相似性。其中必定是有原因的。 那么，电子通过双缝为什么会产生干涉现象呢？ 电子束在飞行中通过双缝后分成两股电子束，每一束电子束都依照疏密概率来飞行，看起来象是微型银河系的一个截面。但飞行的特点并不止于此。每一个电子都会有振动，有振幅。振幅从波峰到波谷，波峰与波谷时电子振幅最大，能量也最大，但能量是相反的。电子束里的电子都是同相的，所以其波形会叠加在一起。如果在某个时刻对电子束进行截图，在出现一个疏密有致的微型银河系截面的同时，所有的电子都会同时处于波峰到波谷之间的一个振幅点上。如果某处所有的电子都处在波峰，这时电子的振幅最强，电子最明亮显眼。将显示屏向前推移，电子的振幅将慢慢减小，电子变暗。当电子处于波谷时，又会重新最得最明亮。因为波谷的振幅也是最大的。所以，在电子束前进的路程中，电子束会明暗交替，看起来象是水波在起伏。这也是电子波动的另一种情况。 电子束通过双缝后，两束电子束打在显示屏上，由于两束电子束振动明暗情况会产生相互影响，这就是干涉，这时如果一束电子束电子处于波峰，与另一束电子束相遇，那束电子束正好处于波谷。那电子的振幅就会被抵消，成为0振幅，没有能量了。一个没有振动的电子，无法在显示屏上显示出来，显示屏上就会出现暗区。显示屏到双缝的距离并不相同，如果这个距离是电子波长的整数倍，电子到达显示屏就是波峰，如果这个距离是电子波长一半的奇数倍，电子到达显示屏就是波谷，这个地方的显示屏就会因为电子振幅相互抵消而变暗。正是这个原因，使电子束在通过双缝时产生干涉现象，出现明暗相间的条纹。 电子虽然按照这种方式在飞行，具有概率性与不确定性，但一旦科学家要观察它的位置，它就会只显示出一个点，而非很多的点组成的概率电子云。这是为什么呢？ 一旦人想要观察这个电子时，并拿出了观测工具，人的意识会发出脑电波光子流，观测工具也会发射或反射出光子流，这些光子流就会撞击到电子上。电子就能感觉到波动受到了阻碍，必须要换一种老老实实本本份份的运动方式，来适合人类的观察了。于是波函数就迅速坍缩，电子不再进行概率波动，那人观察起来多累呀，以一个粒子的方式来运动，人的测量就方便多了。 普通人的脑电波对于宏观物体是没有什么控制力的，但是对于电子这类基本粒子，对电子会有明显的提示作用。但仅仅想要观测，电子还是不会自动以粒子方式来运动。还必须要有观测的行为，接收被电子反弹回来的光子，光子的撞击将严重干扰电子的运动。这时电子就明白自已正在被观测。这些行为会提示电子什么时候遵造实用原理以粒子方式出现。一旦脑电波的提示消失，光子的干扰也没有了，电子就会回复到最省力波动的状态来运动。 爱因斯坦同量子力学作了几十年斗争，原因很大程度上在于对哥本哈根学派的这个波函数坍缩原因的解释不满意，认为不符合决定性原理，太随机性，太主观唯心化。而玻尔也始终提不出能完全说服爱因斯坦的解释。如果爱因斯坦知道了最省力实用原理，理解了电子的运动其实就是遵守着这个原理，在不同时刻显示出不同的运动方式，不知道他会不会觉得满意而接受量子力学？ 波动是物质世界的一个普遍现象，后文还会详细展开，以波动为手段揭开宇宙神秘的面纱，真相会越来越精彩。 |
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