暗物质与暗能量揭秘(一) 吴伏栖 1 引言 相对论和量子论是现代物理学的两大基石，相对论是关于时空和引力的基本理论，它揭示了宏观世界的运动规律，解决了经典力学无能为力的高速运动问题．量子论揭示了微观物质世界的基本规律，解释了原子结构、原子光谱的规律性等．但是，人类还面临着很多悬而未决的问题，比如：宇宙从何而来又将向何处去？宇宙有开端吗，如果有的话在这开端之前发生了什么？时间的本质是什么，它会有一个终结吗？宇宙大爆炸理论是否符合客观实际？黑洞及黑洞辐射是否真的存在？暗物质和暗能量到底是什么？相对论和量子论的关系是怎样的？确实存在宇宙大统一理论吗？等等．其中暗物质和暗能量被称为二十一世纪现代物理学和天文学晴朗天空中的两朵乌云，揭开暗物质、暗能量之谜，无疑将是人类认识宇宙的又一次重大飞跃，必然会导致一场新的物理学革命．当今的物理学家、哲学家、生物学家乃至社会上一些有识之士都知道，宇宙及人类进化达到今天的境界绝不是偶然的，但是又说不出找不到那隐藏着的不为人知的秘密，不管是什么原因，宇宙的演化肯定有它一定的原理及法则，正是在这些原理和法则的规范和作用下，才使我们的宇宙进化到今天这个模样，因为人类的存在就是最好的证明，证明了宇宙确实有它必然演化到今天这个模样的理由，而对这其中的法则和原理的论述就是《趋势论》的内容，《趋势论》将对以上所有问题作出明确的回答． 2 趋势论的理论基础 2.1 趋势和趋势场的概念 通俗地讲，趋势就是事物普遍具有的趋于平衡和稳定的发展变化态势，趋势是相对差异性的产物，有差异就会产生趋于平衡的倾向．趋势的种类繁多各种各样，有收缩趋势、膨胀趋势、辐射趋势、运动趋势、进化趋势、发展趋势、人心向背趋势等等，它们有一个共同的特点，那就是趋势都可以驱动能量和信息交换进行，而这种交换就会带来趋势本身不断弱化的效果，直至达到相对平衡，甚至趋势消失．我们把趋势的作用范围称为趋势场，各种各样的趋势场可以归纳为两大类——收缩场和膨胀场．单摆就是最简单的趋势场，通过观察单摆的运动我们可以知道，对平衡和稳定追求是趋势产生的原因．任何两处如果存在温度、能量、密度、压强等不平衡就会形成趋势场．如果一个事件体系处于多个趋势场的作用范围之内，各种趋势场效应叠加后就会得到一个总趋势． 至此我们知道，趋势是因为差异性而形成的趋于平衡的自然倾向．趋势场随着能量的转移而使其强度不断弱化，始终朝着相对平衡的方向发展．趋势场之所以存在，就是因为存在相对势能差的原因，即差异性是产生趋势的根源．所以我们说，追求平衡和稳定的变化趋势是宇宙演化的动力．宇宙是高度复杂的统一体，一方面的平衡会造成其它方面的失衡，这就要求宇宙系统时刻处于不断变化和调整之中，就算宇宙能量耗尽，这种变化的趋势依然存在． 驱动生命运动的是化学能，驱动宇宙运动的是核能，能量转化形成的各种趋势场决定着宇宙的命运，宇宙中所有现状都一种相对平衡的表现，而且这种不懈追求更平衡的趋势是永恒的，在这个过程中会产生新的不平衡，如此不断反复．而绝对平衡是不存在的，这就意味着宇宙永远不可能实现和达到绝对平衡状态，即宇宙的运动是绝对和永恒的．总之，不断追求相对稳定、平衡、和谐是宇宙演化的总趋势！ 2.2 趋势论创立的前提条件 爱因斯坦相对论的一个重要成果，也是最伟大的成果就是发现了质量与能量之间的内在关系，并对这种关系进行了定量描述，这就是著名的爱因斯坦质能方程式E=MC2. 趋势论的唯一理论前提就是：假设能量与质量之间存在数量转换关系，即类似于E=MC2这样的方程式成立或存在. 2.3 不同理论的时空观 所谓时空观．就是对时间和空间根本物理性质的认识． 2.3.1 经典力学的时空观 在经典力学中，物体的坐标和速度是相对的，同一地点也是相对的，但时间、长度和质量这三个物理量是绝对的，同时性也是绝对的．牛顿力学时空观认为空间是平直的、各向同性的、各点同性的三维空间，时间是独立于空间的单独一维，因而也是绝对的．这就是经典力学的绝对时空观． 2.3.2 相对论的时空观 相对论的基本假设是光速不变原理、相对性原理和等效原理．在同一个惯性系中，存在统一的时间，称为同时性．在不同的惯性系中，没有统一的同时性，也就是两个事件在一个惯性系内同时，在另一个惯性系内就可能不同时，这就是同时的相对性，在惯性系中，同一物理过程的时间进程是完全相同的，如果用同一物理过程来度量时间，就可在整个惯性系中得到统一的时间．非惯性系中，时空是不均匀的，也就是说，在非惯性系中，没有统一的时间，因此不能建立统一的同时性．相对论认为时间和空间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的时间和空间，而引力则是时空区域几何性质的表现。 3. 事件体系及其参数 3.1 事件体系 事件体系是趋势论最基本的概念，它是指趋势论所研究的任何一个具体对象或者目标．它即可以是恒星、行星、卫星，也可以是星系、黑洞，甚至可以是整个宇宙．宇宙就是由无数的事件体系构成，宇宙中所有事件体系均具有的对平衡和稳定状态的追求是趋势论的核心，而这个追求过程就是通过能量转移途径实现的. 3.2 事件体系参数 趋势论事件体系参数有四个，即时间、空间、能量、质量．任何一个事件体系都会与周围的其他事件体系不断进行能量交换，因此事件体系不论表现出何种运动方式，都是趋势场使能量转移的内在要求造成的结果．物质、能量、时间、空间是事件体系的基本维度或者说参数，它们的取值范围都可以从0到∞，每个维度为0时就表示该维度消失了，每个维度为∞时，就表示该维度趋于最大值． 3.2.1 时间 微观的粒子、宏观的星系、恒星、行星存在周期性变化现象叫做物质的振荡现象．根据这一定义，地球的公转、自转都是是一种振荡，只不过是周期较长的振荡而已．自转的原子核运动也是一种振荡，周期很短的振荡，原子中绕核运动的电子、电流中的每个电子运动时都在振荡．震荡和运动是产生时间的根源，时间的胀缩就是由物质运动时震荡周期的变化引起的，所以时间的本质是周期，周期的重复形成历史．因此我们可以这样定义时间，时间是事件体系的运动周期的重复，周期是一个随着物质运动不断变化（膨胀或收缩）的物理量．所以宙中根本不存在所谓绝对时间，任何事件体系的时间都是在不断变化中的相对时间，而这种相对性是以周期大小变化的形式来体现的．时间的变化性和相对性表明，宇宙中任何一点都可以作事件体系的起点．每一个事件体系都有自己的相对时间．例如在地球这个宇宙局部时空中，一天一天不断的周期重复就形成了地球的时间史． 3.2.2 空间 空间是事件体系存在和运动的最大范围，空间是能量的产物和忠实伴侣，有能量存在的地方就有空间，没有能量存在的地方就没有空间．大多数物理学家看到的仅仅是空间的物理容纳性意义，也就是只注意到物质和能量在独立空间内的存在方式，而忽略了空间与时间、物质、能量三者之间存在的最根本联系——四位一体的整体性和统一性．就本质而言，空间是能量的产物．即空间中的能量是宇宙空间的开拓者和支撑着，空间也是能量的伴随者，空间因能量而存在，也随能量消失而消失．所以我们应该这么来理解能量与时空的关系——不是能量存在于时空中，而是时空产生于能量中．形象的说，我们宇宙的天空是靠能量这把大伞撑起来的．时间和空间不可分割，它们共同组成时空统一体．而时空不能脱离能量独立存在，并随着能量而变化而变化，能量消失后时空就会归藏于质量之中，因此可以说能量是时空的灵魂，时空是能量的躯壳． 3.2.3 能量 能量是指事件体系内所有物质运动能力的大小．即能量是物质运动能力的量度．驱动生命运动的是能量，驱动宇宙运动的同样是能量，因为物质运动是能量的本源，也是时空的本源，所以说宇宙中任何能量形式从本质上看都是动能． 事件体系能量交换是指不同事件体系之间所发生的能量转移现象．宇宙中的能量变化趋势是：过去一定多于现在，现在一定多于将来，宇宙中的物质变化正好与能量相反．从这一点上讲，趋势论是能够区分过去、现在和将来的理论． 3.2.4 质量 质量是事件体系内部相对于其原点（质能中心）静止时所有物质所包含的内在能量，即静止能量．显然，质量是一个相对量值，因为所谓静止都是相对而言的，是相对于事件体系自身而言的，只有运动才是绝对的．质量是能量高效的压缩存储器，物质从低速加速到高速时能量增加，质量也增加．质量都是由轻子（如电子、廖子、中微子）和强子（质子、中子）等运动的物质粒子组成。 3.3 事件体系参数之间的关系 3.3.1 事件体系参数关系图 事件体系各个参数之间的关系是：能量与质量、空间成正比例关系；质量与能量、时间成正比例关系；时间与质量、空间成正比例关系；空间与能量、时间成正比例关系．能量与时间成反比例关系；质量与空间成反比例关系．很显然，图中菱形四个角上相邻参数之间成正比例关系，处于对角线位置的参数之间成反比例关系，如图一所示．
图一 3.3.2 时空质能一体化 从以上对事件体系参数的分析可知，趋势论认为事件体系的时间、空间、物质、能量是可以相互转化的，相互之间是对立统一的关系．而物质和能量本来就是同一东西，区别只在于动静之间；这里最令人惊奇的发现是物质和能量不再只是时空中寄人篱下的客人，而是真正主宰时空的主人．质能和时空构成有机的统一体，这种时空质能一体化的观点就是趋势论的时空观． 由此可见，所有事件体系均为六维：时间、质量、能量加传统的三维空间．时间是事件体系运动周期的量度；空间是事件体系存在和运动的范围．而一般常识意义上的时间是事件体系周期的重复和积累．时间的延续不过是周期的不断重复而已．时间与空间相互依存，空间消失时间就终结，反之亦然。 质量和能量不仅是事件体系的基本维度，它们也决定和影响时间与空间这两个维度．我们已经知道，事件体系共有六个维度，为方便起见可对它们作如下简化，即把三维空间看作一个整体，用＂空间区域＂这个概念来表示，这样就把六维的事件体系简化为四维．时间、空间区域、质量、能量这四个维度是对立统一的关系，相互依存、相互转化、相互制约，从而实现平衡和稳定.由于时间和空间区域不可分，我们就把时间和空间区域合称为时空区域．由于质量是相对静止的能量，能量是相对运动的质量，所以质量和能量也是统一的，可统称为质能. 事件体系的时空区域是以事件体系的质能变化为自变量的函数．从质能变化的角度就可以知道时空区域的变化规律．在事件体系绝对封闭和孤立的理想前提下，其质能总和守恒，质能存在方式的改变是引起事件体系变化的原因．能量与事件体系空间区域大小成正比，这表明能量创造了事件体系的空间区域，即事件体系中的所有能量在不断开拓空间区域；而质量与空间成反比表明所有质量都在不断收缩(消灭)空间区域．当能量创造的空间区域大于质量消灭的空间区域时，事件体系的时空区域就膨胀，反之时空区域就收缩，直到相对平衡．任何相对平衡状态都是暂时的，这是因为事件体系时空区域的膨胀趋势会一直消耗其能量，被消耗的能量都转化成了物质，而物质是时空的天敌，能量和物质始终处于此消彼长的动态变化当中．事件体系中能量消耗的过程，就是其创造时空的过程，也就是能量不断转化为物质的过程． |
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