时间和空间的逻辑结构之二

                             ——空间和物质的关系

志勰

本文说明了空间和物质间的关系,在您浏览本文的同时,请您参阅本站中其它的关于基本作用和空间属性的分析,以前说明过的这里不再重述。时间和空间的逻辑结构是基于物理概念的基层的定性分析。由于特别抽象,我个人的水平有限,如果没有涉及到的问题或者存在问题的地方,请您告诉我,我会另加补充和说明。


空间的各向同性

      对于空间的定义,通常是采用空间的一个纬度单位——长度单位,作为空间计量的最基本单位,长度的定义确是采用物体本身的一种标准的长度作为基本的长度定义标准。这一点请您参见空间的概念。在我们对空间这样定义的同时,我们实际上已经对空间定义了一个基本的属性,即:空间的各向同性。

      在涉及到电的作用的定性分析中,我们已经对空间的各向同性进行了分析(您可参阅其它的文章),这里我们进行进一步的分析。给与我们经验感觉的空间的各向同性来源于物质间的作用,那么,这个问题的深入探讨,我们仍然要进入到物质间的结构属性上。

      现代科学表明,我们将物质的结构分解到微观层次的时候,我们发现物质是由原子构成,原子是由原子核和电子构成,电子则是不可再分的粒子。原子核则又可以分解成中子和质子。电子、中子和质子则是我们最常见到的基本粒子,并且已经得到足够的试验支持。

      电子、中子和质子的微观属性是不同的,它们所对外产生的作用也是不同的,但是,有一样相同的地方,它们都是粒子,并且都具有质量,都是作为一种物质存在形式的实在物,对于电子,我们不能精确的确定它的空间大小,(任何一种微小的作用都会导致它的存在状态或者说运动状态发生改变。)中子和质子也不例外。但很显然,它们具有确定的空间大小。

      微观基本粒子的测定大小的问题——空间的属性

      我们知道,我们所得到的电子、质子和中子的大小,都是采用宏观物质的度量标准进行比较的结果,它所反映出的属性,也是我们针对宏观常规的物质进行比较的结果。宏观物质则是我们感觉存在的一种经验约定,在这种经验约定的认识中,还存在着我们未曾考虑到的地方。

      在深入到电子以下的层次,我们将没有可供参照的粒子来对电子的存在进行描述。由于我们不能对电子进行任何测量手段进行测量,因此,严格的意义上来说,电子的空间大小是一种理论约定的结果。在这里说明一下的是,关于电子空间大小的确定方法,我并没有找到于此相关的资料,这样的一种说法,是进行推理的结果。

      如果我们忽略掉宏观物体的存在形态,那么我们整个的世界将是由基本粒子累积的一个庞大的世界,在几种基本的粒子之间,存在大小的空间差异,但是我们将如何确定这种大小的差别呢?相同的粒子之间,其所占据的空间大小是一样的,我们又如何进行判定呢?

      我们采用宏观的角度去定量的物体的大小,是因为我们采用了标准的长度单位,这个标准的长度单位在这种微观上来说,仍然是由基本粒子构成的,但不同的是这些基本粒子之间存在一定的空隙,虽然我们所采用的标准的长度单位在宏观上来说是标准的,但是应用到基本粒子间的这种判定依据,这些空隙有大有小。宏观上的物体的实体在微观上来看,将是不能适用的,如果我们将粒子间的空隙看作是真空的话。

决定基本粒子大小的原因

      如果我们可以确认两个基本粒子之间在真空中可以进行比较大小,这实际上已经确认我们在比较基本粒子大小的过程中存在某种理想的标准。在相对论中有这样的结论,当一个基本粒子在静止时和在高速运动时它所占据的空间大小是不同的,这是因为基本粒子在沿运动的方向的长度是要收缩的。(这是一种在科学上采用的判定方法,这里仅表示存在这样的方法)在这种粒子大小的确定方法中,我们已经不能采用光线的作用介入到其中,因为这种介入是没有任何意义的,(采用能量较高的电磁波会影响测定的结果,采用能量较低的电磁波是不能测定的)。

     我们感觉到物体的大小,是因为物体由一个明显的存在区域,物体的本身将会在它本身的区域里产生对外来的作用的一种作用,通过这种作用,我们感觉到物体的大小。我想基本粒子也是同样的道理。

      如果我们将基本粒子所占据的空间当作虚无的空间,如果我们将一个基本粒子放大到一定倍数,同时,它所占据的空间也放大到相同的倍数,那么粒子的结构和空间大小将不会存在任何的改变。由于理想空间没有任何的东西,如果我们排除掉物质间的作用,那么一个虚无的地方放大多少倍和没有放大的时候我们将找不到任何的区别。这样的事情是我们所不能想象的,同时,也是在我们的宏观世界所不能出现的事情。因为,在我们所采用的定义体系中,我们是采用物质间的属性、物质间的作用去判断物质的大小。

      在宏观上来说,不论物体处于何种状态,只要它满足我们所采用的标准长度的n倍,我们都可以判定,我们所测得的物体的长度是n个单位。至于物体所占据的理想空间(传统中我们所说的空间,理想的空间、不依赖于物质而存在的空间)大小,我们是不知道的。我们知道,在地球的外层空间,物质在空间的分布是很微量的,在科学史上,我们也曾想象过地球外层的空间,以前我们通常把它叫做真空,我想,这种真空大概就是我在这里所说的理想的空间吧。

      在真空中去判断基本粒子的大小,去判断物体的大小,如果缺少度量物体的条件(拿标准的进行比较),在原则上,我们实际上不能判断粒子或者物体的空间大小,除非我们将空间赋予物质的属性,采用物质的属性去判断空间的大小。

决定空间属性的原因

      人类的登月计划的成功,使人类的活动范围走出了地球这种高密集的物质范围,同时也提供了真空环境的可能。当然,现在人们发现,即便在广漠的宇宙空间中,真空也并不是真的空的,还是存在非常稀薄的物质的,主要是以质量较小的原子占据主要的位置。我们换一种说法想一下,我们知道,宇宙空间中的物质是非常稀薄的,说明有物质存在,但是,在相邻的两个基本粒子之间,对于物质而言,应该是真的空无一物,我们不能想象比基本粒子还要小的以下的物质是什么。当然,如果这种空间中还存在更基本的粒子,那么,这种相邻的更基本的粒子之间的空间是否存在其它物质呢?如此推倒下去,就必然是空无一物,绝对的真空的空间,也就是绝对的理想的空间。这样的推倒,仅有数理逻辑的意义。而不具有物理或者物理逻辑上的意义。

      关于这样的空间,我们从数理逻辑上不能否认这样的空间存在,但是从物理上来说,已经不是我们物理意义上的空间,或者说与我们所感觉的世界无缘。

      对于这样的空间,我们找不出任何的方法去确定它的属性。如果物质和这种空间是分立的,也找不出任何的方法来判断物质间相互作用的行为。我们知道,物体具有惯性的属性,这是一种经验约定,是根据宏观物体运动变化的行为而得出的一种经验约定。我们只能得到物质的运动变化本身就是这样的论断,至于物质在这种空间中的相互作用,除了猜测之外,我们是一无所知的。当然,即便在我们生活中的空间或者地球以外的空间的属性也是猜测。

      于是,就有这样的一个结论:没有任何形式的物质的空间,就没有任何形式的相互作用,我们也不能通过物质的大小来确定空间的属性,对于人类而言,这是永久的空白。我们通常所指的空间,都是基于物质间相互作用基础上的空间。空间是不包括绝对的真空的。因为我们找不出任何的方法也找不出任何的作用形式去赋予绝对真空的属性。

 

      通常我们所指的电子,我们都将它们看作具有相同空间大小、相同对外作用属性、相同的内部结构。在空间的问题上,电子在我们的物质世界中又是如何去实现我们所观测到的结果呢?

      我们如上探讨了绝对真空的特点,可以判定我们日常生活中,采用我们人类语言所描述的空间,都不是真空的空间,我们所描述的空间,必然伴随着物质间的作用,或者说存在某种物质。

      基本粒子存在在我们所可以感觉的范围,我们知道在电子的运动变化过程中,会存在发射电磁波的特点,不论是科学史上发现电子过程中的阴极射线,还是原子的发光行为,都是通过物质间的作用使我们得到一种基于电子的粒子的存在。电子的行为所引起的结果必然直接影响到我们的感觉,才会使我们确认电子的存在,当然,非间接的和我们的直接作用我们仍然可以感觉到它们的存在,比如中子的作用。但有一点,一个物体的存在,它的行为所引起的结果必然直接或间接和我们的感觉发生相互作用,我们才有可能确定它们的存在,否则,我们将不能确定它们是否存在。

      电子本身的存在问题我们是毋庸置疑的,因为我们通过我们的感觉已经确定了它的存在。它的存在特点我们已经已经定义了如下的特点:对外具有负电属性的作用,在垂直于磁场方向的运动中会被磁场偏转、质量很小等等,我们所得到的这些只是基于电子和外界的作用的特点。

      我们通常认为,通过相同的行为,和其他物体所发生的作用是相同的粒子,是同一种粒子。电子对外界的作用,除了直接对外界作用的发光发热之外(这一点是通过电子对外界的碰撞所引起的现象的结论,如:原子特征x谱线的试验),那么就是电场的作用了。两个带电体在空间会存在相互作用,似乎两个带电体之间没有任何的物质,可以看作我们前面所探讨的真空看待。在科学史上,我们已经否定了超距作用的存在,如果两个带电体之间没有任何的物质,那么它们之间的作用就一定是超距作用,尽管两个带电体之间我们感觉不到物质的存在,我们也只能认为,两个带电体之间的物质间的作用不能和我们发生直接的相互作用,或者不能引起我们感觉的反映,而判断有物质的作用发生。否则,两个带电体之间不能发生任何的相互作用。

      这里稍提一下通常我们所判断的没有物质存在的空间中的处理方法。在一个世纪以前,由于电磁理论的完善,在科学界中普遍认为,在空间中存在一种我们不能感觉到的叫做以太的实物,它完成电磁波的传递,后来通过一个叫做麦克尔逊——莫雷试验的试验,否定了以太的存在。(我在以后的文章中还要专门讨论这个问题)而后就是相对论和量子论的诞生,逐渐采用一种叫做场的物质,以不具有实物的属性代替了以太。对于这个处理方法,大家可以看到,如果将以太和场两种物质都看作不能和日常生活中我们所接触到的物质发生作用或者它们之间所发生的作用不能引起我们感觉的反映,以太和场两种物质的处理方法是等效的。

      不论我们是采用以太的物质还是采用场的物质去处理空间中的作用,都可以肯定,在空间中存在作用并存在可以传递物质间的作用的物质,不论我们对它们取什么样的名字,在承担我们常规的空间的属性上是相同的。除此之外,我们将不能想象空间的属性。

      您可能具有这样的疑问,空间的属性我们只要赋予长、宽、高这样的属性就可以对物质进行描述了。我在这里要提醒一下的是长、宽、高都是基于物质的属性,脱离开存在确定形态的物质的这种属性,将不可想象,也不可能从实用的角度去确定空间。如果空间不和物质发生任何的作用,我们将不能进行任何的测量,纯数学的描述对于我们所存在的世界将没有任何的意义。

     

同一种基本粒子的同一性

      如上,我们看到了空间是通过物质来实现它的属性的,同时它也将物质的特性赋予物质本身,使我们可以对物质结构的世界进行描述、比较、确定。通过对物质属性的定义,我们可以从物质间的相互作用上,通过一种标准的物质特征去确定其它物质的存在特点。我们对物质所进行的描述,都是基于物质基础上的描述。

   对于空间中发生的相互作用的描述,在现行的物理学中主要存在如下的几种公认的相互作用:

   电磁相互作用、万有引力作用、强相互作用、 弱相互作用   

      其中电磁相互作用和万有引力相互作用是基于我们日常生活中经常接触到的相互作用,强相互作用和弱相互作用是为了解释原子核结构而引进的两种相互作用,其中弱相互作用的作用程小于10^-17米,强相互作用的作用程小于10^-15米,这是传统对原子核内部结构的看法。我在这里说明一下,即便传统物理学中对原子核的描述是正确的,那么原子核所设计的相互作用如果可以作为点源看待的话(相互作用是由基本粒子产生的并可以当作点源看待的话),仍然不能违背平方反比定律。这和传统物理学中的看法是矛盾的,我在这里就不再对这个问题讨论了,而只讨论时间、空间和物质间的相互作用。这个问题我会在时空因子中去探讨。

   相对于两个电子,如果我们通过相同的测量方法确认两个电子的特征是相同的(如电子垂直射入磁场并在磁场中作圆周运动),那么首先确定了电子和我们测量的环境存在相同的关系。这是我们判定两个电子是相同的依据。

   我们进一步的看,由于电子给与空间的作用具有各向同性,电子和我们所设定的环境的作用具有确定的关系。如果换用其它的粒子,如质子,它和这种环境作用的关系将不再是电子和环境相互作用的关系,这样的一种标准是唯一的确定。如果在确定环境中粒子的行为存在不同,我们通常判断为不同的粒子。从这里可以看到,我们的判断方法是针对于物质和它相互作用环境的关系,我们所得到的只是这样的关系,这实际上已确定了环境和物质作用的一种关系,环境作为一种不变的量。换句话说,将空间作为一种衡量。

   实际上,在处理相互作用的过程中,如万有引力的引力定律、电(原为“磁”,打错了,修改时间2000.10.21)力的库仑定律等,在其中我们都确定了关于这种作用的一个空间常数,如引力定律中的引力常数、库仑定律中的比例系数(其中不变的真空介电常数),它表明这种作用在空间中的不同相互作用间的确定的关系。

    这样,我们可以看到,通常我们所说的空间具有着某种确定的作用,这种作用我们在科学上是将它作为常量处理的。这说明空间具有着某种确定的与物质相关的作用标准,同一种基本粒子具有相同的空间和属性都是基于这种标准。

      2000.10.16

关于本文的说明:在我思考这篇文章的过程中,一当闭上眼睛,总会感觉有很多种关系在眼前跳跃,但使用语言描述的时候,却总是感觉到我的描述很有限,似乎不能把物质和空间间的关系完整的描述出来,检阅我已经描述过的内容,似乎都已经包含了。鉴于这种情况,我建议:您若发现我没有说明的地方或者逻辑上不完善的地方,请您来信告诉我。谢谢——zhixie