时间和空间的逻辑结构之三

                                      ——空间与物质的作用

志勰

本文是空间与物质的关系的进一步深入探讨


    在上一篇文章(时间和空间的逻辑结构之二——空间和物质的关系)中,我们依据物质所反映给我们的逻辑判断,确立了空间存在某种作用的属性。并且这种作用我们通常的处理方法是将它看作恒量。这样的处理是建立在同一种基本粒子的同一性和空间的各向同性的基础事实上。下面我们来详细的探讨这种空间的作用属性。

1、空间属性的特点

    在微观物质粒子中,带电的粒子要占很大一部分比例,如果以常规物质来看,粗略的估算,带电粒子要占物质总质量的1/2左右(原子核是由质子和中子构成,电子的质量是很微小的,可以略而不计。元素中子的质量要略大于质子的质量)。在科学上,我们已经确定,带电粒子会存在一种静电场,这种静电场会对所有带电粒子产生相互作用,通常(传统物理学的看法)我们认为,这是通过一种叫做场的物质来完成的。

    如果我们将空间看作是没有任何物质属性的真空的话,那么,场物质传递作用的速度是不可想象的,如果它不和空间中的物质发生相互作用,那么它的传递电的作用的过程必然是超距作用,换句话说,不需要时间,也就是不需要过程。我们也不能想象这样的过程,这样的过程是不符合物质运动的原则的,实际上,如果没有物质和场物质发生相互作用,那么它是不能完成物质间作用的传递的。

    合理的解释只有一种,场物质作用的传递是通过物质间的相互作用完成的,只有这样,我们才可以确定物质传递的过程、属性等,同时,场物质才会具有物质运动的特点。换句话说,是将空间赋予物质的某种属性。

2、中性粒子的属性

一、中子的运动过程和空间的作用

    我们知道,中子是电中性的粒子,不和带电粒子发生通常所说的电的作用以及相关的磁的作用。我们知道,中子是1932年英国科学家恰德威克在采用α粒子轰击铍的试验中发现,并确定中子的属性。

    首先我们确定中子在空间运用存在确定的速度,虽然它不和带电粒子发生相互作用,但是我们仍然可以确定中子和空间也要发生相互作用,因为中子在空间中运动存在确定的速度。自由中子的寿命只有932秒,通过β衰变,放出电子和中微子变为质子。这是通过实验确立的中子的存在模式。中子和物质相互作用还存在这样的行为:中子能和重核散射束俘获;与轻核碰撞时能将相当的能量传给靶核。

    不论中子是以什么样的模式和电子、中微子结构的,但有一点,中子和空间存在相互作用,同时,也能和物质发生相互作用。

    关于中子的结构模式和空间作用的特点:

    根据中子是由传统的电子、中微子质子三种粒子进行结构的。一种可能是中子是由电子、中微子、质子简单的机械组合。如图1、2、3:其中蓝色的粒子表示中微子,黑色的表示质子,红色的表示电子。

    shjykjdljjg-kjwzhyd.gif (2537 字节)

    还有一种可能是电子、中微子和质子进行新的结构和组合,如图4、5

    两种结合在中子对外属性上存在很大的差别,关于这里我就不再讨论了,以后在专门的文章(时空因子的系列文章)中在做探讨。您可以采用电的作用力线对这种结构模式做分析。在宏观上来说,两种结构的对宏观的对外作用的效果是相同的。但是,在对外作用的特点上是存在区别的,如图:

shjykjdljjg-kjwzhyd02.gif (2826 字节)     这个图我是采用点的作用力线所画。详细的您可参见电的作用,此图说明1、2、3图的简单的中子结构对外界的作用。

    我们可以看到,如果中子是由1、2、3简图中所说的简单的结构,那么,中子和带电粒子间是存在相互作用的,并且可以表现为吸引和排斥现象。

    我们可以看到,图中构成中子的质子和电子所分别给与距它一定距离处的电子的作用,存在作用力大小的差异。这是由中子中质子和电子分别给与电子的作用力的大小是不同的引起。电子在距中子一定距离处,是存在相互作用的,这个作用的大小依赖于电子和中子中的带电粒子的作用差异。如果电子和中子相距很远,那么,中子中带电粒子和电子间的差异可以略而不计,可以看作没有相互作用。即:中子是中性的粒子。

    但是,由于在相距很近的距离,中子中质子和电子所给于电子的作用差异不能忽略不计的时候,这样的结构的中子和带电粒子之间是存在相互作用的。中子不能当作于电磁作用无关的粒子,我们可以判断中子在垂直于磁场中运动时,中子中的质子和电子的排布位置和运动方向的关系是确定的。这一点使我们可以采用试验的方法判断中子是不是这样的结构。

    需要考虑的另一个问题是基本粒子间是否会存在作用的屏蔽问题,这个问题使中子对外作用的属性和特点复杂化。由于基本粒子给与空间的作用在空间中传递过程中存在张量的属性,那么电子和质子对外界的作用会存在非常特殊的区域,类似于波绕过它前面的物体。如图:

shjykjdljjg-kjwzhyd03.gif (3145 字节)

    中子如果是这种简单的组合的话,那么我们可以看到中子对外界空间的作用不是各向同性,它对外界的作用是不能当作各向同性处理的。在电荷距离中子近距离处,中子和电荷的作用是很强烈的。

    关于中子的结构特点,是可以通过实验来进行证实的。如果试验可以证实中子不是1、2、3这样的特点,那么,就必然是4、5的结构模式。

    如果中子中的电子和质子如4、5的结合,那么,中子对外界的作用将是一种全新的作用。可以看作各向同性处理。但是,不论我们是采用何种方式将中子中的电子、质子和中微子结合到一起,它必然对外界提供一种相互作用。不论是存在矢量的作用力,还是提供的作用的矢量和可以当作零看待,它必然对外界提供作用。只要是我们采用可理解的物质结构模式。另一方面,空间的物质属性也说明中子对外界的作用必然提供这样的基础,否则,我们不能判断中子粒子的同一性。只有赋予空间的这种属性,我们才可以判断同一种基本粒子的同一性。

    这里稍提一下物质结构的方法:如果物质是由较小的粒子组合在一起的,那么组合的粒子之间必然是通过某种作用结构在一起的,这是我们对物质结构的唯一的处理方法。在某种意义上来说,这是一种经验事实的约定,也是因果论的前提。这是物理逻辑的基础。

    我们可以看到采用空间和物质属性的方法去判断物质粒子的结构,那么一种必然的结果是:不论任何一种粒子,它必须对空间提供某种物质的属性。不论是作用矢量的属性,还是在物体受力的非矢量的属性。

二、中微子存在的可能

    中微子是传统物理学中在弱相互作用中引进的一种轻子,它的作用很弱。关于中微子我暂时以保留的态度。

    根据微观相互作用,不论是任何一种相互作用,它必须满足于空间作用相关联的平方反比定律。关于这个问题,您可以参见电荷的属性——以及基本电荷相互作用的特点。

    如果我们将中微子和电子或者μ子间的相互作用进行微观化处理,强调两种粒子之间实际的相互作用,那么我们只能归于两种情况,一种是碰撞、摩擦物体间直接的相互作用,另一种是通过空间进行相互作用,即通常我们所说的场的相互作用。对于第一种情况,我们找不出任何的理由中微子是这样的相互作用,碰撞和摩擦必然使问题非常复杂化,我们必须假设很多东西,但往往不利于解决问题。第二种情况则不同了,则要归之与空间的相互作用,这样,它们间的作用就必须遵守平方反比定律。

    您可以看到,采用平方反比定律去处理强相互作用和弱相互作用是非常不现实的。它们的作用程是非常的小的,只有10^-15或者10^-17米。

    如此来看,只有两种可能:一种是平方反比定律不能成立,另一种是根本没有强相互作用和弱相互作用。或者换句话说,没有传统物理学中原子核处理相互作用过程中的两种相互作用。理论的推倒存在问题。

    对于这个问题,我不怀疑前者,因为是好多现实观测和空间属性以及我们对物质和空间作用属性规律决定的平方反比定律是适用的,对此我只能怀疑后者。

    关于中微子,如果它在空间中存在,那么它就必须对空间提供一种作用,或者它本身的某种作用区域。当然也许它不能和电的作用、磁的作用产生相互作用,空间物质的属性中必然包含这种作用,否则我们将不能发现它与其他粒子的作用,或者说我们不能发现它的存在。这是由空间的各项同性决定。(可参见下一部分内容)

3、空间提供的作用

    不论我们是采用对空间微分的方法还是采用空间属性定性分析的方法,将空间缩小到一个非常微小的单元,那么这一单元将保持空间和物质关系的固有属性。虽然我们采用物质本身的属性对空间进行了定义,空间在我们通常所理解的定义中已经赋予了物质属性的特点。但是空间和物质还是存在一个非常明显的界限,空间在我们的感觉里是空的,可以理解成空无一物,物质是实的,存在物质作用的明显界限,或者说存在确定的大小。

    我们将如何处理这两种物质的属性呢?

    我们首先来看一看日常生活中的经验事实:

    我们可以给一个空间施加一个静电场,同时可以施加一个磁场,同时还可以使任何一种物质在这个很小的空间中运动或者掠过这一很小的区域。

    如上一个简单的生活实例已经包含了非常复杂的物理过程。如果我们将同时存在这么多作用的微小空间进行数学上的微分或者将空间分解成一个个非常小的单元,那么由于各种相互作用都是互相交织的,我们不能确定空间的一个微小的单元里作用的具体过程,但有一点,任意一个非常小的空间单元都可以对这种复杂的作用进行传递,使空间可以既传递电的作用,也可以传递磁的作用,还可以使物质进行运动。关于这样的推理,是依据空间的各项同性。同时,也是经验事实。

    我们知道,带电粒子的本身对空间提供一种相互作用,通常我们把它叫做静电力,我在这里仍采用传统物理学中的描述方式,将相对于带电粒子的静止惯性参照系看作确定的参照系,更为精确一点的说法则是相对粒子静止的空间。带电粒子和这种空间的作用是电的作用。大家都知道一种经验事实,这个电子在相对于电子运动的惯性参照系中,会产生磁的作用,通常我们将它们看作两种作用,即电磁作用。

    在产生这两种相互作用过程中,唯一不同的是电子是不是想对于空间运动。我们知道,电子的本身不会因为运动而存在任何的改变,电子我们仍然叫它电子,它仍然具有电子的属性。不同的是它相对于空间的运动,我们通常所说的运动电子在垂直于运动的方向产生磁场,那么空间是否会变化呢?我们找不到任何的理由来确定空间存在变化。空间仍然具有各向同性的特点。

    在时间与空间的逻辑结构中,我已经将空间的属性赋予物质的属性,您可参阅本站中本栏目的前几篇文章。如果将空间当作一种不变的量(我所说的物质的某种属性),而看作带电粒子和空间的某种作用状态发生改变是非常合理的。

    依据这个物理逻辑,那么我们可以看到,空间是某种不变的量,将物质运动状态和空间的作用看作某种可变的量,这样可以满足带电粒子运动的描述。通常物理学中所指的一个惯性参照系和空间的作用是一个确定的常值,同时,不同的惯性参照系和空间的作用都存在一个确定的量,这个量依赖于惯性参照系相对于空间的运动状态。在实际的判定上,我们可以采用传统物理学中的惯性参照系来对这个问题进行处理,即:不同惯性参照系间的相对速度。

    顺便提一下相对论对这个问题的处理方法:相对论是将物体和它周围空间环境的作用看作一个不变得常值,并假设不同的惯性参照系中的物体和它周围空间环境的作用关系所处于的位置是等同的,即:相对性原理。同时,采用时间和空间可变的属性去处理物质运动变化过程中的作用关系(同时也指的数与量的关系)。(您可以参见于此相关的文章,本站本栏目中的)对于电荷的运动,相对论采用相对性原理去处理,在电和磁场的关系上是合理的。但是磁场、电场都是作为新的物质出现的。

    本文和相对论的不同之处在于空间和物质间作用的属性上的处理。传统物理学中必须引入新的物质的存在作用形式。但在本文中磁场和电场仅是物质和空间作用的一种属性而已,不需要引进新的物质存在形式。或者换句话说,不需要引入场的物质作用形式,只要将空间赋予物质的属性,并且确定空间和物质的作用状态就已经可以满足对物质的运动进行处理了。

    关于物体和空间的相互作用,到这里,大家就可以看到我们通常所定义的空间是某种确定质的空间,在绝对没有任何物体的空间里存在某种物质,并完成空间和物体间相互作用的属性。关于这种物质,10年前我曾给它起名字叫做时空因子,关于进一步的内容,请您参见时空因子(我还未曾整理)。

物质与空间间关系的处理方法

    在空间中可以存在任何一种我们已知的相互作用,空间具有传递这种相互作用的特点。这就将两个问题摆在我们面前:

    一个问题是赋予这种相互作用以质的概念,如传统物理学中引进的场的概念。

    另一个问题是将空间的传递物质的属性还原给空间本身,如本文中提出的方法。

    在数学上进行处理也许是等效的描述,但是,我们两种方法所描述的物质的本体是不同的。这样就出现了我们解释物理世界的描述方法选择,同时也将物理的目的摆到我们面前。

    我们是将物理世界的真实性看作物理的对象,还是采用数理关系所描述的物理的数量规律作为我们研究的对象。这是目前我们对物理世界的认识所应该考虑的一个重要的问题。同时,也是在向微观物质世界进军的选择性问题,这依赖于我们的偏好。

    我们不能回避这个问题。

2000.10.26

 


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