解析物理學(xué)結(jié)構(gòu)?

胡良

摘要，通過(guò)量綱分析（定性）及物理常數(shù)（定量），揭示了微觀(guān)與宏觀(guān)的內(nèi)在本質(zhì)，建立了物理學(xué)定律之間的聯(lián)系。采用研究結(jié)構(gòu)的方法來(lái)代替復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程計(jì)算，提出了一個(gè)新思路.光子是最基本的基本粒子；在一定邊界條件下，光子相互碰撞可形成其它基本粒子（電子，質(zhì)子及中子等）；然后，由基本粒子形成原子（或分子）；再形成宏觀(guān)的星系等。

關(guān)鍵詞：光子,電子，質(zhì)子，中子,量子化，對(duì)稱(chēng)性

作者，總工，高工，研究生（全日制）

中圖分類(lèi)號(hào)：0572.3

1，引言

物理學(xué)是一種自然科學(xué)，主要研究物質(zhì)、能量、空間及時(shí)間等屬性；并進(jìn)一步揭示，各自的屬性與彼此之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)物理學(xué)可揭示，物理現(xiàn)象、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)相互作用及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律

2，物理學(xué)的分類(lèi)

物理學(xué)可分為，牛頓力學(xué)(Mechanics)及理論力學(xué)(Rational mechanics)，主要研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律及關(guān)于時(shí)空相對(duì)性的規(guī)律

電磁學(xué)(Electromagnetism)及電動(dòng)力學(xué)(Electrodynamics)，主要研究電磁現(xiàn)象，物質(zhì)的電磁運(yùn)動(dòng)規(guī)律及電磁輻射等規(guī)律

熱力學(xué)(Thermodynamics)及統(tǒng)計(jì)力學(xué)(Statistical mechanics)，主要研究物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及其宏觀(guān)表現(xiàn)

相對(duì)論(Relativity)，主要研究物體的高速運(yùn)動(dòng)效應(yīng)以及相關(guān)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律

量子力學(xué)(Quantum mechanics)，主要研究微觀(guān)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象以及基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律

此外，還包括，粒子物理學(xué)、原子核物理學(xué)、原子與分子物理學(xué)、固體物理學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、激光物理學(xué)、等離子體物理學(xué)、地球物理學(xué)、生物物理學(xué)及天體物理學(xué)等等。

3，物理學(xué)的公式

對(duì)于物理公式來(lái)說(shuō)，具有如下特點(diǎn)，

第一，客觀(guān)屬性

物理學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)揭示了自然界的內(nèi)稟屬性，并反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的客觀(guān)規(guī)律。

第二，統(tǒng)一性

牛頓通過(guò)三大定律及萬(wàn)有引力定律將天上及地上所有宏觀(guān)物體統(tǒng)一了。麥克斯韋電磁理論的建立，將電及磁實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一。愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程將質(zhì)量及能量建立了統(tǒng)一。相對(duì)論將時(shí)間及空間統(tǒng)一。波粒二象性理論將粒子性及波動(dòng)性實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一。

第三，簡(jiǎn)潔性

物理規(guī)律可用數(shù)學(xué)方程表達(dá)，具有簡(jiǎn)潔性。例如，牛頓第二定律，愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程，法拉第電磁感應(yīng)定律。此外，通過(guò)簡(jiǎn)約的物理實(shí)驗(yàn)，可使得物理現(xiàn)象更加明顯。

第四，對(duì)稱(chēng)性

對(duì)稱(chēng)性是指客觀(guān)規(guī)律的對(duì)稱(chēng)性。例如，豎直上拋運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、波動(dòng)鏡像對(duì)稱(chēng)、磁電對(duì)稱(chēng)、作用力與反作用力對(duì)稱(chēng)、正粒子和反粒子、正物質(zhì)和反物質(zhì)、正電和負(fù)電等。

第五，預(yù)測(cè)性

物理理論能解釋已觀(guān)測(cè)到的物理現(xiàn)象，也能預(yù)測(cè)當(dāng)時(shí)沒(méi)有探測(cè)到的物理現(xiàn)象。例如，麥克斯韋電磁理論預(yù)測(cè)電磁波存在；盧瑟福預(yù)言中子的存在；菲涅爾的衍射理論預(yù)言圓盤(pán)衍射中央有泊松亮斑，狄拉克預(yù)言正電子的存在。

4，光子結(jié)構(gòu)的公設(shè)

物理學(xué)常數(shù)體現(xiàn)了物理學(xué)的核心本質(zhì)；相對(duì)論的核心是真空中的光速是一切信號(hào)的最大速度；量子力學(xué)的核心是普朗克常數(shù)；量子化，對(duì)稱(chēng)性，相位因子，背景空間及因果律等是物理學(xué)的核心內(nèi)涵。

物理學(xué)常數(shù)體現(xiàn)了物理學(xué)的核心本質(zhì)；相對(duì)論的核心是真空中的光速是一切信號(hào)的最大速度；量子力學(xué)的核心是普朗克常數(shù)；量子化，對(duì)稱(chēng)性，相位因子，背景空間及因果律等是物理學(xué)的核心內(nèi)涵。

物理學(xué)理論的核心邏輯是，第一條，公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)；第二條，通過(guò)量綱定性及常數(shù)定量；第三條，量子化，對(duì)稱(chēng)性，相位及背景空間；第四條，嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

科學(xué)的發(fā)展就是對(duì)于光子的理解及應(yīng)用的過(guò)程。光子具有光電效應(yīng)及散射等屬性；這意味著，光子具有粒子屬性。光子具有經(jīng)典波的折射,干涉及衍射等屬性；這意味著，光子具有波動(dòng)性。

更進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，光子可描述成為粒子；其理由就是當(dāng)光子從物體表面反射時(shí)，就像一個(gè)彈球（剛性的小球體），它接近反射面的夾角等于它彈出去的角度。高能光子射向材料，可預(yù)測(cè)碰撞出來(lái)的電子的散射角度，揭示了光子具有粒子性。

一塊棱鏡可將一束白光折射成繽紛的彩虹顏色。當(dāng)光子通過(guò)第二個(gè)棱鏡并再次折射時(shí)，就不再進(jìn)一步分裂，彩虹的顏色將保持不變。白光是由許多不同頻率的微粒（剛性的空間荷）組成來(lái)解釋。紅光是由振動(dòng)頻率較?。ㄕ駝?dòng)波長(zhǎng)較長(zhǎng)）的微粒（剛性的空間荷）組成的，而紫光是由振動(dòng)頻率較大（振動(dòng)波長(zhǎng)較短）的微粒（剛性的空間荷）組成的。而光子振動(dòng)頻率大小的差異導(dǎo)致了微粒（剛性的空間荷）以不同的速度通過(guò)玻璃，就使它們分散開(kāi)來(lái)，并產(chǎn)生不能被第二個(gè)棱鏡進(jìn)一步分解的彩虹。這意味著，光子具有粒子性（含有空間荷，具有剛性）。

當(dāng)光子穿過(guò)一個(gè)小孔時(shí)，光子將像水中的波紋一樣擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。對(duì)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)來(lái)，將一束光通過(guò)兩個(gè)并排的小孔，光子通過(guò)小孔后將會(huì)形成有規(guī)律的圖案。在有規(guī)律的間隔中，從兩個(gè)孔中產(chǎn)生的交疊波紋（相互結(jié)合產(chǎn)生更亮的光或相互抵消掉）。這意味著，光子體現(xiàn)為波動(dòng)性（場(chǎng)）。

量子力學(xué)的核心邏輯是普朗克常數(shù)（h），體現(xiàn)了量子化屬性。相對(duì)論的核心邏輯是真空中的光速（C）保持不變，真空中的光速（C）是最大的信號(hào)速度（物理學(xué)常數(shù)）。

顯然，h*C，也是一個(gè)物理學(xué)常數(shù)，滿(mǎn)足洛倫茲變換。

普朗克空間（Vp）是一個(gè)物理學(xué)常數(shù)（最小的空間荷），體現(xiàn)了量子化屬性；三維空間速度（C^3）,能量-動(dòng)量場(chǎng),是一個(gè)物理學(xué)常數(shù)，體現(xiàn)了對(duì)稱(chēng)性。

顯然，Vp*C^3也是一個(gè)物理學(xué)常數(shù)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)及量綱分析，可知，光子可表達(dá)為：h*C= Vp*C^3；

可揭示量子力學(xué)與相對(duì)論的內(nèi)在聯(lián)系。

此外，光子是由空間荷（粒子性，體現(xiàn)為信號(hào)速度）及相應(yīng)的場(chǎng)（波動(dòng)性，體現(xiàn)為超距，糾纏）組成的。這意味著，光子具有波粒二象性。

假設(shè)，光子的結(jié)構(gòu)是，h*C= Vp*C^3；

其中，

Vp，最小的空間荷（普朗克空間），剛性的圓球體，量綱，<[L^(3)T^(0)]>；

C，最大的信號(hào)速度（真空中的光速），量綱，>[L^(1)T^(-1)]<;

C^3,能量-動(dòng)量張量（能量-動(dòng)量場(chǎng)），

量綱，>[L^(3)T^(-3)]<，或，>[L^(2)T^(-2)]<* >[L^(1)T^(-1)]<。

光子（最小的孤立量子體系）的內(nèi)稟屬性體現(xiàn)為洛倫茲變換（與參考系無(wú)關(guān)），光子是量子化的。

值得注意的是，符號(hào)，<A>,表示該物理學(xué)量（A）含有空間荷，體現(xiàn)為定域性（信號(hào)速度）。

符號(hào)，>B<,表示該物理學(xué)量（B）具有場(chǎng)屬性，體現(xiàn)為非定域性（超距，糾纏）。

換句話(huà)說(shuō)，光子是由荷（普朗克空間荷，質(zhì)量荷，普朗克質(zhì)量荷）及相應(yīng)的場(chǎng)（能量-動(dòng)量場(chǎng)，質(zhì)量場(chǎng)，普朗克質(zhì)量場(chǎng)）組成的;光子定性表達(dá)式是：<A>*>B<.

這意味著，光子可表達(dá)為：

?Vp*C^3=(Vp*f)*C^2*λ=m*C^2*λ=E*λ=（Vp*fp)*C^2*λp=mp*C^2*λp

=h*C=(h*f)*λ==(h*fp)*λp

其中，

<Vp>，普朗克空間（最小的空間荷），量綱，<[L^(3)T^(0)]>；

>C<，最大的信號(hào)速度（真空中的光速），量綱，>[L^(1)T^(-1)]<；

>C^3<，能量-動(dòng)量場(chǎng)，量綱，>[L^(3)T^(-3)]<；

<(Vp*f)>，質(zhì)量荷（電矢量，動(dòng)質(zhì)量），量綱，<[L^(3)T^(-1)]>；

>C^2*λ<，質(zhì)量場(chǎng)（電通量，輔助磁通量），量綱，>[L^(3)T^(-2)]<；

<（Vp*fp)>，普朗克質(zhì)量荷，量綱，<[L^(3)T^(-1)]>；

>C^2*λp<，普朗克質(zhì)量場(chǎng)，量綱，>[L^(3)T^(-2)]<；

<Vp>*>C^3<，光子，量綱，<[L^(3)T^(0)]>*<[L^(3)T^(-3)]>。

通過(guò)物理學(xué)的基本公設(shè)，借助量綱分析（定性）及物理常數(shù)（定量），揭示了微觀(guān)與宏觀(guān)的內(nèi)在本質(zhì)，建立了物理學(xué)定律之間的聯(lián)系。采用研究結(jié)構(gòu)的方法來(lái)代替復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程計(jì)算，提出了一個(gè)新思路。

第一條：光速不變?cè)恚?/p>

真空中的光速（C）與光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，最大的信號(hào)速度，量綱，>[L^(1)T^(-1)]<。

第二條：普朗克空間

普朗克空間(Vp)是最小的三維空間荷，量綱是，<[L^(3)T^(0)]>。

第三條．物理實(shí)驗(yàn)依據(jù)

物理實(shí)驗(yàn)依據(jù)之一：

光在真空中的速度（C）是恒定的，不依賴(lài)于光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；真空中的光速是最大的信號(hào)速度。實(shí)驗(yàn)依據(jù)，邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)及各種粒子的加速實(shí)驗(yàn)等。此外，從麥克斯韋方程組可推導(dǎo)出，光子的速度在真空中保持不變，其數(shù)值恒等于光速。

實(shí)驗(yàn)依據(jù)之二：

光子是量子化的，具有普朗克常數(shù)（h）。實(shí)驗(yàn)依據(jù)，黑體輻射，光電效應(yīng)，電子衍射，X射線(xiàn)譜及宏觀(guān)量子效應(yīng)等。

實(shí)驗(yàn)依據(jù)之三：

康普頓散射及拉曼散射，體現(xiàn)了兩個(gè)基本事實(shí)。第一，光子是量子化的；第二，光子的能量隨著光的頻率變化而變化。

5結(jié)論

本文給出了光子的公設(shè)，h*C= Vp*C^3

其中，

Vp,最小的空間荷（普朗克空間），剛性的圓球體，量綱，<[L^(3)T^(0)]>；

C,最大的信號(hào)速度（真空中的光速），量綱，>[L^(1)T^(-1)]<;

C^3,能量-動(dòng)量張量（能量-動(dòng)量場(chǎng)），量綱，>[L^(3)T^(-3)]<。

光子（最小的孤立量子體系）的內(nèi)稟屬性體現(xiàn)為洛倫茲變換（與參考系無(wú)關(guān)），光子是量子化的。

值得一提的是，普朗克在研究物體熱輻射的規(guī)律時(shí)，提出了普朗克常數(shù)（量子力學(xué)的核心）。但是，沒(méi)有人愿意接受這個(gè)假設(shè)。

后來(lái)，普朗克說(shuō)過(guò)一句關(guān)于科學(xué)真理的真理，“一個(gè)新的科學(xué)真理取得勝利并不是通過(guò)讓它的反對(duì)者們信服并看到真理的光明，而是通過(guò)這些反對(duì)者們最終死去，熟悉它的新一代成長(zhǎng)起來(lái)?！边@一斷言被稱(chēng)為普朗克科學(xué)定律。

愛(ài)因斯坦提出了相對(duì)論（光速不變?cè)恚?，也?jīng)過(guò)了幾十年，才被大家認(rèn)可。

本論文嘗試通過(guò)光子的公設(shè)，建立量子力學(xué)與相對(duì)論的聯(lián)系；提出一個(gè)真正原創(chuàng)的全新思路，希望能拋磚引玉。