三元平衡定律與三元平衡系統(tǒng)

楊林

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摘要：在單擺的運動中，人們經(jīng)常用一種波形圖，來對單擺運動的軌跡進行表示。而在這個表達單擺運動軌跡波形圖中的“波峰”和“波谷”，其實都是單擺運動的兩個非平衡狀態(tài)的位置。當(dāng)單擺處于這兩個非平衡位置時，都是動能完全轉(zhuǎn)換成勢能的狀態(tài)。而單擺擺動的整個過程，其實就是單擺回歸平衡狀態(tài)的過程。而單擺擺動是勢能和動能之間的相互反復(fù)轉(zhuǎn)換的過程，其實這也是一種動態(tài)平衡的狀態(tài)。單擺在擺動的過程，就是一種三元平衡系統(tǒng)運動的過程，三元平衡系統(tǒng)是能量在三元平衡定律作用下，普遍存在的一種事物常態(tài)。無論是水波，還是電磁波，甚至是電子、基本粒子的形成，都離不開三元平衡定律對它們的作用，所以說它們都是一種三元平衡系統(tǒng)。這篇論文是以對自然系統(tǒng)的全局視角，來解釋自然界中的一些常見現(xiàn)象，以及來解釋微觀世界中的事物是如何通過三元平衡定律，來作用于宏觀世界的現(xiàn)象。

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關(guān)鍵詞：系統(tǒng)；波動；能量；電磁波；電子；量子力學(xué)；電場；磁場；三元平衡定律

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0引言

19世紀末，經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典電動力學(xué)在描述微觀系統(tǒng)時的不足越來越明顯，于是在20世紀初，由一大批科學(xué)家創(chuàng)立了量子力學(xué)。但是對量子的研究的中，差不多都是用宏觀世界發(fā)現(xiàn)的科學(xué)定律去理解微觀世界，所以就難免變成像是一種哲學(xué)層面的思考。三元平衡定律為量子力學(xué)的研究，提供了一個全新的視角。微觀世界的三元平衡定律和宏觀世界的其它科學(xué)定律可以互為補充。一個是通過對宏觀世界的全局哲學(xué)思考，而發(fā)現(xiàn)的適用于微觀世界的科學(xué)定律。一個是對宏觀世界局部現(xiàn)象的科學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)的科學(xué)定律。兩者之間稍有差異，就是說三元平衡定律，以系統(tǒng)全局的方式研究宏觀世界，有時候會象是一種哲學(xué)研究。而宏觀世界局部現(xiàn)象得出的其它科學(xué)定律，在微觀世界的運用中也同樣像是一種哲學(xué)思考。例如愛因斯坦說“上帝不會擲骰子”、薛定諤的貓等等，都是在這樣的情況下的類似于哲學(xué)思考的例子。

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1三元平衡定律與三元平衡狀態(tài)概述

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1.1三元平衡定律

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我們想象這樣的一個場景，在一間屋子里有一張桌子，桌子上面放著一本書，這時書的重力與桌子對它的反作用力，二者之間處于一種宏觀上穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

我們假設(shè)，某一瞬間桌子突然憑空消失，這時原本放在桌子上的書，由于突然間失去了桌子對它的重力形成的反作用力，原本的重力與桌子對它的反作用力之間的平衡狀態(tài)一下子就被打破，使得書本變成一種非平衡的狀態(tài)。這時書本就會從高處落到地上，落到地上的書這時便會重新獲得新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。即重新獲得書的重力與一個地面對它的反作用力，之間新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

從原來的平衡狀態(tài)到新的平衡狀態(tài)的整個過程中，書本獲得了勢能，然后勢能轉(zhuǎn)換成為動能，最后撞擊地面后動能消失。在這整個書本下落過程中，書本是由一個非平衡狀態(tài)，變成另一個新的宏觀上的平衡狀態(tài)，這個由非平衡狀態(tài)變?yōu)槠胶鉅顟B(tài)的過程中，發(fā)生了能量的變化。

由非平衡狀態(tài)變?yōu)槠胶鉅顟B(tài)的過程中，發(fā)生的能量變化的過程，就是三元平衡的過程。三元平衡的過程，其實就是某種意義上的三元平衡狀態(tài)。三元平衡狀態(tài)，是宇宙萬物之間形成的系統(tǒng)必須遵循的三個最基本的狀態(tài)，即非平衡、平衡、非平衡趨于平衡。

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1.2三元平衡狀態(tài)

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?水的波動是自然界中最常見的宏觀動態(tài)三元平衡狀態(tài)，也是自然界中最基本的三元平衡狀態(tài)模型。

假如，水面上漂浮著一塊木頭，當(dāng)水面平靜的時候，木頭的重力和水對木頭的浮力是一對平衡力。當(dāng)水面形成水波時，木頭的重力和水對木頭的浮力，就會出現(xiàn)動態(tài)的平衡狀態(tài)。當(dāng)木頭位于波峰時，向下的重力大于向上的浮力，重力與浮力處于一種非平衡狀態(tài)。當(dāng)木頭位于波谷時，向下的重力小于向上的浮力，重力與浮力同樣處于一種非平衡狀態(tài)。木頭和水波在這兩種非平衡狀態(tài)之間來回往復(fù)的運動，就是水波的宏觀動態(tài)三元平衡狀態(tài)。

單擺的周期性擺動，也是一種常見的三元平衡狀態(tài)。在傳統(tǒng)的物理學(xué)中，人們經(jīng)常將單擺的周期性的擺動，用一種特殊的波形圖來表示。而單擺的周期性擺動其實是一種宏觀世界的三元平衡的運動狀態(tài)，這種波形圖其實更準確的來說，應(yīng)該是一種三元平衡關(guān)系圖。

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2三元平衡系統(tǒng)與系統(tǒng)疊加

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2.1三元平衡系統(tǒng)

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通過對水波和單擺三元平衡狀態(tài)的闡釋，其實可以知道一切以波的形式存在的事物，都是一種動態(tài)三元平衡狀態(tài)。動態(tài)三元平衡狀態(tài)是三元平衡系統(tǒng)最基本的狀態(tài)之一。三元平衡系統(tǒng)則是，遵循三元平衡定律而形成的系統(tǒng)。

電磁波作為一種波，也同樣也遵循三元平衡定律。電磁波是由互相垂直的電場與磁場在空間中，相互轉(zhuǎn)換發(fā)射的震蕩粒子波。電磁波類似于波動，但傳遞過程中，并無形態(tài)意義上的波動，而是沿電場方向傳遞的，是電場和磁場以能量相互轉(zhuǎn)換的形式，震蕩形成的“類似波動”。

電流會產(chǎn)生垂直于它的磁場，導(dǎo)體切割磁場也會形成電流。也就是說流動的電子，會產(chǎn)生一個于它垂直的磁場。導(dǎo)體切割磁場，也就是變化的磁場，會使導(dǎo)體形成電流。而導(dǎo)體形成的電流，則是在電場作用下形成的電子流動。也就是說，變化的磁場會形成與它垂直的電場。同樣，變化的電場也會形成與它垂直的磁場。這種相互影響與共存的關(guān)系，這就是電場和磁場相互作用的關(guān)系。

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由于變化的電場會形成與它垂直的磁場。同樣，變化的磁場也會形成與它垂直的電場。根據(jù)電磁場的這種關(guān)系，可以推出電磁波的波動形態(tài)模型。即電磁波在一個波動頻率中，電場由強變?nèi)踉儆扇踝儚?，呈周期性變化，變化電場周圍形成一個圍繞它的磁場。當(dāng)電場強變?nèi)鯐r，圍繞它的磁場則由弱變強，當(dāng)電場由弱變強時，圍繞它的磁場則由強變?nèi)酢?/p>

在電磁波的三元平衡中，電場和磁場分別為兩個非平衡因素。在電磁波中電場和磁場的這兩種能量，類似于水波中存在的勢能。在水波中相當(dāng)于波峰處，由于重力產(chǎn)生向下的勢能，以及波谷處由，于浮力產(chǎn)生向上的勢能。而變化的電場和變化的磁場，在電磁波中的這種能量，類似于水波中存在的動能。電場轉(zhuǎn)化為磁場的過程和磁場轉(zhuǎn)換為電場的過程，就是變化的磁場和變化的電場（能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)換的過程），類似于水波中變化的動能（能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)換的過程）。也就是說，相當(dāng)于在水波中，由波峰到波谷的向下的動能，和波谷到波峰向上的動能，動能大小與勢能大小呈此消彼長的關(guān)系。

電磁波的這兩個非平衡因素，也類似于掉進水中的木頭形成的水波中，木頭的重力和水對木頭產(chǎn)生的浮力之間的關(guān)系。這兩種力在波峰或波谷大小的非平衡狀態(tài)，形成了兩種勢能，這兩種勢能就是兩種非平衡因素。而兩種非平衡因素的大小，通過動能相互轉(zhuǎn)換就形成了水波。

在電磁波中電場和磁場，實際上相當(dāng)于兩種不同形態(tài)的能量。而形成水波的木頭，在處于波峰位置時，重力大于浮力，相當(dāng)于有一個重力帶來的向下的勢能。當(dāng)處于波谷位置時，浮力大于重力，相當(dāng)于有一個浮力帶來的向上的勢能。而波動的過程中的運動和動能有關(guān)，也就是非平衡狀態(tài)趨向于平衡的過程。

水波其實就是兩種勢能在動能的作用下，的相互轉(zhuǎn)換而形成的波。而電磁波則是由電場和磁場，兩種不同形態(tài)的能量之間，相互動態(tài)轉(zhuǎn)換而形成的類似于波動傳播狀態(tài)。因為這種波動傳播狀態(tài)類似于宏觀世界的波動，所以將電場與磁場的這種相互動態(tài)轉(zhuǎn)換而形成的，波動傳播狀態(tài)稱為電磁波。

電磁波其實并沒有形態(tài)上的波動，而是一種電場與磁場呈周期性變化的粒子，所以電磁波具有波粒二象性。電場和磁場交替增強或減弱，二者的波動關(guān)系是一種相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，變化互為因果。電磁波以粒子的形態(tài)傳播，但是這種粒子會呈現(xiàn)一種周期性的變化，就是磁場和電場周期性轉(zhuǎn)換，所以就使得電磁波呈現(xiàn)出波粒二象性。

在電磁波中的電場和磁場，就是一對以波動形式相互轉(zhuǎn)換的非平衡狀態(tài)。這種以波動形式存在的狀態(tài)，就是非平衡趨于平衡的狀態(tài)。所以電磁波其實就是電場與磁場的三元平衡狀態(tài)。這是一種最基礎(chǔ)的三元平衡狀態(tài)，同樣也是最基礎(chǔ)的三元平衡系統(tǒng)。而一般意義上的波（橫波、縱波）也是一種三元平衡狀態(tài)，所以兩者之間有很多相似的地方。

電磁波因為是宇宙中最基礎(chǔ)的三元平衡系統(tǒng)，所以也是構(gòu)成宇宙萬物的最基礎(chǔ)的系統(tǒng)。這種最基礎(chǔ)的三元平衡系統(tǒng)之間，其實也可以相互影響和疊加，不過這種由多個系統(tǒng)疊加的系統(tǒng)，其特性則會顯得更加的復(fù)雜。

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2.2三元平衡系統(tǒng)的疊加

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通過三元平衡定律對電磁波的講解，知道電磁波是電場和磁場相互轉(zhuǎn)換的粒子。這種粒子具有周期性變化的特點，所以電磁波具有波粒二象性。而電磁波的傳播路徑、方向、速度等，都只和電場有關(guān)，和磁場無關(guān)。磁場是伴隨電磁波中電場存在的一種類似于某種“勢能”的東西。

那么磁場在電磁波中，除了和電場相互轉(zhuǎn)換之外。在電場波中的磁場還會形成磁場力，這種磁場力在滿足一定的條件下，會改變電磁波的運動軌跡，使電磁波形成更加復(fù)雜的電子波。

我們假設(shè)，當(dāng)兩個頻率相同的兩個電磁波（光子），兩者間呈一定角度的夾角會合，當(dāng)在會合的某一點時，兩個電磁波同時由電場完全轉(zhuǎn)換為磁場的一瞬間，由于在磁場力的作用下，兩個電磁波的傳播方向發(fā)生了改變。

方向改變后的兩個電磁波，很快磁場急速衰減，而電場同時急劇增強，電場增強后的兩個電磁波隨著改變后的方向傳播。當(dāng)傳播到一定距離之后，兩個電磁波中的電場再次衰減而變成磁場，再次由于磁場力的作用下，兩個電磁波的傳播方向就會再次發(fā)生改變。如此往復(fù)循環(huán)，就形成兩個三元平衡系統(tǒng)的疊加狀態(tài)。疊加之后就形成了一個新的三元平衡系統(tǒng)，這個新的三元平衡系統(tǒng)就是電子波，電子波其實就是電子。

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電子作為相對復(fù)雜的三元平衡系統(tǒng)，自然還可以通過進一步疊加，形成更加復(fù)雜的三元平衡系統(tǒng)，這種復(fù)雜的三元平衡系統(tǒng)可能就是一些基本粒子。只不過這種多系統(tǒng)的多次系統(tǒng)疊加之后，形成的新的系統(tǒng)就會呈現(xiàn)出混沌狀態(tài)，混沌狀態(tài)是一種很難描述規(guī)律和預(yù)測的狀態(tài)。就像兩個單擺的三元平衡系統(tǒng)，通過疊加而成的混沌擺一樣，混沌擺擺動的軌跡就很難預(yù)測。

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3結(jié)語?

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三元平衡定律不但可以為量子力學(xué)的研究，提供了一個全新的視角。還可以為其它科學(xué)領(lǐng)域提供一個全新的視角，尤其是在對量子力學(xué)、天文學(xué)等領(lǐng)域的現(xiàn)象的研究方面，一定會得出一些全新的科學(xué)理論，而這些理論其實正好可以打通各個學(xué)科之間某些聯(lián)系，將整個自然科學(xué)的各個學(xué)科連成一個整體。

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參考文獻：

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［1］麥克斯韋電磁場理論

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