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关于四种基本作用力的认识

2021-03-06吴义举

科学技术创新 2021年4期
关键词:原子核作用力粒子

吴义举

(北京市知佑德文化传播有限公司,北京102200)

1 关于万有引力的认识

1.1 万有引力的概念

万有引力定律[2]是牛顿在1687 年于《自然哲学的数学原理》上提出的,它是表示两个物体之间相互关系的一种作用力。引力的大小与物体之间的质量成正比,而与物体之间的距离的平方成反比,即:

现在从本文的观点来看,万有引力应该是什么?

从前文可知,两物体之间的相互作用是因果性改变量,那么,它是万有引力吗?

分析可知,物体的存在来自于大爆炸[3](或大爆量),而大爆炸是绝对本质的本性下属性空间存在的状态。所以,可以间接的理解为产生有形式结构的物体的存在是绝对本质的本性存在,也可以理解为物体是由一定的属性空间实在* 1 在绝对的本性下形成,或者有一定存在的实在由于某种作用使它们结合在一起产生有形式结构的物体存在,这某种作用按照物理学的观点,就像是“力”的作用。所以,一定形式结构的物体具有一定的实在,则就具有一定存在的本质的本性——力。以此来看,物体对属性空间的因果性改变量可以认为是通过力的作用或者有且只有是通过绝对本质的本性的作用。

1.2 万有引力的本质

从前文可知,任何物体的存在都会对属性空间形成因果性改变量的作用或者力的作用。设有一质量为M的物体(如地球)与一小质量为m 的物体(如月球)相互作用。分析它们之间相对于属性空间的因果性改变量的情况。

分析:(1)求出质量为M 的物体(如地球)在属性空间中任何位置的因果性改变量。

设以质量为M 的物体在属性空间中形成以半径为R 的因果性改变量,则R 是:

用积分的观点也可以求得球物体的因果性改变量:分析:因果性改变量是物体对属性空间的因果性改变量,也就是每一属性空间的因果性改变量都是物体存在的积分,即:

a.由球体积的积分知:

如果物体的质量M增加,则使物体单元实在*的量也增加,那么,物体产生的作用力F 也相应增加。作用力F 与质量M成正比:

由此可知,质量为M的物体在属性空间中相距为r 的任何位置上产生的作用力(理想球体):

式中,r 表示相对于物体的因果性改变量范围内的距离。

(2)求质量为M的物体在属性空间中与另一质量为m 的物体(如月球)之间的相互作用力。

设有一小质量为m 的物体与M相互作用。可知,m 与M相互作用也是以自身为中心形成的因果性改变量。但由于m 的质量远小于M的质量,则使m 形成的因果性改变量是M上的因果性改变量的存在。同时,m 以自身为中心形成的因果性改变量相距M一定距离,设为r。从经验上知,m 与M之间的相互作用力如下:

前面已经说过,属性空间中存在空间系数(或场),它是空间中某一位置上的定量的实在,用G'表示,即m 与M之间的相互作用力相对于空间系数的存在是:

式中,G 是从经验上得出的关于万有引力常数(但它是相对的常量)。

从物体之间的因果性改变量可以看出,物体之间的相互作用力与物体的质量成正比,而与物体之间的距离的平方成反比——这就是万有引力定律。由此,我们可以认为牛顿的万有引力就是因果性改变量的作用力。但牛顿的万有引力是一个经验公式,也就是说万有引力描述的是物体之间相互作用的一种关系,而并非是关于物体之间相互作用的本质是什么的存在。所以,根据本文的观点,两物体之间的相互作用力并非是指两个物体的质量存在,而是关于两个相互作用的物体对属性空间的共同因果性改变量所对应的质量,即:

分析:两个物体m1和m2相互作用,则相互之间的因果性作用力F因。

注:物体之间的因果性作用力用“F因”表示,这样更能体现出因果性作用力的本质。

思考:由上述可以推知,π 是周长相对于直径关于实在*的存在,它是趋于无限小的确定值。

如果用体积分的观点,则两物体m1和m2的相互作用力是:

可知万有引力的存在,它表示的意义并非是万有引力的吸引力,而是两物体之间的因果性作用力。

从上可推知,自然界所表现出来的因果性存在。一切自然现象的发生是通过相互之间对属性空间的因果性改变量的作用,它是自然现象发生的本质,也是唯一作用的本质。

2 关于强相互作用力

2.1 强相互作用力的概念及问题

强相互作用力是指以胶子为色荷的媒介传递夸克[4]之间相互作用的力。它包括以夸克形成的强子——质子与中子之间的核力,也包括形成的强子——介子之间存在的作用力。

如果胶子是有质量存在的物理属性,对于夸克而言,它也是质量的存在,也就是说夸克与胶子是同一本质属性的东西,它不可能存在传递相互作用力的情况。因为如果胶子具有传递相互作用力的性质,则夸克也应该具有传递相互作用力的性质,那么,也就不需要胶子的存在。如果说,胶子是不具有质量存在的一种物理属性,那么,它为什么存在同一属性的存在具有不同色荷的表现形式?从这里又可以推知,胶子是被产生出来的属性存在。如果它是被产生出来的属性存在,则又具有质量的属性存在,也就是说,胶子作为强相互作用力的信使粒子,则其就具有粒子的属性,而这与胶子不具有质量属性的存在相矛盾。对于这些矛盾该如何解决?

2.2 强相互作用力的本质

从前文可知,在大爆炸的作用下,实在*的量在属性空间中不断被分化,由于分化的速度与单位实在*的量的差异,而出现存在于空间系数中粒子的存在,比如电子、中微子、原子核、……,而粒子存在于空间系数中,它会因自身形成因果性改变量而对空间系数有因果性改变量的作用力,由于空间系数是不断在属性空间中分化,则空间系数就会对粒子产生分化的作用力,即:

可知,高能粒子m2要克服两粒子之间的因果性作用力所具有的动量为:

如果粒子m1的质量远大于m2的质量,也就是说m2的因果性改变量都在m1的因果性改变量当中,则:

解得:

从上可知,高能粒子以速度为v 的动量才能克服两粒子之间的因果性作用力。同时,如果m2的粒子质量远小于m2,则其无法克服两粒子之间的因果性作用力,而形成m1粒子上的因果性存在。新粒子会以(m1+m2)为中心形成一个因果性改变量。而粒子(m1+m2)被空间系数产生分化的作用力是:

可知,两粒子相互结合的质量增加,空间系数对粒子的分化作用力也相应增加。所以,新粒子(m1+m2)由于空间系数的作用力被分开。两粒子m1与m2分开一定的距离而又各自以自身为中心形成因果改变量的作用力,产生相互排斥的作用、快速分离,而形成粒子衰变的现象,这就是π 介子与重子存在的原理。

分析可知,介子或者一些重子之间相互作用产生的新粒子是粒子之间的重新组合,但这并非是我们所说的“夸克”或者更基本的粒子存在,它们是来自于不同能级上存在的基本粒子的组合。从此观点来看,我们没有必要提出“夸克”的概念,它们是不同能级上“不同电子”的存在相互作用克服彼此之间的因果性作用力而相互结合的粒子。在上述中,我们就可以解决“夸克”与“胶子”之间存在的问题。介子或者一些重子都是以原子核为框架结构形成不同能级存在的粒子相互作用而克服彼此之间的因果性改变量的作用力产生的存在,它们是粒子之间的组合,并非是一个单独的实在粒子,而因果性改变量的作用力的本质是绝对存在本质的本性——并非是我们认为的“胶子”。夸克或基本粒子自身就具有本质的本性——力,它是以属性空间为因果性改变量的存在,它不具有质量,也不具有色荷表现出来的不同形式的存在。可见,介子或者一些重子并非是我们所认为的强相互作用产生的存在,它们只是相互作用力的结合。而单独的粒子存在自身的本性就具有因果性改变量的作用——这,才是我们所认为的“强相互作用力”——它是来自于大爆炸的存在。

3 弱相互作用力

3.1 弱相互作用力的概念及问题

弱相互作用力是发生在基本粒子内部的一种作用,使一种粒子衰变成其他的粒子。传递弱相互作用力的是信使粒子W+、W-和Z0粒子。分析可知:(1)传递弱相互作用力的粒子具有质量的属性存在,而粒子自身也是具有质量的属性存在,为什么它们所表现出来的性质不同,一个是表现为“作用力”的属性存在形式,一个是表现为“质量”的属性存在形式,这不可能存在。(2)弱相互作用力使基本粒子发生衰变,它是发生在基本粒子内部作用的结果。而强相互作用力也是发生在基本粒子的内部,但它是使基本粒子存在的机制。但对于一个存在的基本粒子而言,不可能存在两种相反的机制——这有违本性。可见,从粒子存在的本质而言,弱相互作用力的提出与强相互作用力的存在存在矛盾。那么,弱相互作用力应该是什么?

3.2 弱相互作用力的原理

从前述知,空间系数中存在的基本粒子或者物体都是在属性空间中不断被分化、稀释,而且单位实在*的量不断的减少,而使整个物质世界在属性空间中产生“向外”(以起源为中心“向外”的存在)的作用力。存在于空间系数中的基本粒子形成的因果性改变量即:

式中,G' 是存在于属性空间中一定位置上的空间系数的常量。也可以理解为空间系数是一定位置上存在的粒子因果性改变量中的定量的存在。如果空间系数不断的“向外”分化、涌现,则存在于空间系数中的粒子会受到空间系数“向外”的作用力。从而使粒子被“分化”就像是粒子“向外”被撕裂了一样。这必会引起基本粒子发生衰变,形成其他粒子的存在。从上述观点可知引起弱相互作用力的本质并非是信使粒子W+、W-和Z0粒子,它是存在于属性空间中的粒子受到空间系数的作用力,本质的本性存在(这样也就解决了物质的质量属性存在与“作用力”的属性存在的矛盾)。关于弱相互作用力与强相互作用力之间的矛盾,可以看出,强相互作用力是来自于(大爆炸的条件存在的情况下)粒子自身具有的属性存在的作用力;而弱相互作用力,对于存在的粒子而言,它是外因的作用,是空间系数产生的作用力而非粒子自身的存在具有的属性。

3.3 关于弱相互作用力与宇称不守恒的一个实验

关于在弱相互作用力下宇称不守恒的一个实验[5]是由物理学家吴健雄用钴-60 产生β 衰变完成的。她用一个外加磁场使钴-60 的自旋方向一致,并处于低温下,以避免热运动破坏钴-60 自旋方向的一致性,在钴-60 发生衰变时会产生一个镍-60、一个电子、一个中微子。实验时她使钴-60 自旋方向都是左旋,而实验结果产生的电子也大部分都是左旋,只有少量存在的右旋电子,按照物理学的观点,如果对实验进行宇称变换,使钴-60 和电子的自旋方向都没有改变,但电子的飞行方向反向,而变成大部分是右旋的电子,也就是说,如果宇称守恒,则试验所产生的左旋电子和右旋电子应该是相等,以此推知,在弱相互作用力下宇称不守恒。按照本文的观点可知,存在于属性空间中的原子核是以自身为中心产生的因果性改变量的作用力,进而对空间系数也有因果性作用力。如果一个原子核以左自旋(粒子的自旋并非是粒子的内在禀性,后文有详细介绍),则其对空间系数也有左自旋的作用力,称为因果性连接力(后文会详细介绍),而使空间系数也随之向左自旋。如果一个原子核与其相互作用,则此原子核会受到它左自旋产生的因果性连接力。但同时,两原子核之间也存在因果性改变量的作用力,所以,这一原子核——左自旋,或两原子核同向自旋——克服因自旋产生的因果性连接力,以维持两原子核稳定的因果性作用的关系。可以推知,实验中用外加磁场的作用使钴-60 同向左自旋转动,会形成一个稳定存在的系统,即不存在外因的情况下,钴-60 衰变产生的电子应该都是左自旋。但实验结果表明大部分电子是左自旋,而有少量电子右自旋——这,只能说明存在外因的作用,在其他条件都是理想的情况下,只能是我们所认为的弱相互作用力——空间系数分化的结果。所以,这间接的证明了弱相互作用力的存在(但这并不能证明弱相互作用力是否守恒,或者空间系数引起的衰变是否是一个定值)。如果进行宇称变换,可知产生宇称不守恒的原因是空间系数的分化产生的作用力,它的本质是引起粒子衰变产生弱相互作用力,也就是说,只有在弱相互作用力下才存在我们所认为的宇称不守恒。可见,宇称不守恒与弱相互作用力都是同一的东西,来自同一的原因(空间系数的分化,外因)。同时,从宇称不守恒的实验恰恰证明了弱相互作用力的存在。

4 关于电磁相互作用力

4.1 电磁相互作用力的概念及问题

电磁相互作用力是带电粒子通过在电磁场之间传递的作用力。它是以“虚光子”为媒介产生在带电粒子之间的相互作用力从经验可知,电荷可以产生“静电场”,而存在的磁场或电磁场是客观的物质存在。通过实验表明,电场与磁场之间存在相互作用力,如在电磁感应现象中等。从带电粒子可以产生电磁场,而电磁场可以使带电粒子有力的作用,可以推测,电场与磁场都是空间中同一的物质属性存在(因为它们可以相互作用、相互产生)。从此而言,我们所认为的电磁相互作用力不可能存在,因为带电粒子之间存在的客观物质的属性——场,并不能表示带电粒子之间的相互作用力。同时,关于“虚光子”也是物质属性的一种存在形式。但是它并未表现出“力”的属性——一种相互关系的存在。那么电磁相互作用力应该是什么呢?

4.2 电磁相互作用力的原理

从前文中可知,在属性空间中存在的物质形式有两种:一是物质的粒子形式存在,二是空间系数形式存在。粒子的存在会以自身为中心形成因果性改变量,它的自旋会对空间系数产生因果性连接力的作用,使空间系数相应自旋。如果某一粒子与之相互作用,因为粒子之间的因果性改变量的作用力而使粒子同向自旋以克服因果性连接力的作用形成两粒子稳定的存在。如果存在一定量的粒子都是同向自旋,它们对空间系数就会产生一个定向运动--这,就是我们所说的场的存在。可见,场[6],以本文的观点看是空间系数。那么,什么是电磁场或者静电场呢?粒子存在于空间系数中,则粒子会以自身为中心形成因果性改变量,即:

可见,粒子是以半径r 为中心对空间系数产生的作用力,可以推出静电场就是粒子对空间系数因果性改变量的作用。那么,依照上述观点,带电粒子之间“电荷”存在的意义该如何理解?以原子核的结构模型为例。原子核的存在会以自身为中心形成因果性改变量的作用力,而对存在于其中的电子会产生因果性作用力,即:

式中,ΔM是原子核相对于电子的存在共同因果性改变量所对应的质量,m 是电子的质量,rM是原子核形成因果性改变量的距离,μ ′是原子核的空间密度,r 是电子与原子核共同因果性改变量所对应的距离。可知,由于电子的质量远远小于原子核的质量,所以,电子的因果性存在都是存在于原子核的因果性改变量中,而电子对原子核也会产生以自身为中心的因果性作用力围绕原子核相距一定的距离r 运动。原子核与原子核之间的因果性作用就形成了我们看到的物体的形式存在。如果通过一定的外因作用(如磁场),而使原子核中的电子在属性空间中因为空间系数的作用,形成电子的定向移动,即电流。我们把原子核失去的电子叫作“负电荷”,而失去电子的原子核叫作“正电荷”。由于“正电荷”失去了电子而表现出失去电子的因果性存在,所以,它表现出得电子的性质;而“负电荷”则是得到了电子而表现出得到电子的因果性,所以,它表现出失去电子的性质。这就是“正电荷”与“负电荷”之间的相互作用。可见,带电粒子之间的相互作用力并非是我们所认为的电磁场的作用——电磁相互作用力,它的本质是粒子之间的因果性改变量对空间系数的作用力。对于传递电磁相互作用力的“虚光子”该如何理解?“虚光子”的存在是为解决在电磁相互作用力下原子核中不同能级上电子的跃迁产生的光量子而设想的一种存在。但是按照本文的观点,光源产生的光量子并非是原子核中不同能级上电子的跃迁作用,它是不同能级上电子的存在产生的不同频率的光量子,即原子核中存在的电子不存在能级跃迁的的现象(具体的原因后文会详细介绍)。传递带电粒子之间电磁相互作用力的“媒介”——虚光子,不存在。从上所述,就解决了前面提出的问题:带电粒子之间的相互作用力,它是粒子自身具有的本质属性,也是绝对本质的本性——力。它是粒子之间通过因果性改变量的相互作用,而非是通过传递“虚光子”的物质属性存在的相互作用,虚光子——不存在。而电磁相互作用力它实际上是电场与磁场之间的相互作用,它的本质是粒子之间的因果性改变量对空间系数的作用力。这样就解决了“带电粒子”之间的相互作用,也解决了物质的属性存在与作用力的属性存在之间的矛盾。

注释

1指绝对的本质的本性,实在。

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