第四章「中國太極圖」與量子世界的一致性（2）

第四章 「中國太極圖」與量子世界的一致性（2）

筆者在第二章中已用「中國太極圖」的精妙內涵對伽莫夫宇宙大爆炸理論作了相應的介紹，依據「中國太極圖」的開導，筆者認為宇宙大爆炸理論還需要從電子、光子、中微子等粒子的生成演化歷史進行修改和完善，如果能把宇宙大爆炸理論按下述思想進行推理，則可對探求宇宙中各種粒子的未解之謎，特別是中微子和光子的未解之謎有一個較好的詮釋。

以下是對夸克、膠子、光子、中微子、電子、質子、中子、氫核和氦核轉換生成歷史的簡單述說。

圖4.15「中國太極圖」中的宇宙大爆炸說明圖

宇宙大爆炸後 10^-43 秒時，溫度高達 10³² 攝氏度，此時熱力與溫度決定了「奇異物質奇點」衝破「奇球臨界範圍」的引力束縛，以每秒2.7×10¹⁶ 千米以上的速度急劇瞬爆，宇宙以量子背景出現（無極生太極）。

大爆炸後 10^-36 秒時，溫度已降到 10²⁸ 攝氏度，此時宇宙量子場中產生了構成物質最小基元的「奇子」雛形（道生一）。宇宙中因「奇子」的相互作用形成了夸克，使宇宙時空中成為了高度熵無序的「奇子」、「夸克」量子混沌世界。

大爆炸後 10^-24 秒時，溫度降到 3 000 萬億攝氏度，宇宙中由「奇子」組成的膠子生成，並與夸克開始相互作用。

大爆炸後 10^-10 秒時，宇宙溫度降到 100 萬億攝氏度，極度無序的夸克與新生成的膠子相互作用形成了相同數量的中子和質子（太極生兩儀、一生二），此時的中子和質子還極不穩定，都不具備相互作用的條件。但以超光速爆炸後的反物質也形成了反中子、反質子，它們同樣不具備相互作用的條件。

大爆炸後 1 秒鐘時，溫度降到 100 億攝氏度，宇宙中充滿不穩定的中子、質子、夸克、膠子、電子、中微子、光子和介子等物質，它們此消彼長，既相互生成依存，又相互碰撞湮滅，處於熵極度無序的熱運動中。

大爆炸後 13.8 秒，宇宙溫度降到 30 億攝氏度，中子、質子已開始穩定並可相互作用。自由電子、光子、中微子已穩定成形輻射運動，夸克、膠子均已全部成為中子、質子。

大爆炸後 3 分鐘，宇宙溫度降到 9 億攝氏度，宇宙中佔一半的中子又有 37 數量的衰變成質子，使質子和中子的比例數達到 87∶13，之後這13 數量的中子又與 13 數量的質子相互作用生成數量為 26 的氦核，而餘下的 74 數量的質子均生成為氫核，這就是現宇宙中氫與氦的質量比為 74∶26 的原因，這個比例數與現在的觀測完全一致。可以說，氫與氦均是相關粒子在光速以內相互作用演化生成的產物，它們均在地球人可探測的範圍內；而超過光速的反中子、反質子則演化生成為反物質（暗物質），它們暫不在地球人可觀測的範圍內，至此宇宙已完成了「二儀生四象」的歷史。

正、反宇宙中的有形物質和無形物質僅僅是在宇宙大爆炸三分鐘就奠定了基礎。

大爆炸後 30 分鐘，宇宙溫度已降到 3 億攝氏度，各類元素核形成已基本停止，部分中子、質子、H² 聚合了僅占現宇宙物質總量 1％的鋰類輕原子核，爾後才產生其他重元素。這時的宇宙也完成了「二生三」的歷史。

大爆炸經過 30 萬年，現宇宙溫度降到 3 000 攝氏度左右，宇宙主要為氣態物質。由於原子、分子出現，自由電子消失，光子可不受阻礙地在宇宙中輻射波動漫遊，宇宙突然變得透明了，由高熵無序的混沌世界變為了清明世界，完成了「四象生八卦」的歷史。

大爆炸經過 100 萬年左右，宇宙真正進入了由高熵到低熵、由無序到有序、由簡單到複雜的各類星際物質世界，完成了「八卦生萬象」或「三生萬物」的物質生成演化歷史。

從上述 100 萬年的宇宙演化歷史可以看出，除了地球人還暫時探測不到的暗物質，有形宇宙中的有形物質粒子也就是中子、質子、電子、光子以及以暗物質形式存在的中微子！地球人現在觀測到的其他數百種粒子均是上述粒子衰變或衍生出來的「個性粒子」，看起來完全不同的粒子實際上是同一類粒子的不同狀態，在高溫下，它們都有相似的行為，它們所表現出的不同特性均是量子世界海洋中的一個浪花而已！

圖4.17中子、質子β衰變的太極幾何圖

現在我們要討論一個重大問題：在現宇宙大爆炸形成時，最初的基本粒子是什麼？到底是先有中子和質子，還是先有電子、光子和中微子？伽莫夫和多數物理學家認為應是後者，而筆者認為應是前者！其主要原因為：宇宙從虛無中產生時應是前宇宙演變後的產物，這個思想在第二章中作了說明。當宇宙中由「奇子」組成夸克、膠子後又生成中子、質子時，在合適熱力和溫度條件下會發生β衰變。中子和質子發生β衰變時，除了中子變質子、質子變中子外，分別會放出一個電子、中微子或正電子、反中微子。而宇宙氫、氦元素生成時，也反映出了中子、質子的這種性質，其元素生成的化學式為：

H¹+H¹→H²+e⁺+μe (e⁺為正電子，μe為電子型中微子)

H²+H¹→He³+γ（γ為光子）

4H¹→He⁴+2μe+2γ+2e⁺

從上面三個化學式裡面可以看出，電子、光子和中微子是氫、氦元素產生時才出現的。隨著比氫、氦更重的元素生成，會不斷放出電子、光子（請參看第二章中化學元素生成式即知）。因此可以說，電子、光子和中微子的確是宇宙初期化學元素生成時的產物，正是有了氫和氦元素，才形成了宇宙中的各類星際物質，恆星、星系和星群等才能各放異彩。現在，自然科學家們針對現宇宙物質形態存在的多樣性和集聚狀態，將它們劃分為固態、液態、氣態、等離子態、超密態、真空場和反物質等七種形態來描述現宇宙的迷人格局。

我們知道中子的質量比質子略大，中子如果單獨存在時，它會以弱相互作用β衰變為一個質子和一個電子，但如果不引入另外電中性的粒子，這一衰變反應的能量和動量將不守恆。1934 年，費米將泡利最先預言的這種電中性粒子命名為中微子。實驗證明中微子確實存在，而且在 1956年被美國物理學家萊因斯探測到了，萊因斯因這一重大發現而獲得了 1995 年度的諾貝爾物理學獎。中微子的發現更進一步證實：現宇宙的中微子數量應與氫核中的質子和宇宙中的中子數量有關聯，如能詳加計算，大致能算出宇宙大爆炸後3 分鐘時的中微子總量。

奧地利物理學家沃爾夫岡·泡利（1900－1958）從理論上推測出，較小的原子核相互結合成較大的原子核時，除會釋放出巨大的能量外，還會釋放出大量的中微子。例如離地球最近的恆星太陽時時刻刻發生著熱核聚變反應，在每4 個氫原子核結合成 1 個氦原子核時會產生無數的中微子，每分鐘大約能產生 2 000 億個中微子。但數量如此龐大的中微子卻讓物理學家很難捕捉到，這是因為中微子具有極強的隧道效應（量子物體能夠通過經典能量禁止區域的現象），故用現有的觀測方法很難找到大量的中微子！筆者推測中微子的輻射速度大於光速，而且以不同的能量振蕩，並表現出不同的形式。而大於光速對現代物理學所擁有的技術來看是暫時無法觀測，也是難以捕捉的。

中微子是構成物質世界的基本粒子之一，很少與別的物質發生作用，它對我們不構成傷害，因為它不帶電荷，不受電磁力的影響，也不受強核力的影響，因此它能為我們帶來宇宙深處的原始信息。俄羅斯、日本等國科學家均發現了中微子的靜止質量。1980 年，萊因斯宣布，中微子質量只有一個電子質量的萬分之一（也有科學家計算為小於電子質量的百萬分之一），這足以使中微子的總質量超過質子總質量的100 倍，如此，我們的宇宙最終必然會收縮。中微子有著不可捉摸的強大穿透能力，它可將太空中星際物質的信息帶到各處，如能將中微子的特性了解清楚，則它產生的本源對宇宙演化的影響就會明若華燈。因此，進一步揭開中微子奧秘對宏觀宇宙和微觀量子世界極為必要。

圖4.16扭曲的螺旋星系ESO510-13

圖片版權與提供：Hubble Heritage Team (STScI / AURA), C.Conselice (U. Wisconsin / STScI) et al.,NASA

這張圖片中的螺旋星系ESO 510-13 位於南天的長蛇座內，距離地球約1.5 億光年，大小約 10萬光年。一般星系同銀河系一樣正面呈螺旋狀，側面呈平面狀，而這幅星系照片卻表明它非常與眾不同，其癟圓狀的外形與普通星系形成了鮮明的對比。為什麼ESO 510-13會扭曲變形得這麼厲害呢？研究認為，它們是星系形成初期巨大雲氣團互撞和合併的產物。它們均按照「太極規範場」來演化著它們的生命。

宇宙大爆炸中生成的中微子一直充斥著整個宇宙，平均每立方厘米有 330 多個（也許遠不止這個數）。它在宇宙粒子中的總量和光子的總量，比我們所能看到的其他物質的總和都要高得多！

由於中微子的靜止質量不為零，因此中微子在沿「太極弦引力波」運動時會發生「中微子震蕩」，中微子震蕩時由於「太極弦引力波」能量的不同而產生的「震蕩幾率」也不同，因而也就會產生中微子不同質量的「衍生物」，這就是為什麼會有六種（Ve、-Vμ、-Vμ，Vτ、-Vτ）中微子相對生成的原因。

對質子、中子、電子的特性，地球人已基本了解。但對光子和中微子而言，地球人還遠未涉足到它們的內部領域。被科學家稱之為物質基本結構的夸克更是「難識廬山真面目」。只有把光子、中微子和夸克的內部結構、質量、特性搞清楚，那才能說地球人掌握了破解量子世界的能力。

圖4.18紅蜘蛛星雲

圖片版權與提供：Garrelt Mellema (Leiden University) etal.,HST,ESA, NASA

正式編號為NGC 6537的紅蜘蛛星雲，是個具有對稱雙瓣結構的行星狀星雲。它巨大波狀結構的中心是星雲的爆發點，並有一個現知最熾熱的白矮星。據觀測結果顯示，起源於中心白矮星的高速恆星風，風速竟然超過每秒300 千米！紅蜘蛛星雲的波網結構中顯現出了暗物質存在的「痕迹」，還有無數的中微子和其他高能粒子。它顯示出了完美的「對稱性破缺」圖形，為宇宙中存在有「對稱」和「對稱破缺」及「太極規範場」提供了明證。

為了更好地理解認識光子、中微子、夸克的特性和運動模式，先讓我們看看電子的已知特性和它的運動方式。以宇宙中最基本最簡單的氫原子為例，單個的電子圍繞原子核中質子運動的軌跡已無爭議，但電子還有一個自旋的角動量，量子世界中的電子從來就不會停止它的運動。電子持續不斷地運動叫做「零點運動」，這說明電子的能量永遠都不能為零，而是有一個對應的「零點能」。瑞士有一位數學教師巴爾末認為：整個世界被某種「統一的和諧」統治。他在60 歲時推導出了著名的巴爾末公式：

式中λ是以納米為單位的波長，n 取正整數 3，4，5，6，這一公式和實驗非常符合，但一直無法解釋。尼爾斯·玻爾通過朋友知道這個公式後非常興奮。他認為「什麼事情都清楚了」。這是因為已知電子圍繞原子運行的特定軌道不僅符合巴爾末的原始公式，而且稍加改變後，使巴爾末的公式變成了：

式中 m 是不等於 2 的其他整數，它可以對應氫不同波長的新線光譜。玻爾改變的公式模型經薛定諤用新的量子力學理論得到了詮釋。玻爾認為電子不能允許在離中心任意遠的地方，而只允許在特定的距離處公轉。一個繞核運動的電子可看成是一種波，其波長依賴於其速度，對一定軌道的長度應對應於整數倍的電子波長。對於這些軌道，電子每繞一圈波峰總在同一位置，所以波就互相疊加，這些軌道對應於玻爾可允許的軌道。而對於那些軌道長度不為電子波長的整數倍軌道（例如為分數），則電子環繞運動時，其波峰會最終抵消，這是不允許的。

圖4.19 ～圖4.20 GRB 060218神秘的γ射線爆發

圖片版權與提供：SDSS Collaboration, Swift Collaboration,Sloan Foundation, NSF, NASA

2006 年，快捷號衛星在北天的白羊座內偵測到一個不尋常爆發出現了暗淡的γ射線波輻射。上圖左邊是沙隆數字巡天計劃( SDSS)在爆發前拍攝的，右邊則是快捷號衛星的紫外光望遠鏡拍攝的。這個怪異的γ射線爆發在右邊圖片的中央，後續的觀測定出它的紅位移量為z = 0.033，所以它距離地球只有4.4億光年，算是相當近的γ射線爆發事件。自從被偵測到後，GRB060218在各個電磁波段都發出輻射，包括電波波段和可見波段。由於它的亮度變化很獨特，所以每天都呈現出不同的面貌。它對研究宇宙中γ射線的起因有著重要的參考作用。

沃爾夫岡·泡利依據電子的基態運動表現提出「不相容原理」後，完美地解釋了門捷列夫元素周期性的原因和物質為什麼會成為固體形態。泡利對電子自旋角動量的解釋是「空間量子化」，每個量子態只允許存在一個電子。在常規的量子空間中，電子不能聚集在一起。泡利的「不相容原理」說明電子在不同的能級而產生不同的化學元素和不同類型的化學鏈。物理常識告訴我們，對於一個有N 個質子的原子核，必須有 N 個電子相匹配，才能形成中性原子。每一個電子除受到原子核中質子的吸引外，還會受到所有帶負電荷的其他電子的排斥。如果把吸引力看成是粒子運動，那麼排斥力就應該是波動運動。事實上，三個以上的電子運動不是一群圍繞質子旋轉的粒子，而是一組波動的幾率波形。

圖4.21泡利不相容原理用玻色子和費米子作對比說明圖

圖片版權與提供：Andrew Truscott & RandallHulet (Rice U.)

該圖呈現的是兩團鋰同位素物質，左邊為玻色子而右邊為費米子。隨著溫度降低，玻色子聚在一起，相比之下，費米子之間保持了較大的間距，物質團的體積也較大。圖中溫度的單位nK 為10^-9K，也就是說這些鋰同位素的溫度「非常非常」接近絕對零度。

電子具有的自旋角動量呈現兩種形態：一種是順時針「自旋向上」，一種是逆時針「自旋向下」。以最基本的氫原子為例，根據泡利不相容原理，只有兩個電子的自旋方向相反時，兩個氫原子才能結合成分子。

而在原子世界中也是這樣的情形：如果兩個原子自旋平行（相同）即相互排斥；如果自旋相反，則互相吸引。

原子、電子的運動模型圖與質子、中子的運動模型圖類似，這說明任何量子粒子都不能保持不動，而且都有一個自旋的角動量。它們的奇妙行為均可用「中國太極圖」的「太極幾何」思想作出十分完美的解釋！

對電子這樣的量子物質，既有波動和粒子運動的屬性，又跟波和粒子不一樣，這是量子力學的世紀之謎。關於電子、光子和其他粒子的波粒二象性除了薛定諤方程的數學表達外，筆者認為量子尺度內還應存在「波與粒子疊加共存」的特性，「波與粒子疊加共存」是量子世界奇妙難識的本源！在量子世界中，粒子是以縱向的太極微波和橫向的太極微波疊加複合運動著。如果說縱向的太極微波表現的是粒子的直線運動，那麼橫向的太極微波表現的就是粒子的波動運動。這個縱向和橫向太極微波的複合運動猶如質子和中子的相互確認一樣，都存在一個定義上的約定。由於地球人觀測量子世界中粒子疊加特性的手段還不能滿足夸克級深層構造的要求，故對量子世界「波與粒子的疊加」特性呈現的「縱向和橫向太極微波」複合運動，還需假以時日來最終求證！

筆者推理的「波與粒子疊加共存」的思想，與玻爾認為光在任一時刻只能表現為波或粒子中兩者之一的思想不同！但在2004 年，美國波士頓羅旺大學輻射質量研究所訪問教授沙哈爾·阿夫沙爾領導的實驗證明了這一思想的正確性！阿夫沙爾研究小組對經典的「雙縫實驗」進行了修改，實驗讓強度極低的光通過兩個小孔，再通過透鏡系統投射到兩個光檢測器上。每一個檢測器都能接收到來自特定小孔的光子呈現粒子性；同時光在通過兩個小孔後顯示出了經典的干涉條紋，說明了光的波動性。在實驗中，研究小組巧妙地在干涉條紋的暗紋中心都放置了一個極小的用於吸收光的金屬絲，這些金屬絲並未改變全部光強，這證明暗紋中心是沒有光的，這就證明了光在表現粒子性的同時也表現了波動性，這個實驗同時也證明了筆者推理的「波與粒子疊加共存」的思想！

圖4.22宇宙量子太極規範場圖

大圓中黑白陰陽兩魚和其中的兩個黑白魚眼加「太極S波動向量曲線」代表了宇宙中各類粒子的演化運動圖像。「太極 S 波動向量曲線」分為右旋和左旋，如果將沿 「太極 S 波動向量曲線」右旋的粒子看作是正粒子，那麼，旋轉相反的粒子就是「反粒子」。「太極S波動向量曲線」把量子世界的「正與反」演繹得絢麗多彩，讓我們在同一時刻很難判斷粒子的短暫歷史地位！

阿夫沙爾研究小組和托瑪斯·楊的「雙縫實驗」是兩個完全不同的實驗，一個是前端兩個小孔且用強度很弱的光，另一個是前端兩個小縫形成的干涉圖案，但前者更為優越地證明了光子的「波與粒子疊加共存」特性，使玻爾的理論和傳統經典的「波粒二象性」理論得到了改寫的機會。

偉大的玻爾曾考慮將他的「互補性」概念表示在家族的族徽上，可想了不少辦法，包括他到丹麥國家圖書館中去查閱有關資料，都沒有得到理想的族徽圖形。在苦惱時，恰遇一位中國史專家（S. 羅森塔爾的夫人漢娜·柯比林斯基，漢名柯漢娜）給他提出了建議：用中國的太極圖就能表達他的思想，玻爾慎重考慮後高興地採用了。玻爾只考慮了「中國太極圖」能體現他的「互補性」思想，卻再未深入研究「中國太極圖」的量子思想，因而使粒子的「波粒二象性」局限了玻爾量子思想的拓展。

玻爾先生的兒子奧格·玻爾也是獲得諾貝爾物理學獎的核物理學家，他曾深情地訴說他父親到中國進行思想文化交流的情況：「對我父親來說，1937 年訪問中國是一次難忘的經歷，在過去 20 年中國和丹麥之間這種合作已取得了豐碩成果，而且是大有前景的，這種合作清楚地證實了不同文化的交流能夠產生巨大的推動作用，我父親早已看出它的偉大前景。」這從另一個方面說明，在上世紀，「中國太極圖」的精妙內涵還未得到世界科學界的重視，因而使玻爾先生未能全面洞悉「中國太極圖」的神奇！

圖4.23 X 射線波段的貓眼星雲NGC 6543

圖片提供與版權：NASA / X-ray: Y. Chu (UIUC) etal., Optical: J. P. Harrington, K. J. Borkowski (UMD), Composite:Z. Levay (STScI)

這是X射線波段的貓眼星雲核心部分，紅、綠色的可見光輻射上疊加著藍紫色的 X 射線輻射，這些 X 射線輻射代表貓眼星雲內有非常熾熱的雲氣。從貓眼星雲天文學家看到了太陽的宿運，它再過50億年，也將演化到行星狀星雲的階段！它以多重太極規範場的形式，展現出了宇宙中星雲爆炸膨脹演化生成新星系的壯觀景象，最終會演化為一個統一的「太極規範場」。

量子世界中還有許多地球人尚未認識的領域，只要您能深刻理解量子領域［0，1］區間的物質思想和「太極量子規範場」，那麼，您就會進入量子世界微妙的殿堂。從數學意義和物質意義上看，［0，1］區間內存在著極為豐富的宇宙信息和量子內容。如果把0 看做是量子太極圖中的無極點，1 則為「無極生太極」的量子圓。如果在這個量子圓中加上「太極幾何」的「太極 S量子波動矢量曲線」，並將左旋和右旋太極 S 曲線重疊，就可十分完美地表達出「太極量子規範場」！該規範場完全可以表述出量子場中最小的「不確定性」或最小的「量子起伏」！在這個「太極量子規範場」中，［0，1］區間內包含了太多的宇宙物質內容，比如量子範圍的量子場溫度、強相互作用、弱相互作用、粒子質量、粒子密度以及粒子運動的方向、速度、能量等均表現出了0 的無窮小到 1 的無窮大魅力！「 1 ≤ 1 ， 0 ≥ 0 」兩個不等式又以地球人難以理解的變化趨勢表達了量子世界的魔幻萬變！ 0到 1 的「量子波動曲線」和 1 到 0 的「量子零點運動」表達出了量子世界的微觀混沌面貌，要看清這個有形與無形朦朧世界的微小結構，地球人必須要有與量子世界相適應的測量手段和量子環境！但對量子世界的初步認識歷史告訴我們，這是不可能的！也許當地球人能看到量子圓內夸克中的「奇子」時，朦朧混沌的量子世界才會露出它真實燦爛的笑容。

圖4.24～圖4.25量子圍欄的製作過程

參考文獻：M. F. Crommie, C. P. Lutz, and D. M. Eigler,Science 262, 218 (1993)；H. C. Manoharan, C. P. Lutz, and D. M. Eigler, Nature 403,512 (2000).

掃描隧道顯微鏡STM的出現，使人類第一次能夠實時地觀察單個原子在物質表面的排列狀態，研究與表面電子行為有關的物理和化學性質。該圖是 IBM-Almaden 實驗室所示範的原子操縱術。圖片顯示了利用STM在銅表面排列出鐵原子量子圍欄的中間過程。這個實驗是唐·艾格勒帶領 IBM的一個研究小組完成的。他們還觀察到了量子海市蜃樓效應（右面彩圖），這是納米世界的壯觀量子奇景。

圖4.26 ~ 圖4.27量子圍欄

該圖顯示的是量子圍欄裡面的電子密度波，銅表面上48個鐵原子構成一個圓圈，我們可以驚異地看到圍欄內粒子與波疊加而出現了駐波波動圖像。這些駐波均呈現出了微觀上的「太極規範場」。這個偉大的實驗非常完整地把量子世界粒子的運動秩序，即波粒二象性直觀完美地顯露了出來，使我們看到了在原子尺度中電子運動的真容。

在研究微觀量子世界的進程中，地球人已進入了原子世界。讓地球人能觀察到量子世界輪廓的掃描隧道顯微鏡（STM）發明後，物理學家已能在物體表面上移動單個原子。1993 年，美國科學家唐·艾格勒和他的研究小組成功地用一台 STM 將一些鐵原子在銅的表面上圍成了「電子圍欄」。

現在讓我們再看看電子的孿生兄弟——光子的量子行為。由於泡利不相容原理，電子不能聚集在一起，而光子可以聚集在一起。根據麥克斯韋的電磁理論，光是一種電磁波，它的電場和磁場在一個垂直於它運動方向的平面上來回振蕩。在量子世界的太極微觀範圍內，光應該被看做是多個光子疊加合作的波動粒子流！用「中國太極圖」中的「太極曲線幾何」可圓滿地解釋這種充斥量子世界的波動光子流。

圖4.28小於普朗克常數量子尺度範圍的光子太極圖。

「光子太極圖」告訴我們，在同一時刻不能確定「光子流」向哪個方向運動，左旋或右旋的可能性各占 50%，光子團在波動運動的同時，自身也有一個自旋的角動量。當光子團波動運動的自身能量和運動受到外界能量干擾達到它的臨界變化值時，它會像中國神話中孫悟空的七十二變化一樣，一而十，十而百，百而千，千而萬……分裂生成無數更多的光子。這從塞曼效應已得到證實：當原子處於磁場中時，一條光譜線分裂成兩條或者更多條譜線！光子或光子流的這種分形之謎還未得到現代物理學家們的合理解釋。物理學界對光子無質量、無電荷的結論似乎無人懷疑，但筆者依據中國「太極曲線幾何」的強烈提示感到，現在還不能斷定光子無質量、無電荷！否則，光線通過大質量的天體時就不會發生彎曲！光子應該有極其微小的質量才能被引力所彎曲，也正是光子有極其微小的質量，它才會有光壓和分光能力。筆者認為，光子的奇妙特性還遠未被地球人認識，給地球人送來無限光明的光子世界中，包含著生成光子的「奇子」；在夸克、膠子世界中也包含著「奇子」的孿生兄弟，是「奇子」家族組成了物質世界的最基本單元。（見179 頁圖 4.32 夸克、膠子、奇子太極規範場圖）

就以高能光子組成的γ射線所呈現的許多迷人特性來看，不同能量態下的高能光子有不同的分形變化行為，這些區別和差異會讓我們思考：光子的不同表現形式能說它們真的無質量、無電荷、無體積嗎？

1973 年，維拉衛星偶然探測到宇宙γ射線爆發的能流完全可以與太陽耀斑噴射出的γ射線相比！它具有極短的光變時標，高達10²¹ J 的巨大能量及快速釋放，成為轟動高能物理學界和天體物理中最引人注目的問題之一，γ射線暴到底來自何方？換而言之，γ射線暴的高能光子又從何而生？

1996 年，義大利和荷蘭合作發射了 BeppoSAX 衛星，在它的幫助下，天文學家們觀測到了 X 射線餘輝、光學餘輝、射電餘輝等。餘輝的發現使人們能夠在γ射線暴發生後數月甚至數年的時間裡對其進行持續觀測，天文學家們在利用錢德拉X 射線望遠鏡觀察γ射線的餘暉時，證實了γ射線在宇宙的起源。γ射線暴發現於 1967年，數十年來，人們對其本質了解得還不是很清楚，但基本可以確定是發生在宇宙學尺度上的恆星級天體中的爆發過程。γ射線暴典型的持續時間分別為30 秒和 0.3 秒，所釋放的γ光子總能量可達 10⁴⁴～10⁴⁷ J，如此強大的能量和光子速度不可避免地要形成一個以光速和超光速向外膨脹的火球。餘暉的觀測初步證實了火球模型的正確性，這是宇宙大爆炸後局域宇宙中星系演化是按照「中國太極圖」演化為奇球爆發的最好明證。

巨大能量的γ射線暴對宇宙生態演化環境的影響極其明顯。小到危害人體、中斷地球上的短波通訊，大到能使宇宙時空幾百光年範圍內的生命滅絕，都說明γ射線暴威力無比！地球人雖然無法遠離γ射線暴這把宇宙時光之劍的作用範圍，但卻很聰明地利用小能量γ射線的奇異性，把γ射線用在了醫療手術上，用在了間接探測質子和中子中的夸克組成上。

由於γ射線能探測質子、中子中的夸克組成，說明γ射線的高能光子波長等於或小於夸克尺度，否則，它不可能區分夸克的存在。

在這裡我們可重溫海森堡不確定性原理。

圖4.29海森堡不確定性原理示意圖

引自《時間簡史》插圖本71頁插圖

為了精確測量粒子的位置，就必須使用波長很短、頻率很高的光，因為光的波長決定了我們能將粒子定位在微小範圍內的最小尺度。很短波長的光有很高的頻率，光子的能量與它的頻率成正比，即

E = hf

（光子能量 ＝ 普朗克常數×頻率）

如果以高頻率的高能光子打到量子系統上時，會給量子體系一個很大的推力，這個推力會影響量子體系內粒子的測定。如果用低頻率的光卻又因為波長較長的關係，雖然降低了推力，但卻測不準粒子的精確位置。這可從海森堡公式看出：

(ΔΧ)×(ΔΡ) ≈ h

（位置不確定性乘以動量不確定性約等於普朗克常數）

它說明位置不確定性ΔΧ如果很小，那麼動量不確定性ΔΡ就不可能很小。如果兩樣都小，就不會滿足它們的乘積永遠約等於普朗克常數。而粒子的動量Ρ又與它的質量和速度成正比，即Ρ＝mv （動量＝質量×速度）。在這裡可看出，由於光子的質量目前被科學家們認為並不影響「質增效應」，所以速度又成為了主要影響因素。但筆者認為，光子無質量的概念應重新界定，否則Ρ＝mv 和愛因斯坦的質能公式 E = Mc² 都應使用另外的表達式方可成立！光子之所以被認為無質量，是因為它永遠以光速運動著。光速是宇宙物質運動速度的臨界速度，小於光速的物質一定會有質量；而等於光速運動的物質它的質量會全部轉化為能量（動量），此時的物質只有能量而沒有質量，這就是光子被認為無質量的全部原因，同時也是正反物質、正負粒子對撞發生湮滅的主要原因！故海森堡不確定性原理也可以這樣來理解：粒子質量的不確定性，是影響速度、位置不確定性的主要原因。

為能精確確定粒子內部深層結構，我們必須選擇能分辨粒子內任何細節的尺度更小的波長。由於波長與它的動量有密切關係，故隨動量的增加，波長會變小。γ射線的強大動量和波長恰恰就具備了探索微小量子世界的特性。但是我們不要忘記，γ射線是由高能光子組成的，高能光子的能量大小和波長大小決定了它探測量子世界的範圍和深度。

圖4.30 X光彩虹

圖片版權與提供: CXC, NASA

這是由錢德拉X射線太空望遠鏡所拍攝的假色X光圖片，顯示的是大熊星座內一個編號為 XTEJ1118+480 的恆星系統中，一顆如太陽般的恆星正繞著一個黑洞運行。圖片中 X光的能量是沿著徑向遞減的，靠近中心附近的能量是最高的，而在左上角與右下角的部分是最弱的。中心的亮區是 X 光源本身的影像，並不是由光柵散射所造成的。

（注:水滴與三稜鏡可以將陽光中的可見光分散成拱形的七色彩虹，從外至內分別為：赤、橙、黃、綠、藍、靛、紫。由於 X光的能量太高，水滴或三稜鏡無法將它們分散成不同能量波段的光。然而，錢德拉 X 射線太空望遠鏡使用一組具有 540 條金線的光柵，可將 X 光分散成各種不同波段的光，並可記錄這些結果。這些X 光譜線可以告訴我們宇宙中 X 光源的組成、溫度以及運動情形。）

光子在不同能量態、不同波長的光子流中有不同的表現：例如夜間的香煙頭、燃燒的火柴、蠟燭的火焰、手電筒光照、汽車大燈、探照燈、激光等不同類型的人工可見光源，它們均顯示出了光子流（團）在不同波長（380 納米到 780 納米）下的基態運動效能，和宇宙中存在的陽光光源、星系光源等一樣，它們在單位時間內通過單位面積的光子密度和能量有巨大的差異。由於不同光源所發射出光波的光子頻率、波長、速度不一樣，因而它們的能量差別很大，故光子流（團）在傳播距離上就呈現出衰減的不同。又如：激光是可見光中的最強光，唯有氫彈爆炸瞬間的閃光才能與之相比，它具有定向發光、亮度極高、顏色極純、能量密度極大的特點，其波長範圍比千萬分之一埃（1 埃 = 10^-10 米）還要小，最小的已達到一千億分之幾埃。一束功率比一盞普通燈泡還要小的激光，可輕易地在一塊金屬板上燒出一個洞來。激光還被用來測定地球到月球的距離，激光束來回的時間大約是2.5 秒，測量地月距離為 40 萬千米的精度能達到幾厘米的誤差範圍。激光還可以完成三維的「全息攝影」，並可記錄被拍攝物體上反射波的振幅和位相等全部信息。

除單色激光外，所有的可見光均可以分為七色，這種一色中包含七色的特性，只有光子才有。光子的三原色以及由它們組成的七彩斑斕顏色世界使我們的宇宙更加迷幻絢麗，這也是粒子「三生萬物」在量子世界中的奇異體現。

圖4.31 光譜圖

不可見的電磁波（射電波、無線電波、微波、紅外線、紫外線、X 射線、β射線等）又顯示出了光子在不同能量狀態下明顯的特徵和暫不被發現的隱性特徵。

對頻率低、波長長的射電波（頻率小於 10⁶ Hz，波長大於1千米）還有很多未知個性波段；對於頻率高、波長短的γ射線（頻率大於10¹⁹Hz、波長小於10^-10 米）也同樣有地球人尚未認識的個性波段，這些個性波段中隱含著宇宙不同物質的信息，需要地球人對它們逐一地進行破解。

2003 年 8 月 25 日，美國斯皮策太空望遠鏡發射升空後，取代了原來的紅外線天文衛星（IRAS）望遠鏡，它是人類歷史上最大的紅外線波段太空望遠鏡。它拍攝提供的照片和數據令天文學家們興奮不已，它的工作成果不僅彌補了哈勃太空望遠鏡和錢德拉望遠鏡的不足，而且提供了對太空研究的新方法，斯皮策太空望遠鏡打開了人類探測宇宙深空的發現之門！它的工作威力使地球人得知：了解認識宇宙，的確需要各種各樣的先進設備和正確理論引導才能全面實現人類探求宇宙奧秘的夢想！

對量子世界而言，要想窺見到粒子的全貌，必須要有地球人熟知的更小波長的射線，至少是一個光量子的波長。由於波可具有任意短的波長（比如宇宙大爆炸最初的爆炸波、γ高能光波等）、無限高的頻率（只要有足夠的能量），這樣的波長曲線和頻率已幾乎成直線。但就目前地球人所掌握射線的能力根本達不到這個量子尺度的直線範圍，同時也無法克服超高頻率、超短波長射線對量子範圍的衝擊力，故地球人用目前所掌握的測試方法要精確觀測夸克尺度以內粒子的全貌是不可能的！

為此，筆者所命名的「奇子」目前還不能讓地球人觀測到它神奇無比的基元結構。根據「中國太極圖」和「量子規範場」的提示，夸克應是像電子那樣，由自旋向上和自旋向下旋轉的兩個「奇子」組成，不同旋轉方向的運動使它們之間表現出了強相互作用力，才使夸克和膠子的構成密不可分！至此，對宇宙物質無限可分的思想可以終結。因為邏輯上、數學上的無限可分並不能代表物理上的無限可分！地球人只能有無限可分的思想，但做不到在「奇子」尺度中的無限可分，地球人根本不可能擁有對量子範圍粒子無限可分的時光之刀！

從量子化概念上說，「奇子」是量子世界中起主宰作用的最基元粒子，它就是地球人苦心搜尋、構成整個宇宙物質世界的最小基元物質！越來越多的科學觀測證明，宇宙星際空間不僅充滿各種物質和它們的引力場，還遍布磁場。引力場、引力和磁場、電磁力均是長程作用力，與被觀察的物體距離有關，它們呈現出近強遠弱的特質。星際引力場、磁場中的引力和磁力呈「太極球」形狀異常複雜地交織在一起，並不斷旋轉，造成了宇宙「信息使者」——中微子和光子的方向各異。所有已知粒子的不同差異表明，雖然它們是量子世界海洋中的不同浪花，但只要有差異和區別，充滿宇宙中的各類粒子就一定有更小的基元組成，這個基元就是「奇子」！

圖4.32夸克、膠子、奇子太極規範場圖

圖4.32 「夸克、膠子、奇子太極規範場圖」是筆者研究質子、中子內部構造的推理圖，它體現了「中國太極圖」中「太極S 曲線」和「三生萬物」的奇妙本質！我相信，它最終會得到科學界的驗證和認同。

熱力學告訴我們，量子範圍內的各類粒子在超高溫、高溫、常溫、低溫、超低溫的時空中會有整體演化和分形流轉的特異表現。為全面了解「太極量子規範場」的神奇內涵，我們要討論一個與物質粒子運動極為密切而在不同溫度狀態下的量子世界內容。我們已討論了宇宙大爆炸後超高溫時的物質粒子和常溫下的基本粒子，現在需要討論超低溫粒子的物理特性來全面了解粒子在不同溫度下的各種表現。

圖4.33蛋狀星雲

圖片版權與提供：R.Thompson, D.Hines(University ofArizona); R.Sahai (JPL); NASA

這是用哈勃太空望遠鏡拍攝的距地球約3?000 光年的「蛋形星雲」 CRL2688。左邊是廣角和行星照相機（WFPC2）拍攝的可見光照片，而右邊則是用近紅外照相機和多目標分光計（NICMOS）拍攝的紅外光照片，雖然人眼是看不見紅外線的，但是我們可以形象地運用顏色對各種不同波長的光進行表示：藍色的星光主要是由空間灰塵或者粒子的反射光形成，而紅色的星光是由炙熱的氫分子散發的熱輻射形成的。科學家們認為，現在看到的這個蛋狀星雲可以幫助我們理解空間里的星體就如同太陽一樣怎樣把碳和氮進行驅逐，這一行為是自然界延續生命的關鍵所在。筆者認為它表現出了由「太極弦引力波」和「太極弦磁力波」構成的「太極規範場」演化趨勢。

在低溫物理中，溫度單位通常用開爾文（符號為 K，簡稱開）來表示，而不是攝氏度。絕對零度定義為開爾文溫度的零度，對應於－273.15 攝氏度，任何溫度都不可能低於絕對零度。為取得接近絕對零度的超低溫，科學家們取得了令人瞠目的成就：

1985 年，美籍華人朱棣文和他的同事在美國新澤西州荷爾德爾貝爾實驗室用激光冷卻方法第一次將鈉原子冷卻到了當時令人震驚的絕對零度以上0.000?24 開；緊接著美國馬里蘭州國家標準化與技術研究所的威廉·菲利浦斯和他的小組在激光原子陷阱的上下各加一個磁場，成功地將原子冷卻到了0.000?04 開；法國的克勞德·科恩·塔諾季和他的同事利用「激光冷卻可以將原子的速度降低到單個光子給原子的反衝速度原理」，成功地將氦原子冷卻到了0.000?000?18 開。由於朱棣文、威廉·菲利浦斯和克勞德·科恩·塔諾季分別在超冷原子方面的開拓性工作而共同獲得了 1997年度的諾貝爾物理學獎。1995 年 6 月，由科羅拉多大學的艾里克·康奈爾和卡爾·威曼為首的一組物理學家成功地將一群原子冷卻到了絕對零度以上0.000?000?02 開（一億分之二開）的超低溫，將大約 2 000 個原子形成了氣體形式的玻色-愛因斯坦凝聚的新的量子態。這是物質非常奇怪的狀態，許多原子居然能凝聚為一個單個的量子態！4 個月後，美國麻省理工學院的沃爾夫岡·克特勒用新的冷卻原子激光器設備使一塊鈉雲原子產生了更多的原子玻色-愛因斯坦凝聚態，也將鈉原子冷卻到了不可思議的0.000?000?02 開。以上三位科學家也因超低溫的卓越成就共同獲得了 2001 年度的諾貝爾物理學獎。

圖4.34液氦的λ溫度點。在絕對溫度2.2開左右，有一個奇特的變化。這可以通過液氦λ形狀的比熱曲線看出來。

圖4.35卡末林·昂尼斯於1911年發現了超導現象。這幅給人深刻印象的曲線圖顯示了汞的電阻溫度低於 4.2 開時，是如何突然消失的。

地球人獲得這樣低的超低溫溫度，不僅發現了液氦在接近絕對零度的量子超流體奇怪特性，而且也解釋了氦原子在接近絕對零度時服從海森堡不確定性原理並以量子態最小來回振蕩的零點運動。在接近絕對零度的超低溫下，單個原子移動的速度比烏龜還慢！

這讓我們想到，在宇宙的邊緣是極為寒冷的超低溫區域。除氫、氦等元素外，還有其他物質粒子，它們共同組成了玻色-愛因斯坦凝聚物，不僅具有量子超流體的特性，還有超導電性和超磁性。也許宇宙中存在的絕對零度空間就是正反宇宙強大的引力場、電磁場的特殊友好空間。

理查德·費因曼說得好：「整個宇宙會因為每一個原子事件而分岔。現在堅持逐字逐句理解量子力學的人，很滿意宇宙的這種圖像。因為對於描述整個宇宙的波函數來說，不存在一個外面的觀察者，因此他們主張這個關於整個世界的合適描述必須包含所有可能的幾率振幅，並且因每一次原子事件而分岔。」

量子力學這門學問還不完全成熟，地球人暫不能認識它的全部演變歷史，亟須科學家們深窮其理，「中國太極圖」完全可以幫助他們進入無窮小的量子世界。用「太極量子規範場」來引導您，將使您很快地發現量子世界中的奧秘，故您需要和「太極量子規範場」早日結緣！