林志德：大統一論2- 從量子的基元性推導基子與慣性

我提出物質基元粒子簡稱基子的定義就是說世界上的所有物質都具有一個統一的始基的最初、最原始的本底的終極的不可再行分割的元素，它具有最小的點滴或顆粒形狀的物質本原成分和客觀性能指標。關於基子是否存在的問題，不僅是抽象的哲學問題，還是個具體的系統科學問題。物質作為一個總系統，如果它的內部不存在一個不可再行分割的最小的基本元素，那麼它就是一個空集或空無所有的零系統，人類關於物質對象的研究也就失去了意義

在當今世界，量子的意義至高無上。量子力學、量子化學、量子光學、量子天文學、量子波動、量子跳躍、量子坍塌、量子外力、量子斥力、量子外力、量子信息、量子效應、量子場、量子數、宇宙量子、二次量子、光量子、熱量子、電量子、磁量子、動量子、能量子……,量子的學科術語數不清。美國科學家索性把我們人類所處的物質世界統統稱之為量子世界。這是一個很高明的恰如其分的稱謂，因為量子的性質徹底反映了宇宙背景和物質世界的本原與演化底蘊。

但是，什麼是量子？人們對於量子的最基本概念及其最根本特徵的理解和定義卻存在著嚴重的謬誤和混亂，嚴重的謬誤在於完全忽略並違背了量子的基元性絕對性要領及其偉大發現者普朗克的思想初衷。

中國普通的物理學詞典對於量子最常見的普通解釋是：「微觀世界的某些物理量不能連續變化而只能取某些分立值，相鄰兩分立值之差稱為該物理量的一個量子。普朗克在研究黑體輻射時（1900年），首先發現了自然現象中的這種不連續的量子性質。他發現物質吸收或發射的輻射能量量子，其大小為hv（其中h為普朗克常數，v為輻射的頻率）。能量分化為量子（所謂量子化）的現象，只是普遍自然規律中的一個例子，其他物理量如動量矩等也是量子化的。此外，有時也將同某種場聯繫在一起的基本粒子稱為這一場的量子」⑴。中國高等學校教材對於量子最常見的典型解釋與詞典吻合：「普朗克假設：輻射黑體是由帶電的諧振子所組成，這些諧振子輻射電磁波，並和周圍的電磁場交換能量。但是這些諧振子，並不象古典物理學中所述，可以具有任意的能量，而只可能處於某些特殊的狀態，在這些狀態中，它們的能量是某一最小能量ε（ε稱為能量子）的整倍數，即：ε，2ε，3ε，4ε，……，nε。n為量子數，對於頻率為v的諧振子來說，最小能量為ε=hv。式中h就是普朗克恆量。在輻射或吸收能量時，振子從這些狀態之一，躍遷到其他一個狀態」⑵。這裡說ε=hv是最小能量，就迴避和否定了1h赫茲才是最小的不可再行分割的能量基元。中國大百科全書的物理卷乾脆不把量子這個最重要的術語列為辭目作專題解釋。

由於中國的物理學理論都照抄外國，因此國際上也找不出比中國人好多少的對於量子的定義和解釋。美國《物理百科全書》解釋道：「量子這一術語表徵波或場的激發，這種激發含有像能量或質量、動量和角動量那樣的類粒子的基本性質。這一術語歷史上首先用在電磁能或光能的數額，通常稱為光子。光子即電磁場的量子，是一種無質量粒子」⑶。這樣的解釋顯得更含混糟糕。

由此看來，現在世界上關於量子的含義，都是根據愛因斯坦所謂相對論的光量子的概念來解釋的。普朗克關於量子是絕對存在的最小的不可再行分割的基元性的物理作用量數值的本初想法，遭到了相對論的極端沉重的歪曲和壓制。

20世紀的物理學留下一系列謎團。首當其衝，從1900年存疑至今，連普朗克本人也疑惑不解而抱憾終身的就是普朗克常數即量子h的性質之謎。正如1918年瑞典皇家科學院的評審認定h「是一個描述物質共有的但尚未知道性質的比例因數。」⑷史書記載普朗克充分意識到發現量子的巨大意義，「據說有一次他在散步的時候曾對他兒子說過，他已經發現了不亞於牛頓所發現的事物。」⑸但他始終無法透徹理解量子的性質。

現在看來，普朗克之所以無法把量子納入經典理論，是未知領域給人類造成的認識史迷惑，是由於量子的發現已經衝刺鍥入到了物質存在的基元性層次，這種基元層次與當時人類初步認識的分子原子的結構層次之間存在著巨大的溝壑。具體地說，是人類對於宇宙時間空間的性質、時間元和空間元真相、原子結構真相、黑體輻射機理和光的本質，進而還有電子結構、電荷實體、電磁本原、電流形態、電解機理等一系列重要知識還處於空白或誤解的狀態。今天，人類已經對於暗物質的客觀初步存在達成了共識，我們再依靠絕對論和基元論的根本原理，就能夠徹底解開量子性質之謎。所謂基元，就是組成事物的最小的不可再行分割的始基、本底的終極性的元素，一切物質實體最終都可分解或彌散為物質基元粒子。

普朗克在1920年6月2日為答謝諾貝爾獎的著名演講中指出：「對於一個不願違背事實的評論家來說，除了肯定作用量子之外，沒有別的選擇。在各種各樣的過程中，對於作用量子都得到了相同的結果，即它的量值是6.52X10-34焦耳秒。這是一個名副其實的物理學普適常數。說起來也是一個巧合，正當廣義相對論概念剛剛建立並導致了傳奇般結果時，自然界卻在最無希望的地方出現了一個『絕對』，即出現了一個不變的單位。事實上，有了這個不變的單位，包含在時空元中的作用量子就可以用一個完全確定的非任意數來表示，因而也就拋棄了它（到現在為止）的相對性」。⑹其實，「包含在時空元中的作用量子」這句話完全抓住了普朗克h性質的關鍵，關鍵就是宇宙的時間空間存在著格子形狀的基元尺度。

本來，只要能夠充分肯定已經顯示在普朗克常數中的最小的不可再行分割的基元物理量數值，就可以比較順利地深入理解量子的性質。但是，相對論反對絕對性又迴避基元值，致使量子的意義日益玄虛化了。相對論的誤導致使中國大學生的量子基礎知識尤其薄弱。

美國的一本高中教材就能抓住基元尺度概念，恰倒好處地解釋量子的意義。該書寫道：「普朗克預示一個自然頻率為Vo的振子只能以能量1hVo，2hVo,3hVo,…,nhVo振動而不能有別的能量」。接著分析了鮮明生動的例子，一個質量m=1/9.8公斤的擺，在引力加速度g下其所能擺動的高度是：「H1=hVo/mg=6.52X10-34牛頓米秒X1秒-1/[（1/9.8公斤）X(9.8米/秒2)]＝6.52X10-34米，和H2=2H1,H3=3H1,…Hn=nH1，介乎其間的最大振動高度是不可能的。」⑺這樣的解釋是深入淺出又正確無誤的，那麼，當Vo=1周/秒，就有最基本的最微小的不可再行分割的能量基元h*＝6.52X10-34焦耳。

普朗克實際上斷定了所有形式的能量，以及地球人所運算的能量數值，其實全是h*的整倍數；他又預示所有的諧振子（例如擺、鞦韆、彈簧等）所能擺動的高度必定是6.52X10-34米的整倍數。這樣，所有不同質量和形式的諧振子的可能的相鄰能量最終都相差一個h*,其振動高度也相差6.52X10-34米（按當今尺度是6.626X10-34米）。由於三維空間的長、寬、高度相等，當今人類就很容易由此達成共識：每個h*均作用和包含在最小的不可再行分割的宇宙空間元（6.626X10-34米）3格子中，每個量子跳躍的高度差是6.626X10-34米、歷經時間是6.626X10-34秒。於是我推出了普朗克時空元（符號P）的概念，P包含空間基元長度=6.626X10-34米、和最小的時間間隔即基元時刻=6.626X10-34秒。

嚴格追求有實驗證據的數量關係和量綱概念的準確性，致力於求索經典的極限的性質、極大極小值和基本性基元性數值，是18、19整整兩個世紀的科學家遵循的優良傳統。正如18世紀大數學家歐拉認為：「如果在宇宙里沒有某種極大或極小的法則，那就根本不會發生任何事情。」⑻這種優良傳統在20世紀遭到了相對論的嚴重破壞。愛因斯坦總是憑主觀臆測，靠賣弄深奧莫測的數學技巧，但他的演算推導竟然總是存在公式的分母項為零的基本常識性的致命性的錯誤。

普朗克一代的科學家曾經殫精竭慮苦苦思索過：因為h=6.626X10-34焦耳秒=6.626X10-34牛頓秒米=6.626X10-34千克米/秒，所以量子的物理量單位的形式變換是：[能量乘以時間]=[動量乘以長度]=[衝量乘以長度]，這其中到底意味著什麼？由於歷史條件的限制，他們的思路就統統卡死在這裡而無法突破前進。最痛苦的當然是普朗克，因為h量值的形式最終顯示出了違反牛頓動量定律的「動量等於衝量」的荒謬結果，他只得把h撤回多年，到1914年才宣布恢復研究。

今天，只要堅信宇宙時空元P絕對存在著，應用時間空間基元和能量基元6.626X10-34焦耳的尺度，我們就能通解這個20世紀物理學的最重大的謎團。

我的通解是：首先要認定，空間元是由物質系統外部的彼岸的獨立物體——暗物質或以太的基元成分在宇宙空間中無限綿延、緻密又均勻的分布而分隔成的。為了對空間元的概念有形象化的深刻理解，我特地畫了「基子理論示意總圖」附於本文背後。參照附圖，我們還要動筆做一些最簡單的實驗：取一本做解析幾何習題用的細方格簿，翻開一頁凝視。我們的思路要想到這是一片二維空間的圖象，所以示意總圖的背景是一頁放大的方格簿。至於三維空間，我們可以設想如果每個小格子沿垂直於頁面的方向展開為連綿的細小的正立方格子網路，網路中這些細小的正立方格子的堆砌擴展和無限綿延的網路就是宇宙絕對空間的簡單圖象。因此，沒有物質存在的宇宙空間絕不是一無所有的，早就有了一樣東西，就是暗物質或以太的基元（我借用虛數符號i命名之）的均勻分布，這樣的分布已經打好了人類永遠無法看到的但精神能夠充分意識到的方格子網路，暗物質基元i的位置就在格子頂點上。

我們要進行的實驗非常簡便，就是用一枝筆隨便在格子中畫點，規則是所畫的點不能碰到細格子的邊，而點落在細格子框之中的哪個部位不限。我們的每一個畫點表示一個基子，這樣我們所畫出的點的集合的任意圖象都代表了由基子組合而成的物質實體。如果我們從畫點中懂得組織成為地球的所有物質基子歸根結底也全部落在這無限放大了的細格框之中，就會透徹明白暗物質是穿透地球的。這樣我們可以理解：

一.宇宙空間中物質的密度是極其有限的，並非如天花亂墜爆炸大師想像的可以無限高。

二.由於每個細格的頂點表示一個暗物質基元i，因此，暗物質或以太穿透地球和一切物質。

三.每個空間元只能讓一個基子進出，因此物質在空間中並非可以任意地延伸。

這樣在格子中畫點的實驗看似簡單可笑，可是它卻牽動著我們人類在21世紀之初對於物理世界的理念提升。我們還要進行有序的畫點實驗，就是把頁面中任意一條細方格帶子的空白格子依次全部畫上代表基子的電腦標點符號*，我們就能看到*如同一條珠子項鏈式的排列，我把這樣的排列稱之為基子鏈。這樣我們就能發現基子的空間排列存在著的有序與無序狀態的區別。需要我們得出的要領還有：

四.宇宙中的物質基子分成有組織的超越基子和無組織的普通基子兩大類。

五.在所有具有規整結構的物質基本粒子中，都存在著超越基子鏈。

六.落定在、整編在結構粒子組織中的基子顯示質量和慣性力，處在無序狀態下運動的基子顯示能量，並且每個基子在一個系統被發射到另一個系統時所攜帶和傳遞的能量都是6.626X10-34焦耳。

雖然實驗非常簡便，但我們的思維卻面臨一個艱巨的任務，就是需要設想這個空間元網路不是僵硬的，而是富有彈性和倔強性的。每個位於格子頂上的暗物質基元i在空間元的長寬高三個方向都有可以扭動、擺動、伸縮的自由度，這樣i就相互對持著、懸浮著分隔成了宇宙空間格子網路。而這個富有彈性的網路的局部可以高度扭曲拓撲，並且網路局部的扭曲拓撲是以光速向四周傳播。在網路的一個局域中，一條空間元帶子可以有高度的扭曲和形變，但周圍的空間元帶子勢必受其影響而連體形變，並且連體影響而形變的程度也按光速度衰減。

還有一大難題是如何形象地理解量子跳躍？普朗克曾經把粒子發射時處於的狀態比喻成一陣「痙攣」，我認為是很恰當的。我的想像是一條基子鏈中的基子在波動中總是作上下跳動，在跳動時可以把相鄰格子中的普通基子撞擊即輻射了出去，這就是量子跳躍的機理。

我們還可把一條最小的方格稱為一條空間元帶子，在1米長度的空間元帶子中可以排列約1.5092X1033個方格子。如果把它無限放大後比喻象一列火車，則每節車廂都是分開又聯通的正立方體。我們設想如果有一組慣性力6.626X10-34牛頓或質量6.626X10-34千克的物質基元粒子均勻分布在這1米帶子的各個格子中，那麼每個格子中的力量是相等的4.3904X10-67牛頓、質量是相等的4.4800X10-68千克。

如果這條帶子移動或波動1米，其具有的能量就是6.626X10-34焦耳；如果在帶子移動或波動過程中，有某一個方格子中的物質基子象列車的一節車廂中的物體撞擊了車廂邊上的物體，該物體被拋射出去即被輻射了，那麼這節車廂的物體（基子）所攜帶或傳遞的能量都是相等的6.626X10-34焦耳。

由此可確認：分布在作用在一個空間元中的物質質點是最小的基元質點，它的恆定的慣性力量是4.3904X10-67牛頓。我所謂的慣性力，就是可以等價變換成重量那樣與重力加速度方向一致的力，例如一塊質量1公斤的鐵垂直壓於桌面上，桌面受的力9.8牛頓可以直接視為與質量等價。從關於物質基元質點的理論可以確認，質量與力量的單位制在本原上是相互導出的，因為它們均是對同一本原實體的相關指標的量度。按牛頓關於物質的質量是重力和重力加速度的比值的定義，我們有4.3904X10-67千克米/秒2÷9.8米/秒2＝4.480X10-68千克。因此可確定物質基元粒子的絕對質量和重量是4.4800X10-68千克。每一個基子都被限定在體積為（6.626X10-34米）3空間元格子框架中穿行，每個基子在穿行中還具有9.8米/秒的自旋速度。

這樣一來，一個嶄新的宇宙常數就推導出來了！我把它與基本作用量子對應稱之為基本作用實質與慣性力常數，簡稱實子，符號L＝4.3904X10-67牛頓秒=4.480X10-68千克X9.8米/秒=4.3904X10-67千克米/秒。L又是表徵物質作用基元的衝量等於動量的常數，更是達成引力場和電磁場在物質基元層次面上統一的關鍵性常數。L表徵了物質基元粒子所具有的不可再分割的慣性力量元或質量元的數值在地球人的心目中均為4.480X10-68千克。也表明包含在宇宙時空元中的物質基元的衝量與動量相等，這種相等的意義極其重大，它在本原上表明了宇宙中的物質基元以恆質、恆力、恆速、恆能的基本性能指標運動在恆定的宇宙時空元之中。

由上述的推導可見，量子的基元性至關重要。我在近十年的學術交流中經常有人問我：為什麼頻率非要是整數，不可以有例如每秒0.123周期的頻率？我總是回答：如果允許有分數頻率，普朗克常數的量值就無法確定，量子也就失去了意義。物理加強基元性觀念，我們還可以根據普朗克求索物理極限和基元數值的策略來推導物質基元粒子和實子L。因為按嚴格的數理邏輯涵義直觀，h是二元三次和四次方程組的根，可以有四個數值相同但量綱比例因子不同的根，數據6.626X10-34在主根量值單位中有三種含義：

h1=6.626X10-34焦耳X1秒

h2=1焦耳X6.626X10-34秒

h3=1牛頓X6.626X10-34米X1秒

以上三個根可以必須分別滿足能量、時間、空間為基元值時的解。那麼，第四普朗克常數就必須滿足慣性力是牛頓的基元數值，於是就有作為第四根的：

h4=6.626X10-34X6.626X10-34牛頓X1米X1秒/6.626X10-34米秒格-1=6.626X10-34牛頓米秒格。

分母中的（6.626X10-34米秒/格）表示每一格時空元的尺度是6.626X10-34米秒。如果我們對普朗克常數的基元性有了深刻理解，懂得1米細度的空間元具有1.5092X1033個方格子，就能明白h4表明了作用在每格時空元中的物質基元的慣性力量是4.3904X10-67牛頓。

現代物理學最突出的困難就是人們不明白慣性力是怎麼來的。現在通過對普朗克常數基元性分析，真相大白了！

參考文獻

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