第九章:奇妙的電磁性
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吸引與排斥,在磁那里出現了兩極性,它在那里是在同一物體中顯現出來的。
--恩格斯
能量轉化和守恒定律的發(fā)現和證實首先告訴我們這樣一個事實,即每一個自然力可以直接或間接地轉化為 其它自然力。從這里,人們很早就認識到一切自然力是統一的這一重要原理。電磁領域是最令人驚奇的了,它 一直顯示著力的兩種不同表現形式--吸引與排斥。而按照自然力統一性這一重要定理,自然力豐富多樣的力 的形式,都可以統一到一種物質樸素的相互壓迫之上,那么電磁力又是如何表現出兩種截然不同的性質呢?
上溯到兩千多年前,人們就知道了磁石能吸引鐵,戰(zhàn)國時期便發(fā)現了最早的指南器--司南,北宋時期的 科學家沈括最先發(fā)現并指出了地磁偏角?,F在我們知道,在不同的地點、不同時間,磁偏角、磁傾角均不相同 。為什么會產生磁偏角和磁傾角呢?這是現代科學至今解釋不了的現象。影響地磁場的因素很多,關于它成因 的假說也為數不少,如十六世紀英國的吉爾伯特認為地球巨大的磁場是地球中的鐵、鉻礦物元素的磁性所造成 的;更多的后來人則認為地磁場是由于地球自轉造成的;圍繞著地球自轉的原因,又派生出許許多多不同的觀 點。直到如今,人們仍沒有一個統一的觀點。
電現象的發(fā)現也和磁現象一樣古老,早在兩千多年前,不少國家都有人發(fā)現磨擦琥珀可以吸引毛發(fā)、紙屑 ,但限于當時的科學水平,沒有對這些現象進一步研究。近代關于電磁現象的實驗研究是從英國科學家吉爾伯 特開始的。他通過試驗發(fā)現,不僅琥珀經磨擦后能吸引小物體,而且還有其它物質如金剛石、玻璃、松香等在 磨擦后也有“琥珀之力”,于是,他根據希臘文的“琥珀”的字根,創(chuàng)造了“電”這個名詞,并把上述經過磨 擦后的物體稱為帶了電的物體。人們通過試驗又進一步發(fā)現,用綢布磨擦玻璃棒產生的電和利用毛皮磨擦產生 的電是兩種不同的電,從前把它們分別稱為“玻璃電”和“琥珀電”,后來才把它們分別稱為“正電”和“負 電”。這兩種電不僅有同性相斥、異性相吸的特點,還能彼此中和,都失去電的性質。
1755年,法國物理學家?guī)靷惔_定了兩個帶電物體之間的電力與它們之間的距離平方成反比,對電力的這種 定量描述稱為庫倫定律。1799年,意大利生物學家伏打發(fā)明了電池,由于電池提供了可控制的電流,這為研究 電和磁的科學打開了方便之門。
早在十七世紀初,吉爾伯特就斷言電和磁是兩種截然不同的現象,沒有什么一致性,之后人們一直也認為 電和磁不可能有什么聯系,所以在很長一段時間里,電和磁是作為兩門獨立的學科進行研究的。直到1820年奧 斯特發(fā)現了電流的磁效應以后,人們才開始把電和磁聯系起來,使電磁學有了突破性的進展。
奧斯特的發(fā)現是驚人的,他開創(chuàng)了一個科學和技術都讓人眩目的并且最讓人激動的年代。他的發(fā)現不僅證 實了電和磁之間相互聯系的客觀存在,并且揭示了磁力作用的橫向性質,這對長期以來為人們所熟悉的中心力 觀念是一個強有力的沖擊。在此之后不到一年的時間里,畢奧和薩伐爾通過實驗建立了畢-薩定律,安培作了 一系列電流的磁效應的試驗,推導出了兩電流元相互作用的安培定律,并提出了著名的磁性起源的分子電流假 說。
安培假說與現代對物質磁性的理解是相當符合的,他認為一切磁現象產生的根源是電流,在磁性物質的分 子中,存在著回路電流,稱為分子電流。分子電流相當于分子中電子繞原子核的轉動和電子本身的自旋運動, 每個分子的圓形電流都相當于一個個基元磁鐵,當它們在外磁場的作用下呈規(guī)則排列時,就使物體呈現出宏觀 磁性。因為基元磁鐵的兩個磁極對應于分子回路電流的正反兩個方面,這兩個方面的顯然是無法獨存的,由此 很容易解釋磁極總是成對出現的原因。
自從發(fā)現了電流的磁效應以后,人們都在想,反過來,磁對電流有什么作用呢?一大批物理學家都在這方 面作試驗,在這時代的所有物理學家中,法拉弟常常被認為是最偉大的一個,他不僅在實驗室里顯示出他的天 賦,而且還把“力場”這一重要而豐富的概念引了理論物理,從而使人們對電磁作用有了突飛猛進的認識。
十九世紀前半葉,物理學界傾向于以粒子為中心的中心力思想,這種力僅僅依賴于粒子之間的距離,總是 沿著粒子之間連線發(fā)生作用,這就是所謂的瞬時超距作用觀點。雖然奧斯特已經發(fā)現圍繞載流導線的磁力是圓 形的,安培卻仍然用電流元發(fā)射的中心力的合成對這種力作出了成功的數學處理,但法拉弟的思想是遠為卓越 的,關于電磁轉動現象的研究,引導他得出了同時代許多人不同的觀點。他認為載流導線周圍必定存在著某種 連續(xù)的物質,電磁作用就是通過媒介的“緊張”狀態(tài)進行傳遞的,電磁感應現象的發(fā)現,使力線概念成了法拉 弟思想的中心。
以太觀念是由笛卡爾引入物理學的,在電磁學理論的形成過程中,這種觀念為人們正確認識場的本質起過 重大的作用。法拉弟是從研究介質對電力的影響實驗時意識到“場”的物質性的。他發(fā)現,用一塊絕緣材料隔 開的兩個導電板組成的電容器,比由真空隔開的電容器容納更多的電荷量,而板間所夾的物質不同,電容器容 納的電量也不同。為了解釋這種現象,他假設介質中的分子產生了某種極化狀態(tài),兩金屬板上的電荷并不是超 越它們的空間直接發(fā)生作用的,而是借助于兩板之間的電介質內的相互鄰近的極化分子逐點傳遞過去的,因此 ,這是一種近距媒介作用,中間介質在這種相互作用中起著重要作用。法拉弟很自然地把介質分子的這種極化 狀態(tài)推廣到真空中的以太粒子的形變上。這種形變是沿著曲線傳播的,由此明確了“力線”的概念。他設想, 在電容器極板之間的絕緣介質中,電力線要比真空中稠密些,因此就在電力線盡頭的電容板上容納更多的電荷 。
法拉弟用強電磁鐵進行實驗還發(fā)現,物質對磁力的作用類似于介質對電子的作用,從而引入了“磁力線” 的概念,并提出“磁力線”都是連續(xù)的曲線,不存在作為“極”的力線的終點。所有這些工作,都使法拉弟相 信,電和磁的作用不是沒有中介地從一個物體傳到另一個物體。他設想,在帶電體、磁體和電流周圍的空間存 在著某種由電和磁產生的象以太那樣的連續(xù)介質,起著傳遞電力和磁力的媒介作用,他把它們稱為電場和磁場 ,這是物理學中第一次提出的近距媒介作用的“場”的概念,它的重大意義就在于把電磁作用落實到了物質的 相互作用之上,從而為人們進一步正確認識電磁作用打下了良好的基礎。
法拉弟雖然有高超的實驗技巧和豐富的想象力,并提出了非常深刻的力線和場的物理學思想,但由于數學 能力不夠,他的成果的創(chuàng)見都是以直觀的形式表達的,未能概括為精巧的定量理論。與此相反,杰出的青年物 理學家麥克斯韋在法拉弟的基礎上完成了電磁場的數學理論,建立了經典理論的大廈。
麥克斯韋是獨具慧眼的,他堅信法拉弟的新理論包含著真理,特別是他的“磁力線”和“電緊張狀態(tài)”的 概念,包含著豐富的數學思想。在他看來,如果用數學方法將法拉弟的成果總結出來,就能得到一種處理電磁 場的動力學方法。結果正是這樣,麥克斯韋把它們全部匯集到4個被稱為麥克斯韋方程組的數學式中,這些方 程給出了電場和磁場如何按時間和空間的變化。站在這個基礎上,他獲得了物理學中一個真正讓人吃驚的發(fā)現 --電磁波的存在。簡單地說,如果我們處于一個電場隨時間變化的空間區(qū)域,那么鄰近的空間就會產生磁場 ,這個磁場也是隨時間變化的,它還可以在其周圍再產生電場。這就象扔進池塘的石子激起的水波一樣,磁場 以波的形式傳遞出去,電能和磁能相互轉換。
麥克斯韋可以由他的方程組精確地算出電磁波的速度。在他那個時代,光的速度已經由陸地上的實驗和天 文觀測精確地測到了,從理論上得到的電磁波速度值與光速值極其相似,基于對自然力統一性的堅信,麥克斯 韋推斷:光的這種神秘現象只是電磁波的一種表現形式,從此,光、電、磁這三個原來互相獨立的物理學部門 結合起來,實現了物理學上的一次重大突破,并對上一世紀以來的生產技術以及人類的生活引起了深刻變化。
在麥克斯韋的電磁場理論中,位移電流概念的引入是理解電磁波存在的理論依據。麥克斯韋發(fā)現,在連接 著交變電源的電容器中,電介質并不存在傳導電流,既然變化的磁場可以感應出電場,那么變化的電場似乎也 能產生磁場,他對比了在電場作用下導體內和介質內發(fā)生的過程,肯定了在變化電場的作用下,電介質內也會 出現一種能夠產生磁效應的特殊的“電流”,即“位移電流”。他指出,只要電動力作用在導體上,就會產生 出一個傳導電流,而當電動力作用在電介質上時,則會使電介質內的分子產生一種極化狀態(tài),一端顯正電性, 一端顯負電性,隨著電場的變化,這種極化狀態(tài)也會發(fā)生變化,這種變化對于整個電介質的影響,是引起電在 一定方向上的總位移的不斷變化,這就是所謂的“位移電流“。它和傳導電流一樣在自己周圍產生磁場。
在解釋真空中的位移電流時,麥克斯韋設想,真空中存在著以太,相當于介電常數E=1的電介質,它和 普通的電介質沒有本質的區(qū)別,真空中的位移電流可以認為是以太極化的結果。麥克斯韋位移電流的引入,是 它創(chuàng)立電磁理論的一個關鍵步驟,它保證了安培定律和法拉弟電磁感應的對稱性,從而使自恰的理論體系成為 可能。不難看出,法拉弟的特別之處就在于他通過表面現象認識到了事物的本質,在別人什么也沒有看到的地 方看到了電磁相互作用的中介物。而麥克斯韋則根據法拉弟所揭示的自然事實,給他配上了嚴密的理論骨架, 兩個人的互補,創(chuàng)造了嚴密的電磁理論體系,從牛頓力學到麥克斯韋的電磁理論,經典物理學形成了一套嚴整 的理論,它的理論體系包括了一切物理現象的基本規(guī)律,剩下的只是解微積分方程和具體應用的問題了。然而 ,正當人們慶祝這宏偉的經典物理學大廈落成之時 ,一個個使經典物理學理論陷入窘境的驚人發(fā)現接踵而來 。1887年,邁克爾遜和莫雷利用光的干涉效應,試圖探測地球在“以太”中的絕對運動,結果是令人驚訝的, 根本不存在這種絕對運動,這種否定的結果從根本上動搖了作為電磁波載體的“以太”假說,以“靜止以太” 為背景的絕對時空觀遇到了根本性的困難。之后,瑞利和金斯根據經典統計力學和電磁理論導出黑體輔射公式 ,這個公式要求輔射能量隨著頻率的增大而趨于無窮,而實驗與此嚴重不符。這樣的結果我們已經知道,普朗 克在假定了能量具有一個不可分的最小單元的基礎之上成功地解釋了黑體輔射問題,之后,愛因斯坦把普朗克 的量子假說加以推廣 ,提出了光的量子論:從點光源發(fā)出的光束的能量在傳播中不是連續(xù)分布在越來越大的空 間之中,而是由個數有限的、局限在空間各點的能量子所組成,這些能量子能夠運動,但不可分割,它只能整 個地吸收或產生出來。特別令人震驚的是,愛因斯坦為解釋光速不變現象,大膽地否定了以往電磁學所依賴的 連續(xù)以太,使電磁學的波動學說遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。經典電磁理論是建立在電磁場具有連續(xù)性的基礎之上 ,因此,當愛因斯坦否定了以太觀,建立了光的量子論以后,幾乎老一輩物理學家都感到難以容忍。不過,當 愛因斯坦用光量子理論十分簡明地解釋了一系列物理實驗之后,人們便逐漸接受了這個假說,從此,沒有以太 的觀念也隨之進入了物理學界。
經典理論突出了電磁場的連續(xù)性,它可以成功地解釋電磁波的波動性,而量子電磁理論卻表現了電磁場的 間斷性,它可以成功地解釋電磁波所表現出的粒子性,但兩者都不能容納對方。在這一矛盾面前,大多數物理 學家也僅僅是在愛因斯坦機械的倡儀之下認識的,即電磁波具有波粒二象性,但真正的本質卻沒有一個人可以 揭示。不過,對于大多數有思辯能力的科學家而言,雖然電磁波的波粒二象性本身具有不可調合的矛盾,但他 們都相信,對同一種物質現象,本質的說明只可能有一種,波動性和粒子性必然是同一種物質現象所表現出來 的兩種不同性質。
為了使電磁場理論能夠描述電磁場的粒子性,1927年有人提出了將經典電磁場理論量子化的方法,他們把 電磁場運動分解為一系列基本的簡單的振動。這樣一來,電磁場振動就形成電磁波,而電磁場的粒子性問題就 歸結為電磁場各個基本振動的量子化。粒子對應于各個基本振動只能取一定的能量狀態(tài);粒子的產生和湮滅, 對應于各個基本振動的激發(fā)與躍遷。這樣就從經典的電磁場理論發(fā)展到了量子電磁場理論。后來,又建立了描 述電子與光子之間相互作用的理論--量子電動力學。這一理論認為,帶電粒子之間的電磁相互作用是由光子 來傳遞的。
不管現代物理學怎樣用量子論來解釋光的波動性,但否定了自然連續(xù)性的物質基礎,我們采取任何辦法對 波動性的理解都是不可思議的。今天的科學家,已經有不少人在這種困境中認識到,連續(xù)性是自然的一個基本 特征,表面上看起來超距作用的自然力必然就是通過連續(xù)的物質運動進行的,否則,自然力怎么能夠在空無一 物的空間傳遞呢?愛因斯坦是否定以太觀的主要人物,但這種否定可能從根本上就是錯的,因為以太是自然統 一性和連續(xù)性的一種象征,沒有了以太,自然的連續(xù)性是不可理解的,所以我們不得不得出這樣的結論,以太 是客觀存在的,不過這種以太不象通常人們所以為的那樣是死寂的,而是在永恒的運動中存在的,運動的以太 觀才是真正科學的時空觀念。事實上,從自然統一性這個基本原理,我們仍然能夠認識到,空間中充滿著連續(xù) 的統一物質,自然界的能量就是通過連續(xù)的物質空間向外傳播的,也正是這種能量的不對稱運動,才使空間中 出現了一種動量勢上的對稱,邁克爾遜-莫雷試驗證明的也就是空間的這種對稱性。
返回到愛因斯坦以前的相對論之中去, 那時,象洛倫茲和彭加勒那樣的科學家,都認為存在著連續(xù)的以太 ,但由于我們的觀測儀器本身的存在依賴于以太之間,因此,我們不可能通過儀器檢測出以太的運動來。對這 種在觀察水平上不會顯示出來的以太的運動進行猜測是一件極不平凡的事,不過洛倫茲還是捕捉到了依賴于以 太存在的電磁波的一些主要特征,這就是被現代科學稱為陣發(fā)混沌的特殊現象。即一個有序結構的滅亡的釋放 的能量會在其周圍引起另一個有序結構的產生,有序結構的產生引起的生存競爭又會導致另一個有序結構的滅 亡,以此類推,在連續(xù)的以太空間就出現了一種特殊的非線性聯系方式--電磁波。任何一種特殊的非線性聯 系方式的出現都是與連續(xù)物質空間的性質密不可分的,它必須是在物質的一種臨界狀態(tài)下,能量的激發(fā)會立即 產生一個暫態(tài)的有序結構,一旦失去能量又會引起周圍物質的再組織,這樣連續(xù)的物質空間中就出現了能量的 一種特殊運動方式,即在媒質的周期振動之中,不斷變換物質的組織形式,從而把能量耗散出去。
關于電磁波傳遞的模型很早就被麥克斯韋勾畫了,即著名的一環(huán)套一環(huán)的電磁互感,這很顯明地說明了電 磁場的獨特性質--旋轉。麥克斯韋是從偏振實驗光的磁致偏轉現象中認識到,磁的運動只能是介質分子的一 種旋轉狀態(tài),法拉弟關于磁力線的描述也明確地說明了它與電力線的不同,磁力線是閉合的,而電力線則是有 頭有尾。根據前人的經驗,我們可以作出這樣的判斷,電磁波的粒子性是有連續(xù)的媒質有序的旋轉運動中表現 出來的,儀器僅僅捕捉到媒質的渦漩形式,卻由于儀器上的畸形失去了兩個渦漩形式之間的混沌轉化過程。根 據這樣的判斷,我們很容易理解光的波粒二象性:光是依賴連續(xù)在空間中的物質周期性地組織與離散中存在的 ,在傳遞過程中,由于空間動量勢上的對稱,每一個離散的有序狀態(tài)釋放的能量能夠引起一個對稱的有序結構 的再生,這樣空間中就出現了一個依賴物質周期組織與離散而存在的能量包。在這個能量包的傳遞過程中,由 于引力波的復雜調制,使物質短暫的有序狀態(tài)出現了象粒子一樣的渦漩結構,當然,我們也可以稱之為粒子, 不過它的壽命極短罷了。但從這個能量包的傳遞過程來看,它又不是一個粒子,因為它不可能象普通粒子那樣 穩(wěn)定存在,而是在周期的物質組織與離散中表現出來的一種性質。明白了這一點,光的波粒二象性就可以在統 一物質的組織與離散中有一個統一的描述。
統一的物理世界有兩種物質存在狀態(tài),一種是秩序存在的實體,另一種則是混沌而不可分的能量場,實體 和能量場的區(qū)別不是定性的,實體的周期性生滅本身就是一個能量場,因為每個實體都有一個產生、發(fā)展、壯 大、衰退、滅亡的過程,這個過程與物質世界的不對稱運動(即能量)是分不開的,當局部的物質在反抗這種 不對稱中組織起來的時候,實體就產生了,然而這些實體并不會永恒地存在,它們本身都有一個有限的反抗范 圍,當外在世界變化的壓力達到一定極限,這個有序實體就會走向離散(即滅亡),并突發(fā)它內聚的能量,而 這些突發(fā)的能量又會引起周圍物質的重新組織,以此往復,能量就在物質的這種周期性的組織與離散中流通于 自然之間,能量場就是對這種依賴連續(xù)物質周期組織與離散流動能量的一種描述。
在系統論中,能量場也稱為非線性聯系方式,每一個系統就是通過這種能量運動的方式普遍聯系著整體, 從而使系統出現了目標上的一致性,也就是系統秩序的存在。系統秩序的存在都是通過各要素之間的競爭產生 的,當某一個要素在周圍能量的激勵下優(yōu)先競爭出來成為統治者的時候,它就會通過各要素之間的競爭將自己 的意志強加在每一個要素身上,從而使整個系統能夠步調一致,共同與周圍環(huán)境的變化做斗爭。非線性聯系方 式是統治者意志的一種體現,它通過對順應自身意志的要素進行扶持,對與自身意志相違的要素進行淘汰,保 持了自身意志在系統中統一,非線性聯系方式就是對這種由要素周期生成與滅亡所形成的能量在系統中的周期 遞進的一種描述。
自然界有多種多樣的物質形式,不過每一類形式都對應著一種非線性聯系方式,同時也對應著一種自然力 。對宇宙這個巨大的開放系統和它組成它的每一個星系、星體系統而言,引力是它們的聯系方式,而依賴連續(xù) 在無限宇宙空間的某一類物質周期組織與離散形成的引力波則必然是這種引力能量傳遞的方式,理性的分析可 知,引力波是由組成宇宙的基本構件--原子之間的競爭產生的,當不斷有大量原子在星體內部物質的層次相 錯中渦漩而生,同時又有大量原子在激烈的生存競爭中滅亡時,它周期突發(fā)的能量引起了連續(xù)在宇宙空間的統 一物質快速的組織與離散,引力波就是對星體這種能量傳遞方式的一種描述。
宇宙是一個秩序發(fā)展的巨系統,這種秩序表現在組成它的每一個星系、星體都有自組織功能,它們能夠不 斷將混沌的物質組織成原子,使之成為自身的一部分,由于有組織的原子密度極大,而在混沌中存在的物質密 度較小,于是,當不斷有大量原子被組織成有序的原子時,混沌物質占有的空間被壓縮,這就迫使在緊張中存 在的物質向這個空間不對稱運動,引力就是這種不對稱運動的一種表象。
我們知道,作為一種力的形式,萬有引力只有吸引現象,而電磁力卻表現出了吸引與排斥兩種形式,顯然 ,電磁力這兩種形式是在同一種物質的相互作用中表現出來的。那么,電磁是如何在同一種物體中表現出截然 不同的兩種現象呢?要理解這一點,我們必須從產生電磁力的物質基礎--電磁波說起。電磁波是自然界另一 種非線性聯系方式,它與引力波一樣,是通過連續(xù)的統一物質的組織與離散傳遞電磁能量的。不過,引力波中 的有序形式只是最初級的單向上聚合,而電磁波的有序形式則是粒子性的,或者說,這是一種和粒子一樣的渦 漩狀態(tài),盡管這種狀態(tài)存在的時間極為短暫,遠不能和粒子的穩(wěn)定性相比,但我們還是可以將它稱之為粒子。 需要指出的是,這種粒子與通常意義上的粒子有著本質的不同,我們常說的粒子是相對穩(wěn)定的,而電磁形式中 的粒子狀態(tài)則是極不穩(wěn)定的,因為它轉眼就會變成混沌的物質并突發(fā)它內在的能量,這種能量又會促使周圍的 物質重新組織,由于宇宙空間存在一種動量勢上的對稱性,新生成的暫態(tài)粒子一般都能繼承原來粒子的性質, 這使電磁波的運動看起來好象是一個穩(wěn)定的粒子在空間移動,事實上,這只是一個穩(wěn)定的能量包在移動,而它 的質卻是在快速地變換著的。如果我們混淆了粒子與波動之間的區(qū)別,就會導致理論上的不實在性,現代物理 學就是這種不實在性的真實產物。
自然界是連續(xù)的,統一的物質就充滿于無限的宇宙空間,這些物質不是死寂的宇宙填充物,相反,它們本 身是充滿生機與活力的,這突出地表現在它們不斷在相互作用中組織成有序結構,又不斷在相互作用中離散為 混沌的統一物質,能量就借助于物質的這種組織與離散平衡著整體,自然力就是系統中這種不斷趨向平衡的一 種不對稱的物質運動,物質的組織則對外表現出吸引力,物質的離散則對外表現出排斥力。在萬有引力現象中 ,吸引力是通過星體不斷把混沌的統一物質組織成有序的原子產生的,這里混沌而不可分的物質已是物質世界 的極限了,而在電磁力現象中,暫態(tài)的有序結構不斷生成則對外產生吸引力,有序結構的離散也可以產生排斥 力,這顯然是引力波中的有序形式不能做到的。于是,電磁力就在統一的物質世界表現出了它特有的性質。
自然界的絕大多數有序結構都是在旋轉中存在的,大至于整體的宇宙漩渦、星系、星體,小至于微觀的原 子、豐富多樣的量子漩渦等,在它們的空間都存在著物質的相對運動,其中最主要的就是物質的層次相錯,因 為正是這種相錯使物質不斷地組織起來,從而出現了各種各樣的力。電磁波是物質空間層次相錯的產物,即不 斷有大量粒子在這些空間渦漩而生,然而由于粒子間的激烈競爭同時又使大量粒子迅速滅亡,在它們的周期生 成與滅亡之中,電磁波產生了。
自然界的層次性是自然的一個根本特征,在各種層次中,微觀的總是決定宏觀,低層次的總是決定高層次 的。相比于電磁波,引力波是更為微觀的物質脈動,因此,在電磁波的產生與傳遞過程中,引力波起了至關重 要的作用,這一方面表現在電磁波中暫態(tài)的有序結構是由引力波這種縱向脈動和物質的層次相錯運動共同作用 才產生的;另一方面則表現這些暫態(tài)粒子的周期生滅是在引力波的激勵下才穩(wěn)定傳遞的,而且這種周期總是引 力波動周期的整數倍。
近代自然科學的發(fā)展已經表明:自然界只存在少數幾種基本力,而且這些力符合樸素的平方反比定律,這 很趣地預示了自然力的統一性。從表面上看,不同形式的力的大小差異是很大的,如電磁力比萬有引力大幾個 數量級,但這不過是系統對物質組織能力的大小所決定的。萬有引力的根源是由于產生吸引力的組織不斷將混 沌物質組織成了有序的原子,從而引起空間中的物質不對稱地向它移動,而電磁力則是短暫有序的物質相互作 用組織成了更大的有序團或原有的有序團離散的結果。由此可見,自然力是統一的,它統一在物質之間那充滿 生命力的樸素壓迫之上。物質的運動是有規(guī)則的,當各要素在競爭中優(yōu)選出一個中心,其它要素就會以它為中 心形成一個有秩序的結構,共同反抗外在物質環(huán)境的壓迫。因此,自然力又統一在每一個生命系統之中,一種 特殊的非線性聯系方式對應著一種自然力。如萬有引力對應著引力波,電磁力對應著電磁波,生物所表現出的 “與眾不同的生命力”對應著連續(xù)水環(huán)境中的質子波動。系統對外在物質的組織能力的大小對應著不同形式的 自然力的大小。
原子是自然界最穩(wěn)定的微觀結構,它一面在旋轉中不斷組織成新的量子,從而保持它對周圍物質吸引的特 性;另一方面它還通過電磁形式不斷向外耗散它的能量,顯然,原子是一個充滿生機的生命系統,它是在反抗 不對稱運動的引力空間中保持著自身的有序狀態(tài)。
在經典物理學中,原子一直被視為最基本的粒子,這是不變的和不可分割的,只是在本世紀,原子那井然 有序的結構才被揭示,原子不再是基本的粒子,而是由其內部的構件合成的結構,原子質量大部分集中于小小 的原子核,原子核只有一厘米的一萬億分之一大小,核周圍包圍著由較輕的電子構成的云,電子云延伸的距離 達一厘米的一千萬分之一,因此,一個原子的絕大部分空間是密度極小的物質空間。原子核本身也是復合體, 是由兩種粒子組成的,一種是質子,帶正電荷,另一種是中子,它不帶電,質子和中子的質量都是電子的18 00倍。
物理學家們一旦發(fā)現了原子的基本構造,就能夠用量子論應用于原子,從而揭示出驚人的和諧。電子的波 的性質是通過電子存在于其中的某種固定的“定態(tài)“或“能級“中并將它自身表現出來的,并且電子束縛于原 子核的電引力滿足于有名的平方反比定律。這些規(guī)律是量子性質的,表現為能級的排列和發(fā)射光的頻譜。
習慣上,人們普遍認為:原子是死寂的,它的存在不需要原因,然而對原子內部秩序的研究告訴我們,原 子也是一個生命系統,它的存在和其它物體一樣,都是在反抗不對稱運動的外在世界中存在的,由于外在世界 的力量是巨大的,每一個原子又同時不得不通過和外在世界不斷進行物質和能量交換而保持它和外在世界之間 的和諧。在我們生存空間有各種各樣的的原子,這些原子都是在被迫不斷適應空間的變化中存在的,它們不斷 組織將一些混沌物質組織成電子,又同時通過電子之間的生存競爭所引起的能量突發(fā)向外耗散它的能量。原子 核中質子和中子也是在競爭中存在的,當某個質子不適應環(huán)境變化的時候,原子就會在質子的優(yōu)勝劣汰之中發(fā) 生突變,從而變成另一種性質的原子,或者走向滅亡向外爆發(fā)它內在的能量。
原子空間有時看起來是空無一物的,實際上這只是測量儀器畸形的的結果,因為混沌的物質運動是儀器不 可能測量到的,我們只能通過思辯來認識這一點。原子空間是不對稱的,越靠近原子核的物質空間密度越大, 內能越大,動能越小,但整體上又通過電子之間的競爭而保持著一種動量勢上的平衡。原子空間和環(huán)境是連續(xù) 的,兩者通過不斷的物質和能量交換保持著原子系統和它反抗環(huán)境之間的和諧。
原子空間充滿著物質,電子的運動就不會再自由了,由于質子和電子之間根本不存在無中生有的引力,我 們也不必要假設電子在一個吸引力的作用下高速圍繞著原子核旋轉。事實上,我們通過思辯也能夠認識到,如 果電子是一個粒子,它以光速繞原子核曲線運動是不可能的,因此,電子充其量只能稱得上一個壽命極短的粒 子,也就是說,電子在原子空間不是穩(wěn)定地存在,而是在電子的競爭中不斷滅亡與形成。正是因為如此,電子 才是極不穩(wěn)定的,變換的能量的花樣不斷地在其周圍閃爍著,一會突然消失了,而同時又在另一個地方拱出來 ,更為驚奇的是,它消失產生的能量又會促成另一個新粒子的出現,于是在微觀世界里出現了無數個象幽靈一 樣的粒子。
“電子”這個名詞是愛爾蘭物理學家斯通尼在1876年創(chuàng)造的,之后英國實驗物理學家約翰*湯姆遜作 出了決定性的驗證,在實驗中他發(fā)現,陰極射線不但為磁場所偏轉,也為電場所偏轉。他測量了這兩種偏轉度 ,得出了粒子速度V與它的荷質比e/m,證實了陰極射線是帶負電的粒子流,他又用云室法和磁偏轉法證明了 陰極射線粒子的電荷與氫離子電荷大小相等,符號相反,質量約為氫離子的1/2000,這樣更基本的物質粒子被 證實。在現代物理學中,電子一直是被當作一個粒子來對待的,特別是當玻爾提出了原子的電子也是量子化的 概念之后,電子已經理所當然地被定義為一個粒子。不過,不久的實驗發(fā)現,類似電子這樣的“粒子”簡直舉 不勝數,這些微觀世界的幽靈們極不穩(wěn)定,一會變成光子,更有甚者,幾個這樣的粒子合成一個質子。
現在我們知道了,從量子的物質基礎來看,電子根本不是一個象質子或中子那樣的粒子,它和所有量子世 界的幽靈一樣,都是連續(xù)的物質世界一種壽命極短的有序結構,它們是在周期性地有序與無序變換中存在的。 不過,由于電子的生來周期和引力波動的基本周期一致,容易得到引力波動的優(yōu)先加強,因此,它相對于其它 量子的生成與滅亡更為規(guī)則一點,即這個能量包的能量基本上不衰減,被等量地在空間傳遞 。而其它量子較為 容易受到空間能量變化的影響,自然變換的花樣就多了一點。在原子之中,原子核一般是比較穩(wěn)定的,這是因 為原子核能通過組織不斷地將一些無序的物質組織成自身的一部分,而且還能通過部分之間的競爭將內在能量 耗散出去。
分析原子空間的諸多力學現象,所有力都是在統一物質的樸素壓迫之上統一起來的。原子核和電子之間是不存在吸引力的,真正的原因也只能是由于原子核的不斷對周圍空間混沌物質的組織,創(chuàng)造出了一個低勢點,造成 了空間中連續(xù)的物質不斷向它不對稱運動的結果,許多有秩序的組成部分是在對這種不對稱運動的反抗中被迫 存在于原子空間的。原子反抗的空間也是不對稱的,原子核的橢球形可以顯明地告訴我們這一點,它是在強大 的引力物質的不對稱壓迫之下存在的。因此,原子核中間的質子和中子的區(qū)別不是定性的,兩者只有空間位置 上的區(qū)別,原子核的穩(wěn)定也不是由于質子和中子之間的吸引力,而是質子和中子共同反抗環(huán)境的不對稱壓迫所 致。
在電磁學中,正反粒子的出現是最令人驚奇的了,而且反粒子在這個空間壽命極短,遇見正粒子就會瞬間 產生湮滅,并釋放能量。在物理學上,不少科學家被這種奇異現象驚呆了,繼而杜撰出了正反兩個世界。其實 ,根據物質世界的統一性觀點我們很容易知道,正粒子與反粒子只可能是同一物質所表現出來的不同性質,而 不可能是兩類截然不同的物質。電磁波是一種依賴連續(xù)物質周期渦漩存在的能量,當它最初產生時,由于動量 矩守恒,必然會產生兩個渦漩方向相反的物質團,而且這兩個物質團在表現性質上有相反的特性,顯然,這里 的反粒子不是什么無中生有的“反物質”,正反粒子的質是相同的,不同的只是它們的渦漩方向。某一類在空 間占主導地位的粒子我們稱之為“正粒子”,而那個在空間中迅速滅亡的我們稱之為“反粒子”。由于還原論 方法的影響,許多物理學家喜歡定性地研究正負粒子的存在,這使他們遇見了前所未有的困難:自然界如果是 由正反粒子組成的,正反粒子顯然是不可能在同樣的環(huán)境下存在的,反粒子都到哪里去了?事實上,我們只要 認識到每個系統都有一個奇點,也就是中心,這個問題就解決了,因為相對于這個中心,在對稱位置上的任意 兩個粒子都可以看作正反粒子,只要我們能夠極快地將它們平移到一起而不改變它們的運動狀態(tài),那么它們就 會象所有正反粒子一樣,迅速發(fā)生湮滅,并釋放能量,正負粒子是相對于中心而言的。
地磁偏角是大家所熟知的,至于為什么會出現地磁偏角,卻一直是當代科學的一大難題。在這里,如果我 們了解了地球空間中物質的不對稱運動, 那么這個問題就解決了。地球是在旋轉中存在的,而它的空間中充滿 著連續(xù)的物質,顯然它空間中的物質不可能和它完全同步運動,也就是說,它空間中的物質必然存在著相互磨 擦,也正是這種磨擦之中,大量混沌物質在反抗這種不對稱運動之中不斷地組織起來,在它的表面形成了一個 逆向自轉方向的能量場,它自東向西,這一點我們也可以用飛機上的時鐘向東飛行比向西同樣速度飛行的時鐘 走得慢這一事實來確認。我們的地球是由大量原子組成的,這些原子的存在不是天賦的,而是不斷產生于地球 內部物質層次的相互錯動之下,原子內部聚集著巨大的能量,而且這種能量是較為穩(wěn)定存在的,這里的原因是 顯而易見的,因為原子就是在不斷反抗不對稱的引力空間的作用下存在的,不斷的新陳代謝使它保持了穩(wěn)定的 秩序。這突出表現在,原子不斷通過自身的旋轉組織成大量的粒子,從而使周圍的混沌物質不斷向它不對稱移 動,保持了它對這些粒子的吸引力,同時,原子空間的大量粒子也是在競爭中存在的,不斷有大量原子在競爭 中滅亡,并向外耗散它的能量。由于原子反抗的引力空間是不對稱的,因此,原子的旋轉也總是傾向于以引力 方向為軸心,而它沿旋轉方向所耗散出的能量就會在空間形成一個渦漩場,它的方向是逆向原子旋轉方向的。 綜合這兩方面的因素,地磁偏角就形成了。它的能量場強度取決于兩個方面:一個是地球半徑和它的自轉速度 ;另一個是地層礦物的組成成分。當然,我們也不能否定外在能量場的作用,如太陽黑子的爆發(fā)、太陽耀斑、 日食等造成的空間周期變化。近來一些科學家根據地磁場目前不斷減小的事實,竟不考慮地磁場的形成,無中 生有地懷疑地磁場強度是否會降為零,這實則是無稽之談,因為星體只要存在有自轉,每一個星體都是有磁場 的,并存在著磁偏角。
原子是一些在不斷耗散能量中存在的有序結構,物體都是由原子形成的,很自然,在每一個物體周圍都存 在著一個能量場,場和原子空間是連續(xù)的,它們都是統一物質的一種特殊狀態(tài)。反抗是每一原子的生存基礎, 物質的場顯明地表現了反抗這種本性,用法拉弟的話來說就是“物質的緊張狀態(tài)”,場和物體是一個不可分的 整體,在不對稱的物體空間中,物質和它的場是很有秩序的,這表現在物質密度從場的無限邊界到物體的中心 是連續(xù)變大的,并且越靠近場的中心,物質之間的壓迫勢能越大。在這個連續(xù)的物質場中,物質都是在緊張地 反抗周圍物質的壓迫中存在的,不過物質的運動也是有規(guī)律的,一方面是由于原子的自組織導致的向中心的壓 力,另一方面是由于原子空間各要素的競爭而形成的向周圍的能量耗散以及要素向外的擴散。
在磁現象中,最令人驚奇的是,不論把磁鐵切割成多么小的塊,其磁極都是成對出現的,顯然這種現象是 與磁場中能量單元的渦漩運動分不開的。我們知道,旋轉的物體都存在著兩極,這兩極就是旋轉的物體受力最 大的兩個點,旋轉的方向和這兩極對應,并符合右手定則,電磁波的偏振性質就是與空間中物質的不對稱運動 對應的。在現代物理學中,不少科學家一直爭論著磁單極子是否存在的問題,其實,如果我們明白了磁現象的 本質就不難得出,磁單極子是不可能存在的,因為磁運動中物質的有序狀態(tài)是在渦漩中存在的,而旋轉不可避 免地存在著兩極。
實驗證明,物質可以分為三類,它們分別為順磁質、抗磁質、鐵磁質,它們都是由物質的固有屬性決定的 。從磁性產生的機理來看,原子的旋轉是磁性產生的主要原因,但在大多數原子集合中,原子的排列是不嚴格 有序的,而是總有一些原子共同組成了一個小集團,原子集合就是在這些小集團的競爭和協同中保持了其固有 形態(tài)。一般而言,這些小集團是各自分散的,只有在受到外力的作用下才會組織起來,共同反抗外在壓力,而 當外力去除后,有些物體內部的小集團就會釋放積累的反抗能量,恢復到原來各自為政的狀態(tài),這類物質就叫 作抗磁質,順磁質與抗磁質不同的是,外在磁場的作用可以使物體中原有的小集團重新組合,從而形成一些與 反抗磁場一致的新集團,當外在磁場去除發(fā)后,新的物質小集團所表現的磁場就與外加的磁場方向一致。不過 大多數順磁質中的分子位置并不穩(wěn)定,它會在外加磁場去除以后逐漸離散和組合。在順磁質中,還有一種鐵磁 質,它的特別之處就在于磁場撤去后,這些分子集團仍能相對穩(wěn)定,從而保持一種穩(wěn)定的能量耗散方向。
電運動和磁運動是有所區(qū)別的,從電流動的方向我們很容易認識到,這里的電流并不象普通人想像的那樣 是電子的定向移動,它是以電子在連續(xù)的物質空間周期生成與滅亡中遞進的。而磁運動是閉合的,其中很明顯 包含著旋轉,旋轉的物質場是有層次的,它是在反抗外在物質世界的壓迫中存在,,因此,磁場方向體現了物 質運動的旋向,磁場強度則體現了物質周期運動的緊張程度。電和磁是可以相互轉化的,這說明了電場和磁場 之間的統一性。電流的運動并不是單純的定向流動,而是在電子的周期遞進中進行的,電子并不是穩(wěn)定的粒子 ,它不過是一個有固定自旋量的能量團,并在有序和無序的周期變換中存在。因此,任何電流運動周圍都存在 磁場,它是由電子的渦漩場引起的,反過來,磁場中并不見得有電流,因為磁場是一個相對靜態(tài)的場,只有磁 場不斷變化,或者說產生一個電勢差,反抗電流才可能產生。
“同性相斥,異性相吸”是電磁場中表現出的普遍性質。事實上,同性和異性的區(qū)分不是定性的,區(qū)別只 是在運動狀態(tài)上,或者說能量場的自旋方向上。以磨擦生電為例,將兩種不同材料磨擦就會產生兩種不同的電 荷,并且產生的電荷大小相等,符號相反,如果加到兩個不同的材料上,這兩個物體之間就會產生一種吸引力 。吸引力的產生都是和物質的再組織分不開的,也就是說,兩個物體的場相互作用,形成了較多的有序團,從 而使兩個物體之間出現空間壓縮,于是兩個物體就在周圍混沌物質向這個空間的不對稱移動中相互靠近。排斥 力的產生機理是與此完全相反的,當兩個物體的電磁場場相互作用,使它們中間原有的有序團離散并釋放能量 的時候,物質空間的膨脹就會迫使兩個物體遠離。由此可見,自然界的規(guī)則是簡單的,這就是物質世界最基本 的組織原理。物質的組織可以使它對周圍物質產生吸引力,而物質的離散則會使其對周圍物質產生排斥力,電 磁獨有的吸引與排斥就是由統一物質的組織與離散中表現出來的。
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