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1、在量子力学中，“一个粒子可以同时出现在多个位置”的情况毕竟出自量子力学的实验者，我们就有必要分析一下观察粒子运动的过程。为了简化这一过程，我们仅从二维层面上讨论这个问题。某粒子在某空间内运动，由C发出的电磁波同时确定粒子位于A点和B点（A点距C点较远）。假设t1时刻发出的电磁波于t2时刻确定粒子位于A点，并于t3时刻将粒子位于A点的信息传递给观察者所使用的仪器，在传递给观察者（t1t2等于t2t3）；另一方面，C于t1时刻发出的电磁波于t2时刻确定粒子位于B点，并于t3时刻将粒子位于B点的信息传递给观察者所使用仪器（t1t2等于t2t3）。其中t1与t3时刻均可以由仪器上的精确时钟显示。t2时

2、刻在t2时刻之前，t1t2要大于t1t2,而这部分时间导致粒子出现两个位置信息。大于的部分时间段粒子由A点运动到B点而抵消了t2与t2的时间间隔，其本质是相对时空的相互转化影响人们对事物的客观判断。我们一般认为量子力学中粒子的运动不同于宏观上的物体的运动，其中很大的程度上是因为粒子运动的不确定性。但是粒子本身并不会在某个位置凭空消失，又凭空在某个位置出现，它本身未来的运动方向有一定的概率，但它仍是连续的，我们之所以得出粒子运动的不连续完全是主观上的结论。对于“一个粒子同时出现在多个位置”这一命题以现代物理学的时空观它是一个真命题，但是自从我们主要分析其中的过程后，我们发现粒子的运动虽然不确定但

3、依旧连续，仍然自A至B需要一个过程。假如我们以绝对时空观，即客观的角度看待这一命题，粒子在每一时刻都只有一个位置与其相对应，我们不能观察到，但客观事实的确如此。从这个例子我们可以看出来，量子力学不可能完美解释客观世界的自然规律，建立在人们主观世界的现代物理学与客观存在一定的矛盾。人们自身的局限性（即依靠介质感知物体的变化），导致了我们所观察到的一切变化均是已然发生的过去式。由于介质传播信息需要时间，就导致了主观世界与客观世界的分道扬镳。发生变化的某个物体在过去的某两个时刻距离观察者的距离不同则引出“一个粒子同时出现在多个位置”这样类似命题的出现。1.2物理实在性我们在上一节中讨论了关于主观与客

4、观的概念，接下来我们从另一个角度认识物质。若某种物质可以不依靠其它物体而独立存在，并且具有其独立而实际存在形式，我们视这种物质具有物理实在性。我们在此引用相对论中这一不太正式的概念作为本书中关于“实在”的论述。从我们所确定的这一概念出发，将宇宙中一切已知的和未知的物质分类，分为两类，一类由原子这样的微观粒子构成的物质，一类像磁场这样的物质，很明显，前者具有物理实在性，后者不具有物理实在性。对于这种对于物质的分类方法我们的确看不出有什么实际的意义。但是这种分类方法的绝对普适性是我们所需要的。我们以此种方式对宇宙中存在的物质分类，那么对于宇宙有限还是无限的争论便出现了一些可能的结论。由于物质和能量

5、不能凭空产生与凭空消失，若只考虑宇宙中具有物理实在性的物质，那么宇宙尽管在加速膨胀，但它依然是有限的；若考虑所有物质，宇宙便是无限的，因为我们无论想象出多么远的距离，依然存在着我们认为的不具有物理实在性的物质。以这种方式论述宇宙是否有限有着偏向哲学的倾向，这具有的普适性很大，但仍让人不能绝对信服，因此在后面我们会从另一个角度论述宇宙的有限问题。1.3存在形式与存在方式我们在上一节中的讨论中从哲学的角度对宇宙存在的一切物质分类，这将是我们以后讨论暗能量的重要依据，然而本节依然要深入认识物质本身。如果某种物质存在，那么这种物质将以何种方式存在。对此我们很容易得出物质的存在方式，要么独立存在，要么依

6、靠其它物体存在。用我们上一节所确定的概念而言，中。物质的存在方式有两种，一种具有物理实在性而存在，一种不具有物理实在性而存在。对于物质的存在形式，我们就很简单的水而言，水在自然界中以固态，液态，气态，三种状态作为水在自然界的不同存在形式。与此类似的电磁波，我们将不同波长的电磁波分为射线，射线，红外线，紫外线等。那么不同的频率是光子的不同状态，这些都是光子的不同存在形式。如果我们不知道水分子的结构，并且单纯地看到液态水，冰，水蒸气（这个看不到）这些水的三种状态，我们会认为这是三种物质。如果我们不知道电磁波的本质是光子，那么当初牛顿用三棱镜将不同色光从太阳光中分解出来时，人们不会认为七种色光是同种

7、物质。从这两节看来，物质的存在并不是没有限制的，我们在其存在的前提下可以判断它的存在方式以及存在形式。其实会有很多人都认为存在形式这是一个完全不必要的概念，因为物质的不同状态会体现出不同特性完全可以描述同种物质的不同存在形式。但这种说法只适合于我们描述某种物质被我们清楚其本质的前提下来描述这种物质。存在形式相较于“不同状态”的优越之处在于即使我们没有清楚某种物质的本质，或无法肯定这种物质是否存在之前就联系其它已知的物质与其考察其特性。1.4绝对的质量守恒与能量守恒在相对论出现以前，物理学中的质量守恒定律与能量守恒定律看起来并没有什么关联，然而相对论的重要结论之一便是质量与能量的关系，即E=mc

8、2。对于这些老生常谈的问题我们大概的描述一下。对于能够完全获得实验结果支持的质能转化关系能够在多大的程度上为客观世界所支持则是我们讨论的重点。另一方面，自宇宙“部分”总结的质量守恒与能量守恒必然要为宇宙整体支持;但是，我们所总结的其他一些规律不一定适合整体宇宙。我们想象真空中存在一不发射辐射的平面镜，在这片区域内不考虑引力作用，以真空中一不具有质量的点为惯性参考系。简单的绝对独立的体系有利于我们总结较为普适的规律。现在有一束光照射在平面镜上面产生不导致镜面偏折的光压（在这个独立的体系中只存在不发射辐射平面镜和光子，并且遵守质量守恒和能量守恒）使得平面镜加速运动。按照相对论，物体的惯性质量并不是

9、一个与运动状态无关的量，而是一个随物体的速度的增加而变大的量。对于由于光压而动能增加的平面镜，当平面镜的速度接近光速时，平面镜的质量将变得无穷大，那么我们如何面对质量无穷大的平面镜。很容易，我们将这一情况分析一下，光子变化的动量与平面镜变化的动量相等，能量守恒的成立便要求平面镜的质量不能增加。出现这样的情况，我们再次回顾相对论中关于质量与能量的关系的描述，物体在吸收辐射的前提下改变动能，其质量必然增加，因而物体的惯性质量并不是一个与物体的状态无关的恒量。我们很容易把握其中的关键之处，物体的质量伴随速度增加的前提在于物体吸收辐射，物体速度的增加与物体本身吸收辐射并不是绝对的关系，因此，质能转化关

10、系并不是绝对的，它同样存在一定的局限性。1.5光子的质量与超光速按照现代物理学的观点，真空中的光速是不变的。爱因斯坦为了消除光速不变和狭义相对论的矛盾而修改牛顿的绝对时空观，提出同时性的相对性，将光速不变提升为公理，并且把运动的物体和时空联系在一起，提出运动的物体与时空不可分割的观点，以应对观察者的要求。现在有一个很普遍的观点:根据相对论，物体之所以不能被加速到光速是因为物体的惯性质量会随着速度的增大而增大，因而将物体加速至光速需要无穷大的能量，而光子的静质量为零。我们谈及超光速问题就不可避免的触及质能转化的概念，而质量这一概念变得尤为重要。质量的概念最初被分为惯性质量和引力质量，在广义相对论

11、中两者相等作为公设，于是人们后来便不特意区分两者。假设真空中存在一面相对于惯性参考系静止平面镜，一束光照射其上，平面镜因受光压而改变运动状态。由于要保持原来的运动状态而产生相互作用（光压）是光子具有惯性质量的体现；光线在引力场中会产生偏折则是光子具有引力质量的体现。那么运动的光子具有质量以及动量，静止的情况下光子的质量问题我们在本章的第三节会讨论。光是辐射。无论是在狭义相对论中，还是在物体的惯性是否决定其内能，爱因斯坦一直都强调以吸收辐射为前提，物体的动能增加，惯性质量会随之变大。然而现代物理学，大部分人都是直接取用质量与速度的关系，而忽略了吸收辐射的前提。光本身就是辐射，那么静止的光子加速的

12、过程中就不能再吸收辐射。由此，光子具有质量并非是相当的，而是在任何时候都不会消失依经验可以知道，无论光束以何种角度照射到平面镜上，都会产生一个垂直于镜面的作用，我们将这一作用称之为光压。假设平面镜因光压而加速，并且镜面不发生偏转，由于平面镜并没有吸收辐射，所以平面镜的惯性质量并不会增大，那么在理想的的状态下，平面镜的速度会无限接近光速，但是我们分析一个光子与平面镜的能量传递，光子的动能的改变量是一定的。在镜面不偏折的情况下，平面镜可以在不增大惯性质量的情况下使本身加速到接近光速，每个光子的动量改变量是相同的，但是我们并不能证明平面镜的质量是光子质量的整数倍，因此不能肯定平面镜的速度改变量是量子

13、化。但是，如果假设平面镜的质量是光子的整数倍，那么量子化就可以涉及宏观的物理量，在宏观与微观的统一方面是一个基础上的进步。现在我们只能根据以往的经验判断出光子并不能加速平面镜到光速，如同用100摄氏度的水给另一杯不足100摄氏度的水加热，被加热的一杯水永远不可能被加热100摄氏度。那么对于理想状态下被加速到无限接近光速且不增大惯性质量的平面镜，我们有以下考虑。在事先，我们于平面镜的背面安装一个可以产生反作用力的装置，以减小平面镜的动量为代价增加装置的动量，考虑到牛顿定律在惯性系的适用性，我们完全可以加速此装置到光速或超光速。另一方面，考虑到传递电磁相互作用的是光子，那么对于在物体接近光速时弱相

14、互作用是否依然能够达到预期的效果，单以此论，我们没有办法以实验肯定其中的任意一种情况。在另一种借用反作用力加速物体的情况使得我们不能肯定，我们必然寻找其它的作用。于是我们考虑到引力作用，首先我们肯定引力的作用范围是无限大的，尽管可能存在以光速传播的引力波，但是物体仍然可以受前一个时间段的物体之间的引力加速到光速或超光速。若是仅以引力来加速物体，我们想象真空中存在一个质量有限大的天体。另一物体（质量较小）在其与天体的连线上运动，当物体仅在引力作用下加速，以大质量天体为参考系，物体的加速度大小等于物体和天体所在位置对应加速度的大小之和。从零开始让我们不知道是否有足够的空间使得物体加速到光速。以上都

15、是以绝对静止的参考系为基础。爱因斯坦尽管不认为存在超光速，但是如果不存在绝对绝对静止的参考系，两个半光速的物体，我们以其中一个物体为参考系，另一物体的速度便达到光速。人们究竟追求绝对的超光速，还是相对的超光速。当然，都可以在理想情况下达到。1.6由光的折射所得的一些结论在之前我们就以平面镜的例子去探究物体的超光速以及其它的一些现象。由于其中并没有过多的其它条件，往往能够总结出一些普适性较强的结论。假设真空中存在一个玻璃球，一束光，惯性参考系K。我们有以下的三种情况：（1）光束不经过玻璃球；（2）光束穿过球心经过玻璃球；（3）光束不经过球心穿过玻璃球。第一种情况我们不进行没有意义的讨论。第二种情

16、况我们可以知道，在光束穿过玻璃球，总体上看是静止的，但实际上当一个光子进入玻璃球，玻璃球将获得一个动量，当光子离开时将获得一个大小相等，方向相反的动量。但是我们现在面临另一个难题，在前面我们为了解决平面镜因光压而增加的动量（光子的频率不变），而引入光子的绝对质量，但是现在就光子进入玻璃球，光子的速率，频率均变化。那么玻璃球的动量增量是mv还是h/v,或是两者之和，我们无法测量，只能进行纯理论的探究。首先我们考虑康普顿效应，当一个高能光子去撞击电子，电子不能吸收这个光子而产生康普顿效应，电子的动量增量应是来自光子的两个方面，光子的波动能量=hv，粒子能量p=mv.但两者因光子的绝对质量而独立。来

17、考虑第三种情况。为了简化问题，我们不考虑玻璃球本身的辐射。在第三种情况讨论之前，我们先就光的反射讨论。光由一种介质中传播时会发生折射。至于为什么会发生折射，一些人认为这与光的波动性有关。经过一番思考我们会觉得这个答案答非所问。一束光由空气射入水中，一部分光子发生反射，一部分光子发生折射，若一束光中的光子的频率相同，则发生折射与发生反射的光子的数量的比例不变。但当光子的频率相同时，随着入射角度的改变，两者数量的比例会产生变化，垂直入水中或发生全反射，也就是说，某光子发生反射或折射的概率（区别折射率这一概念）由光子的频率和光束入水的入射角度共同决定。那么光子波动性只能解释一部分光子是否发生反射或折

18、射的概率的问题，而光子为什么发生折射是光子的波动性不能解释。考虑到平面镜反射中存在的光压，那么光子在水面上的反射也会对水面产生压力，这个压力很小，至少人们用肉眼观察不到水面因光压而产生的波纹。对平面镜反射，我们知道光压总是垂直于镜面，1.7光子不可再分的公设与第四种质量概念在本章的光子的体积一节中，我们曾举过这样的一个例子：一束无论多麽集中的光束在真空都会变的发散。并借此来证明光子本身不是点，而具有一定的体积，并且我们将导致光束发散的作用称之为“光子的碰撞”前面关于物质的基本结构中，我们对电子进行了一些绝对意义上的讨论，以往像电子，夸克这样被人们认知的基本粒子在本书中只认同其在主观上不可再分。

19、一直以来，人们尝试证明某种物质可分，必然是先了解某物质的整体，认知物体的部分，从而判断这种物质可分。但这种方法在很多情况下并不适用。现在我们以一个较为普适的例子来讨论从数量的角度上判断物质是否可分，这种较为原始的证明方法。假设你从来没有见过石块，现在我给你几个石块，让你证明石块可分。在经过一番探索后，你发现用一块较小的石块去撞击较大的石块，结果大石块没有什么变化，小石块却碎成几块，于是你便以数量的变化为依据认为石块是可分的。某物质本身发生变化，无论发生任何变化，只要数量发生变化，此物质便是可分的。对于正负电子的相撞，在之前我们就明确光子是具有物理实在性的粒子。并且对电子转化为光能形式的能量感到

20、迷惑，因为转化一词本身就不能带给我们更多的信息。对正负电子相撞产生大量光子，一束高能光子经系列作用回产生一对正负电子，于是我们肯定在绝对客观的角度，电子本身可分。或许读者仍然存在一些疑问，即一块石块碎成许多的小石块，大石块和小石块的性质是相同的，而电子和光子的性质是不同的。首先，从数量的角度判断物质是否可分的方法具有普适性，在一定程度上不需要考虑物质的性质。光子本身不可再分是本书的基本假设，结合我们曾提提出光子在任意状态下都存在这一个绝对不变的绝对质量，从而我们总结一个结论：任何一个拥有与其相对的反粒子的粒子无论处于何种状态，都有一个与其状态相对的绝对质量，其绝对质量是光子绝对质量的整数倍。至

21、此，我们认识到的质量概念有四种，分别是：1.物体运动状态发生改变的难易程度的度量。惯性质量2.物体间万有引力大小的度量。引力质量3.物体所能释放最大能量的度量。相对论质量4.物体自身拥有不可再分物质的数量的度量。绝对质量现代物理学公认的是惯性质量与引力质量相等。1.8光子的体积与物理学中的宇宙有限在前面我们肯定了光子的惯性质量与引力质量，但对于光子 要占据一定的空间，并且这样的空间要怎样存在是我们接下来要讨论的。相对空间的绝对之处我们想象真空中存在一个实在却不具有质量的点O,以点O为坐标原点建立，三维坐标系，（坐标系实际并不存在）我们以这个理想的不存在引力场的空间内考察物体的运动。激光可以在有

22、限的空间内产生巨大的能量在于光束的集中，而一束无论多么集中的光束在真空中都会变得发散，我们将这中现象的原因归于光子的相互作用，并且我们将这一不属于四种基本相互作用的作用称为“光子的碰撞”。若光子本身是具有能量的“点”，那么光子本身无限小的体积会导致相对静止的光子之间发生碰撞的概率无限小。但是我们从激光的发散现象中可以得知光子碰撞的概率并非无限小，因此光子的体积也并非无限小，光子本身也并非是点。具有一定体积的光子需要占据一定的空间。而这一空间却不同于相对论中的时间与空间相互转化的空间概念，因此我们以物理学的方式讨论光子所占据的空间概念。当我们以上述的参考系考察光子的运动，便会发现一组x,y,z的

23、数据不足以精确的描述光子在某一时刻的位置，当然我们能够说明这是由于光子的体积的原因，因此我们可以采用多个光子表面的点的坐标来描述光子的位置。在光子运动的过程中我们会发现，光子在我们建立的坐标系（即无尽的相对空间）中运动，光子本身始终占据着由无限多个光子表面的点所围成的有限的空间，我们将这部分空间称为绝对空间。坐标系（无尽的相对空间）因为光子的存在而变得有意义，而光子不可再分，没有部分的概念，因此被光子所占据的有限的绝对空间是不存在的，我们将本节观点推广到宇宙整体，那么由人们在主观上存在的相对空间是无限的，而宇宙的具有物理实在性且不可再分的粒子是有限的，那么粒子所对应的绝对空间也是有限的。那么宇

24、宙的有限体现在宇宙中有限的具有物理实在性且不可再分的物质方面（客观），宇宙的无限体现在因物质的存在而有意义的无尽的相对空间（主观）。1.9物质的基本结构与电荷守恒正反粒子的相撞，释放大量能量，这便是我们所认为的质能转化。每一份质量都蕴含着巨大的能量。现在我们提出了一个新的质量概念即第四种质量定义来讨论这个问题比较轻松。分析质能转化的过程，在利用新的质量概念确定其中的质量守恒的前提讨论能量的变化。假设一切能够发生质能转化的粒子均是多个光子构成的稳定结构，这些个稳定结构依靠吸收与释放光子来改变自身的状态，我们可以将这样的稳定结构称为“粒子的基本结构”。在物质任何变化或相互作用中始终不曾消失的性质我

25、们将其称为属性，例如质量，惯性等。在质能转化的过程中，带点的电子变为不带电的光子，这便说明了物质具有电性是不可再分的粒子之间形成某种结构所表现出来的性质。尽管质能转化中的电荷依旧守恒，但我们还是知道电性是某种结构所表现出来的性质，当结构被破坏，电性自然会消失。因此，电荷守恒并非是绝对的。之所以出现“质能转化”这样的概念，是因为我们无法对正负粒子相撞所释放的巨大能量做出解释。首先，我们明白质能转化在主观上，粒子性与波动性联立的情况下并没有错误，其中的质量也是指相对论质量，这一点我们以后会讨论。1.10真正刚体的理想差别对于一个由部分构成的整体，部分的相对运动会导致整体的变化。比如金属材料本身发生

26、形变的原因在于金属原子的排列方式发生改变（当然，导致金属原子的排列方式发生改变的原因在于外力的作用，但这并不是我们讨论的重点）对于某一不可再分的物体，由于其不具有内部结构，也就不存在“原子的排列方式”这样的概念，这样的物体也同样不会发生弹性形变。我想大家很容易接受这样概念，部分的相对运动会导致整体的弹性形变，而不具有“部分”这样概念的物体其本身也不会发生弹性形变。那么我们对于刚体，首先肯定的就是其本身的不可再分性。假设真空中存在两个质量，大小均相等的球体真空中存在一个惯性参考系k，参考系对球体不产生引力作用。原来静止的两球体分别受另一个球体的引力作用开始加速运动，球体不产生辐射。（1）若两球体

27、为普通球体，那么在两球对心相撞后会被弹开，并且在引力的作用下作减速运动，在速度达到0时重新加速，但当速度达到0时两球的距离都要比上次达到0时的距离要小。在多次后，两球体因引力吸附在一起，相对静止。（2）若两球体为刚体，那么两球体会在第一次相撞就相对静止，不再分离。（3）若两球体为具有波动性的刚体，那么两球体在碰撞前后的速度方向便不一定在这一直线上，而两者的速度方向始终在同一直线上，以满足动量守恒定律。第一种情况发生的原因在于动能与势能的转化率不足100%。第二种情况发生的原因在于动能与势能不进行转化。第三种情况发生的原因在于动能与势能的转化率为100%。第一种情况我们不再讨论。第二种情况我们可

28、以看出刚体由于本身不具有内部结构，因此不会产生弹性形变，那么一个球体的动能就不会转化为另一个球体的势能，所以两球体第一次碰撞就相对静止，当然整个体系满足动量守恒定律。我们主要讨论第三种情况。刚体本身是一个宏观概念，实物粒子也具有波动性，甚至于一个内部分子有序运动的物体也可能具有波动性。在现代物理学中，没有任何一种理论着力使用宏观物体的波动性这一概念。我们讨论的重点在于具有波动性的刚体与传统意义上的刚体在理想状态下的差异。根据经验，一束无论多么集中的光束，在真空中传播都会变得发散，光子本身并不具有电性，并且这种现象是光子之间的相互作用，变得发散使我们明白光子之间的发散现象因斥力而非引力。现在我们

29、将导致光线变得发散的相互作用称之为“光子的碰撞”。在前面我们讨论了光子的问题，那么我们对比平面镜现象，得知两个相撞的光子不会静止在真空中，尽管两光子只有一定的可能相撞，但在相撞之后与第一种情况相同。即两光子或许不在原来的直线上面，但绝对在同一直线上。那么我们从第二种和第三种情况可以看出两例子的差异在于刚体是否具有波动性，其实本章节最大的收获在于肯定了粒子的波动性对于宇宙整体的意义。具体情况我们到第三章再分析讨论。存在距离的作用，势能与动能百分之百转化，作用为引力。不存在距离的作用，势能与动能百分之百转化，作用为具有波动性刚体的碰撞。值得肯定的是，宇宙的最终基础构成成分是不可再分的具有波动性的粒子。并且由光子的碰撞现象我们可以知道具有波动性的刚体在碰撞的情况。1.11粒子能量与波动能量平面镜反射是本书应用较多的一个例子。在整个光的反射过程中，光子的频率不变，只有