粒子构成与质量计算探索要点简叙
2009-12-26 08:47:37
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作者 苟文俭

最近,为了对个人粒子新理论做开发研究的需要,写成了《粒子构成与质量计算》系列文章共13篇,均用了“PM”做标记。写成后作者又作了全面改写,并更换了在《博客中国》开设的个人博客中先期已发表了这13篇文章,欢迎感兴趣的网友浏览指教。

《粒子构成与质量计算》专题下文也都称“该专题”。为了便于感兴趣的网友的指教,对该专题的探索要点,作者再做如下简要陈述。

(一)构成作者做该专题探索的物理学背景

现代物理理论中,把组成粒子的基本单位,一般也称是基元。如在量子场论的标准模型中,它的基元就是夸克、轻子及力作用传递量子,有62种之多,而现代超弦理论的基元则又是唯一的超弦

作者进行该专题探索的目标,就是通过对基元及粒子构成的认识,来解决现代物理理论理论相关的所有疑难问题,从而给现代物理理论提供一个统一的具有物理实在性的逻辑前提,对此我们也称是现代物理理论表述的客体化平台,并简记为IV模型;这属于现代物理基础理论原创性的探索。

从上世纪初相对论与量子力学问世以来,在现代物理理论探索中,构建了把量子力学与狭义相对论相结合的量子场理论,并在以电子参与电场力为对象的量子电动力学中取得了巨大成功,但用同样的观念深入到了粒子内部,创建了标准模型这种粒子内部的量子场理论后,虽然对粒子对称性存在的描述也得到了许多实验支持,但理论本身却遇到了一系列难以解决的疑难。

首先是标准模型自身两个物理理论学家们公认的很重要的缺陷:既它虽然用了20个不知源于什么的人为参数,但却不能预知不涉及这些参数的任何粒子质量为什么是这么多;理论也未能实现对重力的描述。其次,如李政道教授2001年在北京人民大会堂的报告所述,现代物理在粒子理论方面还有如下这两大问题:为什么标准模型描述的三大作用都是对称的,但实验结果却是不对称?为什么夸克不能单独存在?

除上述这些显而易见的重大问题外,量子场论的计算还需要使用不可能有准确结果盾微扰法,同时又总有不该有的无穷大生成,虽然可以用重正化的数学技巧给予消除,但这一技巧并不是对量子场的所有计算都有效;而且标准模型的形式化表述也还得到了如粒子有分数电荷、磁单极子、质子衰变等等这些实际中根本就不存在的结果。更有甚者,理论表述中使用的诸如粒子电荷、弱荷、色荷、内禀轨道、同位旋等等概念,根本就不明白它们到底表示了粒子什么样的物理实在性存在,以致于对粒子内部存在的探索就只能凭猜测和想像,从而人为地制造了形形色色的矛盾与疑难,构成了现代物理学观念的极大混乱,从标准模型的弱电统一理论、量子色动力学、规范场的大统一理论,到超弦理论及M理论,使当代物理学对粒子内部的探索指向了未知因素增多、表述不确定性增大、可直接验证的经验实证的程度降低、理论自身制造的疑难也越来越多的方向。

现代物理理论这种对粒子内部探索的方向完全是一条不归之路,这就促使我们不得不回过头来做这样的思考:创建标准模型这种粒子内部的量子场理论的逻辑前提对吗?我们应该以什么为依据来构建描述粒子内部物理存在的物理理论呢?

(二)作者做该专题探索的指导思想

在如何对粒子内部的物理存在做理论表述时我们注意到了一个基本事实,就是粒子自旋反映的粒子内部存在转动,它既不满足狭义相对论规律,也无法用量子力学理解。这就使我们意识到:粒子内部的物理存在并不满足现代物理理论的基本规律。描述电子参与电场力的量子电动力学,是粒子个体存在规律,粒子自旋的事实表明,它并不能用来描述粒子内部的物理存在。实际上,量子场理论对粒子个体的描述,也总是把粒子视为没有大小的“点”,这也充分说明:量子场理论的逻辑前提就规定了它是关于粒子个体存在的物理理论。

既然如此,现代物理学又是怎样以量子电动力学为模式,创建出了标准模型这种粒子内部的量子场理论呢?

分析1954年使用同位旋概念,从引入统一质子和中子强作用的杨-米尔斯场开始,对粒子内部存在的描述,主要是根据量子场理论数学演绎的需要加人为假设实现的,包括对夸克这些基元的认定,也都是复杂的数学论证结果,而不是与基元存在相关的事实。粒子内部的量子场理论完全是人为的创造,它用极复杂的形式化数学,认定的粒子内部存在都只是一些由数学定义的抽象概念,虽然它得到了一些实验支持,但这些都只与理论对粒子个体对称存在的表述有关,凡涉及粒子的内部存在,所有的实验验证均不能被确认,特别是我们决不可能观察到带分数电符的夸克,这就是粒子内部量子场理论错误的严重警示。

我们认为:基元作为物质世界的最基本存在,作为由基元直接组成的粒子,它们都是物质世界最基本的存在,一定与最普遍最简单的事实相关;我们对基元及粒子构成的探索,就应当找到这些最普遍最简单的事实,并从中去发现它们的规律,而决不是靠聪明的大脑来创造它们的规律。

包括粒子内部的物理存在规律在内,物理学规律都是从事实中发现的,而决不是理论家们使用数学逻辑创造出来的。这是我们实现该专题探索的基本指导思想。

(三)作者完成这个专题研究的基本思路

那么,我们怎样才能找到与基元存在相关的事实呢?对此,现代物理已经给了我们如下两个明确提示:

1、粒子就产生于受激发真空,这就说明组成粒子的基元就一定存在于真空。

由此我们就可以确定:真空一定有可以形成基元的基本组成单位,当然它就会有自身的固有存在,对此我们就称为真空元素,并用“V0”表示;基元只能由V0转变而来,就用“V”表示;V要组成粒子必然要离开真空态,所以它就还应该有真空态及非真空态两类,也分别用“Vn”和“Vm”表示。

2、真空的每一个基本组成单位都会占有真空的一个“点”位置,因此现代物理学认识到的真空“点”位置被激发的可判定事实,也就一定是与基元存在相关的事实,这也就是我们认识基元具体是什么或有什么的唯一依据。

现代物理学认识到的真空“点”位置被激发的可判定事实,具体是如下三个方面:

1、有可激发出能量的事实,因此真空基本组成单位就有可以产生出能量的物质内容,而且这种物质内容还受到了严格制约,使其只能存在于特定的“点”位置。

2、由于真空“点”位置受激发的电磁特性可以由真空电容率ε0和磁导率μ0来量度,它们都包含了长度量的量纲,因此有存在广延性的事实,这就表明真空基本组成单位并不是一个几何“点”,而是有形成自身广延性的存在内容。

3、由于真空“点”位置在激发中可以相互联系,而且这种相互联系各向同性,因此真空基本组成单位就还有各向同性相互联系行为的存在内容。

根据如上事实我们就可以确定:真空基本单位具体就有实现物质、广延性、各向同性相互联系行为等这三个方面存在内容的组成成分

认识到了真空基本单位的组成以后,以此为依据,在用基元V构成粒子的探索中,我们首先是弄明白了如下三个方面的问题:

1、认定了真空元素V0具有各向同性的确定性存在及自主对称存在,因此也就有个数确定的结构自由度,从而弄清楚了基元V的原始态是什么和有什么。

2、V0是怎样产生出了基元V,Vm离开真空态的原因,Vm又是怎样组织起来构成了实验中所发现的所有粒子。

3、弄清楚了粒子物质、运动物质与静止的量物质、惯性、引力场与电荷等等与粒子存在相关的所有“是什么”的问题,弄清楚了决定粒子质量多少的因素是什么,找到了计算粒子质量的简单方法,对所有常见粒子质量做了准确计算。

在对基元组成粒子的探索中,我们对粒子内部存在的描述,始终坚持了用事实发现规律,具体主要体现在如下两个方面:、

1、使用的所有概念,都是从真空元素V0及基元V实现的存在中归纳抽象出来的,都具有物理实在性内函,没有一个是因为主观描述的需要而想像出来的。

2、基本概念之间的关系,及粒子构成与质量计算的所有基本定理、推论、规则和原理,也都是V0及V实现存在的内在关系的反映,也没有一个是因为推理的需要所做的人为假设。

(四)该专题探索已经获得的主要成果

1、由基元V构成了实验中的所有粒子,并回答了现代物理学中与粒子存在相关的、现代物理学不能回答的所有“是什么”的问题,实现了用一个基元就终极统一了所有粒子存在行为。

2、消除、理解或解决的标准模型中的所有疑难,如仅用了源于真空固有存在的四个实验值,通过简单计算就十分准确的得到了77种常见粒子质量,加上它们的反粒子,实际包括了所有稳定粒子及常见的共振粒子,因此也可以说是计算了所有常见粒子质量。

3、有重大的社会学意义:如得到了可以付诸实施的、用粒子反应形成的可控制的冷核聚变的简洁方案,预言了能量比103Gev高的高能加速器不会再有什么新发现等等。

4、通过基元的存在内容实现了现代量子场理论的实在性理解,实现与现代物理理论所有有效的成功表述“对接”;由于始终是以基元V的存在为描述依据,这也就彻底避开了标准模型中的所有猜测和不确定性。

(五)该专题探索的合理性

粒子由基元V构成及对粒子质量的计算,其合理性主要是如下四个方面。

1、用唯一的基元V就终极统一了所有粒子存在行为,而且逻辑前提简单明确,现代标准模型需要62个基本结构,但它并没有所有粒子存在行为的终极统一。

2、只使用四个实验常数,就十分准确地计算了所有常见粒子质量,而标准模型使用了20个自由参数,却不能对未涉及这些参数粒子的质量做任何有效计算。

3、可以得到标准模型中所有与实际相符的结果,同时又消除了标准模型中所有与实际不相符合的内容,并解决了现代物理学的所有疑难。

4、与粒子实验事实完全保持了一致,不象标准模型计算中有无穷大那样,我们在对粒子构成的主观描述中,其逻辑过程没有在实际中不存在的结果,有很好的可验证性。

(六)两点说明

1、作者对粒子构成的主观描述,还缺乏形式化的数学表述,对粒子质量的准确计算,主要还依据于经验分析,因此还有必要做进一步的研究与完善。

2、对粒子构成与质量计算,作者已出版了专著《粒子及其质量计算》,若有网友欲做进一步的了解,可登录《科学教育出版社》网站查询。对粒子反应实现可控的氢原子聚变反应,作首也已在《科学中国人》2009年第一期、发表了《用粒子反应实现可控冷核聚变》的专题文章,对此也可以登录《科学中国人》网站了解。

完成于2009-12-26

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