试论自然的统1

试论自然的统一左渌元（左文群）[e-mail]摘要：本文从定义广义密度ρ＇（希腊字母）这一新的物理量出发，来构筑物理学新的框架，并说明物质世界统一的运动规律，统一场及信息，还自然以统一。这是中国的M理论。并揭开引力波之迷。关键词：自然广义密度变化率一引言当代物理学由于相对论和量子力学的建立，已经取得了辉煌的成就，同时也因此面临着巨大的困难。量子力学所取得的成功使微观物质的运动的随机性规律占据了统治地位，向物质运动规律的因果性和决定性提出了挑战。这一点深刻地反映在爱因斯坦与量子力学学派的长期论战上。论战的焦点是物质运动规律在宏观与微观能否统一，物质运动是否还遵循因果性和决定性规律？有人明确指出从生物的统一体看，在宏观与微观分别遵循着不同的运动规律是不可想象的。从这里可以看出在物理学发展的基本点上遇到的障碍都是巨大的。因此有人提出了量子力学以后的物理学必须重新构筑物理学新的框架，才能发展。不冲破传统观念的束缚就不可能克服如此巨大的困难。但同样，也只有吸收了相对论与量子力学的精华，并使之有机的结合起来，这重新构筑的物理学框架才能有牢固的基础。本文对此作了一些尝试，重新定义了一个物理量＿＿＿广义密度ρˊ，并以此为基础来构筑物理学新的框架，来完成对宏观与微观统一的物质规律的描述，还自然以统一。建立自然界统一的物质运动规律是可能的，而且是科学发展的必然。从本文应将看到物质的波粒二象性将是物质运动的基态。就象牛顿惯性定律是牛顿定律的基态一样。物理学发展到今天应该能让人们从宏观上看到物质运动规律的本质，大统一理论应不仅仅是对四种力的统一，（是不是还存在第五种力生命力呢，有的。），更不是从相当复杂的数学公式去看物理世界，而是从物理世界本身去看世界。不是说复杂的数学公式不需要，而是说大统一理论应能让人们更清楚、更深刻、更简单的理解我们所处的世界，从而更好的把握这个世界，以获得完全的自由。本文是中国的M理论，它比M理论走的还要远些，但也正象对M理论所预期的那样，本文只给出了物质各广义密度层次的一般规律，它是简单的，而每一层次又有其各自的特殊性，物质运动形式又是复杂的，丰富多彩的，这也是本文不可能穷尽的。二统一的物质运动规律近代物理学自牛顿建立了物质宏观运动规律以后，已经发生了巨大的变化。随着爱因斯坦提出的相对论和以波尔为代表的一大批科学家所建立的量子力学，物理学已经取得了辉煌的成就；但是正因为如此，宏观物质的运动规律与微观世界物质运动的规律产生了巨大的鸿沟。甚至有人明确说明宏观与微观世界不可能有统一的物质运动规律，但是有人又明确指出生物体，特别是人体是一个统一的整体，不可能在宏观与微观存在两种相互矛盾的运动规律，必然存在统一的物质运动规律，否则将是不可想象的。从这里我们可以看出，不但物理学存在着巨大的鸿沟，而且物理学与生物学也存在着巨大的鸿沟。不应否认，当代物理学的发展遇到了巨大的困难，这一点深刻地反映在爱因斯坦与量子力学学派几十年的论战中，并且深刻的触及到人们从哲学上如何看待我们所面临的世界。爱因斯坦说：上帝不是在掷骰子。霍金则说：上帝不仅掷骰子，而且把骰子掷到了看不见的地方。应该说，正是爱因斯坦与量子力学学派的论战，促进着量子力学的发展。但爱因斯坦从他创立相对论的伟大实践中深刻地意识到物质世界的统一性，他认为：有一个离开知觉主体而独立存在的外在世界，是一切自然科学的基础。因此，他提出了建立统一场的研究方向。应该说，虽然爱因斯坦没能建立起统一场，但是他却为物理学的发展指明了正确的方向。他所揭示的物质与空间，时间及运动的统一性认识，深刻的启示着我们。他认为的：量子力学的背后一定掩盖着什么，又为我们建立统一场提供了最好的线索。如果我们能够把它揭示出来，那么我们必将获得对物质在宏观和微观世界的统一性认识，从而跨越宏观与微观物质运动规律的鸿沟，并且跨越物理学与生物学之间的鸿沟。这里也应该指出的是量子力学所取得的辉煌成就说明它反映了微观物质运动的基本规律，也只有在吸收了它的精华之后，才能建立起统一的物质运动规律。本文认为量子力学的精华在于它描述物质运动在局部空间上的非定域性。如果能将宏观物质运动空间上的定域性描述与微观物质运动在空间上的非定域性描述统一起来，就能够建立起统一的规律用以描述物质的运动。本文认为必须重新定义一个新的物理量，来完成这统一的描述，并认为这是本文全部结论的关键。正如沈殿忠在《统一场论和世界物质统一性》中结语所说的：爱因斯坦在统一场论的探讨中过于强调了相互作用中的时空影响，海森堡在统一场论的探讨中则过于强调了相互作用中物质属性的意义，各自走了一条有些极端的道路。现在，只有克服种种片面性，注意物质，运动，时空的统一，才能揭示客观世界的本来面目。应该说本文之所以能提出统一场论，恰是重视了物质质量与空间，时间及运动的统一性。本文同时认为爱因斯坦认为的量子力学背后掩盖着的恰是物质质量与空间的紧密联系。本文正是通过对现有密度定义的改造来达到这一目的，并使宏观与微观的物质运动规律得到统一。本文首先引用《相对论引论》（1）绪论中的话来引出广义密度ρˊ的概念。（ρ为希腊字母）«相对论引论»绪论中指出：甚至在相对论提出之前，就已经感觉到：选择适当的参考系的问题，在科学发展中起着极重要的作用。本文也认为给出的广义密度新物理量来作为新的参考系对本文全部结论的得出是极重要的。目前所使用的物理量（包括现有密度）没能注意到物质质量与空间、时间及运动的紧密联系。由于伽利略发现的自由落体运动彻底的扭转了人们对物质质量与运动之间关系的看法，并且爱因斯坦在创立相对论时，给出的质能关系也没能反映出质量与空间的联系。李新舟教授又从数学上明确指出了世界的四维时空性存在的几率性接近为1，而且其他情况接近为零。从这里看也不包括质量。但是本文认为人们对客观世界物质运动规律的认识恰遵循着否定之否定的规律，被否定的质量与时空及运动的联系恰恰是被掩盖着的关系，需要再次的否定。例如：化学界普遍接受的定组成定律曾引起过争论，但是最终得到确认；但是二十世纪发现，有些金属化合物确有组成不定者。也即它不满足充分必要条件。同时要完成对宏观和微观物质运动的统一性描述就不可能忽略了微观物质运动在空间方面的几率性描述，也即模糊性描述，现有物理量对此更是无能为力。因此本文重新定义密度概念也是想说明只有完成对精确与模糊的统一描述，也就反映了物质宏观与微观的统一。既然认为非定域性是量子力学的本质特征，那么一定要有一个物理量既能反映宏观物质结构的定域性属性，也要反映出微观世界物质结构的几率性属性。因此本文给出广义密度的概念。爱因斯坦在创立相对论后明确指出了物质运动与时空的统一性，而现有密度概念没能很好的说明这一点。如在化学上存在同质异构体，密度相同，但物质的性质即运动规律明显不同，因而现有密度没能很好的反映出物质的运动规律属性，这也是必须修正的原因。而物质结构在反映物质属性上又显得如此重要，这也是本文提出改造密度为广义密度的原因。宏观物质的质量是确定的占有空间，而微观物质是几率性的占有空间，看起来矛盾不可调和，但它们是有共同性的，即宏观物质与微观物质都是有质量的，并且又都占有空间，而且当能量确定之后，又都保持其自身结构的稳定性。那么本文定义广义密度为物质的质量及其质量所占有的空间。即广义密度ρ′=F(m,x,y,z)(m为质量，x、y、z为空间)。也就是说广义密度定义的是物质结构本身，广义密度是对所有不同物质结构的抽象概括。不同的物质有不同的结构，也就是有不同值的广义密度。为叙述的方便，以下用带引号的密度即密度ρˊ来表示广义密度，以区别原有密度概念。（本文认为原有密度为狭义密度，可以看出广义密度即物质的质量及其质量所占有的空间与原有密度即狭义密度的单位体积的质量都是质量与空间的函数。但在定义上是有区别的。）本文重新定义了密度这个物理量，也就是选择了广义密度即密度ρˊ这一新的参照系来描述物质运动的规律性，同时也就将物质的质量与空间紧密地有机地结合在一起了。换句话说，就是选择了物质的结构本身来作为新的参照系，并且认为物质的质量与空间的联系是密不可分的，而这一点又是被掩盖着的。虽然给出的密度概念没有说明物质质量是确定的或是几率性的占有空间，但它恰使微观与宏观有了对物质性质描述方面达到统一的物理量。也就是物质质量既是可确定地占有空间（在宏观），同时，也可以几率性地占有空间（在微观），说是重新定义了广义密度，还不如说是还物理世界物质在宏观与微观真实的描述。由于在微观它自身没有精确的含义（不确定性所决定），但它还是有其确定的量值。就像氢原子，虽然电子在原子核外是几率性的占有空间，即结构是不确定的，但它是稳定的，也就是具有特定的能量。因此，本文给出物质在宏观与微观统一的运动规律，以说明密度ρˊ的量值和性质。统一的物质运动规律：物质结构也就是物质的质量及其所占有的空间即密度ρˊ等于能量对于时间的变化率。dE即密度ρ′=--------，简称第一变化率。（E为能量，t为时间）dt从第一变化率可以看出，有什么能量变化率就形成什么物质结构，即密度ρˊ。当能量不随时间变化时，这一确定的能量就对应着一个确定的物质（结构）即密度ρˊ。例如，八六年诺贝尔化学奖获得者发明的分子束技术，在化学上独辟蹊径，开辟了化学反应的新方法。当参加反应的物质在计算机控制下，从喷嘴喷射出来时，改变喷嘴的角度或喷射速率，就能得到不同的物质。再如，癌的最显著特征是显示出迅速生长的特征(2)，（能量变化率的加快）同时又对应着'沿着核膜有染色质的浓缩，核仁数目很多，很大(3)。'从这里可以清楚地看到密度ρˊ的加大。这些都直接说明着第一变化率的存在。需要特别指出的是第一变化率在生物学中正反映着物质结构与功能的统一，从第一变化率看功能（即能量变化率）是高于结构的(即广义密度)。因在能量变化率相同时，在复杂结构中不是对应着唯一的一种结构（因广义密度的模糊性）。从这里可以看出化学中的定组成定律不是充分必要条件的。如：英国科学家发现某种合金组合不定。离开对第一变化率存在的认识，人们将不容易正确理解和面对生物学中具有天文数字的基因组合变化所能反映在功能上的变化关系，功能高于结构的认识应该是今后分子生物学研究的一个根本方向问题，否则人们将无法面对庞大的基因组。就象中国传统文化中的一部分-------中医理论中对臓象学说（即脏腑功能）的重视程度要远高于对实质解剖脏器的重视。从上面的论述中可以看出中医理论更客观﹑更深刻地反映着人体这一最高生命物质运动的本身规律。首先应该指出的是第一变化率将物质的质量、空间、时间及运动即能量很好的统一在一起了。而且从中可以看出物质的质量和空间的联系在反映物质运动规律时，更具有的不可分割性。而这一点又恰恰是被深深的掩盖着的。也就是说，从物理学上看第一变化率时，物质的质量、时空与运动是不可分割的，统一的。但是从数学上看第一变化率等式的两边，一边具有引力质量，另一边具有惯性质量，（能量为动能与势能之和）从相对论可知，引力质量等于惯性质量，因而可以从等式两边消去。正是这种消去性掩盖着物质质量与空间的紧密联系，从而深深的掩盖着人们对物质运动规律的更进一步认识。从这里也可以看出第一变化率消去引力质量和惯性质量后，正是爱因斯坦的四维时空所表达的真正含义。也即从数学上看，李新洲教授证明的一维时间和可观测空间的三维性的几率接近于1，其他可能性接近于零。由此证明了：可观测的宇宙必定是四维的。这一结论的正确性。但只有看到质量的消去性是被掩盖的，它是与空间有紧密联系这一点，才能认识到物质运动的本来面目即本质上的规律。也就是只有选择密度ρˊ这一参考系，才能更进一步的解释出物质运动最本质的规律。因此可以说选择不同的参考系是至关重要的，有时是起决定作用的。它关系到科学的进步。从第一变化率可以直接看出它是宏观与微观统一的物质运动规律。等式的一边是质量与空间即密度ρˊ，而另一边是能量与时间。空间是有宏观、微观性的，而能量和时间是没有宏观、微观性的。因此说第一变化率直接反映着宏观与微观物质运动的统一性。从第一变化率也可以看出量子力学所表明的能量的量子化恰对应着