超弦理论与量子引力

超弦理论与量子引力（作者卢杲研究员英国伦敦技术物理研究院[e-mail]）第一章量子引力理论§1.1宇宙存在三级量子恒星、中子星、黑洞、宇宙奇点四者之间存在体积、能量、质量、密度方面的巨大差异，可以断定它们是由三种不同量级的量子组成，恒星由原子组成，中子星由粒子（中子）组成，黑洞由引力子组成，宇宙奇点由奇子组成。从宇宙奇点看，引力子、粒子、原子都有一种泡沫结构，我们对其中的原子泡沫已很熟悉，从中子星向黑洞、宇宙奇点反推上去，粒子、引力子的内部还是很空旷的。由于目前的科技水平所限，我们无法在人工实验室中分离出电子、光子、夸克、引力子的亚结构，但却可以利用宇宙天体这一天然实验场，用大量的原子或粒子或引力子构成的天体来研究物质的亚结构。当恒星塌缩成中子星，既可知中子是原子的构成材料之一，这是我们已知的。当中子星塌缩成黑洞，既可知引力子是中子等粒子的构成材料之一，黑洞是纯引力天体，是纯引力子的世界，当吞噬了宇宙大部分物质的宇宙黑洞塌缩成宇宙奇点时，既可知奇子是引力子的结构材料之一，黑洞奇点和宇宙奇点在能量、质量、密度、温度方面存在极大差异，且黑洞奇点产生向内的力，宇宙奇点产生的是巨大的向外爆发的力，所以，引力子和奇子不可能属于同一级量子。构成宇宙万物的原子之内是很空旷的，原子核的直径约为原子直径的十万分之一，相当于标准足球场中心的一粒大豆，电子相当于足球场外围的几粒沙子，请大家切记原子与质子的大小之比，这种真实差距将凸显传统原子模型的致命缺陷（这种对比实验最好到足球场去做，图中的原子与原子核大小之比已严重失真）。当1.2个太阳质量的恒星死亡后，被自身引力压缩成直径10公里的中子星，这时星体的主要成分是中子，如果该中子星不断吸引空间物质，当达到一定质量时，会被自身引力压缩成极小的黑洞，这说明与中子同类的粒子之内也是很空旷的，在黑洞中任何粒子都被压缩成更小的量子――引力子。黑洞里有什么？起码有它自己，大量的引力子。恒星的平均密度是1gcm－3，当恒星塌缩成白矮星，其平均密度是107gcm－3，由电子的简并压力和引力相平衡。质量大于1.2个太阳质量的白矮星不可能稳定，电子和核内的质子组合成中子，成为中子星。中子星的密度为1014gcm－3。中子星靠中子简并压来支撑。质量大于3个太阳质量的中子星不可能稳定，会进一步向内塌缩，成为黑洞。电子与中子的简并压力实质上是一种与引力对抗的斥力，是反引力场的一种体现。在中子内，既有强核力、弱核力，又是由正质子与负电子聚合而来，因此中子是强核力、电磁力、弱核力的聚合体，在中子星内，上述三种力聚合到中子内与引力作最后抵抗，也就是说在中子星中强核力、电磁力、弱核力已逐渐走向统一。原子、粒子、引力子都有一种泡沫结构，支撑这些泡沫的关键因素是速度，电子的光速支撑着原子泡沫，而引力子级物质必须以超光速运行才能维持以光速运行的光子、电子等粒子级物质的结构稳定，而奇子必须以超超光速才能维持引力子泡沫的结构稳定。原子的直径约10－8厘米，电子的直径约10－16厘米，由此反推上去，引力子的直径约10－24厘米，奇子的直径约10－33厘米，与普朗克尺度相当。将太阳压缩成一个直径2.95公里的球体，就成为黑洞，这时中子泡沫被压碎，没有什么力量能阻止它进一步向内塌缩，如果按引力子的实际体积，一个太阳质量黑洞的引力子总体积只相当于一个直径为10－2厘米的球体。如果将地球压缩成一个直径8.9厘米的小球体时，就成为黑洞，如果按引力子的实际体积，地球黑洞的引力子总体积只相当于一个直径为8.9×10－8厘米的球体。由原子构成的地球之内是如此的空旷，那我们看到的世间万物是什么？是电子以接近光速围绕原子核运行所形成的幻象。作为宇宙最强大的、无所不在的引力的载体—“引力子”—是必然存在的，由于引力子只产生一种弧线向内的力，一种引力子不能组合出各种粒子，必然还有一种与引力子同级的物质产生相反的力，才能支撑住粒子泡沫，当溯源到宇宙大爆炸之初（10－43秒），引力是最先生成的，根据对称性原则，与引力子同时生成的必然还有一种同量对称的反引力子，它是反引力的载体，这些反引力子不可能消失，那现在它们又在何处？要回答这个问题，就要看引力时刻在与谁抗衡着，无疑是强核力、电磁力、弱核力，它们的载体是各种粒子，由此可知反引力子和引力子是所有粒子的结构材料，强核力、电磁力、弱核力是由反引力分化而来，所有粒子都是引力与反引力对立统一的平衡体。从黑洞与宇宙奇点之间巨大的质量、密度、能量、温度差异看，宇宙奇点中的奇子是引力子和反引力子的结构材料之一，但一种奇子不可能组合出引力子与反引力子这两种性能差别很大的物质，引力子产生弧线向内的力，反引力子产生直线向外的力，根据对称性原则，以及从奇子的子代（引力子、反引力子）和孙代（各种粒子）的性质和结构中可反推出奇子有两种：正奇子和反奇子。正奇子产生直线向外的力，称为“正奇力”，反奇子产生弧线向内的力，称为“反奇力”。引力子中的反奇子略多于正奇子，即反奇力大于正奇力，使引力子总体上产生弧线向内的力，即“引力”；反引力子中的正奇子略多于反奇子，即正奇力大于反奇力，使反引力子总体上产生直线向外的力，即“反引力”；因此一个引力子产生的引力等于其内的反奇力减正奇力，一个反引力子产生的反引力等于其内正奇力减反奇力。正奇力与反奇力不能独立存在，只有同时存在这两种相互制衡的力，才能形成稳定的引力子、反引力子，才能形成稳定的宇宙万物。正奇子、反奇子没有结构，是一种类点能量（点状能量），只是运行轨道不同，在黑洞的巨大压力中，反引力子中的部分正奇子会改变运行轨道，成为反奇子，从而使反引力子转化成引力子。从体积为0的“宇宙奇点”看，奇子有两态，一种是有形的正、反奇子，一种是无形无体积的“数学奇子”，一种信息态，代表能量“E”，信息是无形无体积的，当宇宙黑洞塌缩成宇宙奇点时，正、反奇子在极大的引力惯性作用下，融合成无体积的“数学奇子”，正奇力与反奇力统一成“奇力”，也就是说，所有的宇宙力在宇宙奇点中都统一成一种力—“奇力”，宇宙万物统一成一种能量，并且形成新的宇宙大爆炸，宇宙新的轮回。“物质、能量、信息”是宇宙中同一事物的三个面，物质即是能量，物质中同时包含各种信息，即“物质＝能量＝信息”。§1.2所有粒子都是由反引力子和引力子构成，强核力、电磁力、弱核力是由反引力分化而来正负电子对撞时先转化成一个虚光子，如果对撞能量比较低，则虚光子将变成一对正负电子或一对μ子，如果能量很高，虚光子会变成一对正、反夸克，当能量刚好达到某个矢量粒子的质量附近（称为该矢量粒子的产生阈）时，正反夸克对会形成束缚态，如果能量再高则共振态不会形成，正反夸克会背对背地飞离开来。质子组分的夸克与另一个质子（或反质子）中的反夸克转化生成虚光子，然后虚光子产生一对轻子，这个过程刚好与轻子对转化产生夸克对相反。光子可以由正、反质子或正、反电子相撞转化而成，反过来，光子相撞也可以转化成正、反质子或正、反电子，同时正、反电子可转化成正、反中微子，上述过程都是可逆的，而且介子、超子等所有不稳定粒子都会衰变成光子或中微子，所以组合成光子、电子、中微子、夸克、质子、中子及所有不稳定粒子的结构材料都是相同的，那就是反引力子和引力子。各种粒子就象放在不同大小的杯子里的水，将两个不同杯子里的水（两个粒子）倒在一起就能形成另一杯或两杯水（另一种或两种粒子），反引力子和引力子就象水中的原子，这与在核聚变、核裂变中的原子相互转化类似，原理相同。粒子不可能是物质的最基本单位，物质的最基本单位有一个必要特征：无论怎样撞击它都不会转化或破碎。而粒子间的相互转化非常频繁。强核力、弱核力在原子核附近的发力机制属一种短程力，但这种短程力对外界产生影响时，都全部转化成长程力，以光子为载体，如太阳辐射的巨大能量主要来自强核力。所以可以视强核力、弱核力、电磁力都有一个从短程力向长程力转化的过程，这种短程力表现为在原子内的发力机制，将原子比作一把枪，枪内使用同一种火药，但火药量不同，点燃火药方法不同（相当于强核力、电磁力、弱核力的不同发力机制），但射出的子弹都是相同的，光子就相当于枪内的子弹。传递强核力的π°介子，传递弱核力的中性玻色子（Zº）都会很快衰变成光子，π＋与π－碰撞会转化成光子，W＋与W－碰撞也会转化成光子，而传递电磁力的也是光子，因此在光子中，强核力、电磁力、弱核力是不分的，是统一的，π±、πº、光子、W±、Zº是反引力与引力对抗中的不同态。光子可以生成正、反夸克，正、反电子，正、反夸克可以生成正、反质子、中子及其它重子，正、反电子碰撞可以生成正、反中微子，也就是光子中的反引力可以分化成强核力、电磁力、弱核力。§1.3质子、电子生产流水线在粒子世界千变万化的表象下，隐藏着一种粒子级物质相互转化的程序，或者称粒子转化的规律，就象一条生产流水线，我们知道工业生产流水线就是在执行一种电脑程序。这条“质子、电子生产流水线”的生产原料是“质子、电子”，能源是“引力、强核力、电磁力、弱核力”，这条流水线生产出的最终产品都是稳定的光子和中微子。质子、电子生产出的中子在核聚变、核裂变中有重要作用，就象枪内的撞针，流水线中必要的摧化剂。除质子、电子、中子、光子、中微子外的所有粒子都是生产过程中的半成品，所以它们都是极不稳定的，寿命极短，最终转化或生产出的还是光子或中微子，我们在各种加速器中发现的新粒子都是上述流水线生产过程中的半成品，这条流水线还能将多余的生产原料“质子、电子”吐出来。稳定是粒子、原子、分子等宇宙物质的常态，各种不稳定的粒子是生产过程中的中间态。在不同能量级的加速器中产生了很多使人眼花瞭乱的半成品（各种不稳定粒子），我们绝不能被这些表象所迷惑，实际上只是质子、电子在不同能量环境中执行不同的程序，就象用不同的力摇晃“万花筒”，可以看到千变万化的花图（相当于整个粒子大家族），但实际上“万花筒”只是由几张彩色纸片组成（相当于质子、电子、光子、中微子等稳定粒子）。在一定条件下，这条生产流水线可以逆运行，即光子和中微子可以生产出电子和质子，最常见的是光子碰撞可以生产出正、反电子或正、反质子。在自然科学领域，最简单的解释往往是正确的。宇宙的本质是质朴的。§1.4物质的幻象性物质的幻象性可以拿电风扇作类比，一个原子就象一台电风扇，原子中央的原子核就象电动机，原子核外的电子就象电风扇的叶片，当电风扇没有转动时，我们可以看见风扇叶片旁的空间大部分空的，如果电风扇快速转动时，我们就看见叶片旁的空间被叶片转动形成的幻象所填补，如果将电风扇的最高转速再提高1万倍，我们就根本感觉不到叶片在转动，而当叶片形成的幻象是一种有质感的物质的一个面。而实际上原子幻象比电风扇的幻象程度高得多，原子核与电子在原子中所占空间只有电动机与叶片在电风扇幻象中所占空间的1/107，但电子却是以接近光速转动，速度是叶片转速的3×1010倍，任何可见的物质都象无数个微型电风扇一起快速转动所形成的幻象。物质的幻象性，可从X射线、γ射线的高穿透性中看出来，我们看到的上述射线的成像，正是物质幻象被穿透后形成的，而中微子则能穿过更大厚度的物质幻象。§1.5引力子级、奇子级物质的“质能方程”从原子泡沫的结构可知，支撑原子泡沫、粒子泡沫、引力子泡沫的关键是速度，从结构稳定的角度看，反引力子与引力子必须超过光速很多倍，才能维持电子、光子泡沫的稳定性，正奇子与反奇子的运行速度必须是超超光速，才能维持引力子、反引力子泡沫的稳定性，如果光速运行的光子中的反引力子与引力子也是以光速运行，那光子在运行中早已分崩离析。为什么光速是粒子级物质的速度极限？因为超过光速就会造成光子中超光速的引力子和反引力子运行不稳定，这种不稳定会使光子运行速度变慢，当光子回到光速时，也就回到了光子中引力子和反引力子运行的最佳状态，这就是光速恒定的原因，光速恒定性更说明光子有结构。引力子的超光速和奇子的超超光速与笔者提出的下列疑问紧密联系在一起。为什么原子象一个“永动机”？为什么原子的寿命这么长？是什么能量支撑着电子以接近光速围绕原子核旋转1033年以上？如果是原子核能（已知的最高能量级），