abc2012
介紹一本關於對物質世界看法的書。
正文
由於無法將書中的圖和公式寫在博客裏，如果對本書的內容感興趣，可email：jyutao@yahoo.com得到免費全文。
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統一物質的理論 （Unified Theory of Matter）
薑玉濤（Yutao Jiang）薑慧怡（Huiyi Jiang）
2011.11
目 錄
前言
第一章 物質的基本組成
第一節 電子湮滅實驗
第二節 電場和磁場的關係
第三節 電場的基本性質及電子和正電子的結構
第四節 電子和正電子的作用
第五節 力
第六節 電荷
第七節 原子核的構成
第八節 重力場
第九節 M1=aM2 的物理意義
第十節 場密度
第十一節 低密度電場的帶電粒子的存在
第十二節 物質的無邊性及物體的相對意義
第十三節 真空
第二章 運動
第一節 為什麽物體要運動
1） 滾動
2) 平動
第二節 運動的描述
第三節 動量和動能
第四節 速度和質量的關係
第三章 光
第一節 光子的運動（1）
第二節 光的波動性
1）介質波
2）非介質波
第三節 光子的吸收和發射
第四節 光子的運動（2）
第五節 光速
第四章 能量
第五章 一些其他的物理現象
第一節 質子的結構和穩定性
第二節 為什麽核外電子的運動是量子態的？
第三節 中子的相對穩定性及其在原子核中的狀態
第四節 核反應中粒子的複雜性
第五節 量子理論的成功及其局限性
第六節 中子星
第七節 黑洞
第八節 質量和重量
第九節 宇宙射線
第十節 紅移和藍移
第十一節 暗物質
第十二節 平行排布的電場
第十三節 反物質
第十四節 電子的自旋
第十五節 物質波
第十六節 力的統一
第十七節 變化的本質
第十八節 存在
第十九節 測不準原理
第二十節 守恒定律的絕對和相對性
第二十一節 物質時間和空間的關係
第二十二節 數學在物理學及科學中的作用
第二十三節 宇宙總結
前言
這是一本怎樣的書哪？究竟什麽人會對這本書感興趣哪？我曾經把本書的主要內容寄給過一些做物理學工作的人。有些人提出理論物理怎麽可能沒有數學推導呢。我反複考慮了這個問題。但就目前的數學，至少就我的數學知識，我怎麽也無法把書的內容用數學來表述。但本書所討論的問題的確都是物理學上的基本問題，象力，電荷，能量等概念。不同的是討論的出發點是從物質的基本組成入手的。這又象是化學工作者的思維方式。也許應該叫用化學的思維來解釋物理問題更為合適些。所以說如果你認為自己有很好的數理基礎，而又想更多了解一下其他人對物質世界的看法。你可能對此書感興趣。也許你會發現合適的數學表述來完善書中的表述。如果你是化學家，而對一些基本的物理概念感興趣，也許你會對本書感興趣。
這本書從物質的基本組成入手，然後闡述了力的本質，物體為什麽帶電？能量到底是什麽？物體為什麽會動？光到底是什麽？變化到底意味著什麽？黑洞為什麽會吸引所有的物體等等一係列問題。
第一章 物質的基本組成
科研的目的是認識物質世界，從而達到為我所用。所以說物質的組成及其性質應是科研的最為重要的部分。一旦我們知道了物質的組成和各組成的性質，他的一些其他性質就容易理解了。 就目前的科研結果。物質的組成可分為兩大部分：一部分是粒子象電子，分子等等。另一部分則是場，象電場，重力場等等。現在的問題是這些粒子之間，場之間以及場和粒子之間是什麽關係呢？這些關聯又能告訴我們什麽呢？究竟什麽是物質的基本組成成分呢？
第一節 電子湮滅實驗
基於狄拉克的預測，美國物理學家安德森（Carl D. Anderson）從實驗中證實。當伽瑪射線通過原子核附近的強電磁場時被分裂成兩束帶電的粒子：一束是帶負電的電子，另一束是質量相同，但帶相反電荷的正電子。反過來，當正電子和電子相遇時便會產生伽瑪射線。
現在我們從組成上來討論這一現象。我們知道伽瑪射線是電磁波或者說是電磁場。當伽瑪射線的電磁場和原子核附近的電磁場相遇時可能會有兩種情況發生：一種是伽瑪射線中的電磁場被分裂，這裏的分裂是說電磁場被分裂成兩種不同於電磁場的成分。一種成分形成了正電子，另一種變成了電子。另一種情況則是伽瑪射線中的電磁場沒有被分裂，而是結構發生變化從而形成了電子和正電子。
先來看第一種情況，如果說伽瑪射線裏的電磁場被分裂成兩種不同的成分，這兩種成分分別組成正電子和電子的話，那麽電子和正電子該是分別由這兩種成分構成。但實際的情況卻是電子和正電子都是由電場包圍著。另外從邏輯上講如果原子核附近的電磁場能夠分裂伽瑪射線中的電磁場，他也應能夠分裂他自己。這和實際的情況是不付的。因為原子核外圍是由電場包圍著的。
再來看第二種情況，伽瑪射線中的電磁場沒有被分裂，隻是結構變化而產生了正電子和電子。那麽就可以說電子和正電子是由電磁場組成的。這一點在傳統的物理學上是很難接受的。但隨著以下的討論，問題會變得越來越清楚。
第二節 電場和磁場的關係
磁場是電場或帶電粒子運動時產生的。即使是永久磁鐵的磁場也是由於電子在磁鐵內部做環流運動而產生的。我們可能會說運動的電場會變成磁場。如果這一說法成立的話，運動的電場會源源不斷地變成磁場，最後電場將會消失而全部變為磁場。但事實上則不然。磁場隻是伴隨著電場而存在。這就說明磁場不是一種獨立存在的物質。他是電場運動時產生的一種現象。
如果把第一節和第二節的討論結果綜合起來的話。我們就可以說，伽瑪射線，電子以及正電子都是由電場構成的。下麵我們來一步一步地討論這種說法的合理性。
第三節 電場的基本性質及電子和正電子的結構
我們都知道電場是趨於相同方向取向而且密度均勻分布的。那麽一組電場將會象圖一的排布。這種排布在中間的部分是不會有問題的。但在邊緣的位置就無法保證其密度的均勻性了。因為在邊緣的位置，一麵是一定密度的電場，而另一麵電場的密度則為零。為滿足其趨於均勻的性質，隻有一種結構是合理的。那就是圖二的狀況，電場矢量呈輻射狀排布。從外觀上看整體象一個球。球的中心由於電場的相反方向的排斥而是空的。電場的密度從中心向外逐漸降低。由於電場的方向性，這種排布有兩種可能：一是電場的方向指向球心，另一種是方向指向球外。而且兩種可能是均等的。這剛好和電子和正電子的結構相吻合。
另外還有一種相對穩定的排布是環狀排布（如圖三）。我們將在以後討論。
圖一 平行排布的電場
圖二 輻射狀排布的電場
圖三 環狀排布的電場
接受這一觀點的障礙在於我們通常認為場是無形的，無重量的東西。粒子則是有形，有體積的東西。其實場是伴隨著粒子而存在的。如果粒子和場是分立的東西那麽我們應該見到沒有場包圍的粒子。象沒有電場的電子，或沒有重力場的星體。但我們從來沒見過這種物體。我們總是把場和粒子分開來討論。從來沒考慮過他們為什麽總是共同存在。隨著以下的討論我們會看到電場並不總是鬆軟無形的，電場的相對密度決定了場是否是鬆軟的還是堅實的。
第四節 電子和正電子的作用
當電子和正電子相遇時(如圖四)，由於他們電場的取向他們是相互吸引的。但隨著彼此之間距離的接近，C1 和 C2位置的電場趨於反方向排布，以及彎曲部分的彎曲越來越大，排斥作用逐漸加大，最後將在某一點達到平衡。這便是伽瑪射線的光子結構。以後在討論光子的章節裏我們會討論為什麽這種結構會使光子運動的很快。
圖四 電子和正電子相遇
第五節 力
我們知道電子和正電子之間存在著吸引力。從我們以上的討論不難看出：力是電場在趨於合理排布時所產生的一種現象。當電子和正電子被放到一個係統中，彼此的電場趨於向合理的結構過度。看上去他們之間有一種互相吸引的作用。我們以後的討論會發現粒子和重力場都是由電場構成的。所以我們可以說力是構成物質的電場趨向合理排布所產生的一種現象。
第六節 電荷
當粒子被放到電場中如果粒子沿著電場方向運動我們稱粒子帶有電荷或帶電。從我們得出的電子和正電子的結構看，他們是帶電的。這和事實是相符的。如果粒子中的電場平行排布（如圖一），那麽粒子是不帶電的。所以可以說電荷是電場輻射狀排布所產生的一種現象。
第七節 原子核的構成
我們都知道核反應中無論放出的貝塔射線是電子還是正電子，反應過程中電荷是守恒的。我們前麵已經討論過電荷是電場輻射狀排布所產生的一種現象。這就是說電子和正電子在核反應中從原子核內到原子核外其結構並沒有發生變化。否則的話電荷不會守恒。從核反應所放出的阿爾法射線，貝塔射線和伽瑪射線看。阿爾法射線是氦離子。伽瑪射線是電子和正電子的結合。貝塔射線是電子或正電子流。從這一點看我們可以說原子核是由電子和正電子組成的。多個電子和正電子的組合在某些結構下是相對穩定的，這便是我們所見到的象質子，中子等粒子。所以我們可以說物體是由電子和正電子構成的。或者可以說物體是由電場夠成的。
有人可能會想到核反應中所觀測到的中微子或其他小於電子的粒子。這些將在核反應中粒子的複雜性一節討論。但現在可以先將結論放在這裏。那就是一切密度小於電子和正電子的粒子都是在核反應時形成的。
第八節 重力場
既然我們所見到的粒子是由電場構成， 那麽又怎麽來解釋重力場呢？我們在前麵已經討論過物體是由電子和正電子構成。那麽由於相同電荷粒子之間的排斥和不同電荷粒子之間的吸引。電子和正電子間排布一定是相間的(如圖五所示)。同樣道理，當兩個物體相距一定距離時他們一定趨於相互吸引。這便是我們所見到的萬有引力。其實重力場是方向交替的電場。物體外圍的場的密度是和物體的質量成正比，和離物體的距離成反比的。所以萬有引力和物體的質量成正比，而和他們之間的距離成反比。
圖五 萬有引力的本質
Christian Beck and Michael Mackey從實驗中發現當電磁發射的頻率低到某一值時。發射的光子便消失了。於是他們試圖用暗能量來解釋這種現象。其實這種現象剛好和我們討論的重力場是交替的電場相吻合。由於重力場是低密度的電場，當光子的頻率低到小於重力場的密度後光子的結構便會被破壞而消失。這種頻率的極限應隨著重力場密度的降低而降低。這也同時證明了重力場和電磁場間是可以相互轉換的。關於Christian Beck and Michael Mackey實驗的解釋。建議讀者在讀完光子的吸收和發射以後再來讀。放在這裏隻是為了全書的結構更規整。
綜上所述我們可以說物質世界是由單一成分電場構成的。
說到這裏人們自然會產生一個問題。既然所有的力都是電場之間的作用，那麽為什麽各種力之間作用的大小有著很大的差別那？以上隻是討論了力的本質。力的大小和物體的結構以及物體間的位置是相關的。這個問題我們放在力的統一一節討論。
第九節 M1=aM2 的物理意義
現在來看一個不謀而合的例子。有兩個物體，他們的質量分別是M1和M2。那麽根據現代的物理學我們不難寫出M1=aM2, a是兩個物體質量差別係數。假設M1由兩種基本成分組成，M2也由兩種基本成分組成。那麽M1和M2的質量怎麽能進行比較那？隻有當M1和M2構成於一個相同的成分時才能進行比較。這就是說盡管我們以前沒有人明確指出所有物質構成於一個相同的組分，但我們一直在用著這一結論。
第十節 場密度
既然我們已初步認識到物質是由電場組成的。那麽物質從組成到變化是遵循一個什麽原則呢？這便是：場密度決定著物質的結構和變化。當兩種結構的電場相遇時。低密度的電場會被迫沿著高密度電場的取向而取向。象電子和正電子，一旦中心部分的電場取向形成，外圍的電場便會沿著相同方向延伸出去。當我們討論完光子的結構後。我們會更清楚為什麽光子會被物質吸收和發射。
我們已經看到。所謂的粒子是輻射狀的電場。同時也已經看到，高密度平行的電場可以破壞掉低頻率的光子。所以說我們任意通過的鬆軟無形的電場對於低密度的光子則是不可逾越的。
從目前的結果看在輻射狀排布的電場中，電子和正電子的中心部分具有最高的場密度。
第十一節 低密度電場的帶電粒子的存在
我們已經說過電子和正電子的中心電場密度達到最大。那麽類似結構但中心電場密度較低的帶電粒子應存在。理論上講任何密度低於電子和正電子的帶電粒子都應存在。但由於它的低密度性，它會很快被破壞而變成光子。這在討論完光子的形成後會變得更清楚。低密度的帶電粒子是一個自然存在時間很短的粒子。這樣我們就可以很容易理解the Fractional Quantum Hall effect了。
所以在原子核內部不會有其他低密度的電場的粒子存在。在核反應中產生的密度小於電子的粒子都是在反應過程中形成的， 象中微子等粒子。詳細的討論會在討論核反應中粒子的複雜性裏討論。
第十二節 物質的無邊性及物體的相對意義
因為我們在本書的最後一節才會討論宇宙的結構問題。從現在直到本書的最後第二節討論的都是宇宙內的物質的問題。請不要混淆。
從物體的組成成分電場以及電場的性質我們不難看出，物體是沒有嚴格的邊界的。象電子，它的電場會延伸至很遠直至它和另一個粒子相遇。重力場也是一樣，它總是從物體表麵發出直到它與另一物體相遇。從這一點看把粒子和場分立的來考慮是不切實際的。因為實際上它們從來沒有分離開來，它們是物質的不同部分，我們通常認為分立的物體實際上是和其它物體通過電場相連接的。我們通常所說的邊界隻是基於我們的感官所定義的邊界。從電場的水平看物體是沒有邊界的。
第十三節 真空
我們前麵已經提到通常情況下我們總是認為物體是有質量和體積的東西，而場則是鬆軟無形的。通過一係列的討論我們可以看到，物體是沒有一個嚴格邊界的。我們通常所說的邊界是人的感官或光子被反射時的邊界。對於同一物體,不同的波長的光的反射界麵是不同的。所以感受到的邊界也是不同的。象我們可任意穿過的重力場對於低頻率的光子則是無法逾越的。
由於物質的無邊界的性質，隻有在正電子和電子的中心和光子的雙球的中心是沒有電場存在的。我們通常所說的真空是沒有粒子，象原子，分子的空間。但場和光子是存在的。
第二章 運動
盡管上一章我們說所有的物質都是相互連接著的，但當我們在對某一特定物體做研究時，我們還是將研究對象和其周圍的環境分離開來的。象我們在研究桌子時我們是不會考慮他周圍的重力場的。因此以下要討論一些所謂分立物體的一些性質。首先從物體的運動開始。
運動可以說是貫穿於物理學的一個話題，從機械運動到相對論，運動幾乎伴隨於所有的物理學理論。下麵我們將分兩部分討論運動，一是物體為什麽要動，二是運動的絕對性和描述運動的相對性。
第一節 為什麽物體要運動
我們已經討論過構成物質的電場趨於均勻的排布。如果物體間電場不能滿足這一性質時物體便要改變彼此的位置而使其達到這一狀態。於是便產生了力和運動。
1) 滾動
象構成物體的電子和正電子的球狀結構一樣，電子和正電子組合的相對穩定狀態也多半是球態，象原子核，星體等等。這種結構使其很難與其周圍的環境達到平衡而使其靜止。當兩個球體相遇時，他們彼此以相切的方式接觸。物體間試圖通過滾動來達到平衡，但他們永遠也達不到平衡，所以這種滾動便一直進行下去。由於物體質量的差別，質量小的物體總是繞著質量大的物體滾動。象電子繞著原子核的運動。這種運動中物體間沒有靜的電場的傳遞。光子的運動是最典型滾動運動。這將在第三章作詳的的討論。
2) 平動
現在來分析一個簡單的電子在電場中的運動。由於外部電場的存在，電子內電場原有的對稱結構被扭曲，電子為擺脫這種扭曲便運動，如果外部電場為單電子產生的，那麽就是電子與電子之間的作用。我們知道電子與電子之間是相互排斥的。在兩個電子被放到一起時必須有一定的外力來推動他們才能使他們接近，在外力作用時電子周圍的電場密度加大。當外力突然消失時便會有一部分多餘的電場仍然留在電子周圍，由於排斥作用電子向相反的方向運動，這些多餘的電場便隨著電子而運動，從而使電子無法回到其對稱的狀態。電子便會以一定的速度運動直至他和其他物體相遇或與周圍所接觸的電場作用而使這部分多餘的電場轉移到被接觸的物體，其速度才會降低下來。
在一個由多個電子和正電子構成的物體，象原子核所產生的電場中，電場的方向是交替的。在不帶電的物體周圍兩種方向的電場密度相等（如圖六）。如果物體中一種電荷多於另外一種電荷。那麽電場的密度就會不相等。比方說一個帶負電的粒子電場方向向外的密度就要小於電場方向向內的密度（如圖七）。所以總體上看物體是帶負電的。如果一個電子被放在這種場中電子是會受排斥的。但在這種狀態下，電子和物體的作用依然是排斥的。造成電子運動的因素同樣是由於一部分多餘的電場使電子無法回到原來的對稱結構。
無論在哪一種情況下都是由於一部分多餘的電場造成電子的運動。這部分多餘的電場就是我們所說的動量或動能。他在與其他物體碰撞時會轉移到所碰撞的物體。從而使被撞的物體失去原有的平衡而發生運動。
同樣的道理，物體由於失掉一部分電場而使原來的平衡被破壞，也同樣會造成物體的運動。
總之，物體由於獲得或失去一部分的電場而使物體失去原有的平衡，使其發生運動。
圖六 中性粒子表麵的電場
圖七 帶負電荷粒子表麵的電場
第二節 運動的描述
我們通常用速度來描述運動。這便產生了一個新的問題。那就是運動的相對性。如圖八兩個相同質量的物體。B是靜止的，A以一定的速度V向B運動。如果假定A是靜止的，那麽B則以速度-V再向A運動。這個問題的產生主要是由於我們用以描述速度的長度是一個相對量。比方說C和D間的距離可以是CD或-CD這完全取決於你怎樣選擇坐標係。同樣的道理時間也是一個相對的量。
圖八 物體運動示意圖
如果從A和B相撞時電場的傳遞來看。假設碰撞時電場從A轉移到B。無論我們定義什麽樣的坐標，電場的轉移是一定的，總是從A到B。
理論上講我們可以定義一個絕對靜止狀態，那就是一個完全不受任何外界電場影響的電子或正電子所處的狀態。但由於物體間的無法分離性，這種狀態實際上是不存在的。所以理論上講運動是有其絕對意義的。相對運動的概念是來自於我們對運動的描述。以及實際上絕對靜止狀態的難以發現。
這裏要提到一點關於運動中係統內部各部分的狀態改變。比方說兩個完全相同的物體，一個放在地麵上，一個放在運動的車上，那麽相對於地麵上物體，車上的物體的內部結構是不同的，因為他比地麵上的物體多了一部分使其運動的電場。比方說當我們推車的時候，我們通過推動而使一部分電場轉移到車上，這些電場使車上物體內的每一個質點的結構發生了變化，因而整體發生運動。如果車上的物體和車之間絕對光滑，電場則無法充分轉移，所以當車動時物體就不能和車一起運動而出現滑動。所以說運動物體中內部的各個質點必須都發生了狀態或結構的改變，整個物體才會運動。這一例子說明同一物體在不同的運動狀態下其內部結構是不一樣的。
從以上的討論看運動是對物體的平衡程度的量度。我們可以用相對運動來描述物體相對於參照體係的平衡程度。但我們必須清楚，參照體係本身可能也在運動。真正衡量物體是否平衡，必須參照絕對靜止態的電子和正電子。
第三節 動量和動能
我們以前不清楚動量和動能是什麽東西，事實上動量和動能都是用其產生的效果來描述的。象用mv來描述動量，1/2mv2來描述動能等等。同樣的道理由於速度的相對性，物體的動量和動能也都是相對的。如果我們用電場轉移的量來描述運動的話，動量和動能是有其絕對意義的。動量和動能就是在物體碰撞時發生轉移的那部分電場的量度。
盡管現在我們已經知道了動量和動能是對物體作用時發生傳遞的電場的量度。但用電場傳遞的量來描述他們也是很難的，第一是他難以檢測。第二是往往所傳遞的電場同時也有可能轉變成其他的形式，象光，熱等。
在電子沿原子核一類的滾動中，物體間沒有電場的傳遞。我們依然用角動量和動能來描述這種運動，但這種角動量和動能和平動動能是不同的。他們代表著粒子間的距離和相互作用的強度。
第四節 速度和質量的關係
這裏要說明一下物質的質量和運動是否有關聯。根據下麵愛因斯坦的公式似乎速度和質量是有關聯的。比方說一個電子的速度要想達到光速其質量會是無窮大，實際上電子隻要和一個質量相等的正電子結合，他的速度就可達到光速。所以說速度或者說運動是和質量沒有關係的。運動主要取決於物體間的不平衡程度。質量的增加和減小都可能造成不平衡，從而使物體運動。運動是完全和結構有關的。
（無法把公式寫在這裏）
這裏m是物體運動質量，m0是物體的靜止質量
第三章 光
在電子和正電子作用一節，我們已經提到了伽瑪射線的光子結構。不難想象其他低能量的光子應具有相同的結構，但密度比伽瑪射線低。也就是說雙球中心的電場密度比電子和正電子的中心密度低。伽瑪射線是質量最大的光子。
第一節 光子的運動（1）
在第二章裏我們分析了滾動，象電子繞原子核運動。其實光子的運動是分析滾動最好的例子。光子內的正電部分和負電部分是一個最為不平衡的組合。他們試圖通過滾動來達到平衡，但他們永遠也達不到平衡，因此他們便一直彼此滾動下去。但不同的是構成光子的正電中心部分和負電中心部分大小相同，質量相等。這樣他們不會使一方繞著另一方運動。於是他們便以一定的速度向前運動，但彼此之間是轉動的。這種運動看上去象齒輪運動。所以說運動是光子本身的特性。他的速度是由其自身決定的，與發光體的速度沒有關係。但光子和所通過的介質間的作用是始終存在的，所以光速是受介質影響的。
如果在光子的正電中心和負電中心畫一直線，那麽光子的電場分布是軸心對稱的。這就說光子向垂直於這一對稱軸線的各個方向的運動是均等的。他的運動方向取決於他的起始狀態。一旦他在某種作用下方向確定，他便會沿著這一方向以其固有的速度運動下去直至他和另一高密度的介質相遇，象光的反射和折射等，他的方向才會改變。但無論方向如何，他的運動方向總是和光子中心的對稱軸相垂直的。
第二節 光的波動性
盡管我們常見的水波和光波都有波動的現象，但他們在波動的本質上是不同的。
1） 介質波：
最為常見的波動現象是水波。由於波源某一點的簡諧振動，使得其他部分發生波動。這一種波動的特點是某一點的運動是簡諧振動的，但整體是波動的。波動是借助水這種介質來實現的。由於介質的存在當兩束波相遇時來自兩束波的力在同一點可以相加減。那麽波的幹涉現象便很容易理解。
2） 非介質波： 光子的波動現象則不然。下麵我們來詳細討論。
光在運動時並不需要借助某種介質。他是自己向前運動的。就多個光子而然，向相同方向運動的光子彼此是關聯著的。這種關聯同時存在於相鄰的光束間。 如圖九所示，很明顯光束是波動的。光的波長就是兩個光子間的距離的二倍。高密度的中心電場的光子相互間作用較強，所以波長較短。反之亦然。
圖九 光的波動示意圖
當兩束光發生幹涉時，光子不可能由於彼此的作用而消失。但由於相鄰光束間光子的相互關聯，使其在通過狹縫後再相遇時發生作用，因而出現了在某些區域密度增強，某些區域減弱。如圖十所示。暗區的光子由於彼此的作用而在亮區出現。從而出現了幹涉條紋。暗的部分是光子由於排斥而沒有光子出現，亮的部分是光子相互吸引而出現的部分
圖十 雙縫幹涉示意圖
第三節 光子的吸收和發射
光子同時具有正電和負電中心，當光子和原子接近時，他的正電中心和負電中心同時被原子核和核外電子所吸引。由於光子內的電場的低密度性，光子內的電場被迫沿原子核內的電場取向，從而使光子被破壞。這便是光子的吸收。如圖十一 。
由於吸收了光子的原子具有了多餘的電場，使得整個原子能量增高，電子遠離原子核。這就是我們所說的激發態。當電子回複到原來的狀態時，這部分多餘的電場便以平行的狀態釋放出。由於平行狀態的電場的不穩定性。他會迅速形成光子或其他中心密度小於電子的帶電粒子，但由於帶電粒子不能象光子一樣快速離開發光物體他便會很快被破壞最後變成光子。可見光子由於其快速運動的性質而使其得以長時間穩定存在。也正是光子的存在和運動使得物體間能量得以傳遞。才使我們的物質世界這樣豐富多彩。
另一種可能是兩個光子或多個光子可能結合在一起而形成一係列粒子。也就是我們以後要討論的核反應中形成的中微子（neutrino），這種粒子類似於電子和正電子形成質子，中子等粒子，所以光束中會有中微子的存在。但由於其密度低，他們沒有電子和正電子形成的粒子穩定，極容易在強電場下被破壞。
由於伽瑪射線內的正電和負電中心的電場密度較大，原子內的電場無法破壞他的結構所以他可以進到原子核內部。
圖十一 光子被吸收示意圖
由於光子內電場的低密度性光子是可能容納更多電場的，所以說光子可能發生耦合。如果兩個光子的電場的量的加和等於或小於伽瑪射線內的電場密度，他們就有可能發生耦合。比方說一個單一頻率的光，就可能部分耦合成頻率高於一倍的光。這種耦合極易發生在光子形成的時期。
第四節 光子的運動（2）
通過對光子的吸收和發射的討論我們看出。光子在被吸收時並不象一般機械運動時電場是向固定方向傳遞的。他的所有電場是被分布在電子的躍遷或熱振動等類似的運動上。而不是加在整體的平動上，所以說在這種情況下，光子看上去沒有平動動能和動量。
當光子和物體相遇而發生反射時，光子可能失去一部分電場而使其能量減低。從而使反射光的能量低於入射光的能量。這種現象就是光照可以使被照射的物體獲得動能而運動（solar sails）。光子失去的能量便是物體獲得的能量。
另一點明顯的現象是當光子從光疏介質進入光密介質時速度下降，但當光子回到原來的光疏介質時又回到了原來的速度。這在機械運動中是見不到的。比方說一顆子彈打到牆壁時他的速度會下降，當他穿透牆壁重新回到空氣中他的速度不會回到其進入牆壁時的速度。子彈在穿透牆壁時失去了一部分動能或動量，因而速度下降。光子則不然，他的輻射狀的電場是和其周圍的環境相平衡的。那麽隨著外圍的場的密度的減小，他的中心的電場密度便會減小，所以他的波長也會變大，速度亦會變大，反之亦然。但光子在整個運動過程中並沒有失去任何電場。
第五節 光速
想象光的運動好比兩個齒輪的轉動。光的速度是由兩種因素決定的：一是齒輪的半徑，波長大的光子有較大的轉動半徑，那麽他轉動快些。另一是齒輪的轉速，波長小的光子由於作用較強，轉動的要快些。這兩種因素是矛盾的。不過就光在光密介質中的速度和波長成正比看，齒輪的大小起決定性作用。
前麵已經提到，我們所定義的真空是指沒有原子和分子存在的空間，但我們無法擺脫場的存在。其實當光穿過玻璃一樣的固體時，也隻是那部分通過原子和電子間的間隙的電場的光子才能穿過物體，與原子和電子相遇的光子將會被反射。這和光子通過我們通常所說的沒有原子和分子而有場的真空是一樣的。光速在同一介質中是和波長成正比的，所以光通過我們通常所說的沒有粒子的真空時，光速是和光的波長成正比的。所以說愛因斯坦的關於真空中光速是一常數是不對的。
第四章 能量
我們已經看到光子在吸收和發射時的變化。當光子被吸收時，他的原有的結構完全被破壞，構成光子的電場全部和物體的電場結為一體而使物體的能量增高。一般的物體在碰撞時隻有很小一部分的電場發生轉移或交換，所以我們可以看出，能量是低密度的電場在物體作用時發生了轉換的那一部分。由於他的低密度所以他的質量通常被忽略。
嚴格的講動能和動量是很難達到守恒的。因為電場是趨於向著平衡的方向排布，那麽這部分使物體失去原有平衡的動量更會趨於向熱的形式轉變， 從而使物體達到一個新的平衡。不過在物體碰撞的瞬間，可以近似地認為動能和動量是守恒的。
以上的討論也能幫助我們更好的理解為什麽功在不引起環境變化的情況下可以轉變成熱， 而反之則不然。因為熱是一種更能使物體趨於平衡的狀態。
牛頓第一定律中所說的物體在沒有受到外力作用下保持其勻速直線運動的說法是不正確的。首先不受外力的作用是不存在的。物體之間是通過電場連接在一起的，彼此之間是相互作用著的。再就是隨著平動動量向熱的方式轉變，物體的平動動能在減小，速度也會減小。
由於物質的無邊界的性質，隻有在正電子和電子的中心和光子的雙球的中心是沒有電場存在的。我們通常所說的真空是沒有粒子，象原子，分子的空間。但場和光子是存在的。由於場的存在，他可以和其他物體作用或進行傳遞。這便很容易理解為什麽會有真空能量了（Vacuum Energy）。
第五章 一些其他的物理現象
第一節 質子的結構和穩定性 物體的穩定程度總是由其內部結構和外部環境兩點決定的。現在來討論質子內部結構的穩定問題。
我們都知道質子是一個穩定的粒子。根據以上的討論我們已經知道他是由電子和正電子構成的。由於粒子間電場的存在，多個粒子結合而形成的大一點粒子時，其質量用簡單的將小粒子加和顯然是不準確的。比方說質子的質量是電子質量的1836.15267245倍， 但實際上他可能含有1835，1837或其他個正電子和電子。不過從質子帶一個正電荷來看。質子應是電子的奇數倍。而且正電子數剛好比電子數多一。我們取一個離1836.15267245最近的奇數來討論以下的問題。假設質子質量是電子的1837倍，實際上可能是1835或其他的數值。因為他帶有一個正電荷，那麽不難算出他含有（1837-1）/2=918個電子和919個正電子。這些電子和正電子是怎麽排布的現在還不是很肯定。但這並不影響我們來理解質子的穩定性。要想使係統穩定，近似於球態的結構應是最為理想的。因為隻有球態才能使相同的粒子所處的環境相同。那麽不難想象質子的中心是一個正電子，然後電子和正電子一層一層向外排布。隨著半徑的增大每一層的電子和正電子的數量隨之增加。為保持每一層的平衡，同一層的電子數和正電子數應是相等的。這種排布的問題是層與層之間的排布並不是以剛好相間的方式排布。粒子間會彼此調整來試圖使自己平衡。由於電子和正電子的球態結構，這種平衡隻能是動態的，也就是說粒子間試圖通過運動來達到平衡但永遠也達不到平衡。這也是很難確定質子內部電子和正電子排布的主要原因。
圖十二是質子表麵電子和正電子的排布。由於中心的正電子的吸引，電子位置的表麵會略微下凹。下凹的程度隨著層數的擴大而減小。從總體上看中心正電子的電荷平均分布在表麵上。盡管總體上的帶電量是一個正電荷，但隨著表麵積的增大，單位表麵積的向外的電場強度減小。這勢必導致其對下一層的作用減小。當這種排布達到某一層時，這種排布便不再穩定，這便是質子的邊界。這裏所說的穩定是指層與層之間的穩定。
圖十二 質子表麵示意圖
由於質子帶有一個正電荷。那麽他試圖吸引一個電子來使其穩定。但這個電子無法在質子的表麵找到一個合適的位置來穩定整個係統，他便繞著質子運動。這就是氫原子。從電子以電子雲的形態繞著質子運動看，質子內部粒子在不停的運動是合理的。由於質子內部電子和正電子的運動，質子外任何一點的電場的強度和方向隨著時間是不斷變化的。這樣質子外的電子的運動會隨著質子內的粒子運動而調整。電子離質子的距離是隨著所在位置的場強和場的方向而變化的。把電子可能出現的位置畫出來，就是我們所說的電子雲。如果質子是一個完美的球，電子的運動軌道離質子中心應是固定的。以上討論了質子穩定的內部因素。質子的穩定性是隨著環境的變化而變化的。在“中子星”一節我們將看到這些。
第二節 為什麽核外電子的運動是量子態的
討論至此我們自然會想到另外一個問題。那就是為什麽核外的電子是量子態的呢？這主要是質子的結構並不是一個完美的球，如果將質子中每一層的電子和正電子的中心用直線連接的話，我們將得到一個多麵體。現在舉個簡單的例子。如果將一個長方體放到桌子上，隻有當長方體的一個麵和桌麵平放才是穩定的。也就是說有六種穩定態。那些介於這六種狀態之間的狀態是不穩定的。構成質子的各層電子和正電子中心所組成的多麵體之間也是在某些特定的狀態下才穩定的。介於穩定態之間的過渡態是不穩定的。當光子被原子吸收後，來自光子的電場在整個原子中重新排布，他在改變核外電子的位置的同時，也改變著核內部的電子和正電子的排布。如果原子所吸收的光子剛好使整個係統達到一個穩定態的話。這種吸收是可能發生的。也就是一個相對穩定的量子態。所以說核外電子的量子化現象是核內結構變化的一個反應。一個明顯的例子，正電子也帶有一個正電荷，他和電子作用時就沒有量子化的現象。
薛定諤方程所描述的量子態和原子核造成的量子態是怎樣的關係呢？現在先看一下氫原子光譜，按照薛定諤方程的結果，氫原子光譜應是最為複雜的。因為氫原子隻有一個核外電子，在所有允許的能級的躍遷都是可能發生的。在其他元素的原子中，隨著核外電子的增多一些近核軌道被電子充填，所以有一些躍遷是不可能發生的。這樣不同元素原子光譜隨著核外電子數的增加應越來越簡單。另外，由於各原子外圍的軌道都是一樣的。隻是軌道間的能量差在不同的元素中是不同的，這可導致各元素原子光譜的發射頻率不同，但光譜的模式應是類似的。比方說在元素周期表中鈉以前的元素從高能級到3s軌道的光譜都應是一樣的模式。隻是發射的頻率不同。但實際的情況並不是如此。氫原子的光譜最為簡單，隨著原子核外電子數的增加，光譜變得越來越複雜。原子光譜也不是按照一個固定的模式進行的。如果按照薛定諤的方程所描述的量子態，同一種元素的各同位素應該有同樣的原子光譜。但實際的情況則不是這樣的。
實際上薛定諤方程給出的是在一定能量狀態下核外電子的排布。所以他在解釋原子的化合價以及原子在化學反應中的行為時很成功。但他所描述的量子態的概念和實際原子光譜量子態不是一個意思。實際上的原子光譜的量子態是由於原子核的量子態決定的。比方說氫原子有一個質子，他的量子態應是最少的。他的光譜最為簡單。他的同位素氕的原子核比氫原子核多了一個中子，他的量子態和氫原子是不同的。他們的光譜也是不同的。隨著核內質子數的增加，核內穩定的量子態也在增加。光譜也就變得越來越複雜。
我們可以說一個核內的量子穩定態應對應一組薛定諤方程的解。這樣可能會更有助於理解。所以說當原子吸收一個光子後不僅僅一個電子被激發，是整個原子被激發到下一個量子態。
第三節 中子的相對穩定性及其在原子核中的狀態
下表是一組氦原子各同位素中中子的質量。從計算的結果看，中子在不同的同位素裏的質量是不同的。這就是說中子不是一個質量固定的粒子。前麵已經討論了質子的穩定性是由其結構決定的。如果把質子中心的正電子換成電子，那麽就是一個反質子。反質子和質子的穩定性應是相同的。質子與反質子相遇會彼此湮滅掉。質子和質子間的作用應是排斥的。如果兩個質子間公用一個電子，他們是可以存在的，但兩者的結構都和氫原子的結構類似。不會形成穩定的原子核。如果彼此公用一部分電子和正電子，使得彼此的結構都和質子一樣，那麽彼此的結構都會穩定如圖十三所示。其實在原子核內部質子和中子是等同的，他們是均等的。所以中子在原子核內是穩定的。但當中子離開原子核後，他便不再穩定了。不同的原子核中質子和中子的公用部分可能發生在兩個，三個或更多的質子和中子間。所以質量的損耗也不同。
（表）氦原子不同同位素中子質量的差別
氦同位素 He23 He24
電子質量（Me） 0.00054863
質子質量（Mp) 1.007825
氦同位素原子質量(Mhe) 3.016029319 4.002603254
氦原子核中的中子質量 （Mhe-2Mp-2Me） 0.999282059 （Mhe-2Mp-2Me） 1.985855994
氦原子核中每個中子質量 （Mn ） 0.999282059 0.992927997
質子和中子質量差 （Mp-Mn） 0.008542941 0.014897003
質量差折合成電子數 (Mp-Mn)/Me 15.57140678 27.15309576
從質子和中子在原子核中的結構看，質子中電子和正電子並不是一種最為合理的結構。電子和正電子在中子星中的結構應是更穩定的。 質子和中子公用的部分
圖十三 質子和中子在原子核中的示意圖
第四節 核反應中粒子的複雜性
我們已經討論過原子核是由電子和正電子組成。他們的組合在某些狀況下較穩定。核反應相當於原子核內部的粒子間的一次重組。在新的，穩定的原子核形成時，多餘的粒子便會釋放出來。常見的象伽瑪射線，貝塔射線，等等。其實任何小於中子和質子的粒子都有可能出現，他們可能帶正電，帶負電和不帶電。這也就是我們所說的介子（Meson）。
變化時，低密度電場沒有足夠的電場形成象電子一樣高密度的粒子，一些電場密度低於電子或正電子的粒子便會形成，他們可能是光子，也可能形成多個正負電中心但每一個中心密度都低於電子的中心密度的粒子。他們可能帶正電，帶負電和不帶電。一般帶電的粒子容易被其他物體捕獲而被破壞，中性的粒子可能有較長的存活時間。這主要是其不容易為其他帶電體所吸引。這些中性的粒子就是我們所說的中微子（Neutrino）。但由於其低密度，他們會被高密度的電場破壞。象在Cowan–Reines neutrino experiment 中中微子被質子捕獲而被破壞。其實中微子不是一個有固定質量的粒子，他是一係列的粒子。他的質量可以有很大的範圍。這完全取決於有多少類似於光子的粒子加入到其內部，再就是每一個光子內電場的密度如何。目前普遍的觀點認為中微子有很強的穿透力，很難捕獲。其實他的穿透能力完全取決於他的內部粒子的電場密度。但無論如何他們是不會穿透原子核的。他的難捕獲的一個主要原因是他內部的電場的低密度，這種低密度電場的粒子極容易被高密度電場破壞而消失。這就像伽瑪射線的光子在近原子核的強場下可被分裂成電子和正電子。但低頻率的光子則不能被分裂成帶電粒子一樣。因為低頻率的光子在分裂中被破壞掉了。
另外一個敏感的話題是中微子的運動速度。其實中微子的速度和他的質量是同樣不固定的。他的速度完全取決於構成中微子的類似於光子的粒子的電場密度和數量。象一個由長波長光子構成的中微子可能比短波長的光子的速度快。
第五節 量子理論的成功及其局限性
前麵我們已經討論過了原子穩定態的量子特性。盡管這和波爾假設有著一些出入。但這在解釋原子光譜上是很合理的。薛定諤方程在假設原子核是球狀的情況下給出了核外電子的排布。這在解釋原子在化學反應中的行為時是非常成功的。但在量子力學中我們忽略了粒子外低密度的電場。這和我們研究椅子時忽略椅子周圍的重力場是類似的。所以說量子力學理論是一個近似的理論。後來又發展出量子場理論。就場本身而言量子的概念顯然是不對的。所以說量子場理論在某些特定情況下可能會給出一些與實際情況接近的結果。但其理論基礎是不對的。
第六節 中子星
當行星的密度變大時，原子核外的電子運動空間會越來越受到限製，最終電子和原子核結合到一起而使得我們所說的原子結構消失，質子的結構也同時消失。在這種結構中電子和正電子以更加密集的結構排布（如圖十四）。由於這種結構使得原子核與電子間的空間消失，那麽整個星體的密度會變得非常大。這就是我們所說的中子星。電子和原子核，質子和中子在靠近時會將它們之間多餘的電場以光子的形式放出。所以星球在向中子星過度時會釋放出很多光子。中子星的密度應比原子核的密度大。中子星已不存在我們所說的原子，也已不會有光子發射。所以人們說中子星是一個冷的星體。 這就是我們前麵所說的質子在特定的外部環境下的不穩定性。
圖十四 中子星中電子和正電子的密集排布。
第七節 黑洞
在討論電子和正電子的結構的時候我們已經提到了除了輻射狀的結構，電場還有一種相對穩定的結構，那就是他的環狀結構。因為隻有環狀或球狀結構才能保證電場的均勻性。由於這種環狀結構的電場密度可以達到很高。所以他可以使電子和正電子的結構解體。這就是為什麽他可以吸收所有的其他物體。從上麵看他的結構象一個漩渦。這就是我們所說的黑洞。如圖十五所示。
圖十五 黑洞示意圖，圖中的箭頭是指電場的方向
黑洞在形成前一定是先形成類似於中子星的高密度結構。這樣的高密度能夠保證其電場的密度足夠高，從而有破壞其他星體的能力。這也是其能夠存活的前提。低密度的電場也會形成類似的結構，但由於其低密度使其無法存活很長時間。
從結構上看象黑洞這種環狀的結構顯然沒有輻射狀結構的電子結構穩定。所以一旦他的密度達到一定程度或由於外來的因素使其密度產生很大的不均勻。他的結構就會遭到破壞而使其從新變回輻射狀的電子和正電子的結構。從而形成新的星體。
第八節 質量和重量
盡管質量和重量的概念在初學物理時已經做過明確的表述。但在很多物理學問題的討論時還是被混為一談的。質量是指物體所含物質的多少。白話講就是物體裏含有多少東西。而重量是指物體與其他物體，象地球或月球所產生的力的作用。同質量的物體的重量是隨位置的變化而變化的。那麽現在來看一些說法的錯誤。我們經常說光子的靜止質量為零，既然光子是電磁場，那麽就是說他包含有某種物質。隻是由於其結構的特殊性所以他必須運動，在任何情況下他都是有質量的。我們經常說某些粒子的質量為零，這種說法同樣是錯誤的，即便是電場和重力場也是有其質量的。
第九節 宇宙射線
我們已經討論了重力場的本質以及光的吸收和發射。那麽星體在運行時由於他們之間的距離的變化，他們一直在做著光子的吸收和發射的運動。所以會有電磁波的發射和吸收。發射的電磁場就形成了宇宙射線。
第十節 紅移和藍移
當光從高密度的重力場運動到低密度的重力場時光的波長變大，反之光的波長則減小。我們稱其為紅移和藍移。其實這一過程和光子從光疏介質進入光密介質時速度減小，從光密介質進入光疏介質時光的速度增加是一樣的道理。
同樣的道理電子以及所有的粒子的中心電場密度都是隨著其周圍環境的變化而變的。
第十一節 暗物質
暗物質是在用牛頓萬有引力定律計算某些星體的作用時，由於計算結果和實際的值有著很大的偏差。所以人們認為係統中一定存在一種暗含的物質，是這種暗含的物質造成了偏差。這是一個典型的無限推廣牛頓定律給我們帶來的困惑。如果我們知道任何物體間的作用是和其結構和成分有關的話，我們便會集中精力去研究不同星體的結構和組成與其他星體的不同，而不會把精力放在尋找一種不存在的暗物質上。
第十二節 平行排布的電場
實際上，世界上的確存在很大量無法檢測的物質。這就是存在於星體間的平行排布的電場，因為平行排布的場是無法用現在的檢測手段檢測到的。隻有當他們形成象電子或光子一樣的球狀結構時才能被我們檢測到。所以說這部分物質對我們來說是暗的。
第十三節 反物質
我們常見的物質是由帶正電的原子核和帶負電的電子構成。原子核帶正電是因為組成原子核的正電子多於電子。如果電子多於正電子那麽原子核就會帶負電，這樣的原子核將被正電子所環繞。這就是我們所說的反物質。當反物質和物質相遇時，核外的電子和反物質核外的正電子相遇而產生伽瑪射線，然後帶正電的原子核和反物質中的帶負電的原子核相遇而發生類似於核反應的組合，產物可能是伽瑪射線以及一些其他的粒子。由於這種作用，世界上的物質隻能存在於一種形式，要麽我們所見到的物質，要麽我們所說的反物質。反物質隻有可能存在於一些核反應後。但一旦他和普通的物質相遇便會消失。
第十四節 電子的自旋
由於電子的球狀結構他很難和周圍的環境達到平衡那麽他便要向著平衡的狀態運動。而球狀的電子和球狀的原子核隻能以相切的方式接觸，這造成了電子以滾動的方式無限地圍繞著原子核運動。所以電子是有自旋的。其實星體運動也是一樣，地球在進行公轉時也在進行著自傳。
第十五節 物質波
在討論重力場時我們已經看到，除了象電子和正電子一樣的單電荷粒子外，所有物體外圍的場都是方向相間的。那麽物體做相互運動時必定是波動的。對於體積小的物體，比如電子的波動現象要比體積大的物體比如籃球，更為明顯些。這就好比在同樣的水波中，一片樹葉要比一艘輪船的波動更明顯一樣。
第十六節 力的統一
以上的討論告訴我們所有的力都是由於構成物質的電場趨於均勻排布而產生的。既然所有的力都是電場之間的作用，那麽為什麽各種力之間作用的大小有著很大的差別哪？物體之間的作用力的大小是和他們之間的場密度成正比的。物體間的場密度是和物體的質量和物體間的距離有關的。同時物體的結構也影響電場的取向，從而影響物體間的所用。牛頓萬有引力定律，庫侖定律以及核內粒子間的近距離作用等隻是近似的描述了一些特定情況下的作用。實際上的作用要複雜得？多。理論上講每一對物體間，在每一個不同的相對位置，在每一個不同的時刻都應有不同的表示。因為物體內部的粒子是在不停地運動著的。再一個造成物體間作用複雜的原因是，隨著物體間位置的變化，他們內部的粒子的排布也在變化。這類似於相互極化。
物體之間作用是吸引還是排斥是由電場的取向和物體間的距離決定的。比方說萬有引力, 當兩個物體相距一定距離時他們是吸引的。但隨著物體的接近排斥作用增，這和電子與正電子作用形成光子的情況類似。這就是為什麽下落的物體會停在地麵上。
當然我們希望用一個簡單的數學方程能解決所有的力的作用，但實際上是不可能的。為簡化解決實際問題。我們可以在特定情況下用某種數學表示。但我們必須記住這種表示是做了一定的近似的。對一種數學表示的無限推廣利用會給我們帶來一些不正確的結果。這就是為什麽在某些情況下牛頓萬有引力和庫侖定律計算的結果和實際會有偏差。
我們前麵已經提到速度或運動是隻和結構有關聯的，那麽不難看出，力是和結構和質量同時有關係的量。
第十七節 變化的本質
由於物質是由單一成分電場構成，那麽物質間的變化隻是一種結構的變化，由於結構的千變萬化使得物質世界紛繁複雜。其實我們所說的化學變化也隻是電子或原子及原子集團的遷移而造成的。對於電場來說也是一種結構變化。
第十八節 存在
我們說的物質的存在是指我們的感官或借助於某種檢測係統能檢測到的物質。檢測係統是根據被檢測對象和檢測係統間發生作用而感覺到其存在的。如果被檢測的對象和檢測係統間沒有作用我們認為物體是不存在的。
我們已經知道構成物質的電場間由於其趨於均勻排布的特點而產生作用。那麽電場與其他物質間不存在這種排布規律，所以說我們無法檢測到非電場物質的存在。世界上可能存在很多種其他種物質。但我們無法感覺到它。所以對於我們來說是不存在的。
第十九節 測不準原理
既然對物體的檢測是基於檢測係統和被檢測物體間的作用。那麽在作用時彼此都會發生變化。我們檢測到的結果是變化後的物體的狀態。所以說對物體的測量是無法測準的。
第二十節 守恒定律的絕對和相對性
通過以上的討論，我們看到，電荷，動量，動能等都是電場的一種存在形式。所以說他們的守恒都是相對的。隻能在一定條件下，或一定的誤差範圍內是守恒的。隻有質量守恒是在任何情況下都成立的。
第二十一節 物質時間和空間的關係
物質是實實在在存在的東西，而時間和空間則是用來描述物質的，是數學概念。當前的物理學認為空間和時間決定了物質的運動和變化。於是便有了時間隧道，曲線空間的說法。現在我們來看其是否合理。
目前討論很多的是時間隧道，也就是是否存在一個隧道使時間倒流。我們可假設這一隧道的存在。那麽我們可以回到昨天。這就意味著你周圍的世界都要變成昨天。那麽從昨天到今天的變化都要向相反的方向變化。這種變化一定是違反所有的自然規律的。所以說時間隧道是不可能存在的。
這裏我們還要討論一下變化產生的原因。如果有一塊鐵，我們把它放在一個與其他物質隔絕的環境下，我們可以把它沿任何方向運動，放置任何長時間，它都將保持其原有狀態。如果我們把它放在鹽酸裏，他很快就會和鹽酸反應消失而變成別的東西。這就說造成物質變化的不是時間和空間而是其他的物質。這就說明物質的變化不是由時間和空間決定的。而是由與其相接觸的其他物質有關的。但我們需要時間和空間來描述物質的大小，變化的快慢等等。
同樣的道理物質的運動不是由於空間的形狀決定的，而是由於其所處的環境中的其他物質決定的。象一個電子如果沒有原子核的束縛他就不會沿著軌道運動。星體的運行也是一樣的。
我們一直認為因為有了空間所以物質才能存在。實際上由於有了物質我們才定義了空間來描述物質。比方說我們說有沒有空間實際上是指有沒有物質的存在。如果沒有物質空間永遠會存在的。比方說一個屋子有沒有空間是指屋子裏有沒有其他的物體。沒有空間是指有其他的物體存在。我們不能人為的將空間挪走。
這也是本書的目的。我們要首先認識物質對象的組成和結構，然後用速度，長度來描述他。而不是建立一個空間和時間的模型來推導物質運動和變化的性質。這就是目前物理學中主要困惑。
第二十二節 數學在物理學及科學中的作用
最後在這裏提一下數學在自然科學中的作用。這主要是因為目前的數學演繹在自然科學理論，特別是理論物理中的應用有著很多不妥當的地方。科學中的數學和純粹的數學有著關聯但又有著本質的不同。比方說一滴水加上一滴水，用純粹的數學就會容易地得出結果是兩滴水。但科學上得出的結果可能是兩滴水，也可能是大一點的一滴水。大一點的一滴水可能是在平麵上，也可能是在毛細管中等等。如果用數學來描述的話，每一種情況都要對應一套數學表述。同樣的道理，當我們用數學來表述一種自然現象時，首先要清楚我們描述的對象到底是什麽樣的。在進行數學演繹時每一步都要以實際自然發生的情況為依據，而不是簡單的數學演算。這樣我們的結果才能如實地反應客觀的事實，才是可靠的。比方說牛頓定律和庫侖定律中的力，在他們建立起這套演算時，我們不知道力是什麽，也不知道影響力的因素是什麽。那麽當我們用這一定律運算時就要想到他們可能在某些情況下不準確。能量，動量也幾乎貫穿於所有物理學推導。但我們並不清楚他們是什麽，所以有很多時候我們對一些數學演繹的結果變得不知如何解釋。
第二十三節 宇宙
關於宇宙的形狀以及他是有限的還是無限的問題一直是物理學以及人類感興趣的話題。宇宙到底是什麽樣的哪？現在從構成物體的最基本粒子電子和正電子的結構來看這個問題。
我們已經討論過電子和正電子的電場密度隨著距離遠離其中心而逐漸減小。這個遞減規律是由電場本身的性質決定的。雖然我們還不清楚他的遞減規律的數學表達。但當距離達到一定遠的時候，電場的密度會降至為零。這也就是電子和正電子的邊緣。這種完整的電子和正電子就是我們在第二章提到的絕對靜止狀態的物體。從星體間存在相互作用看，電子外的電場可以延伸到很遠。可見完整的電子實際上是一個很大的粒子。在我們通常的環境下，這種狀態是不存在的。因為電子和正電子外的電場密度在沒有達到零點以前就已和其他粒子外的電場相遇了。
由於電場的遞減速度是由電場本身的性質決定，中心電場密度低的粒子有較小的半徑。
構成物體的基本粒子電子和正電子的相互吸引決定了宇宙內物體間應是互相吸引的。但當物體的體積達到一定程度後。物體便向著中子星，黑洞的方向演變。然後黑洞又崩塌變回成星體。所以說宇宙中物體不會聚成一塊固體。物體間一直這麽變來變去。在宇宙的邊緣由於電子和正電子外的電場密度的遞減，電場最後會降至零點。所以說宇宙應是近於球態的。外圍是逐漸遞減的電場。但宇宙的形態不是固定的，他是隨著內部物體的運動而變化的。
自然界中可能存在其他的宇宙。其他宇宙也有可能和另外的宇宙重組成新的宇宙。
總結
本書以粒子之間，粒子與場之間以及場與場之間可以轉換的事實為依據。論述了我們的物質世界是由單一組分的電場構成的。由於電場趨於同向和均勻排布的自然特性，因而產生了力，運動等現象。也由於電場的這些特性，使得電場以輻射狀的結構存在。於是便產生了粒子，以及與粒子結構相關聯的一係列自然現象。
對於任何的物體，象一個星體，一個生命等，都有其產生，發展和消亡的過程。我們可以用時間和空間來記錄和描述這些過程。但就物質本身來看，他沒有產生和消亡的概念，隻有存在。時間對物質本身是沒有意義的。
ISBN 978-0-9736133-5-3
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統一物質的理論 （Unified Theory of Matter）
薑玉濤（Yutao Jiang）薑慧怡（Huiyi Jiang）
2011.11
目 錄
前言
第一章 物質的基本組成
第一節 電子湮滅實驗
第二節 電場和磁場的關係
第三節 電場的基本性質及電子和正電子的結構
第四節 電子和正電子的作用
第五節 力
第六節 電荷
第七節 原子核的構成
第八節 重力場
第九節 M1=aM2 的物理意義
第十節 場密度
第十一節 低密度電場的帶電粒子的存在
第十二節 物質的無邊性及物體的相對意義
第十三節 真空
第二章 運動
第一節 為什麽物體要運動
1） 滾動
2) 平動
第二節 運動的描述
第三節 動量和動能
第四節 速度和質量的關係
第三章 光
第一節 光子的運動（1）
第二節 光的波動性
1）介質波
2）非介質波
第三節 光子的吸收和發射
第四節 光子的運動（2）
第五節 光速
第四章 能量
第五章 一些其他的物理現象
第一節 質子的結構和穩定性
第二節 為什麽核外電子的運動是量子態的？
第三節 中子的相對穩定性及其在原子核中的狀態
第四節 核反應中粒子的複雜性
第五節 量子理論的成功及其局限性
第六節 中子星
第七節 黑洞
第八節 質量和重量
第九節 宇宙射線
第十節 紅移和藍移
第十一節 暗物質
第十二節 平行排布的電場
第十三節 反物質
第十四節 電子的自旋
第十五節 物質波
第十六節 力的統一
第十七節 變化的本質
第十八節 存在
第十九節 測不準原理
第二十節 守恒定律的絕對和相對性
第二十一節 物質時間和空間的關係
第二十二節 數學在物理學及科學中的作用
第二十三節 宇宙總結
前言
這是一本怎樣的書哪？究竟什麽人會對這本書感興趣哪？我曾經把本書的主要內容寄給過一些做物理學工作的人。有些人提出理論物理怎麽可能沒有數學推導呢。我反複考慮了這個問題。但就目前的數學，至少就我的數學知識，我怎麽也無法把書的內容用數學來表述。但本書所討論的問題的確都是物理學上的基本問題，象力，電荷，能量等概念。不同的是討論的出發點是從物質的基本組成入手的。這又象是化學工作者的思維方式。也許應該叫用化學的思維來解釋物理問題更為合適些。所以說如果你認為自己有很好的數理基礎，而又想更多了解一下其他人對物質世界的看法。你可能對此書感興趣。也許你會發現合適的數學表述來完善書中的表述。如果你是化學家，而對一些基本的物理概念感興趣，也許你會對本書感興趣。
這本書從物質的基本組成入手，然後闡述了力的本質，物體為什麽帶電？能量到底是什麽？物體為什麽會動？光到底是什麽？變化到底意味著什麽？黑洞為什麽會吸引所有的物體等等一係列問題。
第一章 物質的基本組成
科研的目的是認識物質世界，從而達到為我所用。所以說物質的組成及其性質應是科研的最為重要的部分。一旦我們知道了物質的組成和各組成的性質，他的一些其他性質就容易理解了。 就目前的科研結果。物質的組成可分為兩大部分：一部分是粒子象電子，分子等等。另一部分則是場，象電場，重力場等等。現在的問題是這些粒子之間，場之間以及場和粒子之間是什麽關係呢？這些關聯又能告訴我們什麽呢？究竟什麽是物質的基本組成成分呢？
第一節 電子湮滅實驗
基於狄拉克的預測，美國物理學家安德森（Carl D. Anderson）從實驗中證實。當伽瑪射線通過原子核附近的強電磁場時被分裂成兩束帶電的粒子：一束是帶負電的電子，另一束是質量相同，但帶相反電荷的正電子。反過來，當正電子和電子相遇時便會產生伽瑪射線。
現在我們從組成上來討論這一現象。我們知道伽瑪射線是電磁波或者說是電磁場。當伽瑪射線的電磁場和原子核附近的電磁場相遇時可能會有兩種情況發生：一種是伽瑪射線中的電磁場被分裂，這裏的分裂是說電磁場被分裂成兩種不同於電磁場的成分。一種成分形成了正電子，另一種變成了電子。另一種情況則是伽瑪射線中的電磁場沒有被分裂，而是結構發生變化從而形成了電子和正電子。
先來看第一種情況，如果說伽瑪射線裏的電磁場被分裂成兩種不同的成分，這兩種成分分別組成正電子和電子的話，那麽電子和正電子該是分別由這兩種成分構成。但實際的情況卻是電子和正電子都是由電場包圍著。另外從邏輯上講如果原子核附近的電磁場能夠分裂伽瑪射線中的電磁場，他也應能夠分裂他自己。這和實際的情況是不付的。因為原子核外圍是由電場包圍著的。
再來看第二種情況，伽瑪射線中的電磁場沒有被分裂，隻是結構變化而產生了正電子和電子。那麽就可以說電子和正電子是由電磁場組成的。這一點在傳統的物理學上是很難接受的。但隨著以下的討論，問題會變得越來越清楚。
第二節 電場和磁場的關係
磁場是電場或帶電粒子運動時產生的。即使是永久磁鐵的磁場也是由於電子在磁鐵內部做環流運動而產生的。我們可能會說運動的電場會變成磁場。如果這一說法成立的話，運動的電場會源源不斷地變成磁場，最後電場將會消失而全部變為磁場。但事實上則不然。磁場隻是伴隨著電場而存在。這就說明磁場不是一種獨立存在的物質。他是電場運動時產生的一種現象。
如果把第一節和第二節的討論結果綜合起來的話。我們就可以說，伽瑪射線，電子以及正電子都是由電場構成的。下麵我們來一步一步地討論這種說法的合理性。
第三節 電場的基本性質及電子和正電子的結構
我們都知道電場是趨於相同方向取向而且密度均勻分布的。那麽一組電場將會象圖一的排布。這種排布在中間的部分是不會有問題的。但在邊緣的位置就無法保證其密度的均勻性了。因為在邊緣的位置，一麵是一定密度的電場，而另一麵電場的密度則為零。為滿足其趨於均勻的性質，隻有一種結構是合理的。那就是圖二的狀況，電場矢量呈輻射狀排布。從外觀上看整體象一個球。球的中心由於電場的相反方向的排斥而是空的。電場的密度從中心向外逐漸降低。由於電場的方向性，這種排布有兩種可能：一是電場的方向指向球心，另一種是方向指向球外。而且兩種可能是均等的。這剛好和電子和正電子的結構相吻合。
另外還有一種相對穩定的排布是環狀排布（如圖三）。我們將在以後討論。
圖一 平行排布的電場
圖二 輻射狀排布的電場
圖三 環狀排布的電場
接受這一觀點的障礙在於我們通常認為場是無形的，無重量的東西。粒子則是有形，有體積的東西。其實場是伴隨著粒子而存在的。如果粒子和場是分立的東西那麽我們應該見到沒有場包圍的粒子。象沒有電場的電子，或沒有重力場的星體。但我們從來沒見過這種物體。我們總是把場和粒子分開來討論。從來沒考慮過他們為什麽總是共同存在。隨著以下的討論我們會看到電場並不總是鬆軟無形的，電場的相對密度決定了場是否是鬆軟的還是堅實的。
第四節 電子和正電子的作用
當電子和正電子相遇時(如圖四)，由於他們電場的取向他們是相互吸引的。但隨著彼此之間距離的接近，C1 和 C2位置的電場趨於反方向排布，以及彎曲部分的彎曲越來越大，排斥作用逐漸加大，最後將在某一點達到平衡。這便是伽瑪射線的光子結構。以後在討論光子的章節裏我們會討論為什麽這種結構會使光子運動的很快。
圖四 電子和正電子相遇
第五節 力
我們知道電子和正電子之間存在著吸引力。從我們以上的討論不難看出：力是電場在趨於合理排布時所產生的一種現象。當電子和正電子被放到一個係統中，彼此的電場趨於向合理的結構過度。看上去他們之間有一種互相吸引的作用。我們以後的討論會發現粒子和重力場都是由電場構成的。所以我們可以說力是構成物質的電場趨向合理排布所產生的一種現象。
第六節 電荷
當粒子被放到電場中如果粒子沿著電場方向運動我們稱粒子帶有電荷或帶電。從我們得出的電子和正電子的結構看，他們是帶電的。這和事實是相符的。如果粒子中的電場平行排布（如圖一），那麽粒子是不帶電的。所以可以說電荷是電場輻射狀排布所產生的一種現象。
第七節 原子核的構成
我們都知道核反應中無論放出的貝塔射線是電子還是正電子，反應過程中電荷是守恒的。我們前麵已經討論過電荷是電場輻射狀排布所產生的一種現象。這就是說電子和正電子在核反應中從原子核內到原子核外其結構並沒有發生變化。否則的話電荷不會守恒。從核反應所放出的阿爾法射線，貝塔射線和伽瑪射線看。阿爾法射線是氦離子。伽瑪射線是電子和正電子的結合。貝塔射線是電子或正電子流。從這一點看我們可以說原子核是由電子和正電子組成的。多個電子和正電子的組合在某些結構下是相對穩定的，這便是我們所見到的象質子，中子等粒子。所以我們可以說物體是由電子和正電子構成的。或者可以說物體是由電場夠成的。
有人可能會想到核反應中所觀測到的中微子或其他小於電子的粒子。這些將在核反應中粒子的複雜性一節討論。但現在可以先將結論放在這裏。那就是一切密度小於電子和正電子的粒子都是在核反應時形成的。
第八節 重力場
既然我們所見到的粒子是由電場構成， 那麽又怎麽來解釋重力場呢？我們在前麵已經討論過物體是由電子和正電子構成。那麽由於相同電荷粒子之間的排斥和不同電荷粒子之間的吸引。電子和正電子間排布一定是相間的(如圖五所示)。同樣道理，當兩個物體相距一定距離時他們一定趨於相互吸引。這便是我們所見到的萬有引力。其實重力場是方向交替的電場。物體外圍的場的密度是和物體的質量成正比，和離物體的距離成反比的。所以萬有引力和物體的質量成正比，而和他們之間的距離成反比。
圖五 萬有引力的本質
Christian Beck and Michael Mackey從實驗中發現當電磁發射的頻率低到某一值時。發射的光子便消失了。於是他們試圖用暗能量來解釋這種現象。其實這種現象剛好和我們討論的重力場是交替的電場相吻合。由於重力場是低密度的電場，當光子的頻率低到小於重力場的密度後光子的結構便會被破壞而消失。這種頻率的極限應隨著重力場密度的降低而降低。這也同時證明了重力場和電磁場間是可以相互轉換的。關於Christian Beck and Michael Mackey實驗的解釋。建議讀者在讀完光子的吸收和發射以後再來讀。放在這裏隻是為了全書的結構更規整。
綜上所述我們可以說物質世界是由單一成分電場構成的。
說到這裏人們自然會產生一個問題。既然所有的力都是電場之間的作用，那麽為什麽各種力之間作用的大小有著很大的差別那？以上隻是討論了力的本質。力的大小和物體的結構以及物體間的位置是相關的。這個問題我們放在力的統一一節討論。
第九節 M1=aM2 的物理意義
現在來看一個不謀而合的例子。有兩個物體，他們的質量分別是M1和M2。那麽根據現代的物理學我們不難寫出M1=aM2, a是兩個物體質量差別係數。假設M1由兩種基本成分組成，M2也由兩種基本成分組成。那麽M1和M2的質量怎麽能進行比較那？隻有當M1和M2構成於一個相同的成分時才能進行比較。這就是說盡管我們以前沒有人明確指出所有物質構成於一個相同的組分，但我們一直在用著這一結論。
第十節 場密度
既然我們已初步認識到物質是由電場組成的。那麽物質從組成到變化是遵循一個什麽原則呢？這便是：場密度決定著物質的結構和變化。當兩種結構的電場相遇時。低密度的電場會被迫沿著高密度電場的取向而取向。象電子和正電子，一旦中心部分的電場取向形成，外圍的電場便會沿著相同方向延伸出去。當我們討論完光子的結構後。我們會更清楚為什麽光子會被物質吸收和發射。
我們已經看到。所謂的粒子是輻射狀的電場。同時也已經看到，高密度平行的電場可以破壞掉低頻率的光子。所以說我們任意通過的鬆軟無形的電場對於低密度的光子則是不可逾越的。
從目前的結果看在輻射狀排布的電場中，電子和正電子的中心部分具有最高的場密度。
第十一節 低密度電場的帶電粒子的存在
我們已經說過電子和正電子的中心電場密度達到最大。那麽類似結構但中心電場密度較低的帶電粒子應存在。理論上講任何密度低於電子和正電子的帶電粒子都應存在。但由於它的低密度性，它會很快被破壞而變成光子。這在討論完光子的形成後會變得更清楚。低密度的帶電粒子是一個自然存在時間很短的粒子。這樣我們就可以很容易理解the Fractional Quantum Hall effect了。
所以在原子核內部不會有其他低密度的電場的粒子存在。在核反應中產生的密度小於電子的粒子都是在反應過程中形成的， 象中微子等粒子。詳細的討論會在討論核反應中粒子的複雜性裏討論。
第十二節 物質的無邊性及物體的相對意義
因為我們在本書的最後一節才會討論宇宙的結構問題。從現在直到本書的最後第二節討論的都是宇宙內的物質的問題。請不要混淆。
從物體的組成成分電場以及電場的性質我們不難看出，物體是沒有嚴格的邊界的。象電子，它的電場會延伸至很遠直至它和另一個粒子相遇。重力場也是一樣，它總是從物體表麵發出直到它與另一物體相遇。從這一點看把粒子和場分立的來考慮是不切實際的。因為實際上它們從來沒有分離開來，它們是物質的不同部分，我們通常認為分立的物體實際上是和其它物體通過電場相連接的。我們通常所說的邊界隻是基於我們的感官所定義的邊界。從電場的水平看物體是沒有邊界的。
第十三節 真空
我們前麵已經提到通常情況下我們總是認為物體是有質量和體積的東西，而場則是鬆軟無形的。通過一係列的討論我們可以看到，物體是沒有一個嚴格邊界的。我們通常所說的邊界是人的感官或光子被反射時的邊界。對於同一物體,不同的波長的光的反射界麵是不同的。所以感受到的邊界也是不同的。象我們可任意穿過的重力場對於低頻率的光子則是無法逾越的。
由於物質的無邊界的性質，隻有在正電子和電子的中心和光子的雙球的中心是沒有電場存在的。我們通常所說的真空是沒有粒子，象原子，分子的空間。但場和光子是存在的。
第二章 運動
盡管上一章我們說所有的物質都是相互連接著的，但當我們在對某一特定物體做研究時，我們還是將研究對象和其周圍的環境分離開來的。象我們在研究桌子時我們是不會考慮他周圍的重力場的。因此以下要討論一些所謂分立物體的一些性質。首先從物體的運動開始。
運動可以說是貫穿於物理學的一個話題，從機械運動到相對論，運動幾乎伴隨於所有的物理學理論。下麵我們將分兩部分討論運動，一是物體為什麽要動，二是運動的絕對性和描述運動的相對性。
第一節 為什麽物體要運動
我們已經討論過構成物質的電場趨於均勻的排布。如果物體間電場不能滿足這一性質時物體便要改變彼此的位置而使其達到這一狀態。於是便產生了力和運動。
1) 滾動
象構成物體的電子和正電子的球狀結構一樣，電子和正電子組合的相對穩定狀態也多半是球態，象原子核，星體等等。這種結構使其很難與其周圍的環境達到平衡而使其靜止。當兩個球體相遇時，他們彼此以相切的方式接觸。物體間試圖通過滾動來達到平衡，但他們永遠也達不到平衡，所以這種滾動便一直進行下去。由於物體質量的差別，質量小的物體總是繞著質量大的物體滾動。象電子繞著原子核的運動。這種運動中物體間沒有靜的電場的傳遞。光子的運動是最典型滾動運動。這將在第三章作詳的的討論。
2) 平動
現在來分析一個簡單的電子在電場中的運動。由於外部電場的存在，電子內電場原有的對稱結構被扭曲，電子為擺脫這種扭曲便運動，如果外部電場為單電子產生的，那麽就是電子與電子之間的作用。我們知道電子與電子之間是相互排斥的。在兩個電子被放到一起時必須有一定的外力來推動他們才能使他們接近，在外力作用時電子周圍的電場密度加大。當外力突然消失時便會有一部分多餘的電場仍然留在電子周圍，由於排斥作用電子向相反的方向運動，這些多餘的電場便隨著電子而運動，從而使電子無法回到其對稱的狀態。電子便會以一定的速度運動直至他和其他物體相遇或與周圍所接觸的電場作用而使這部分多餘的電場轉移到被接觸的物體，其速度才會降低下來。
在一個由多個電子和正電子構成的物體，象原子核所產生的電場中，電場的方向是交替的。在不帶電的物體周圍兩種方向的電場密度相等（如圖六）。如果物體中一種電荷多於另外一種電荷。那麽電場的密度就會不相等。比方說一個帶負電的粒子電場方向向外的密度就要小於電場方向向內的密度（如圖七）。所以總體上看物體是帶負電的。如果一個電子被放在這種場中電子是會受排斥的。但在這種狀態下，電子和物體的作用依然是排斥的。造成電子運動的因素同樣是由於一部分多餘的電場使電子無法回到原來的對稱結構。
無論在哪一種情況下都是由於一部分多餘的電場造成電子的運動。這部分多餘的電場就是我們所說的動量或動能。他在與其他物體碰撞時會轉移到所碰撞的物體。從而使被撞的物體失去原有的平衡而發生運動。
同樣的道理，物體由於失掉一部分電場而使原來的平衡被破壞，也同樣會造成物體的運動。
總之，物體由於獲得或失去一部分的電場而使物體失去原有的平衡，使其發生運動。
圖六 中性粒子表麵的電場
圖七 帶負電荷粒子表麵的電場
第二節 運動的描述
我們通常用速度來描述運動。這便產生了一個新的問題。那就是運動的相對性。如圖八兩個相同質量的物體。B是靜止的，A以一定的速度V向B運動。如果假定A是靜止的，那麽B則以速度-V再向A運動。這個問題的產生主要是由於我們用以描述速度的長度是一個相對量。比方說C和D間的距離可以是CD或-CD這完全取決於你怎樣選擇坐標係。同樣的道理時間也是一個相對的量。
圖八 物體運動示意圖
如果從A和B相撞時電場的傳遞來看。假設碰撞時電場從A轉移到B。無論我們定義什麽樣的坐標，電場的轉移是一定的，總是從A到B。
理論上講我們可以定義一個絕對靜止狀態，那就是一個完全不受任何外界電場影響的電子或正電子所處的狀態。但由於物體間的無法分離性，這種狀態實際上是不存在的。所以理論上講運動是有其絕對意義的。相對運動的概念是來自於我們對運動的描述。以及實際上絕對靜止狀態的難以發現。
這裏要提到一點關於運動中係統內部各部分的狀態改變。比方說兩個完全相同的物體，一個放在地麵上，一個放在運動的車上，那麽相對於地麵上物體，車上的物體的內部結構是不同的，因為他比地麵上的物體多了一部分使其運動的電場。比方說當我們推車的時候，我們通過推動而使一部分電場轉移到車上，這些電場使車上物體內的每一個質點的結構發生了變化，因而整體發生運動。如果車上的物體和車之間絕對光滑，電場則無法充分轉移，所以當車動時物體就不能和車一起運動而出現滑動。所以說運動物體中內部的各個質點必須都發生了狀態或結構的改變，整個物體才會運動。這一例子說明同一物體在不同的運動狀態下其內部結構是不一樣的。
從以上的討論看運動是對物體的平衡程度的量度。我們可以用相對運動來描述物體相對於參照體係的平衡程度。但我們必須清楚，參照體係本身可能也在運動。真正衡量物體是否平衡，必須參照絕對靜止態的電子和正電子。
第三節 動量和動能
我們以前不清楚動量和動能是什麽東西，事實上動量和動能都是用其產生的效果來描述的。象用mv來描述動量，1/2mv2來描述動能等等。同樣的道理由於速度的相對性，物體的動量和動能也都是相對的。如果我們用電場轉移的量來描述運動的話，動量和動能是有其絕對意義的。動量和動能就是在物體碰撞時發生轉移的那部分電場的量度。
盡管現在我們已經知道了動量和動能是對物體作用時發生傳遞的電場的量度。但用電場傳遞的量來描述他們也是很難的，第一是他難以檢測。第二是往往所傳遞的電場同時也有可能轉變成其他的形式，象光，熱等。
在電子沿原子核一類的滾動中，物體間沒有電場的傳遞。我們依然用角動量和動能來描述這種運動，但這種角動量和動能和平動動能是不同的。他們代表著粒子間的距離和相互作用的強度。
第四節 速度和質量的關係
這裏要說明一下物質的質量和運動是否有關聯。根據下麵愛因斯坦的公式似乎速度和質量是有關聯的。比方說一個電子的速度要想達到光速其質量會是無窮大，實際上電子隻要和一個質量相等的正電子結合，他的速度就可達到光速。所以說速度或者說運動是和質量沒有關係的。運動主要取決於物體間的不平衡程度。質量的增加和減小都可能造成不平衡，從而使物體運動。運動是完全和結構有關的。
（無法把公式寫在這裏）
這裏m是物體運動質量，m0是物體的靜止質量
第三章 光
在電子和正電子作用一節，我們已經提到了伽瑪射線的光子結構。不難想象其他低能量的光子應具有相同的結構，但密度比伽瑪射線低。也就是說雙球中心的電場密度比電子和正電子的中心密度低。伽瑪射線是質量最大的光子。
第一節 光子的運動（1）
在第二章裏我們分析了滾動，象電子繞原子核運動。其實光子的運動是分析滾動最好的例子。光子內的正電部分和負電部分是一個最為不平衡的組合。他們試圖通過滾動來達到平衡，但他們永遠也達不到平衡，因此他們便一直彼此滾動下去。但不同的是構成光子的正電中心部分和負電中心部分大小相同，質量相等。這樣他們不會使一方繞著另一方運動。於是他們便以一定的速度向前運動，但彼此之間是轉動的。這種運動看上去象齒輪運動。所以說運動是光子本身的特性。他的速度是由其自身決定的，與發光體的速度沒有關係。但光子和所通過的介質間的作用是始終存在的，所以光速是受介質影響的。
如果在光子的正電中心和負電中心畫一直線，那麽光子的電場分布是軸心對稱的。這就說光子向垂直於這一對稱軸線的各個方向的運動是均等的。他的運動方向取決於他的起始狀態。一旦他在某種作用下方向確定，他便會沿著這一方向以其固有的速度運動下去直至他和另一高密度的介質相遇，象光的反射和折射等，他的方向才會改變。但無論方向如何，他的運動方向總是和光子中心的對稱軸相垂直的。
第二節 光的波動性
盡管我們常見的水波和光波都有波動的現象，但他們在波動的本質上是不同的。
1） 介質波：
最為常見的波動現象是水波。由於波源某一點的簡諧振動，使得其他部分發生波動。這一種波動的特點是某一點的運動是簡諧振動的，但整體是波動的。波動是借助水這種介質來實現的。由於介質的存在當兩束波相遇時來自兩束波的力在同一點可以相加減。那麽波的幹涉現象便很容易理解。
2） 非介質波： 光子的波動現象則不然。下麵我們來詳細討論。
光在運動時並不需要借助某種介質。他是自己向前運動的。就多個光子而然，向相同方向運動的光子彼此是關聯著的。這種關聯同時存在於相鄰的光束間。 如圖九所示，很明顯光束是波動的。光的波長就是兩個光子間的距離的二倍。高密度的中心電場的光子相互間作用較強，所以波長較短。反之亦然。
圖九 光的波動示意圖
當兩束光發生幹涉時，光子不可能由於彼此的作用而消失。但由於相鄰光束間光子的相互關聯，使其在通過狹縫後再相遇時發生作用，因而出現了在某些區域密度增強，某些區域減弱。如圖十所示。暗區的光子由於彼此的作用而在亮區出現。從而出現了幹涉條紋。暗的部分是光子由於排斥而沒有光子出現，亮的部分是光子相互吸引而出現的部分
圖十 雙縫幹涉示意圖
第三節 光子的吸收和發射
光子同時具有正電和負電中心，當光子和原子接近時，他的正電中心和負電中心同時被原子核和核外電子所吸引。由於光子內的電場的低密度性，光子內的電場被迫沿原子核內的電場取向，從而使光子被破壞。這便是光子的吸收。如圖十一 。
由於吸收了光子的原子具有了多餘的電場，使得整個原子能量增高，電子遠離原子核。這就是我們所說的激發態。當電子回複到原來的狀態時，這部分多餘的電場便以平行的狀態釋放出。由於平行狀態的電場的不穩定性。他會迅速形成光子或其他中心密度小於電子的帶電粒子，但由於帶電粒子不能象光子一樣快速離開發光物體他便會很快被破壞最後變成光子。可見光子由於其快速運動的性質而使其得以長時間穩定存在。也正是光子的存在和運動使得物體間能量得以傳遞。才使我們的物質世界這樣豐富多彩。
另一種可能是兩個光子或多個光子可能結合在一起而形成一係列粒子。也就是我們以後要討論的核反應中形成的中微子（neutrino），這種粒子類似於電子和正電子形成質子，中子等粒子，所以光束中會有中微子的存在。但由於其密度低，他們沒有電子和正電子形成的粒子穩定，極容易在強電場下被破壞。
由於伽瑪射線內的正電和負電中心的電場密度較大，原子內的電場無法破壞他的結構所以他可以進到原子核內部。
圖十一 光子被吸收示意圖
由於光子內電場的低密度性光子是可能容納更多電場的，所以說光子可能發生耦合。如果兩個光子的電場的量的加和等於或小於伽瑪射線內的電場密度，他們就有可能發生耦合。比方說一個單一頻率的光，就可能部分耦合成頻率高於一倍的光。這種耦合極易發生在光子形成的時期。
第四節 光子的運動（2）
通過對光子的吸收和發射的討論我們看出。光子在被吸收時並不象一般機械運動時電場是向固定方向傳遞的。他的所有電場是被分布在電子的躍遷或熱振動等類似的運動上。而不是加在整體的平動上，所以說在這種情況下，光子看上去沒有平動動能和動量。
當光子和物體相遇而發生反射時，光子可能失去一部分電場而使其能量減低。從而使反射光的能量低於入射光的能量。這種現象就是光照可以使被照射的物體獲得動能而運動（solar sails）。光子失去的能量便是物體獲得的能量。
另一點明顯的現象是當光子從光疏介質進入光密介質時速度下降，但當光子回到原來的光疏介質時又回到了原來的速度。這在機械運動中是見不到的。比方說一顆子彈打到牆壁時他的速度會下降，當他穿透牆壁重新回到空氣中他的速度不會回到其進入牆壁時的速度。子彈在穿透牆壁時失去了一部分動能或動量，因而速度下降。光子則不然，他的輻射狀的電場是和其周圍的環境相平衡的。那麽隨著外圍的場的密度的減小，他的中心的電場密度便會減小，所以他的波長也會變大，速度亦會變大，反之亦然。但光子在整個運動過程中並沒有失去任何電場。
第五節 光速
想象光的運動好比兩個齒輪的轉動。光的速度是由兩種因素決定的：一是齒輪的半徑，波長大的光子有較大的轉動半徑，那麽他轉動快些。另一是齒輪的轉速，波長小的光子由於作用較強，轉動的要快些。這兩種因素是矛盾的。不過就光在光密介質中的速度和波長成正比看，齒輪的大小起決定性作用。
前麵已經提到，我們所定義的真空是指沒有原子和分子存在的空間，但我們無法擺脫場的存在。其實當光穿過玻璃一樣的固體時，也隻是那部分通過原子和電子間的間隙的電場的光子才能穿過物體，與原子和電子相遇的光子將會被反射。這和光子通過我們通常所說的沒有原子和分子而有場的真空是一樣的。光速在同一介質中是和波長成正比的，所以光通過我們通常所說的沒有粒子的真空時，光速是和光的波長成正比的。所以說愛因斯坦的關於真空中光速是一常數是不對的。
第四章 能量
我們已經看到光子在吸收和發射時的變化。當光子被吸收時，他的原有的結構完全被破壞，構成光子的電場全部和物體的電場結為一體而使物體的能量增高。一般的物體在碰撞時隻有很小一部分的電場發生轉移或交換，所以我們可以看出，能量是低密度的電場在物體作用時發生了轉換的那一部分。由於他的低密度所以他的質量通常被忽略。
嚴格的講動能和動量是很難達到守恒的。因為電場是趨於向著平衡的方向排布，那麽這部分使物體失去原有平衡的動量更會趨於向熱的形式轉變， 從而使物體達到一個新的平衡。不過在物體碰撞的瞬間，可以近似地認為動能和動量是守恒的。
以上的討論也能幫助我們更好的理解為什麽功在不引起環境變化的情況下可以轉變成熱， 而反之則不然。因為熱是一種更能使物體趨於平衡的狀態。
牛頓第一定律中所說的物體在沒有受到外力作用下保持其勻速直線運動的說法是不正確的。首先不受外力的作用是不存在的。物體之間是通過電場連接在一起的，彼此之間是相互作用著的。再就是隨著平動動量向熱的方式轉變，物體的平動動能在減小，速度也會減小。
由於物質的無邊界的性質，隻有在正電子和電子的中心和光子的雙球的中心是沒有電場存在的。我們通常所說的真空是沒有粒子，象原子，分子的空間。但場和光子是存在的。由於場的存在，他可以和其他物體作用或進行傳遞。這便很容易理解為什麽會有真空能量了（Vacuum Energy）。
第五章 一些其他的物理現象
第一節 質子的結構和穩定性 物體的穩定程度總是由其內部結構和外部環境兩點決定的。現在來討論質子內部結構的穩定問題。
我們都知道質子是一個穩定的粒子。根據以上的討論我們已經知道他是由電子和正電子構成的。由於粒子間電場的存在，多個粒子結合而形成的大一點粒子時，其質量用簡單的將小粒子加和顯然是不準確的。比方說質子的質量是電子質量的1836.15267245倍， 但實際上他可能含有1835，1837或其他個正電子和電子。不過從質子帶一個正電荷來看。質子應是電子的奇數倍。而且正電子數剛好比電子數多一。我們取一個離1836.15267245最近的奇數來討論以下的問題。假設質子質量是電子的1837倍，實際上可能是1835或其他的數值。因為他帶有一個正電荷，那麽不難算出他含有（1837-1）/2=918個電子和919個正電子。這些電子和正電子是怎麽排布的現在還不是很肯定。但這並不影響我們來理解質子的穩定性。要想使係統穩定，近似於球態的結構應是最為理想的。因為隻有球態才能使相同的粒子所處的環境相同。那麽不難想象質子的中心是一個正電子，然後電子和正電子一層一層向外排布。隨著半徑的增大每一層的電子和正電子的數量隨之增加。為保持每一層的平衡，同一層的電子數和正電子數應是相等的。這種排布的問題是層與層之間的排布並不是以剛好相間的方式排布。粒子間會彼此調整來試圖使自己平衡。由於電子和正電子的球態結構，這種平衡隻能是動態的，也就是說粒子間試圖通過運動來達到平衡但永遠也達不到平衡。這也是很難確定質子內部電子和正電子排布的主要原因。
圖十二是質子表麵電子和正電子的排布。由於中心的正電子的吸引，電子位置的表麵會略微下凹。下凹的程度隨著層數的擴大而減小。從總體上看中心正電子的電荷平均分布在表麵上。盡管總體上的帶電量是一個正電荷，但隨著表麵積的增大，單位表麵積的向外的電場強度減小。這勢必導致其對下一層的作用減小。當這種排布達到某一層時，這種排布便不再穩定，這便是質子的邊界。這裏所說的穩定是指層與層之間的穩定。
圖十二 質子表麵示意圖
由於質子帶有一個正電荷。那麽他試圖吸引一個電子來使其穩定。但這個電子無法在質子的表麵找到一個合適的位置來穩定整個係統，他便繞著質子運動。這就是氫原子。從電子以電子雲的形態繞著質子運動看，質子內部粒子在不停的運動是合理的。由於質子內部電子和正電子的運動，質子外任何一點的電場的強度和方向隨著時間是不斷變化的。這樣質子外的電子的運動會隨著質子內的粒子運動而調整。電子離質子的距離是隨著所在位置的場強和場的方向而變化的。把電子可能出現的位置畫出來，就是我們所說的電子雲。如果質子是一個完美的球，電子的運動軌道離質子中心應是固定的。以上討論了質子穩定的內部因素。質子的穩定性是隨著環境的變化而變化的。在“中子星”一節我們將看到這些。
第二節 為什麽核外電子的運動是量子態的
討論至此我們自然會想到另外一個問題。那就是為什麽核外的電子是量子態的呢？這主要是質子的結構並不是一個完美的球，如果將質子中每一層的電子和正電子的中心用直線連接的話，我們將得到一個多麵體。現在舉個簡單的例子。如果將一個長方體放到桌子上，隻有當長方體的一個麵和桌麵平放才是穩定的。也就是說有六種穩定態。那些介於這六種狀態之間的狀態是不穩定的。構成質子的各層電子和正電子中心所組成的多麵體之間也是在某些特定的狀態下才穩定的。介於穩定態之間的過渡態是不穩定的。當光子被原子吸收後，來自光子的電場在整個原子中重新排布，他在改變核外電子的位置的同時，也改變著核內部的電子和正電子的排布。如果原子所吸收的光子剛好使整個係統達到一個穩定態的話。這種吸收是可能發生的。也就是一個相對穩定的量子態。所以說核外電子的量子化現象是核內結構變化的一個反應。一個明顯的例子，正電子也帶有一個正電荷，他和電子作用時就沒有量子化的現象。
薛定諤方程所描述的量子態和原子核造成的量子態是怎樣的關係呢？現在先看一下氫原子光譜，按照薛定諤方程的結果，氫原子光譜應是最為複雜的。因為氫原子隻有一個核外電子，在所有允許的能級的躍遷都是可能發生的。在其他元素的原子中，隨著核外電子的增多一些近核軌道被電子充填，所以有一些躍遷是不可能發生的。這樣不同元素原子光譜隨著核外電子數的增加應越來越簡單。另外，由於各原子外圍的軌道都是一樣的。隻是軌道間的能量差在不同的元素中是不同的，這可導致各元素原子光譜的發射頻率不同，但光譜的模式應是類似的。比方說在元素周期表中鈉以前的元素從高能級到3s軌道的光譜都應是一樣的模式。隻是發射的頻率不同。但實際的情況並不是如此。氫原子的光譜最為簡單，隨著原子核外電子數的增加，光譜變得越來越複雜。原子光譜也不是按照一個固定的模式進行的。如果按照薛定諤的方程所描述的量子態，同一種元素的各同位素應該有同樣的原子光譜。但實際的情況則不是這樣的。
實際上薛定諤方程給出的是在一定能量狀態下核外電子的排布。所以他在解釋原子的化合價以及原子在化學反應中的行為時很成功。但他所描述的量子態的概念和實際原子光譜量子態不是一個意思。實際上的原子光譜的量子態是由於原子核的量子態決定的。比方說氫原子有一個質子，他的量子態應是最少的。他的光譜最為簡單。他的同位素氕的原子核比氫原子核多了一個中子，他的量子態和氫原子是不同的。他們的光譜也是不同的。隨著核內質子數的增加，核內穩定的量子態也在增加。光譜也就變得越來越複雜。
我們可以說一個核內的量子穩定態應對應一組薛定諤方程的解。這樣可能會更有助於理解。所以說當原子吸收一個光子後不僅僅一個電子被激發，是整個原子被激發到下一個量子態。
第三節 中子的相對穩定性及其在原子核中的狀態
下表是一組氦原子各同位素中中子的質量。從計算的結果看，中子在不同的同位素裏的質量是不同的。這就是說中子不是一個質量固定的粒子。前麵已經討論了質子的穩定性是由其結構決定的。如果把質子中心的正電子換成電子，那麽就是一個反質子。反質子和質子的穩定性應是相同的。質子與反質子相遇會彼此湮滅掉。質子和質子間的作用應是排斥的。如果兩個質子間公用一個電子，他們是可以存在的，但兩者的結構都和氫原子的結構類似。不會形成穩定的原子核。如果彼此公用一部分電子和正電子，使得彼此的結構都和質子一樣，那麽彼此的結構都會穩定如圖十三所示。其實在原子核內部質子和中子是等同的，他們是均等的。所以中子在原子核內是穩定的。但當中子離開原子核後，他便不再穩定了。不同的原子核中質子和中子的公用部分可能發生在兩個，三個或更多的質子和中子間。所以質量的損耗也不同。
（表）氦原子不同同位素中子質量的差別
氦同位素 He23 He24
電子質量（Me） 0.00054863
質子質量（Mp) 1.007825
氦同位素原子質量(Mhe) 3.016029319 4.002603254
氦原子核中的中子質量 （Mhe-2Mp-2Me） 0.999282059 （Mhe-2Mp-2Me） 1.985855994
氦原子核中每個中子質量 （Mn ） 0.999282059 0.992927997
質子和中子質量差 （Mp-Mn） 0.008542941 0.014897003
質量差折合成電子數 (Mp-Mn)/Me 15.57140678 27.15309576
從質子和中子在原子核中的結構看，質子中電子和正電子並不是一種最為合理的結構。電子和正電子在中子星中的結構應是更穩定的。 質子和中子公用的部分
圖十三 質子和中子在原子核中的示意圖
第四節 核反應中粒子的複雜性
我們已經討論過原子核是由電子和正電子組成。他們的組合在某些狀況下較穩定。核反應相當於原子核內部的粒子間的一次重組。在新的，穩定的原子核形成時，多餘的粒子便會釋放出來。常見的象伽瑪射線，貝塔射線，等等。其實任何小於中子和質子的粒子都有可能出現，他們可能帶正電，帶負電和不帶電。這也就是我們所說的介子（Meson）。
變化時，低密度電場沒有足夠的電場形成象電子一樣高密度的粒子，一些電場密度低於電子或正電子的粒子便會形成，他們可能是光子，也可能形成多個正負電中心但每一個中心密度都低於電子的中心密度的粒子。他們可能帶正電，帶負電和不帶電。一般帶電的粒子容易被其他物體捕獲而被破壞，中性的粒子可能有較長的存活時間。這主要是其不容易為其他帶電體所吸引。這些中性的粒子就是我們所說的中微子（Neutrino）。但由於其低密度，他們會被高密度的電場破壞。象在Cowan–Reines neutrino experiment 中中微子被質子捕獲而被破壞。其實中微子不是一個有固定質量的粒子，他是一係列的粒子。他的質量可以有很大的範圍。這完全取決於有多少類似於光子的粒子加入到其內部，再就是每一個光子內電場的密度如何。目前普遍的觀點認為中微子有很強的穿透力，很難捕獲。其實他的穿透能力完全取決於他的內部粒子的電場密度。但無論如何他們是不會穿透原子核的。他的難捕獲的一個主要原因是他內部的電場的低密度，這種低密度電場的粒子極容易被高密度電場破壞而消失。這就像伽瑪射線的光子在近原子核的強場下可被分裂成電子和正電子。但低頻率的光子則不能被分裂成帶電粒子一樣。因為低頻率的光子在分裂中被破壞掉了。
另外一個敏感的話題是中微子的運動速度。其實中微子的速度和他的質量是同樣不固定的。他的速度完全取決於構成中微子的類似於光子的粒子的電場密度和數量。象一個由長波長光子構成的中微子可能比短波長的光子的速度快。
第五節 量子理論的成功及其局限性
前麵我們已經討論過了原子穩定態的量子特性。盡管這和波爾假設有著一些出入。但這在解釋原子光譜上是很合理的。薛定諤方程在假設原子核是球狀的情況下給出了核外電子的排布。這在解釋原子在化學反應中的行為時是非常成功的。但在量子力學中我們忽略了粒子外低密度的電場。這和我們研究椅子時忽略椅子周圍的重力場是類似的。所以說量子力學理論是一個近似的理論。後來又發展出量子場理論。就場本身而言量子的概念顯然是不對的。所以說量子場理論在某些特定情況下可能會給出一些與實際情況接近的結果。但其理論基礎是不對的。
第六節 中子星
當行星的密度變大時，原子核外的電子運動空間會越來越受到限製，最終電子和原子核結合到一起而使得我們所說的原子結構消失，質子的結構也同時消失。在這種結構中電子和正電子以更加密集的結構排布（如圖十四）。由於這種結構使得原子核與電子間的空間消失，那麽整個星體的密度會變得非常大。這就是我們所說的中子星。電子和原子核，質子和中子在靠近時會將它們之間多餘的電場以光子的形式放出。所以星球在向中子星過度時會釋放出很多光子。中子星的密度應比原子核的密度大。中子星已不存在我們所說的原子，也已不會有光子發射。所以人們說中子星是一個冷的星體。 這就是我們前麵所說的質子在特定的外部環境下的不穩定性。
圖十四 中子星中電子和正電子的密集排布。
第七節 黑洞
在討論電子和正電子的結構的時候我們已經提到了除了輻射狀的結構，電場還有一種相對穩定的結構，那就是他的環狀結構。因為隻有環狀或球狀結構才能保證電場的均勻性。由於這種環狀結構的電場密度可以達到很高。所以他可以使電子和正電子的結構解體。這就是為什麽他可以吸收所有的其他物體。從上麵看他的結構象一個漩渦。這就是我們所說的黑洞。如圖十五所示。
圖十五 黑洞示意圖，圖中的箭頭是指電場的方向
黑洞在形成前一定是先形成類似於中子星的高密度結構。這樣的高密度能夠保證其電場的密度足夠高，從而有破壞其他星體的能力。這也是其能夠存活的前提。低密度的電場也會形成類似的結構，但由於其低密度使其無法存活很長時間。
從結構上看象黑洞這種環狀的結構顯然沒有輻射狀結構的電子結構穩定。所以一旦他的密度達到一定程度或由於外來的因素使其密度產生很大的不均勻。他的結構就會遭到破壞而使其從新變回輻射狀的電子和正電子的結構。從而形成新的星體。
第八節 質量和重量
盡管質量和重量的概念在初學物理時已經做過明確的表述。但在很多物理學問題的討論時還是被混為一談的。質量是指物體所含物質的多少。白話講就是物體裏含有多少東西。而重量是指物體與其他物體，象地球或月球所產生的力的作用。同質量的物體的重量是隨位置的變化而變化的。那麽現在來看一些說法的錯誤。我們經常說光子的靜止質量為零，既然光子是電磁場，那麽就是說他包含有某種物質。隻是由於其結構的特殊性所以他必須運動，在任何情況下他都是有質量的。我們經常說某些粒子的質量為零，這種說法同樣是錯誤的，即便是電場和重力場也是有其質量的。
第九節 宇宙射線
我們已經討論了重力場的本質以及光的吸收和發射。那麽星體在運行時由於他們之間的距離的變化，他們一直在做著光子的吸收和發射的運動。所以會有電磁波的發射和吸收。發射的電磁場就形成了宇宙射線。
第十節 紅移和藍移
當光從高密度的重力場運動到低密度的重力場時光的波長變大，反之光的波長則減小。我們稱其為紅移和藍移。其實這一過程和光子從光疏介質進入光密介質時速度減小，從光密介質進入光疏介質時光的速度增加是一樣的道理。
同樣的道理電子以及所有的粒子的中心電場密度都是隨著其周圍環境的變化而變的。
第十一節 暗物質
暗物質是在用牛頓萬有引力定律計算某些星體的作用時，由於計算結果和實際的值有著很大的偏差。所以人們認為係統中一定存在一種暗含的物質，是這種暗含的物質造成了偏差。這是一個典型的無限推廣牛頓定律給我們帶來的困惑。如果我們知道任何物體間的作用是和其結構和成分有關的話，我們便會集中精力去研究不同星體的結構和組成與其他星體的不同，而不會把精力放在尋找一種不存在的暗物質上。
第十二節 平行排布的電場
實際上，世界上的確存在很大量無法檢測的物質。這就是存在於星體間的平行排布的電場，因為平行排布的場是無法用現在的檢測手段檢測到的。隻有當他們形成象電子或光子一樣的球狀結構時才能被我們檢測到。所以說這部分物質對我們來說是暗的。
第十三節 反物質
我們常見的物質是由帶正電的原子核和帶負電的電子構成。原子核帶正電是因為組成原子核的正電子多於電子。如果電子多於正電子那麽原子核就會帶負電，這樣的原子核將被正電子所環繞。這就是我們所說的反物質。當反物質和物質相遇時，核外的電子和反物質核外的正電子相遇而產生伽瑪射線，然後帶正電的原子核和反物質中的帶負電的原子核相遇而發生類似於核反應的組合，產物可能是伽瑪射線以及一些其他的粒子。由於這種作用，世界上的物質隻能存在於一種形式，要麽我們所見到的物質，要麽我們所說的反物質。反物質隻有可能存在於一些核反應後。但一旦他和普通的物質相遇便會消失。
第十四節 電子的自旋
由於電子的球狀結構他很難和周圍的環境達到平衡那麽他便要向著平衡的狀態運動。而球狀的電子和球狀的原子核隻能以相切的方式接觸，這造成了電子以滾動的方式無限地圍繞著原子核運動。所以電子是有自旋的。其實星體運動也是一樣，地球在進行公轉時也在進行著自傳。
第十五節 物質波
在討論重力場時我們已經看到，除了象電子和正電子一樣的單電荷粒子外，所有物體外圍的場都是方向相間的。那麽物體做相互運動時必定是波動的。對於體積小的物體，比如電子的波動現象要比體積大的物體比如籃球，更為明顯些。這就好比在同樣的水波中，一片樹葉要比一艘輪船的波動更明顯一樣。
第十六節 力的統一
以上的討論告訴我們所有的力都是由於構成物質的電場趨於均勻排布而產生的。既然所有的力都是電場之間的作用，那麽為什麽各種力之間作用的大小有著很大的差別哪？物體之間的作用力的大小是和他們之間的場密度成正比的。物體間的場密度是和物體的質量和物體間的距離有關的。同時物體的結構也影響電場的取向，從而影響物體間的所用。牛頓萬有引力定律，庫侖定律以及核內粒子間的近距離作用等隻是近似的描述了一些特定情況下的作用。實際上的作用要複雜得？多。理論上講每一對物體間，在每一個不同的相對位置，在每一個不同的時刻都應有不同的表示。因為物體內部的粒子是在不停地運動著的。再一個造成物體間作用複雜的原因是，隨著物體間位置的變化，他們內部的粒子的排布也在變化。這類似於相互極化。
物體之間作用是吸引還是排斥是由電場的取向和物體間的距離決定的。比方說萬有引力, 當兩個物體相距一定距離時他們是吸引的。但隨著物體的接近排斥作用增，這和電子與正電子作用形成光子的情況類似。這就是為什麽下落的物體會停在地麵上。
當然我們希望用一個簡單的數學方程能解決所有的力的作用，但實際上是不可能的。為簡化解決實際問題。我們可以在特定情況下用某種數學表示。但我們必須記住這種表示是做了一定的近似的。對一種數學表示的無限推廣利用會給我們帶來一些不正確的結果。這就是為什麽在某些情況下牛頓萬有引力和庫侖定律計算的結果和實際會有偏差。
我們前麵已經提到速度或運動是隻和結構有關聯的，那麽不難看出，力是和結構和質量同時有關係的量。
第十七節 變化的本質
由於物質是由單一成分電場構成，那麽物質間的變化隻是一種結構的變化，由於結構的千變萬化使得物質世界紛繁複雜。其實我們所說的化學變化也隻是電子或原子及原子集團的遷移而造成的。對於電場來說也是一種結構變化。
第十八節 存在
我們說的物質的存在是指我們的感官或借助於某種檢測係統能檢測到的物質。檢測係統是根據被檢測對象和檢測係統間發生作用而感覺到其存在的。如果被檢測的對象和檢測係統間沒有作用我們認為物體是不存在的。
我們已經知道構成物質的電場間由於其趨於均勻排布的特點而產生作用。那麽電場與其他物質間不存在這種排布規律，所以說我們無法檢測到非電場物質的存在。世界上可能存在很多種其他種物質。但我們無法感覺到它。所以對於我們來說是不存在的。
第十九節 測不準原理
既然對物體的檢測是基於檢測係統和被檢測物體間的作用。那麽在作用時彼此都會發生變化。我們檢測到的結果是變化後的物體的狀態。所以說對物體的測量是無法測準的。
第二十節 守恒定律的絕對和相對性
通過以上的討論，我們看到，電荷，動量，動能等都是電場的一種存在形式。所以說他們的守恒都是相對的。隻能在一定條件下，或一定的誤差範圍內是守恒的。隻有質量守恒是在任何情況下都成立的。
第二十一節 物質時間和空間的關係
物質是實實在在存在的東西，而時間和空間則是用來描述物質的，是數學概念。當前的物理學認為空間和時間決定了物質的運動和變化。於是便有了時間隧道，曲線空間的說法。現在我們來看其是否合理。
目前討論很多的是時間隧道，也就是是否存在一個隧道使時間倒流。我們可假設這一隧道的存在。那麽我們可以回到昨天。這就意味著你周圍的世界都要變成昨天。那麽從昨天到今天的變化都要向相反的方向變化。這種變化一定是違反所有的自然規律的。所以說時間隧道是不可能存在的。
這裏我們還要討論一下變化產生的原因。如果有一塊鐵，我們把它放在一個與其他物質隔絕的環境下，我們可以把它沿任何方向運動，放置任何長時間，它都將保持其原有狀態。如果我們把它放在鹽酸裏，他很快就會和鹽酸反應消失而變成別的東西。這就說造成物質變化的不是時間和空間而是其他的物質。這就說明物質的變化不是由時間和空間決定的。而是由與其相接觸的其他物質有關的。但我們需要時間和空間來描述物質的大小，變化的快慢等等。
同樣的道理物質的運動不是由於空間的形狀決定的，而是由於其所處的環境中的其他物質決定的。象一個電子如果沒有原子核的束縛他就不會沿著軌道運動。星體的運行也是一樣的。
我們一直認為因為有了空間所以物質才能存在。實際上由於有了物質我們才定義了空間來描述物質。比方說我們說有沒有空間實際上是指有沒有物質的存在。如果沒有物質空間永遠會存在的。比方說一個屋子有沒有空間是指屋子裏有沒有其他的物體。沒有空間是指有其他的物體存在。我們不能人為的將空間挪走。
這也是本書的目的。我們要首先認識物質對象的組成和結構，然後用速度，長度來描述他。而不是建立一個空間和時間的模型來推導物質運動和變化的性質。這就是目前物理學中主要困惑。
第二十二節 數學在物理學及科學中的作用
最後在這裏提一下數學在自然科學中的作用。這主要是因為目前的數學演繹在自然科學理論，特別是理論物理中的應用有著很多不妥當的地方。科學中的數學和純粹的數學有著關聯但又有著本質的不同。比方說一滴水加上一滴水，用純粹的數學就會容易地得出結果是兩滴水。但科學上得出的結果可能是兩滴水，也可能是大一點的一滴水。大一點的一滴水可能是在平麵上，也可能是在毛細管中等等。如果用數學來描述的話，每一種情況都要對應一套數學表述。同樣的道理，當我們用數學來表述一種自然現象時，首先要清楚我們描述的對象到底是什麽樣的。在進行數學演繹時每一步都要以實際自然發生的情況為依據，而不是簡單的數學演算。這樣我們的結果才能如實地反應客觀的事實，才是可靠的。比方說牛頓定律和庫侖定律中的力，在他們建立起這套演算時，我們不知道力是什麽，也不知道影響力的因素是什麽。那麽當我們用這一定律運算時就要想到他們可能在某些情況下不準確。能量，動量也幾乎貫穿於所有物理學推導。但我們並不清楚他們是什麽，所以有很多時候我們對一些數學演繹的結果變得不知如何解釋。
第二十三節 宇宙
關於宇宙的形狀以及他是有限的還是無限的問題一直是物理學以及人類感興趣的話題。宇宙到底是什麽樣的哪？現在從構成物體的最基本粒子電子和正電子的結構來看這個問題。
我們已經討論過電子和正電子的電場密度隨著距離遠離其中心而逐漸減小。這個遞減規律是由電場本身的性質決定的。雖然我們還不清楚他的遞減規律的數學表達。但當距離達到一定遠的時候，電場的密度會降至為零。這也就是電子和正電子的邊緣。這種完整的電子和正電子就是我們在第二章提到的絕對靜止狀態的物體。從星體間存在相互作用看，電子外的電場可以延伸到很遠。可見完整的電子實際上是一個很大的粒子。在我們通常的環境下，這種狀態是不存在的。因為電子和正電子外的電場密度在沒有達到零點以前就已和其他粒子外的電場相遇了。
由於電場的遞減速度是由電場本身的性質決定，中心電場密度低的粒子有較小的半徑。
構成物體的基本粒子電子和正電子的相互吸引決定了宇宙內物體間應是互相吸引的。但當物體的體積達到一定程度後。物體便向著中子星，黑洞的方向演變。然後黑洞又崩塌變回成星體。所以說宇宙中物體不會聚成一塊固體。物體間一直這麽變來變去。在宇宙的邊緣由於電子和正電子外的電場密度的遞減，電場最後會降至零點。所以說宇宙應是近於球態的。外圍是逐漸遞減的電場。但宇宙的形態不是固定的，他是隨著內部物體的運動而變化的。
自然界中可能存在其他的宇宙。其他宇宙也有可能和另外的宇宙重組成新的宇宙。
總結
本書以粒子之間，粒子與場之間以及場與場之間可以轉換的事實為依據。論述了我們的物質世界是由單一組分的電場構成的。由於電場趨於同向和均勻排布的自然特性，因而產生了力，運動等現象。也由於電場的這些特性，使得電場以輻射狀的結構存在。於是便產生了粒子，以及與粒子結構相關聯的一係列自然現象。
對於任何的物體，象一個星體，一個生命等，都有其產生，發展和消亡的過程。我們可以用時間和空間來記錄和描述這些過程。但就物質本身來看，他沒有產生和消亡的概念，隻有存在。時間對物質本身是沒有意義的。
ISBN 978-0-9736133-5-3
評論
jerrytao
2012-02-11 23:15:27
回複
悄悄話
太多謬論了.
登錄後才可評論.
