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电磁作用与强相互作用之间的关系
在现有物理学中,分子、原子、基本粒子或者更细微的物质单元称为微观物质世界,相对应的物质现象称为物质的微观现象;我们日常生活所及的物质世界称为宏观物质世界,对应的物质现象称为宏观物质现象;星系或星系以外更大层次的物质世界称为宇观物质世界,相对应的物质现象称为宇观物质现象.许多人不同意对宇观物质层次的划分,这些持不同意见的人认为宇观与宏观没有什么区别,物质范围从宏观扩大到宇观星系尺度上不会有什么明显不同的物质规律.尽管物质的规律是统一的,但不同尺度上的物质规律有着与其它尺度物质规律显著不同的特点,所以,对物质层次向上或向下的划分都还是必要的.宇观系统论根据不同尺度动力学规律的特点从小到大的范围划分为四个不同的物质层次:微宇观、微观、宏观和宇观.微宇观是基本粒子以下的物质层次,这一层次的动力学特点是它的动力学规律必须与整个宇宙系统的规律联系起来才能获得阐明.微宇观是一个从微观到宇观统一的物质层次,在这一层次中,粒子的动力学体系几乎不受微观电磁力和宏观万有引力的影响,它是宇宙学效果在最基本的物质元素上的直接体现.这是我将之称为微宇观的直接原因.通常,微观是指动力学体系主要由电磁相互作用支配的物质层次,宏观是指动力学体系主要由万有引力支配的物质层次,或者包括主要由万有引力和电磁力共同支配的物质层次.宇观则是动力学体系主要由万有磁力支配的层次,或者包括主要由万有引力和万有磁力共同支配的物质层次.现有的物理学理论仅仅是适用于微观和宏观的理论,它们在微宇观和宇观层次上将不再适用.宇观系统论则是一个同时适用于这四个物质层次的新理论,而且,一个真正的统一理论必须实现从微宇观到宇观物质规律的统一.
物质的微宇观现象、微观现象、宏观现象和宇观现象之间有着本质上的联系.但在目前,描述物质微观现象的物理理论与描述物质宏观现象的物理理论之间存在着无法逾越的鸿沟.譬如,描述物质宏观现象的牛顿动力学无法用于描述微观电子的运动规律,在描述宇观物质现象(如星系的动力学现象)时它也导致了很严重的暗物质问题等.描述物质微观现象的量子力学也无法用于描述宏观物质的动力学规律,更无法用于描述天体的运动.总而言之,在现有物理学理论体系中,物质的微观规律、宏观规律之间似乎是大相径庭、毫不相容的,这是现有物理学理论体系的主要缺陷.不管是从科学的角度还是从哲学的角度出发,我们都有理由认为物质世界是高度统一的.目前物质现象的差异以及物理理论之间的割裂状态主要是由于我们对物质世界还缺乏深入的认识,只有在物质现象和物理理论都统一之后,我们对物质世界的认识才算是彻底的.
量子力学与经典力学对照表
量子力学 | 经典力学 | |
研究对象 | 微观现象 | 宏观现象 |
动力学方程 | 薛定谔方程: | 牛顿方程:
F=m(dv/dt)=ma |
状态的描述 | 用波函数ψ 概率的(不确定的) 态的叠加原理 | 用r,p 因果律(确定论的) |
研究问题 | 只关心理论给出的预言能否与实验吻合 | 提出的结果的原因 |
目前,描述微观物质现象成功的理论是量子力学和狭义相对论,描述物质宏观现象成功的理论是牛顿的动力学理论.在宇观物质现象方面,基本上适用的是牛顿的引力理论,广义相对论也被广泛地应用于宇观物质规律的研究.但是,牛顿引力理论无法解释许许多多天体现象,如星系的结构和星系中恒星的运动问题,星系在星系团中的运动问题,更突出的还有环星系问题,旋涡星系中旋臂的形成、维持和演化问题.另一方面,广义相对论在宇宙学上得出的都是自相矛盾的结论,所以宇观物理学直至现在仍然是一种需要填补的空白.
宇观系统论将物质规律的高度统一性上升为“统一性原理”作为它的基本假设.统一性原理要求物质世界遵循完全相同的物质规律,当前的物理学却并没有揭示这种统一的规律.宇观系统论研究的正是物质的微宇观现象、微观现象、宏观现象和宇观现象之间的统一问题,它以现有的微观物理学、宏观物理学、天体物理学和宇宙学作为自己的基础,从微观本质上揭示物质的宇观现象及其规律.在宇观系统论中,微观粒子和宇观星系遵循完全相同的动力学规律.从宇观系统论得出的结论都是自然而合理的,它解释了宇观范围内的许许多多奇特的物质现象,初步实现了物质现象和物理理论之间的统一.
物理学是研究物质的最简单运动规律的科学,其最终目的是:找到物质运动、变化与相互作用的内在联系,以最少的假设,通过分析、推理解释所有相关实验结果,预言新的实验现象.从二十世纪初的费米一一狄拉克统计确立以来,已经过了八十年,但是至到今天物理学家们对它的认识都还停留在种种猜想的表面现象上,不识其庐山真面目.2004年的诺贝尔物理学奖授予夸克禁闭的渐渐自由猜想,也表明物理学界对1/2自旋的无可奈何.
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