部分回答 世界前沿的125个科学问题（一）

                                               晏成和

《SCIENCE》杂志 发表了全世界最前沿的125个科学问题 。《科学前沿》在转载时扔下一句话：敢来挑战么？

125个问题包罗科学的方方面面，其中关于物质物理、化学有17个问题，可以用核外电子规律运动的观点、基本粒子伴生着波的观点来迎接挑战，以下按原题号进行阐释。

       问题18.化学自组织的发展程度如何?

什么是自组织？不需要外部指令和干预，系统内自动形成相互默契的目标和规则，各尽其责而又协调地互动地形成有序结构，就是自组织。微观物质中，在物理、化学、生物中这种自组织现象是普遍存在的。

物质自组织是微观（原子分子层面）的自发的运动，引发形成了宏观有序的物质现象。举一个明显的例子：墨汁滴到一杯清水里，引发了系统的不稳定，墨汁微粒在水中发生着布朗运动。这个运动是物质自发的，过程好像是随机的、杂乱无章，目标却清晰完美，方向稳定。直到这滴墨汁完全均匀分布在水中，这完全均匀分布过程就是一种自组织。

这样的例子有很多，盐溶解在水里，最后的咸度均匀一致；锌熔化在高温铜液里，形成黄铜。黄铜的每一颗微粒的铜锌比都完全一致；激光器中电磁波“无外力”的自激振荡；记忆合金也是某种温度条件下回复原来的形状、尺寸也是自组织，等等。

化学自组织现象是指物质世界中自发形成的宏观有序现象。在自然界中这种现象是大量存在的，典型实例如：贝纳德(Bé nard)流体的对流形成的花纹，著名的(BZ)化学振荡花纹自动变色的化学波。还有种类繁多的化学试剂、试纸，在化学测试中能够产生宏观、显著的色彩显示，也是自组织的佳作。

为解释自组织现象，科学界有散结构理论，还有协同学理论、超循环理论等等，它们力图沟通物理学、化学与生物学甚至社会科学来阐释自组织。可是，这些理论把参入自组织的元素：原子、分子、基因等微观物质，看成是微粒、是一个个没有自身活力的“子”。 于是没能够找到自组织的原始动力来自哪里？导致化学自组织成为科学难题。

自组织有自行振荡、自行平衡、自行有序。好像是无中生有、无中生自行，其实自组织在各尽其责而又协调地互动地形成有序结构的过程中，隐含着一个非常重要的前提：自组织中的每一微观成分都必须有主观能动性，必须蕴含着自我行动并且影响周边同类的“能、力”。

化学元素不仅仅是一个个的“子”，更重要的是在原子核外存在着有规律、有一定速率运转的核外电子，电子的运转成就了物质的能（热能、化学能等等），质子、电子伴生的场对外作用形成了力。原子价电子所具备的这种 “能、力”， 是物质分子的化学存在和化学自组织的基础和根、是活力、是实施自组织行为中运动变化的动力来源。

但是，近80年来，量子物理学的波粒二象性概率论以及测不准理论当道，禁锢了对核外电子的运动线路、速率的探讨，迫使科研远离价电子运转线路、运转伴生的波，回避伴生波与周围波的互动和交流，被迫离开了自然的真实。

真实在哪里？

化学元素周期表醒目地告诉我们：价电子是决定物质特性（金属、非金属）的关键性因素，价电子的结合、分解、重组构成了新物质，成就了化学。

大自然在火光中提示：温度高光色频率高-告诉人们：核外电子的运转线路、速率是规律的，是随着温度变化的，说明核外电子是以一定的速率运转着的，是有规律的。[1]

进一步探索可以得到：同样温度条件下，每个分子核外电子的速率一致，是和谐规律运转着的，是存在着“能、力”的，存在着自组织中运动变化的动力来源。如果忽视核外电子有规律的运转，把原子、分子看成是孤立、静止、僵化的粒子，那么化学自组织就永远是自然之谜。

化学物质的原子，依靠价和电子两两结合。液态物质的价和电子旋转中心垂直方向伴生着晃动的电磁力、价电子之间伴生着斥力。这些动态电子伴生的吸引、推斥的力，使得物质内的分子在不断地相互调适、运动之中。对外来的物质和外力更加敏感、及时产生相互作用，使外来物质在主体中分散、均布，与主体物质的核外电子的速率及其电磁力相互协调、相互适应，达到动态和谐。于是也就构成了化学自组织的原始动力。[2]

（这里的主体、外来是相对而言的）

上述实例：贝纳德(Bé nard)流体的对流形成的花纹，BZ花纹振荡变色的化学波，都是价电子结合，释放所演绎。

自组织发生过程中，若溶液开始是发生化合反应，会导致价电子伴生一定频率的电磁波（颜色），化合物达到一定浓度后发生逆向反应，价电子速率变化，会导致所伴生电磁波的频率发生变化，宏观效果就是溶液颜色、花纹发生变化。这实质上是价电子运转所导致的自组织现象。

除此之外，化学中还有更显著更强烈的自组织现象，那就是大家所熟知的酸性、碱性。酸性物质中的H价电子速率很高，有强烈的与OH根结合的趋势；碱中的OH价电子速率很高（碱性）有强烈的与H结合的趋势，以达到中性平和。只是酸性碱性的自组织一般表现为腐蚀性、没有宏观的颜色、花纹效果。

气体物质的价电子速率更高、自组织能力更强，只是没有液态BZ花纹振荡变色那么引人注目。气体的自组织无时不刻在悄悄地、高效率地进行着。例如大城市密集的车辆和人口对氧气的消耗是很大的，但是地球上氧气的比例总是均衡，城市与原野相差不大。

自组织在液态物质中最明显、较容易发生，是因为液体的价电子速率更快（能量较大）、对周边的作用和影响更直接，更有能力使不平衡向宏观有序进展。物质的价电子故有、能动的规律运动，及其伴生着的波，与周边物质产生互动，是物质宏观自组织发生、律动的内在原因。

                      2018/9/20

参考文献

 [1]晏成和，热是什么，科学网

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1110189.html

 [2] 晏成和，物质是怎样构成的，科学网

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1094685.html

附：125个问题中关于物质物理、化学的18个问题，将自行分类、择题探讨，敬请关注。欢迎共同探讨。

18.化学自组织的发展程度如何?

21.量子不确定性和非局部性背后是否有更深刻的原理?

26.宇宙是否唯一?

27.是什么驱动宇宙膨胀?

29.超高能宇宙射线来自何处?

33.质子会衰减吗?

34.重力的本质是什么?

35 时间为何不同于其他维度?

37.中微子是其自己的反粒子吗?

38.是否有解释所有相关电子系统的统一理论?

41.是否可能制造出室温下的磁性半导体?

42.什么是高温超导性之后的成对机制?

45.固体中是否有超流动性?如果有，如何解释?

46.水的结构如何?

47.玻璃态物质的本质是什么?

48.是否存在合理化学合成的极限?

49.光电电池的最终效率如何?

5、物理定律能否统一？