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對質(zhì)量和電荷的思考引發(fā)的猜想（一）

摘要：通過(guò)光子和電子之間的可以轉換的事實(shí)分析，推測質(zhì)量和電荷是聯(lián)系在一起的，而且萬(wàn)有引力來(lái)源于電磁力。在此假定下，去理解質(zhì)量、質(zhì)速關(guān)系和質(zhì)能關(guān)系。并進(jìn)一步推測宇宙中只有一種電磁作用，萬(wàn)物都是不同的電磁作用組合的表現形態(tài)，宇宙空間（猜想（二）中有說(shuō)明）是最小的電磁作用和對應的物質(zhì)形態(tài)。

光子沒(méi)有質(zhì)量、電荷，電子有質(zhì)量、電荷。光子和電子之間可以相互轉換，一對正、負電子湮滅釋放出高能光子，反之也可以。這不意味著(zhù)質(zhì)量和電是聯(lián)系在一起的嗎？原子有質(zhì)量也帶有正、負電荷，只是整體不對外表現出電性。

質(zhì)量引力公式

和電荷庫倫公式，是如此的相似，或是在暗示他們之間的關(guān)系。引力的大小在數量級上只是電磁力的，推測由于某些原因（比如：引力使物體距離變小、斥力使距離變大的趨勢；或者原子核外電子的運動(dòng)位置的變化），使電磁力中的引力占了點(diǎn)優(yōu)勢。斥力和引力最后的合力就表現為引力，也就說(shuō)引力源于電磁力。原子結構和星系結構也是如此的相似，好像又在告訴我們，引力就是電磁力。

萬(wàn)有引力是電磁力的引力和斥力的合成的猜想，可以很好的解釋萬(wàn)有引力做功問(wèn)題。當物體落向地面的過(guò)程中，萬(wàn)有引力做功，值卻在增大。這是因為當距離在減小時(shí)，電磁力中的引力的優(yōu)勢在增大，所以萬(wàn)有引力做功了，值卻可以增大。當物體遠離地球時(shí)，克服萬(wàn)有引力做功，值卻在減小。這是因為當距離在增大時(shí)，電磁力中的引力的優(yōu)勢在減小。本質(zhì)原因是物質(zhì)內部結構的電磁作用在變化調整。

通過(guò)引力公式，我們反過(guò)來(lái)理解質(zhì)量，則質(zhì)量的大小表現為受到引力大小的程度。既然引力源于電磁力的某種轉換，則物質(zhì)的質(zhì)量會(huì )受電磁作用力的影響而改變。帶有電荷的物質(zhì)相對運動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生電流、磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的作用總是阻礙物體運動(dòng)狀態(tài)的改變，使質(zhì)量表現出慣性。

再來(lái)理解質(zhì)速方程：

,式中c為光速。實(shí)質(zhì)表明了速度的改變會(huì )引起電流、磁場(chǎng)的變化，隨之電磁力和引力也跟著(zhù)發(fā)生改變，導致質(zhì)量也會(huì )發(fā)生改變。速度越大，電流就越大，隨之電磁作用力也越大，則物質(zhì)表現出加速越難。質(zhì)量會(huì )隨速度改變本身就說(shuō)明了質(zhì)量并不是物質(zhì)最本質(zhì)的屬性。

關(guān)于質(zhì)能關(guān)系的理解，能量是描述物質(zhì)在不同形式的作用力之間變化轉換時(shí)對應的效應（做功）的物理量。具體說(shuō)，化學(xué)反應的能量是原子結構間的新、舊化學(xué)鍵的變換，引起原子結構的外層電子變化，發(fā)生了作用力的改變時(shí)對應的能量。核反應（裂變和聚變）是原子中的原子核結構的改變，引起原子結構大的變化，發(fā)生了作用力的大改變而釋放的能量。只是后者的作用力改變大，能量釋放量大，以至能觀(guān)測到質(zhì)量的變化。

既然認為質(zhì)量的大小也受電磁作用力的影響，那么質(zhì)量當然也可以通過(guò)變化轉換作用力的形式并釋放出對應的能量。系統不管處于何種狀態(tài)下，理論上都可以歸回到一個(gè)最本質(zhì)的狀態(tài)，只有一個(gè)本質(zhì)的作用力，對應著(zhù)一個(gè)確定的效應功W（能量）。這個(gè)本質(zhì)的作用力中間不管怎么變身為不同表現形式的作用力，最終回到本質(zhì)狀態(tài)時(shí)，其作用力和效應功W仍然一樣（見(jiàn)后面宇宙系統的分析）。這樣，質(zhì)能守恒是必然的。

關(guān)于時(shí)間隨速度增大變慢的理解，當物質(zhì)的速度增大時(shí)，電磁力會(huì )隨之增大，增大的電磁力會(huì )使原子共振頻率變慢，則表現為時(shí)間變慢。

電、磁的耦合作用，以及無(wú)窮疊加的物質(zhì)結構和分布的復雜性, 再加上它們之間復雜的相對運動(dòng)的影響。這些因素的共同影響作用，就是上述分析的現象關(guān)系的本質(zhì)原因。以光速不變?yōu)闃藴?，推導出?lái)的空間是彎曲的、時(shí)間是相對的時(shí)空觀(guān)可能是錯誤的。宇宙大的秘密藏在電、磁的本質(zhì)中。

進(jìn)一步推測，強相互作用是電荷或電流的電磁作用限制在核子尺度范圍上的表現形式；當尺度范圍大于原子半徑時(shí)，就是我們熟知的電磁作用；當電磁作用的尺度范圍大到某個(gè)值后（比如無(wú)窮大時(shí)），則表現為電磁波的作用形式。弱作用只是強作用下的一種作用的變化轉換。宇宙中只有一種作用，即電磁作用。

電磁作用有各種不同形式的組合方式，體現出不同物質(zhì)的形態(tài)和性質(zhì)。宇宙空間是最小的電磁作用和對應的物質(zhì)形態(tài)，電磁波是它的介質(zhì)波，具有光速和光速不變性。元素周期表是在原子結構形式和尺度下，電磁作用的組合規律。電子對撞機撞出的各種粒子是比原子尺度更小的電磁作用的不同組合對應的物質(zhì)形態(tài)和性質(zhì)。像元素周期表那樣，也想尋找出規律，便是還在努力中的大統一的粒子標準模型。從理論上說(shuō)，電磁作用的組合方式是無(wú)窮多的，粒子的種類(lèi)也無(wú)窮多的。電磁作用組合方式的改變會(huì )產(chǎn)生出不同的物質(zhì)形態(tài)和對應的能量。比如前面說(shuō)到的化學(xué)反應和核反應。電磁作用還可以在不同的作用組合之間（物質(zhì)和物質(zhì)之間）變化轉換，便是經(jīng)典牛頓力學(xué)上的功能原理。

對于有限的空間來(lái)說(shuō)（比如太陽(yáng)系），能量主要存貯在物質(zhì)的原子結構的作用中；對于廣袤的整個(gè)宇宙來(lái)說(shuō)，宇宙空間這種物質(zhì)存貯的能量會(huì )占據更大的份額，而且觀(guān)測到宇宙空間在以超光速擴張。

最后推想一下，宇宙這個(gè)大系統的兩種極端情況。當所有的作用都表現為宇宙空間的澎湃振動(dòng)時(shí)（電磁波），很像神話(huà)傳說(shuō)中的盤(pán)古開(kāi)天地的情形。當所有的作用都表現為強相互作用時(shí)，像是宇宙大爆炸理論中的起始點(diǎn)。

對電磁波速度的思考引發(fā)的猜想（二）

摘要：通過(guò)對真空中的電磁波的一維波動(dòng)方程和機械波的一維自由波動(dòng)方程的對比分析，表明了電磁波也應是一種介質(zhì)波。推測這種介質(zhì)就是整個(gè)宇宙空間，宇宙空間也是一種物質(zhì)形態(tài)。這種介質(zhì)本身可以運動(dòng)變化，對應生成不同的物質(zhì)基本粒子。

引言：真空中的電磁波的速度只取決于真空中的磁導率

和介電常數，這讓人很疑惑不解。如果從中發(fā)現電磁波也是介質(zhì)波，那么什么是電磁波的介質(zhì)，它又具有怎樣的性質(zhì)？神秘的量子世界能從它這里解開(kāi)嗎？

我們先來(lái)理解真空中的磁導率

和介電常數本質(zhì)上的含義，因為它們決定了電磁波的速度。當一個(gè)速度為v、帶電量為q的粒子在強度為H的磁場(chǎng)中運動(dòng)時(shí)，為了度量這粒子受到的電磁力大小，引入了磁導率這個(gè)量。

（1）

式中，F為洛倫磁力。具體說(shuō)，從洛倫磁力公式（1）中，我們可以理解為，磁導率

本質(zhì)描述的是磁場(chǎng)和磁場(chǎng)作用力之間的關(guān)系的物理量。介電常數主要是在庫倫定律中對電荷量和電場(chǎng)作用力之間關(guān)系的度量時(shí)，引入的物理量。

（2）

式中，F為庫侖力，Q為點(diǎn)電荷量，R為兩個(gè)點(diǎn)電荷的距離。具體說(shuō)，從庫倫公式（2）中，我們可以理解為，介電常數

本質(zhì)描述的是電場(chǎng)和電場(chǎng)作用力之間的關(guān)系的物理量。

根據電磁理論的麥克斯韋方程組，可以推導出來(lái)電磁波的一維波動(dòng)方程：

（3）

由此得到真空中的電磁波的傳播速度為：

（4）

式中，U為波函數，

真空中光速（下同），表明了真空中的電磁波速度只取決于真空中的磁導率和介電常數。

從表面上看，電磁波的速度和兩個(gè)常數之間并沒(méi)有關(guān)系。如果我們把電磁場(chǎng)也看成是一種電磁作用對應的物質(zhì)形態(tài)，那么磁導率

和介電常數就決定了電磁場(chǎng)這種物質(zhì)中的相鄰點(diǎn)間的電磁相互作用力的大小。

類(lèi)比機械彈性波的波動(dòng)方程，見(jiàn)下面的公式（5）。決定機械波速度的是介質(zhì)內部的彈性相互作用力T和介質(zhì)的密度ρ。機械波的一維自由振動(dòng)齊次方程：

（5）

式中，

=T/ρ,其中T為介質(zhì)的張力，ρ為介質(zhì)的線(xiàn)密度。波動(dòng)方程中a就是波的傳播速度。電磁場(chǎng)這種物質(zhì)可以認為其質(zhì)量密度是非常小的值，以至于電磁波的速度非常大。其實(shí)，質(zhì)量也是物質(zhì)電磁作用力的表征物理量（參見(jiàn)猜想（一））。所以，決定電磁波傳播速度的只有電磁場(chǎng)內部的相互作用力，并由磁導率和介電常數決定。

電磁波和機械波可以類(lèi)比，這里還需要解釋一個(gè)重要的問(wèn)題，兩者波動(dòng)方程的推導所用的原理是否相同或本質(zhì)相關(guān)。電磁波動(dòng)方程推導用的是麥克斯韋方程組，麥克斯韋方程組描述的是電磁相互作用、電磁通量守恒和通量變化時(shí)，電磁相互轉換。機械波的波動(dòng)方程推導用的是慣性力的概念（牛頓第二定律）建立的動(dòng)態(tài)平衡。那么，麥克斯韋方程組和慣性力有本質(zhì)關(guān)系嗎？答案是肯定的。從電磁作用的角度去分析，當物體的運動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，電、磁通量會(huì )發(fā)生變化，從而引起額外的電磁力來(lái)阻礙物體運動(dòng)狀態(tài)的改變，即表現為物質(zhì)的慣性力?；蛘哒f(shuō)，牛頓第一、二定律就是麥克斯韋方程組在宏觀(guān)物質(zhì)上的一種表現形式。

由此可見(jiàn)，電磁波和機械彈性介質(zhì)波本質(zhì)上并沒(méi)有多大不同。如果電磁波是交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)本身交替的向前傳播的，那么它的傳播速度為什么只取決于磁導率

和介電常數，而這兩個(gè)常數是決定電磁場(chǎng)這種物質(zhì)內部相互作用力的物理量？這顯然說(shuō)不通！一種更合理的解釋是電磁波也是一種介質(zhì)波，這個(gè)介質(zhì)就是整個(gè)宇宙空間。這里把宇宙空間也看成是一種物質(zhì)形態(tài)，或者說(shuō)整個(gè)宇宙空間就是一種最微弱的電磁場(chǎng)對應的物質(zhì)形態(tài)（這是不是就是要尋找的暗物質(zhì)、暗能量？）。所以電磁波會(huì )具有介質(zhì)波的所有特性，也就不需要用相對論去解釋光速問(wèn)題。

進(jìn)一步推測，宇宙空間這種介質(zhì)本身可以運動(dòng)變化（如旋轉，甚至自身壓縮、膨脹），并且可能也是在不斷振動(dòng)，只是頻率趨向于無(wú)窮小，波長(cháng)趨向于無(wú)窮大。當輸入能量激發(fā)它振動(dòng)在電磁波的頻率范圍時(shí)，就是我們探測到的電磁波。當它頻率繼續增大，或疊加上它自身的運動(dòng)變化（如旋轉、直線(xiàn)運動(dòng)、壓縮），它就可以變化成對應的物質(zhì)基本粒子（如電子）。物質(zhì)能量會(huì )不斷損失的本質(zhì)原因，因為它的振動(dòng)頻率大于宇宙空間介質(zhì)的頻率，從而帶動(dòng)介質(zhì)的振動(dòng)加速，表現為電磁波輻射的形式。宇宙的整個(gè)秘密就藏在宇宙空間的這種介質(zhì)中。

最后提一下弦理論，它的弦模型和我預言的宇宙空間這種物質(zhì)有許多契合的地方，相當于對宇宙空間這種介質(zhì)進(jìn)行更細致、準確的描述。