物理空間相變發(fā)生論文

1、物理空間相變發(fā)生論文 摘要物理空間是熱力學(xué)平衡的能量系統(tǒng)，可以在激發(fā)條件下相變并產(chǎn)生量子化能量。自由量子與空間的結(jié)合使之以光速運(yùn)動。自由能量與空間的作用是最基本的物理相互作用，也是其他物理相互作用的基礎(chǔ)，是熱力學(xué)、量子力學(xué)、相對論三者統(tǒng)一的基礎(chǔ)。時間的方向就是能量運(yùn)動的方向。黑洞內(nèi)部空間可能正是自由物理空間。 關(guān)鍵詞空間熱力學(xué)平衡相變量子自由能相對論時間熵場黑洞宇宙統(tǒng)一場 微觀物質(zhì)運(yùn)動與宏觀宇宙運(yùn)動的自然邏輯關(guān)系是不言而喻的，但是作為這兩個物理領(lǐng)域的主導(dǎo)理論體系，量子理論與相對論的統(tǒng)一卻至今未能實現(xiàn)（1、2）。注意到普遍的物質(zhì)運(yùn)動遵從熱力學(xué)規(guī)律，如果相對論和量子理論分別與熱力學(xué)互洽，它們之間必

2、定統(tǒng)一。 設(shè)計一個理想的熱力學(xué)平衡系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足以下條件：1、允許在系統(tǒng)內(nèi)（包括系統(tǒng)邊界）隨機(jī)選擇任意多的檢測點(diǎn)，點(diǎn)的大小是檢測手段可能實現(xiàn)的最小范圍（點(diǎn)區(qū)域）。2、允許以任何可能方式對“點(diǎn)區(qū)域”的能量狀態(tài)進(jìn)行檢測。3、任意兩個不同點(diǎn)的檢測結(jié)果差異都在檢測水平之下。如果檢測在任意精細(xì)的水平上進(jìn)行，滿足上述三個條件的熱力學(xué)系統(tǒng)是檢測意義上的熱力學(xué)絕對平衡系統(tǒng)。 因為熱力學(xué)第二定律要求封閉系統(tǒng)的熵隨時間增大，所以同時設(shè)計檢測意義上的熱力學(xué)絕對平衡系統(tǒng)在相當(dāng)長的時間跨度上的熵增也在檢測水平之下，該系統(tǒng)即時間意義上的熱力學(xué)絕對平衡系統(tǒng)。一個檢測意義與時間意義上的熱力學(xué)絕對平衡系統(tǒng)理論上擁有最大的

3、系統(tǒng)熵，系統(tǒng)在獲得最大無序程度的同時在大跨度時間內(nèi)也擁有最大的系統(tǒng)穩(wěn)定程度。一個長時間保持系統(tǒng)狀態(tài)不變的、封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)接近上述熱力學(xué)絕對平衡系統(tǒng)。 如果給這個系統(tǒng)輸入一個量子的能量，會發(fā)生什么？ 能量介入熱力學(xué)絕對平衡系統(tǒng)后會引起悖論。 首先，輸入能量在輸入點(diǎn)及其附近導(dǎo)致系統(tǒng)能量狀態(tài)發(fā)生改變，偏離熱力學(xué)平衡，這個小的區(qū)域理論上將形成耗散結(jié)構(gòu)。如果這樣的耗散結(jié)構(gòu)不能得到適當(dāng)?shù)姆答伓纬煞€(wěn)定的、偏離熱平衡的自組織結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)就是不穩(wěn)定的，它將在第二定律規(guī)定的時間方向上因為耗散而瓦解，并且將耗散能量傳播到鄰近區(qū)域。根據(jù)設(shè)定條件，系統(tǒng)內(nèi)任意一個區(qū)域與其鄰近區(qū)域同質(zhì)、同性，耗散能量的涉及區(qū)域也會

4、形成耗散結(jié)構(gòu)，然后瓦解。顯然，只要輸入能量不對系統(tǒng)做功，在足夠長的時間內(nèi)，這樣的過程將遍歷系統(tǒng)的任意點(diǎn)以及鄰近區(qū)域，所以該事件可以被視為全系統(tǒng)事件。 現(xiàn)在存在兩種可能。一是輸入能量彌散至整個系統(tǒng)，最終導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)任意點(diǎn)區(qū)域的能量增大，系統(tǒng)在相對高的能量上處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，屬于常態(tài)熱力學(xué)變化。二是系統(tǒng)的穩(wěn)定性對介入能量發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，致使點(diǎn)區(qū)域耗散結(jié)構(gòu)瞬間產(chǎn)生又瞬間瓦解，介入能量雖然轉(zhuǎn)變?yōu)楹纳⒛芰繀s不能彌散，輸入能量不斷地進(jìn)入系統(tǒng)又不斷地被系統(tǒng)“反彈”出來。在這種情形下，如果限定輸入能量對系統(tǒng)的做功為零，這個能量就將使系統(tǒng)內(nèi)的點(diǎn)區(qū)域乃至整個系統(tǒng)在足夠長的時間內(nèi)偏離熱力學(xué)平衡，而這種偏離竟然是系統(tǒng)執(zhí)

5、行熱力學(xué)第二定律的結(jié)果，意味著該定律在某種終極條件下的執(zhí)行結(jié)果是對定律本身的背反。 問題是：我們是否可以在徹底地接受熱力學(xué)第二定律的同時又能對這樣的背反行為做出解釋？ 熱力學(xué)平衡系統(tǒng)P0在輸入能量e的作用下形成耗散結(jié)構(gòu)Pe，稱該過程為系統(tǒng)P0的激發(fā)相變。由于耗散結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，Pe還原為穩(wěn)定的熱力學(xué)平衡系統(tǒng)P0，同時釋放耗散能量e，稱該過程為耗散結(jié)構(gòu)Pe的相變還原。顯然，只要不以任何形式對系統(tǒng)P0做功，輸入能量e就會經(jīng)過一個激發(fā)還原過程全部轉(zhuǎn)換為耗散能量。對于下一個激發(fā)還原過程而言，耗散能量與輸入能量等價并且物理意義相同。如果系統(tǒng)P0完成一次相變還原過程所需要的時間是t，只要t充分小，我們將很難注

6、意到相變過程，而只是看到輸入能量對系統(tǒng)P0的似乎連續(xù)的影響。而如果限定P0的相變只是點(diǎn)區(qū)域事件，我們甚至可以認(rèn)為e對P0的影響以點(diǎn)或線性形式連續(xù)存在。 相變對于上述事件在時間軸向上演變的意義在于：無論輸入能量是否無限連續(xù)，它在系統(tǒng)P0內(nèi)引起的一系列事件都將被相變“截斷”為一個個因果相關(guān)但又并非處處連續(xù)的激發(fā)態(tài)耗散結(jié)構(gòu)，每個耗散結(jié)構(gòu)還原時所釋放的耗散能量只能是輸入能量的量子單位。因此，系統(tǒng)內(nèi)活躍的只能是量子化能量，而不是連續(xù)輸入系統(tǒng)的能量流。這種情形與神經(jīng)系統(tǒng)的生理活動十分類似。向動物神經(jīng)系統(tǒng)外周感受器施加連續(xù)的電流刺激，其在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的傳導(dǎo)是生物電脈沖而不是連續(xù)的物理電流，這是因為物理電能在神

7、經(jīng)元軸突末端突觸轉(zhuǎn)換為化學(xué)能遞質(zhì)，然后通過化學(xué)遞質(zhì)與受體間的作用引起下位神經(jīng)元的電脈沖。“突觸換能器”對于神經(jīng)系統(tǒng)的意義相當(dāng)于上面所說的系統(tǒng)“相變”。 接下來，只要系統(tǒng)內(nèi)一系列因果相關(guān)的耗散結(jié)構(gòu)的“串聯(lián)”方向與外部能量介入系統(tǒng)時的初始方向有關(guān)，系統(tǒng)內(nèi)的自由能（系統(tǒng)有序性構(gòu)造的標(biāo)志）就是在矢量方向上運(yùn)動的量子化能量。 如果絕對熱力學(xué)平衡系統(tǒng)的穩(wěn)定性能夠?qū)槿肽芰孔龀觥跋嘧儭表憫?yīng)，系統(tǒng)就可以根據(jù)單位時間內(nèi)相變發(fā)生的次數(shù)相變頻率對介入能量的大小做出評價，或者說該系統(tǒng)內(nèi)自由能的“量子值”決定于介入能量引起的系統(tǒng)相變頻率。 根據(jù)設(shè)定條件，一個絕對熱力學(xué)平衡系統(tǒng)的能量狀態(tài)是無法通過實際測量予以評價的，但是

8、可以用P0表示它的恒穩(wěn)態(tài)的“相”，以Pe表示它的激發(fā)態(tài)的“相”，根據(jù)上面的陳述，這個系統(tǒng)的相變可以表示為：Pe=P0+e，e代表介入系統(tǒng)的單位能量。相變在系統(tǒng)內(nèi)的傳布過程表示為：P0+e=PeP0+e=Pe，只要e不對系統(tǒng)做功（比如被系統(tǒng)邊界吸收），相變還原過程將無限次地重復(fù)進(jìn)行。若將相變傳布的矢量性質(zhì)考慮在內(nèi)，則有： P0+e()=P()eP0+e()=P()e。 如果介入系統(tǒng)的是單一形式的能量流E，相變使得E轉(zhuǎn)變?yōu)榱孔幽芰康倪^程表示為：P0+E()=P0+me()=mP()eP0+me()=mP()e，m為系統(tǒng)內(nèi)的量子數(shù)。系統(tǒng)P0對單位介入能量e()的大小的響應(yīng)形式為系統(tǒng)的相變頻率f，即單

9、位時間t內(nèi)的相變次數(shù)n，f=n/t，而頻率的表達(dá)與系統(tǒng)P0的狀態(tài)函數(shù)f（P0）有關(guān)。即：e()=f()f(P0)=(n/t()f(P0)。表達(dá)形式：P0+E()=mP()e=P0+me()=P0+f()f(P0)=P0+(mn/t()f(P0)。因為m、n均為自然數(shù)，所以時間是唯一顯示系統(tǒng)P0內(nèi)有序能量運(yùn)動方向的物理矢量，從中我們可以看到有序能量的“量子值”是如何通過時間與耗散結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)P0內(nèi)的傳布方向相聯(lián)系的。如果時間t變大而n不變，單位量子的相變頻率降低，“量子值”變??；反之，如果時間t變小，“量子值”增大。如果e()對系統(tǒng)邊界做功（為系統(tǒng)邊界吸收），則不能繼續(xù)引起系統(tǒng)P0的激發(fā)，耗散結(jié)構(gòu)

10、P()e的產(chǎn)生和傳布隨之終止，時間對于P0沒有意義。時間是評價偏離熱力學(xué)平衡的能量結(jié)構(gòu)在傳布方向上單位量子能量大小的物理量。時間具有方向。時間對于絕對熱力學(xué)平衡系統(tǒng)沒有意義。 現(xiàn)在我們已經(jīng)能夠清楚地看到以光量子為代表的、純粹的物理能量在物理真空（以下簡稱物理空間或空間）中的基本行為方式。事實上，物理空間是迄今已知的、最穩(wěn)定的“物質(zhì)”實體，關(guān)于它的穩(wěn)定性我們無從測度或評價。相反，無論經(jīng)驗還是理論，空間都是我們評價其他物質(zhì)形式或構(gòu)造穩(wěn)定性的物理背景。量子理論認(rèn)為物理真空是高度無序的能量質(zhì)體。因此，我們有理由認(rèn)為物理真空對于任何具體的物理事實都完全滿足所設(shè)定的絕對熱力學(xué)平衡系統(tǒng)條件。那么，物理真空是

11、否存在能量激發(fā)下的系統(tǒng)相變呢？ 實驗證實，物理真空具有理想的熱力學(xué)黑體性質(zhì)。根據(jù)普朗克輻射定律（Plancksradiationlaw），M=C15/exp(C2T-1)，熱力學(xué)溫度T可以通過黑體轉(zhuǎn)換為波長為的量子輻射能量M。如果將熱力學(xué)溫度視為向空間連續(xù)輸入的能量流E，E將依照該定律通過物理真空輻射量子化能量，這種轉(zhuǎn)換符合物理空間受激相變相變還原機(jī)制?？臻g相變機(jī)制對于以下基本物理問題具有重要意義。 一.物理空間相變是量子力學(xué)理論的動力學(xué)基礎(chǔ) 1.物理空間相變與海森堡的“測不準(zhǔn)”原理 空間相變使得量子在空間中的運(yùn)動帶有或然性。由于相變是局域空間的能量激發(fā)事件而不是發(fā)生在確定點(diǎn)上，因此每一個激發(fā)

12、態(tài)耗散結(jié)構(gòu)生成的位置只能是涉及區(qū)域一個概率點(diǎn)。如果激發(fā)態(tài)耗散結(jié)構(gòu)的傳布速度為光速，它的每一個激發(fā)位置將不能被精確測定，而一旦引入測定激發(fā)位置的附加能量，它本身產(chǎn)生的空間激發(fā)必然會改變被測量子在傳布路徑上的空間狀態(tài)，從而不能客觀地得到被測量子的路徑位置?？臻g相變機(jī)制符合海森堡的“測不準(zhǔn)”原理。 基于物理真空的恒穩(wěn)態(tài)性質(zhì)，它的系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)f（P0）應(yīng)該為常數(shù)，這個常數(shù)就是普朗克常數(shù)h=f(P0)=6.626196×1034Js。就量子的激發(fā)位置而言，普朗克常數(shù)可能是一個概率值。對于單位量子：e=ff(P0)=hf，f自由量子頻率。 2.物理空間相變與自由量子運(yùn)動的波粒兩重性 光量子的空間

13、運(yùn)動路徑是由一系列相變“點(diǎn)”構(gòu)成的。無論對于空間的“穩(wěn)態(tài)相”還是“激發(fā)相”，這條路徑都不是無限連續(xù)、光滑的，但只要相轉(zhuǎn)換速度充分快，光量子的空間路徑就是充分連續(xù)的，類似于粒子的連續(xù)運(yùn)動軌跡。然而，相變畢竟是局域空間構(gòu)造的變化過程，會對鄰近區(qū)域的空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，并且以波的方式擴(kuò)散，這就使得光量子的運(yùn)動同時具有粒子波動兩種形式。其中，光量子在時間方向上的矢量運(yùn)動是謂“粒子”運(yùn)動，而相變對周圍空間狀態(tài)的影響是謂波動。根據(jù)相變機(jī)制，光量子運(yùn)動的波粒兩重性不可分割。稱空間對局域相變產(chǎn)生的低能態(tài)響應(yīng)形式為量子場。 這里出現(xiàn)一個問題：如果相變對鄰近區(qū)域的影響足以使空間結(jié)構(gòu)發(fā)生相變，那么一個光量子就會以光的

14、形式在三維空間中沒有衰減地擴(kuò)散，等價于復(fù)制出越來越多的光量子本身，違背能量守恒定律。因此，物理真空的相變必定對激發(fā)條件提出臨界要求，使得相變只能在一個矢量上遞進(jìn)產(chǎn)生，而相變對鄰近的其他矢量上空間結(jié)構(gòu)的影響因為不能滿足臨界條件而形成量子場。這個激發(fā)條件本身必須具有單一的矢量性質(zhì)，它就是光速。光速的時間方向就是光量子的線性運(yùn)動矢量方向，與確定光量子頻率的時間方向同一。即： f()=n/t()=c()（光速），光量子波長，f光量子頻率。 設(shè)想物理真空充滿隨機(jī)分布的點(diǎn)。因為這些點(diǎn)在任何位置出現(xiàn)的概率相等，所以物理空間處于熱力學(xué)平衡的完全無序狀態(tài)，可視為能量的均質(zhì)體，它的任何一個充分小的區(qū)域P0狀態(tài)與整

15、體相同。受到介入能量的激發(fā)，區(qū)域空間的無序點(diǎn)以某種有序的形式排列，形成局部的耗散結(jié)構(gòu)Pe，稱這樣的耗散結(jié)構(gòu)為“量子結(jié)構(gòu)”，物理真空相變與量子運(yùn)動的波粒兩重性. 為空間的熱力學(xué)平衡性質(zhì)所決定，激發(fā)區(qū)域附近的點(diǎn)也呈現(xiàn)一定程度的有序排列，但不足以產(chǎn)生Pe結(jié)構(gòu)，這樣的有序形式即“量子場”。假定“量子場”內(nèi)每個點(diǎn)平均攜帶一定的有序能量，隨著“量子場”區(qū)域的擴(kuò)大，會有更多的點(diǎn)參與有序能量的分配，而每個點(diǎn)得到的有序能量則減少。所以，以激發(fā)區(qū)域為中心，相變對附近空間狀態(tài)的影響隨距離增大而減小。 作為一種局域不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，Pe按照熱力學(xué)第二定律發(fā)生耗散而瓦解，但耗散能量的釋放具有方向，引起這個方向上下一個P0區(qū)域

16、的相變，如此依次傳遞，形成量子的光速路徑。隨著Pe結(jié)構(gòu)瓦解，能量點(diǎn)的分布狀態(tài)還原至穩(wěn)態(tài)物理真空，對附近空間的影響也隨之消除。依序發(fā)生的、相變對附近區(qū)域三維結(jié)構(gòu)的影響消退過程構(gòu)成完整的量子波動，稱量子場的傳布為自由量子的本征波動。 必須指出，每個光量子能量僅對受激區(qū)域的空間相變負(fù)責(zé)，與附近區(qū)域的空間結(jié)構(gòu)變化無關(guān)。空間相變引起的波動是由空間的熱力學(xué)平衡性質(zhì)所決定的。對于恒穩(wěn)態(tài)物理空間而言，相變不會導(dǎo)致自由量子的能量衰減。原理上，自由量子的單一矢量運(yùn)動對于維持其在時間方向上的持續(xù)存在具有重要的反饋?zhàn)饔茫疾熳杂闪孔觘在恒穩(wěn)態(tài)空間P0中的相變機(jī)制可以發(fā)現(xiàn)，由于量子結(jié)構(gòu)P()e的矢量性質(zhì)，它對矢量前方空

17、間的影響可以使那里點(diǎn)排列的有序程度高于其他方向，獲得在同一能量激發(fā)下優(yōu)先實現(xiàn)相變的較大概率，乃至主導(dǎo)相變的傳遞方向。也就是說，量子場的有序形式指向量子的運(yùn)動方向。稱量子場有序形式的方向為“量子勢”。量子的矢量運(yùn)動本身以及量子勢是量子在空間中持續(xù)運(yùn)動的反饋機(jī)制自反饋機(jī)制。正因如此，如果一個光量子恰好通過另一個光量子的本征波動區(qū)域，量子矢量方向上的空間狀態(tài)變化會干擾自反饋機(jī)制，它的路徑可能因此改變。稱自由量子本征波動對其他量子行為的影響為相干波動。相干波動使得自由量子的運(yùn)動方向不能被準(zhǔn)確預(yù)測。顯示光的波粒兩重性的經(jīng)典狹縫實驗是對相干波動的直接證明，也是對量子本征波動的間接證明，其本質(zhì)則是對空間激發(fā)

18、相變模式的證明空間相變以及相變傳遞的物理實像即自由量子的矢量運(yùn)動。每一個相變還原過程等效于一個穩(wěn)態(tài)空間區(qū)域從A移動到B，A與B之間的距離就是量子的波長，每個波長對應(yīng)一次相變。單位時間內(nèi)量子以光速經(jīng)過的距離為n，n/t=f=c，f=n/t。所以自由量子的頻率f即單位時間t內(nèi)量子在矢量方向上經(jīng)歷的相變次數(shù)n。 物理空間受激相變產(chǎn)生量子化能量以及以光量子為代表的自由量子的波粒兩重性。其中，量子的“粒子”式運(yùn)動是量子的本征屬性，而量子場則源于穩(wěn)態(tài)物理空間對局域相變的低能態(tài)響應(yīng)，反映穩(wěn)態(tài)物理空間熱力學(xué)平衡的本征屬性。自由量子的波粒兩重性符合海森堡的“測不準(zhǔn)”原理，滿足熱力學(xué)第二定律和能量守恒定律。 二.

19、物理空間相變是相對論的物理基礎(chǔ) 空間相變要求物理空間是高度無序的熱力學(xué)平衡系統(tǒng)，意味著空間是一種實在的、可以與其他物質(zhì)體系相互作用的能量質(zhì)體?？臻g狀態(tài)可以通過量子的波粒兩重性以及單位量子的能量得到反映，因此與時間具有不可分割的聯(lián)系，符合相對論原理。 量子理論以及相關(guān)實驗表明，物質(zhì)之間的相互作用是通過彼此交換被稱為介子的一類量子實現(xiàn)的。借用這個概念，我們發(fā)現(xiàn)空間的受激相變就是激發(fā)能量與穩(wěn)態(tài)空間交換“能量介子”的過程，也就是單位自由量子與空間相互作用的物理形式，只不過被交換的“能量介子”就是自由量子（能量）本身。以下將看到，這一概念是怎樣通過相對論得到體現(xiàn)的。假定一個靜止物體對一個自由量子的評價由

20、e=hf=hn/t給出，t是系統(tǒng)的靜止時間?，F(xiàn)在我們要求該物體吸收量子e并且因此以速度v運(yùn)動。根據(jù)相變原理，單位量子的能量反映這份能量與空間的結(jié)合能力。經(jīng)典力學(xué)定義物體吸收能量并獲得速度增量的過程為物體的加速度a，物理作用力f=am。因此也可以說，物體吸收能量獲得速度增量是因為該物體吸收了能量與空間的結(jié)合力，加速度是物體與空間作用力增大的結(jié)果。 假定物體吸收能量e后并沒有速度變化，該物體就只能按照愛因斯坦方程e=mc2獲得質(zhì)量增量。無論對于速度增量還是質(zhì)量增量，e都提供相等的空間結(jié)合力，e的等價質(zhì)量所產(chǎn)生的空間結(jié)合力必然等于使物體產(chǎn)生加速度的空間結(jié)合力。質(zhì)量與空間的結(jié)合力通過重力加速度表達(dá)，即

21、所謂引力場效應(yīng)，符合廣義相對論原理。具體細(xì)節(jié)上，我們甚至可以發(fā)現(xiàn)量子場與引力場的平方反比關(guān)系完全一致。 這里存在一個關(guān)于狹義相對論的物理現(xiàn)象。靜止物體吸收能量e后獲得速度v，它的時間將按照洛倫茲變換t=(t-vx/c2)/(1-v2/c2)1/2發(fā)生變化。在相對論速度域(0,c)內(nèi)，t<t，相對論稱之為時間膨脹。運(yùn)動物體對同一量子的評價由e=hf=hn/t給出。因為t<t，所以e>e，對于靜止時間，e=hn/t=khn/t，k>1，量子的能量增大了。這個結(jié)果對于量子的波長表達(dá)形式也一樣，e=hf=hc/，因為洛倫茲變換給出=(-vt)/(1-v2/c2)1/2，<

22、，e>e。結(jié)果顯示同一能量對于速度較快或質(zhì)量較大的物體具有更大的力學(xué)效能。例如，分別從地球和太陽表面觀測遠(yuǎn)處同一光源的光譜線，太陽處譜線的藍(lán)移程度大于地球。相反，從這個光源處觀察地球和太陽同一元素的譜線，太陽譜線的紅移程度將大于地球，即愛因斯坦引力紅移（3）。根據(jù)上面的分析，引力紅移效應(yīng)實際上具有相對論動力學(xué)意義?？梢哉f，相對論的本質(zhì)物理意義在于反映運(yùn)動系統(tǒng)或質(zhì)量系統(tǒng)對自由能“作用量”的評價形式。 經(jīng)典引力作用所遵循的平方反比定律使我們相信，質(zhì)量物體周圍的空間“序型”是與量子場同質(zhì)的低能態(tài)有序構(gòu)造，可以參與自由量子的自反饋機(jī)制并影響光量子的路徑方向，構(gòu)造的有序程度與物體質(zhì)量正相關(guān)。我們可

23、以將光在大質(zhì)量天體附近的彎曲歸因于引力空間的有序程度而不是空間形變，事實上，自由量子的本征波動可能是產(chǎn)生引力平方反比定律、相對論引力紅移以及光線在大質(zhì)量天體附近彎曲等現(xiàn)象的物理基礎(chǔ)。將質(zhì)量物體視為自由量子，該物體附近空間的有序程度因為自由量子的存在而增高，但不足以產(chǎn)生激發(fā)相變。量子場以及量子勢是量子矢量運(yùn)動自反饋機(jī)制的一部分，因而與時間方向一致。既然物體與空間的結(jié)合力等價于自由量子與空間作用力的累計或集合，物體附近空間“序型”的方向應(yīng)當(dāng)指向物體，稱這樣的“序型”形式為“向心性序優(yōu)勢”。顯然，“向心性序優(yōu)勢”與定義在物理場概念下的“能量勢”的物理內(nèi)涵完全相同?！跋蛐男孕颉钡膬?yōu)勢隨空間范圍的擴(kuò)大而

24、逐漸離散，與距離成反比關(guān)系。因為入射光的矢量方向與物體附近空間的“序向”一致，量子運(yùn)動的自反饋機(jī)制強(qiáng)化，量子能量增大，波長變短，光譜藍(lán)移。相反，出射光線逆“勢”而行，自反饋機(jī)制被削弱，量子能量減小，波長增大，光譜紅移。當(dāng)然，引力空間的“向心性序優(yōu)勢”也會通過相干波動原理影響附近經(jīng)過的自由量子路徑，使之內(nèi)向偏移。 “向心性序優(yōu)勢”是引力空間的本質(zhì)物理特征，“向心性序優(yōu)勢”的方向與引力空間的時間方向重合，指向物體的質(zhì)量中心。 引力空間的“序優(yōu)勢”賦予廣義相對論效應(yīng)以實際物理意義。 隨著物體質(zhì)量增大，引力空間的“序優(yōu)勢”逐漸強(qiáng)化。當(dāng)“序優(yōu)勢”達(dá)到空間相變能級時，空間受激生成自由量子并向物體質(zhì)量中心運(yùn)

25、動。經(jīng)過該區(qū)域的其他自由量子在相干波動機(jī)制作用下改變矢量路徑，同樣向物體質(zhì)量中心運(yùn)動，使得該區(qū)域形成黑洞（1、4）。黑洞視界即引力空間的相變臨界或亞臨界區(qū)域。 三.統(tǒng)一的物理相互作用 引力是迄今已知最普遍的物理相互作用。一旦我們發(fā)現(xiàn)引力及引力場的物理本質(zhì)其實只是自由量子與空間結(jié)合的一種物理形式，后者的物理意義立即凸現(xiàn)。根據(jù)相變原理，空間不再僅僅是包容萬物的思想容器，而是一切物質(zhì)形式賴以構(gòu)造和運(yùn)動的物理實體。 A.所有物理運(yùn)動都是物質(zhì)系統(tǒng)與物理空間結(jié)合的結(jié)果。 無論理論、經(jīng)驗還是實驗，命題A都無一例外地成立。因為如果脫離空間，一切都無從談起。一切物質(zhì)運(yùn)動都是物理空間事件，一切物理空間事件都必然有

26、空間的直接參與，否則我們無從知曉。 根據(jù)命題A，可以直接得到以下推論： a.物理測量以物質(zhì)系統(tǒng)與物理空間的結(jié)合關(guān)系為物質(zhì)基礎(chǔ)。 b.任何物質(zhì)系統(tǒng)的運(yùn)動都具有波粒兩重性。 c.物質(zhì)系統(tǒng)之間的相互作用是它們各自與空間作用的結(jié)果。 依照質(zhì)能等價關(guān)系e=mc2，宇宙中所有物質(zhì)構(gòu)造和運(yùn)動形式都是能量結(jié)構(gòu)或能量運(yùn)動的結(jié)果，而一旦發(fā)現(xiàn)能量的基本單元量子與空間的結(jié)合形式，我們就不再需要除物理空間之外的任何物質(zhì)實體之間的相互作用，它們之間的相互作用是它們分別與空間相互作用的結(jié)果。實際上我們也不可能發(fā)現(xiàn)比量子空間作用更基本的物質(zhì)作用形式。實驗證明，四種基本相互作用中的強(qiáng)力、弱力和電磁力是通過傳遞明確的介子能量實現(xiàn)

27、的。傳遞引力的介子盡管沒有被直接發(fā)現(xiàn)，但是根據(jù)相變原理和e=mc2，所有的自由量子都可以成為傳遞引力的介子，因為它們被物體吸收后以等價質(zhì)量的形式對重力場有所貢獻(xiàn)。 物理空間的熱力學(xué)平衡性質(zhì)（即空間的無序狀態(tài)）使之具有充分甚至無限的幾何構(gòu)造可塑性，可以對任何形式的激發(fā)能量做出相變響應(yīng)并產(chǎn)生相應(yīng)的自由量子和量子場，產(chǎn)生不同的物理相互作用模式，包括力的強(qiáng)度和力的作用距離，繼而產(chǎn)生不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)形式或體系。上面的分析顯示，這樣的物質(zhì)構(gòu)造過程同時滿足熱力學(xué)、經(jīng)典力學(xué)、量子力學(xué)以及相對論的基本原理，而由空間相變產(chǎn)生的自由量子空間結(jié)合關(guān)系將成為統(tǒng)一場理論的基礎(chǔ)。統(tǒng)一場的物理本質(zhì)是量子場，量子場的累計或集合構(gòu)

28、成物理力場。 四.時間之箭 根據(jù)相變原理，時間是在定量自由量子的“能值”時引入的，與量子本身的自然運(yùn)動沒有必然的聯(lián)系。經(jīng)典力學(xué)中，時間只是與評價自由量子能量有關(guān)的一個物理測量概念。我們可以利用與空間相變完全無關(guān)的時間定義一個自由量子的頻率。在這個意義上，時間相對獨(dú)立于具體的物理事件。但是相對論表明時間具有運(yùn)動屬性，根據(jù)物體運(yùn)動速度的變化而變化。對于系統(tǒng)相變和引力紅移效應(yīng)的分析顯示，作為評價量子能量的物理量，時間的方向必須與自由量子的運(yùn)動方向保持一致并且必須遵循等效性原則客觀反映量子能量在不同空間狀態(tài)下的變化。因此，時間必須具有實際物理屬性并且直接參與物理過程。 時間對于絕對熱力學(xué)平衡系統(tǒng)沒有意

29、義。時間就是某種耗散結(jié)構(gòu)存在的標(biāo)志，而耗散結(jié)構(gòu)必須通過某種運(yùn)動形式維持其存在。物理真空相變產(chǎn)生自由量子，而自由量子隨即因為耗散而還原，這個過程符合熱力學(xué)第二定律，只是耗散能量在量子勢的反饋支持下可以激發(fā)下一次相變。所以，自由量子在空間的存在本身就是量子化的，是不連續(xù)的。但是對于有限測量精度而言，空間激發(fā)態(tài)的相轉(zhuǎn)移是充分連續(xù)的，我們看到連續(xù)的自由量子光速軌跡，時間也因此連續(xù)。本質(zhì)上，時間是能量的有序狀態(tài)。根據(jù)能量守恒定律，能量不會消失，所以時間也不會消失，但只是對于能量的有序狀態(tài)有意義。能量的有序狀態(tài)必然要求“序”的方向，就是時間的方向。 根據(jù)命題B，可以有以下推論： a.時間可以轉(zhuǎn)移 能量可以

30、由一種有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N有序狀態(tài)，時間也因此可以轉(zhuǎn)移。比如自由量子的能量可以轉(zhuǎn)換為物體的動能或質(zhì)量，時間的方向也因此指向物體的運(yùn)動方向或者引力空間“序優(yōu)勢”的方向。 b.時間隨耗散結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化而變化 時間是能量的有序狀態(tài)，所以狀態(tài)的改變必然導(dǎo)致時間變化。相對論給出關(guān)于物體運(yùn)動速度或物體質(zhì)量與時間的關(guān)系函數(shù)。 c.時間轉(zhuǎn)移與時間延續(xù)的關(guān)系不確定 對一個有序結(jié)構(gòu)輸入能量的結(jié)果是不確定的，可能以正反饋形式延續(xù)其存在，也可能以負(fù)反饋形式促其崩潰。自由量子的矢量方向決定于輸入能量的初始方向，而每一次相變產(chǎn)生的量子都是下一次相變的輸入能量，每一個相變“點(diǎn)”的位置不能精確預(yù)言。 僅僅限于物理真空受激產(chǎn)生

31、自由量子事件范圍，如果物理真空恒定，只要自由量子不對其他物質(zhì)系統(tǒng)做功（自由量子對其自身做功），它將在空間中永久存在。但是如果視物理真空為一個能量系統(tǒng)，熱力學(xué)第二定律并不阻止自由能量對系統(tǒng)邊界做功，結(jié)果將導(dǎo)致宇宙膨脹，每一個自由量子都將為此付出代價，能量衰減，光譜整體紅移。根據(jù)命題A(c)，物質(zhì)系統(tǒng)之間的相互作用將被削弱，包括中子、質(zhì)子在內(nèi)的所有基本粒子都將衰變，物質(zhì)宇宙最終“熱寂”。按照這樣的模式，時間的方向指向宇宙邊界，指向宇宙“熱寂”，與引力空間的時間方向相背?，F(xiàn)在我們看到宇宙歷史上系統(tǒng)引力與系統(tǒng)膨脹是如何關(guān)于時間直接對抗的，對抗的結(jié)果決定宇宙的命運(yùn)。: 宇宙的命運(yùn)究竟是什么？就是兩種對抗

32、力量的平衡。 平衡的方式或許很簡單。基于自由量子的相干波動原理，足夠強(qiáng)大的宇宙引力可以限制自由量子的活動范圍，避免其對宇宙邊界做功，宇宙邊界將得以穩(wěn)定。對于邊界的外部而言，邊界的內(nèi)部是一個黑洞。當(dāng)然，這就要求引力空間的“序優(yōu)勢”范圍擴(kuò)展到整個宇宙。一旦如此，自由量子最終會以連續(xù)變化的曲率軌跡向宇宙的質(zhì)量中心運(yùn)動，宇宙仍然難逃坍縮的命運(yùn)。 前面已經(jīng)談到，物理空間在黑洞視界發(fā)生相變，產(chǎn)生的自由量子在“序優(yōu)勢”的作用下以光速向黑洞的質(zhì)心運(yùn)動。設(shè)想黑洞是一個容積有限的中空球體，它的質(zhì)心與球心重合。來自各個方向上的自由量子在球心處相遇，它們的本征波動相干，任何微小的對稱失衡都將引起量子運(yùn)動的極大混亂，瓦

33、解能量的所有有序結(jié)構(gòu)并最終實現(xiàn)熱力學(xué)平衡，物理空間得到還原，時間之箭失去方向。 回顧物理空間的激發(fā)相變，可以認(rèn)為一個獨(dú)立的激發(fā)狀態(tài)Pe不能作為物理實在，只能用“虛”狀態(tài)表示，即：Pe(i)=P0+e。從對稱的角度上考慮，如果從P0中取出單位能量e，則有：-Pe(i)=P0-e。于是得到結(jié)果：Pe2=P02-e2，即：P02=(Pe2+e2)。（1）,方程（1）中，物理空間的激發(fā)相Pe是一個能量“陷阱”，無論量子能量e有多大，P0保持不變，意味著在任何物理相互作用中，物理空間的狀態(tài)恒定。即使將宇宙的全部物質(zhì)作為自由能投入Pe也不會改變物理空間的性質(zhì)，這也是對物質(zhì)宇宙與黑洞關(guān)系的描述。 那么，黑洞

34、空間需要一個具體的、有質(zhì)量的“壁”么？試想將宇宙質(zhì)量放入一個黑洞，它所產(chǎn)生的引力當(dāng)然足以形成黑洞效應(yīng)，所謂黑洞空間的“壁”其實與我們熟悉的引力空間沒有區(qū)別。的確，相對論黑洞極度緊致，甚至不能容納概念空間，但是相對論效應(yīng)同時表明，任何一個進(jìn)入黑洞的自由量子e=hn/t的時間t都會極大地甚至無限膨脹，量子能量甚至無限增大，相應(yīng)增加黑洞與空間的作用力，等價于相應(yīng)的質(zhì)量增量。根據(jù)黑洞的史瓦西半徑r=2GM/c2，在保持黑洞效應(yīng)不變的條件下，充分大的M的增量允許r充分?jǐn)U大。另外一個例證來自光電效應(yīng)。如果用相同頻率的光照射金屬表面，那些運(yùn)動速度較大的電子應(yīng)當(dāng)更容易被擊出它原來的位置。 物理真空好比白紙上一

35、些隨機(jī)散落的點(diǎn)。相變造成某個局部的點(diǎn)以特定形式有序排列（量子結(jié)構(gòu)），附近的點(diǎn)傾向性排列（量子場和量子勢），相變還原后這些點(diǎn)回復(fù)到原來的狀態(tài)，甚至沒有發(fā)生任何可以測量的位移。相變的傳遞只是點(diǎn)的有序排列方式的傳遞而不是點(diǎn)本身，譬如電流傳遞的只是電能而不是電子。特定形式的能量傳遞特定形式的秩序，物質(zhì)體系就是相同或不同能量秩序的集合體。外部宇宙的秩序在通過黑洞時被徹底瓦解。 現(xiàn)在我們可以清楚地理解能量究竟意味著什么。所謂“能”就是特定形式的秩序。當(dāng)這種秩序在確定方向上運(yùn)動時取得“量”的概念，它的“量”和方向通過時間得到定義。廣義而言：時間是反映秩序運(yùn)動方向和大小的物理量，與秩序本身的狀態(tài)不可分割。 根

36、據(jù)物理空間的熱力學(xué)性質(zhì)，方程（1）中空間的穩(wěn)態(tài)“相”和激發(fā)“相”可以用系統(tǒng)的“熵”表示：P0=S0，Pe=Se，則：e2=(S02-Se2)，其中S0是一個恒量。當(dāng)|e|>0時，S0>Se。 這樣處理后，量子能量與系統(tǒng)的“熵”聯(lián)系在一起。較大的|e|擁有較小的Se，能量的有序程度較高。對于能量的累積形式，則可以表示為：S02=e2+Se2。若E=mc2=e，則S02=(mc2)2+Se2。根據(jù)相變原理，量子結(jié)構(gòu)、量子場以及量子“勢”都是能量系統(tǒng)有序程度的表達(dá)，歸結(jié)為“場”的有序狀態(tài)，通過“熵”Sm2=Se2予以量化評價。粒子之間或粒子與量子之間存在“場相干”，產(chǎn)生波動。S02=e2

37、+Se2可以作為物質(zhì)運(yùn)動波粒兩重性的基本表達(dá)形式。討論:量子理論研究正在逼近物理真空（2），但是可能受到經(jīng)驗以及經(jīng)典力學(xué)時空概念的影響，物理空間至今仍然只是物質(zhì)存在與運(yùn)動的載體而不是具有獨(dú)立意義的物質(zhì)實體。當(dāng)然，物理空間無從測量因而無從定義、無從把握的性質(zhì)也很難被作為具體的研究客體，盡管空間的黑體性質(zhì)以及相對論表明它是宇宙物質(zhì)的一部分，至少它參與宇宙的物質(zhì)過程。另一方面，空間無從測量恰恰反映它完全無序的狀態(tài)，沒有特征，不會主動參與物質(zhì)運(yùn)動，這就是它的特征。因為無序，所以擁有充分的、被動塑造的可能。 在熱力學(xué)平衡的背景上將熱力學(xué)耗散系統(tǒng)推向極端的結(jié)果必定引起相變，這是由熱力學(xué)平衡系統(tǒng)性質(zhì)所決定的悖論形式。只要賦予物理空間以適當(dāng)?shù)膹埩?，好比一方繃緊的水面，相變就會將能量進(jìn)行“量子式”裁切，量子就會像“打水漂”的石片一樣跳躍，同時引起水面的漣漪。稱這樣的量子為自由量子，它們攜帶的能量為自由能。自由量子的運(yùn)動是能量與空間結(jié)合的結(jié)果，是自由能與空間的結(jié)合力“拉動”量子以光速運(yùn)動。在這里，空間響應(yīng)速度扮演裁刀的角色，裁切的原則是保證下一次相變的條件，這個條件就是光速。所以自由能的速