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物理质量的形成（第二版）

2020/09/23   維加斯新聞報
曹天云

 【摘要】：将广义相对论的等效原理和弯曲时空从引力场应用到电磁相互作用的场、强相互作用、量子场等规范场中。认为微观物质场的存在所形成的弯曲时空，产生相应的时间延缓效应和量尺缩短效应，导致光子能量在其中产生时空弯曲状态，并导致该弯曲时空中的光子能量凝聚为质量并形成微观粒子时空状态，向着表面时空呈现出它们经过时空转换后的量子状态和微观粒子状态。
 【关键词】：物理质量，相对论，等效原理，物质场，光子，时空弯曲，时空转换
一、场与等效原理
1、相对论基础
    爱因斯坦（Einstein）的狭义相对论指出，一个物体相对于观察者高速运动时，观察者会观测到这个物体的长度会缩短，时钟会变慢。这种现象应用洛仑兹变换后，狭义相对论称之为时间延缓效应（又称为时间膨胀效应）和量尺缩短效应。在广义相对论中，由于引力场强度的作用，也会产生时间变慢、量尺缩短的现象，而导致空间弯曲。在强大的引力场中，这样的时间变慢、量尺缩短的现象，我们也统一称之为时间延缓效应和量尺缩短效应。
    1919年英国天文学家在日蚀观察中证实了光在引力场中不沿直线传播，而沿着曲线传播，广义相对论被人们普遍接受。在相对论的理论中，时空成为了一个统一的概念而出现，弯曲的时空不再是均匀的欧几里德（Euclidean）空间，而是弯曲的黎曼空间了。
2、广义相对论的等效原理的延伸思考
广义相对论的等效原理中，以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为根据，提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系的等效原理思想。阐述了引力作用和加速度作用等效的原理。并由此揭示出了引力场强度的作用，而导致时间变慢，空间弯曲的效应。基于时空弯曲的效应，爱因斯坦（Einstein）认为行星以椭圆形轨道围绕恒星运转的状态是时空弯曲的体现那么，核外电子围绕原子核的转动是否也可以理解为时空弯曲的体现？
那么，在原子核外的电磁场强度中，时间是否也会变慢呢？时空是否也会弯曲呢？光在电磁场强度中传播是否会弯曲和变慢呢？依照我们对场作用的等效性的延伸思考，人们自然也会联想到这里来，认为会有同样的等效效应。
人们在普通物理实验中早就发现了这样的现象，物理实验发现的光在介质中传播速度的变小的现象，体现了光在电磁场中的时间延缓、时间变慢效应。我们只要转换一下思考方式，将日常生活中熟视无睹的普通现象与原子物理的电磁相互作用的知识相结合，就会发现其它的如光照到物体后的折射、反射、吸收等现象，都体现了光在电磁场中的弯曲效应。
3、弯曲时空与量子力学的关系
    狭义相对论讨论宏观的物理问题，量子力学讨论微观的物理问题。由于多数微观粒子以接近于光速的方式运行，所以，科学家将狭义相对论与量子力学结合而形成了相对论性量子场论的思想。相对论性量子场论的基本思想认为，场作为宇宙中的基本的形式，弥漫于所有空间中，而且每一种量子粒子对应于一种量子场，每个量子场伴随一个量子粒子，场用粒子的性质表现出自身。尽管爱因斯坦没有能够建立统一场的方程，但是，追求物理场的统一以及不断取得的进展，会使人们对弯曲时空和场的效应进行更深入的思考。
在寻求广义相对论与量子力学结合的过程中，科学家只将注意力放在如何将量子力学应用到引力场中，将引力场量子化的问题，结果由于遭遇了无限大问题的麻烦，从而停止了结合的脚步。如果改变一下结合的思路，将广义相对论的弯曲时空思想与微观粒子、微观场相结合，就会显示出广阔的前景。
    现在。我们将量子力学与广义相对论的弯曲时空思想结合，而深入思考：在强相互作用的场作用下，或者在微观量子场的场强度作用下，是否都会导致时空弯曲，而体现不同场对时空弯曲的等效效应？现在这里将量子力学的量子场、相对论的物质场都统一称为物质场。
可以思考原子核的存在构成一个弯曲的时空，不仅将原子核内的中子、质子、夸克等存在组成一个弯曲的原子核时空，还形成核外电子的弯曲时空的运转状态。
所以，相对论中的时间延缓效应、时间标尺的增大和量尺缩短效应、空间的弯曲，体积变小的效应，我们自然会应用到普遍的物理场中，而提出假设：在物理中存在的不同的物质场，具有等效的时空弯曲效应，即都会导致时间延缓、量尺缩短和空间弯曲的效应。微观的物质场也满足洛仑兹对称。从而也导致微观粒子、粒子的物理质量的形成。
4、时空转换的相对性
有一种观点认为，广义相对论中物体在引力场中的弯曲是不同于狭义相对论中的相对弯曲，而是一种绝对弯曲，认为一个长条如果放到引力场很大的星球上面，它的长度会缩短，因而是绝对的弯曲效应。然而我们思考：当人们将长条、标尺和观察者都到那个星球上面去测量的时候，长条、标尺和观察者都会同时缩小，这个观测者仍然无法测量到长条的缩短。所以，人们所认识的长条的缩短仍然是它在那个星球的引力中相对于我们这个惯性系中而呈现的时空转换后的状态，是相对的状态。
双生子佯谬（twin paradox）的命题中，一对双生子A和B，A在地球的惯性系中，B乘火箭去做星际旅行，要发生非惯性系的变化。尽管B在星际旅行的火箭中没有感觉到自己和火箭空间的时间变慢，但是，在地球上的A会发现B的时间变慢，即B相对于A的时间变慢。B经过漫长岁月返回地球。爱因斯坦的狭义相对论认为，二人所经历的时间不同，重逢时B将比A年轻。所以，在B经过了时空转换后，B和A重逢时，B在相对于A的时间变慢的相对性中，包含了绝对性的因素。
那么，在广义相对论中，还可以设想另外一种双生子的情况：如果B旅行到一个大质量的星球上，B所在的星球引力导致的时间延缓效应，B相对于A要年轻，尽管B在那个星球上没有感觉到自己和环境空间的时间变慢，所以B对于A的时间变慢首先是以相对性而出现的。如果他们重新在地球上相遇，B也同样会比A年轻。所以，在时间的延缓效应上面，在时空转换的相对性基础中也会包含某种绝对性的因素。在中国古代的传说中，有“天上方一日”，地上已千年」的传说，也体现了这样的道理。
二、物理质量的形成与时空弯曲
1 、物理质量的形成
只有对于半径为零的时空和静止质量为零的粒子，人们才能够认为是所认识的物理时空和粒子的最基本的存在单元。那么，物理学除了从理论上进行假设外，发现这样的存在了吗？当然，众所周知的光子就符合这样的存在要求。
现代物理学表明光子有动质量而无静止质量，光子以光速运行，它的长度为零。所以，它符合人们寻找的能够产生物质的时空存在和其它粒子存在的基本单元的条件。然而，处于光速运行的光子如何又能够结合成为其它粒子的时空状态和质量呢？这就还需要微观的物理场或者是微观量子场的存在，它们满足洛仑兹对称。
在广义相对论中，爱因斯坦论述了时空空间会是弯曲的，认为质量越大的天体附近，引力场越强，因而时间延缓效应增大，时间标尺越长，也就是那里的时钟变慢，那里物质的时空是弯曲的；而且人们又发现在物体内部微观下，存在很强的物质能量场。
    依据广义相对论和前面所表述的场的等效原理，进行分析：
    在微观物质场的存在中，时空会弯曲，时间会延缓，量尺会缩短；往微观延伸下去，如果其物质场能量越强，时空弯曲程度越大，时间延缓效应越大，量尺缩短效应越大。
    光子能量在进入微观物质场中，与微观物质场结合后，在微观物质场形成的弯曲时空作用下，光子的运行轨道弯曲也很大，同时时间延缓效应很大。光子在微观物质场的时空中仍以光速前进，时空很大，但从人们这个表面时空去看（或反映、转换到人们这个表面时空中来时），根据时空转换的相对性，其时间延缓效应很大，量尺缩短效应很大，导致位移极短，光就象处于“静止”状态一样，光能量得以“凝聚”在其物质场的弯曲时空中，光子的动质量就转换成该微观物质场的静止质量，从而构成该物质场的弯曲时空中的质量的形成过程和基础，形成微观物质场的微观粒子、量子粒子的静止质量和微观时空状态。
    这样构成了一种由微观物质场的弯曲时空与光子能量的结合状态，光子能量在这样的弯曲时空中，通过时间延缓胀效应、量尺缩短效应而“凝聚”而成为了物理质量，并形成了微观粒子的时空内涵、尺寸和能量的质量内涵，产生了人们所认识的物理微观粒子现象。
    所以，微观物质场的存在所形成的弯曲时空与光子能量的结合，就解释了微观粒子的产生的原因和表现状态，以及其物理质量的形成原理。
    所以，物理的静止质量可以看作是光子能量在微观物质场的弯曲时空中形成的时空弯曲而存在、“凝聚”成的，是对能量的一种时空存在形式的描述、概括，也是对物体所包含的这种时空能量多少的度量。
    所以，相对论揭示了质量和能量能够相互转换的原理和质能关系。质量可以转化为能量，人们现在可以这样来理解核爆炸：当一个微观物质场的弯曲时空被打破而改变时，该弯曲时空中的光子能量的一部分施放到表面时空来，表现为质量转换为能量的过程，体现着相对论的质量与能量的关系（E=MC2）和内涵。
    在正负电子对湮没为光子的过程中，人们也发现电子的质量部分转变成了光子能量；而通过高能光子，也可以产生出粒子对来。在真空中，微观物质场也伴随零点能的存在，不断出现正反粒子对的产生与湮没。都可以用这样的物理质量的形成原理、微观粒子的形成原理来解释了。
    现在，人们就能够更深刻的理解、表达、应用相对论的质量与能量的关系（E=MC2）了。微观物质场形成的弯曲时空与光子能量以这样的方式结合而构成微观粒子的时空状态，并凝聚成微观粒子的物理质量的内涵。质量是对物体所包含的这种时空能量多少的度量，而构成人们的物理世界的存在基础。
2、时空弯曲与时空转换
根据前面提到的相对论的时空弯曲和时空转换的相对性原理，微观物质场所导致的时空弯曲效应是相对，通常以人们所在的表面时空为基点，通过时空转换而呈现在表面时空的状态。所以，时空弯曲与时空转换，在人们认识微观世界的过程中通过时空的相对性一起呈现出来。
    由于不同的物质场的场强度的不同，所对应形成的弯曲时空强度与时空弯曲效应不同。相对于其它不同物质场的时空所形成的时空相对性不同，构成的时空相对和时空转换过程不同，从而会有不同的时空转换内容和弯曲时空的表现状态。
在向着表面时空的延伸方向，不同的粒子在不同的场中构成不同的弯曲时空和质量，进行不断的叠加，组成不同层次的时空结构、粒子状态、量子态等。这样一层一层的向着表面发展，构成了人们在表面时空中所发现的、相对于人们表面时空进行了时空转换后的微观粒子状态和微观物理质量。构成物理的时空的存在内容和物理的包含质量的粒子存在状态。
3、人们所看见的微观粒子是相对于表面时空的一种时空转换后的呈现
当人们借助于显微镜观察某一层次的微观粒子的时候，例如看原子核时，实际是在人们这个表面时空来看、来反映原子核所在时空中的存在状态，因而体现着时空的相对性。
    由于原子核所在的时空，其物质场与人所在的分子时空的物质场不同，原子核所在层次的物理时空在经过时空的相对性和时空转换，而转换到人所在的表面时空时，其时间延缓效应和量尺缩短效应，导致相对于人们所在的表面时空呈现时空弯曲状态。因而人所看到的原子核就呈现很小的微观粒子状态。也就是说，是原子核所在的时空状态经过时空转换之后，投影到我们这个表面时空中来，被我们的仪器和肉眼感觉所接收转换之后形成弯曲时空的三维实体粒子的形式；从能物理量角度来说是其微观物质场和弯曲时空所凝聚的能量向着那层时空的叠加，而形成的物理质量的总和。
在物理研究中发现了许多原子核内部的夸克、介子等微观粒子状态，尽管该时空中的某些组成部分在该时空中也以近光速运动，或者如量子力学中的波函数包一样的存在，但是它仍然处于它们所在微观物质场的时空中，并且由于它相对于我们的表面时空而言、时间延缓很大、量尺缩短很大、时间标尺很大，因而人们的表面时空的人观察到后，就表现为速度很慢，就象静止在该弯曲时空中一样，构成该弯曲空间的组成结构、内容和微观质量。但是，如果打破该时空的结构，它们中的许多组成部分就会向着人们所在的时空展示接近光速的一些状态了。
4、人们所看见的表面实体
再返回来看我们已认识到的表面世界。我们在日常看到的物体又是什么呢？它是站在我们这个表面时空中看到的物体，而我们现在已经认识到这是沿着微观物质场与弯曲时空结构与光子能量结合后，经过时空转换后叠加到人们这个表面时空中来的时空投影存在，被人们的眼睛、感觉所吸收、转换后的被反映成为三维的立体、三维的实体等不同的形式。
    如我们看见的一个杯子，在微观状态下，对应无数层次的物质场、时空结构和存在状态，它们自身对应无比广阔的空间，但当从我们表面这个时空去看它时，它所在的时空结构就相对于表面发生着时空转换了，时空就弯曲了，变小了，构成了在我们这个时空中被我们看到的杯子实体的内部基础和物理质量基础。它投影到人们的三维的眼睛上面，而被人们的感觉和意识建构将它们反映成为了杯子的三维立体和四维实体状态的内容。其实在人们所在的表面时空中，它也是包含了多维、场、弯曲时空、能量、时空结构的物理时空的存在，因而人们的意识、思维能够从对杯子反映的各种认识现象、不同的认识过程、以及不断反思认识局限的过程中，逐步认识到它的物理多维时空存在的内容。
人们看到的三维实体的物体形态、运动形式和相互作用过程，构成了人们四维时空观念的内容和局限，构成了我们在这个时空中所熟视无睹的低维时空的世界图景。
所以，人们对世界的认识，受制于人们的眼睛、感官的制约，也受制于人体生命的存在状态和由此而形成的观念的制约。世界的真实存在也许并不遵循人们认识世界的途径和过程。而人们认识世界的途径和过程就成为了我们反思人们的思想误区和观念局限，而进行不断超越的思维契机。
附录：对希格斯粒子的质疑
（曹天云）
    新闻背景:欧洲核子研究中心（CERN）于7月4日举行了震惊世界的新闻发布会，宣布其大型质子对撞机LHC实验发现了一种新型亚原子粒子，其质量大约为125 GeV的新粒子（置信度是99.9999%），这个粒子很像是被誉为上帝粒子的希格斯（Higgs），该粒子符合希格斯玻色子的属性。
“希格斯玻色子”理论由英国爱丁堡大学物理学家希格斯于1964年提出，
希格斯机制不仅自己具有质量，而且能赋予全部的基本粒子具有质量，是电子和夸克等形成质量的基础。因此希格斯粒子被称为上帝粒子，是其它粒子的基石。
希格斯认为，在137亿年前的大爆炸中，希格斯玻色子使物质得到质量，使恒星和行星都得以诞生，最终孕育生命。这一理论可解释粒子为何拥有质量，从而演化为万事万物。
粒子物理学的标准模型预言了62种基本粒子，希格斯粒子是标准模型所预言的一种基本粒子，希格斯机制能赋予其它61种基本粒子具有质量。
为什么基本粒子会具有质量？根据希格斯机制，希格斯场遍布于宇宙，，没，弥漫于整个空间，其它基本粒子是因为与希格斯场之间的耦合、发生相互作用而获得质量，而这相互作用的附产品就是希格斯玻色子。
在电弱相互作用中，根据局域规范对称性理论所推测出的四种规范粒子都应该是无质量的玻色子，它们分别是W+、 W–和 Z 0和光子，然而实验所测量的W+、 W–和 Z 0玻色子都是有质量的。为了解决这样的理论矛盾，引入自发对称破缺机制的希格斯机制。根据希格斯机制，希格斯场遍布于宇宙，弥漫于整个空间，与其它的除光子外的基本粒子都有耦合，发生相互作用后，赋予这些基本粒子的质量。而希格斯玻色子，就是希格斯场与其它基本粒子发生耦合后，给了其它基本粒子静质量之后，剩下的那部分所对应的粒子。希格斯粒子的自旋是0，是目前标准模型中唯一自旋是0的玻色子。
        反驳希格斯玻色子之一：希格斯玻色子的存在与质量
希格斯场与希格斯粒子本来就是为了弥补局域规范对称性理论的缺陷而提出的理论。希格斯场具有四个物理极化分量的场，在弱相互作用中，与W+、 W–和 Z 0进行耦合、相互作用后，将其中的三个极化分量分别传给自旋为1，具有2个自由度的无质量的W+、 W–和 Z 0，而使得它们获得质量，也变成了有三个自由度的W+、 W–和 Z 0玻色子，还剩下一个自旋为零的有一个值标量场的希格斯玻色子。
那么，实验在检测到有质量的W+、 W–和 Z 0玻色子的同时，也应该同时检测到它们所对应的有质量的希格斯玻色子。而且数量还应该很庞大。
再进一步，既然希格斯场也赋予其它的基本粒子如夸克、电子以静止质量，那么，也就应该出现与夸克、电子同等数量的各种希格斯玻色子。如果说赋予夸克质量的希格斯玻色子与夸克一样不容易被检测到。那么，赋予了电子质量的希格斯玻色子应该与电子一起被大量检测到才对。
如果只发现了个别自旋为零的有一个标量场的玻色子并非就能够确定是希格斯玻色子，也并不能确定有希格斯场的存在。而是必须在发现无数有静止质量的基本粒子的同时也发现所对应的同数量的希格斯玻色子的存在，希格斯场才能够确定是成立的。这是引入了自发对称破缺机制的希格斯机制的必然结果。所以，如果这次的欧洲核子中心（CERN）确认发现的希格斯玻色子只是个别实验中的个别现象，那么就应该是对于赋予所有基本粒子质量的希格斯场的否定而不是确认。所以，许多物理学家更倾向于称其为“新玻色子”，而不是希格斯玻色子。
如果与这些基本粒子所对应的希格斯玻色子大量存在，即使现在还没有检测到，那么一个物体也应该因为希格斯玻色子大量存在而导致相应的质量存在，包含这样质量的物体与其它物体相互作用的时候，也应该参与到相互作用的过程中中，而体现出它的质量的存在。而现在的物体的相互作用的力学计算中，并没有包含、体现相应的希格斯玻色子的质量存在内容。或者过去的相互作用的引力常数应该进行修改。
反驳希格斯玻色子之二：希格斯机制的基础与光子
引入了自发对称破缺机制的希格斯机制认为，其它所有的61种基本粒子原来是没有静止质量的，因而是以光速运行的。这些不同的基本粒子与希格斯场进行耦合、发生相互作用后，获得静止质量，因而其速度降下来了。然而，现在分析，如果没有与希格斯场进行耦合的其它基本粒子，没有静止的质量，以光速运行，那么，这样的基本粒子也只能是尺寸为零的粒子。那么，符合没有静止质量、以光速运行、没有尺寸的粒子就只有一个，就是光子。
所以，现在继续进行推理：根据局域规范对称性理论，引入了自发对称破缺机制的希格斯机制，就应该是无数光子与希格斯场进行耦合，然后生成了不同静止质量、不同速度、不同尺寸、不同自旋的各种基本粒子。这是讲不通的。因为相同的光子为什么在与与希格斯场进行耦合后，会生成了不同静止质量、不同速度、不同尺寸、不同自旋的各种基本粒子？
    而且，希格斯机制以无数的基本粒子与希格斯场进行耦合后的内容（不同静止质量、不同速度、不同尺寸、不同自旋的基本基本粒子状态）的基本粒子的存在，当作了没有与希格斯场进行耦合之前就有了基本粒子的存在了。认为这样基本粒子在与希格斯场进行耦合之前就已经存在，而且具有了不同的尺寸、自旋等，只是没有静止质量、具有光速，这是明显的颠倒了因果、前后的逻辑缺陷。而如果没有与希格斯场进行耦合之前的基本粒子，是没有静止质量、没有不同速度、没有不同尺寸、没有不同自旋的，那么，就只能是光子，而没有其它的60种基本粒子的存在，那么，标准模型的希格斯机制也无法成立了。
  所以，现在的标准模型理论与希格斯机制，并没有能够解释物理质量的形成、微观粒子的形成，距离上帝之子的存在，还相差很远的。
   构成不同粒子的物质场是形成粒子时空的关键，也是对称破缺的体现，粒子的场凝聚光子能量就构成光子的质量内容和时空内容。而正反粒子甄灭，其场的对称破缺消失，变转换为光子能量。
而由于根据局域规范对称性理论所推测出的规范粒子无质量，本来体现一种数学与思考方向的错误，结果再引入自发对称破缺机制的希格斯机制来赋予基本粒子的质量，就显得多余，而又生出了希格斯场与其它基本粒子发生耦合，赋予其它基本粒子与质量的时候，又必要要伴随剩余的希格斯场形成希格斯玻色子的附加问题了，而必须有大量的希格斯玻色子伴随才对。这是对于基本粒子的质量形成的思维方向的错误。
    希格斯机制因为无法解决基本粒子的形成、基本粒子的质量与空间脱节、希格斯玻色子没有大量被找到等等现象，都体现出来希格斯粒子思想的缺陷和问题。
反驳希格斯玻色子之三：标准模型的基本粒子数量的否定
因为希格斯场在赋予每个基本粒子的质量的同时，也会形成对应的希格斯玻色子。所以，希格斯玻色子的种类就应该很多，那么标准模型中的希格斯玻色子就不应该只是一种，那么标准模型也就不应该只有62种基本粒子了。
如果与这些基本粒子所对应的希格斯玻色子大量存在，即使现在还没有检测到，那么一个物体也应该因为希格斯玻色子大量存在而导致相应的质量存在，包含这样质量的物体与其它物体相互作用的时候，也应该参与到相互作用的过程中，而体现出它的质量的存在。而现在的物体的相互作用的力学计算中，并没有包含、体现相应的希格斯玻色子的质量存在内容。或者过去的相互作用的引力常数应该进行修改。
如果是希格斯玻色子衰变为其它的夸克、电子等基本粒子，那么就是应该是希格斯场同时赋予其它粒子的场、空间、质量才对。
        所以，希格斯粒子和希格斯机制，都是难以成立的。本来是为了弥补标准模型的规范场的缺陷，结果以一种更大的缺陷还弥补以前的缺陷，漏洞越来越大。所以，我提出的通过规范场的弯曲时空与光子能量的集合形成质量的思路，更加的简明、合理。