復宇宙對稱論

翟紅軍

“也許正如二十世紀初，愛因斯坦的相對論時空理論不需要假定以太的存在一樣，我們現(xiàn)有的新理論也不需要假定暗物質(zhì)和暗能量的存在。”

——作者語

引子：

回顧20世紀初的物理世界，物理學大廈宏偉而又美麗，然而天空中的兩片不起眼的烏云迅速籠罩了世界，并瞬間引起了暴風驟雨。當相對論和量子力學出現(xiàn)后，物理學的天空一片晴空大好。同樣在21世紀初，也有兩片烏云籠罩著天空——決定宇宙命運的暗物質(zhì)、暗能量的構成成分和作用機理是什么或者它們是否真實存在。也許物理學的現(xiàn)有理論已不足于描述物質(zhì)間的相互作用，我們需要新的物理理論來探索我們所處的宇宙間的自然規(guī)律。在這樣的時代背景下，出現(xiàn)了一個試圖準確理解宇宙間物質(zhì)相互作用規(guī)律的理論——復宇宙對稱論。

正文：

遍觀宇宙萬物，有陰有陽、有男有女、有正有負、有上有下、有靜有動、有對有錯等等，這些無不顯露出宇宙事物間存在對立統(tǒng)一的自然規(guī)律。描述物體運動狀態(tài)的靜止和運動就是一個既對立又統(tǒng)一的整體。取不同的慣性參考系我們可能得到物體處于不同的狀態(tài)，得到物體的質(zhì)量也不同。在愛因斯坦的相對論中，物體具有靜止質(zhì)量和運動質(zhì)量，靜止質(zhì)量是在相對物體靜止的慣性參考系中測得的質(zhì)量，物體的運動質(zhì)量會隨著它的運動速度的增加而增加。從自然的對立統(tǒng)一規(guī)律方面說，質(zhì)量作為物質(zhì)的本質(zhì)屬性應該既能反映靜止狀態(tài)的屬性又能反映它高速運動狀態(tài)的屬性。在此基礎上我將質(zhì)量寫成復數(shù)的形式

（用大寫字母表示復質(zhì)量），其中用實部反映它靜止的屬性，稱之為靜質(zhì)量；虛部反映它運動的屬性，稱之為運動質(zhì)量。

世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運動的，運動是有規(guī)律的。借用哲學之語（從哲學的源頭考慮）我們這個世界是由物質(zhì)構成的，而物質(zhì)又有運動這個本質(zhì)屬性。我們希望能找到有關物質(zhì)運動的規(guī)律，靜和動只是物質(zhì)對稱性的一個反映，物質(zhì)的靜止和運動本是相對的，微觀粒子的波粒二象性就是靜止和運動的對稱反映。我們可以認為微觀粒子間的相互作用，展現(xiàn)了他的粒子屬性或者說相對粒子靜止的屬性。而粒子的波動性，則展現(xiàn)了粒子波動的屬性，或者說其運動方面的性質(zhì)?；谟钪骈g的物體有物質(zhì)的這個屬性，從物理角度考慮，認為物質(zhì)具有質(zhì)量，物質(zhì)又有運動這個屬性，作為質(zhì)量的物質(zhì)的這個內(nèi)秉屬性必然與運動有關。

一個世紀之前，愛因斯坦的相對論，正好反映了物質(zhì)的運動的規(guī)律，他認為一個物體的質(zhì)量與其運動的速度有關，這便有了這個公式

其中為靜止質(zhì)量，運動和靜止在質(zhì)量這個屬性中很好地統(tǒng)一了起來。但筆者認為，相對論雖然能夠描述宇宙中事物的一些規(guī)律，但它仍然不夠好。如反映在有關天體運動的宇宙學問題中，有出現(xiàn)我們無法描述的暗物質(zhì)及暗能量的問題?；谖镔|(zhì)有靜止和運動的屬性，運動和靜止是相互聯(lián)系且不可分割的整體。我借助數(shù)學工具復數(shù)來同時描述物體具有靜止和運動的這個內(nèi)稟屬性。物體的質(zhì)量可以寫成這樣的形式

，也就是說，任何一個物體的質(zhì)量，都可以寫成復質(zhì)量的形式。其中，反映物體在靜止狀態(tài)的屬性，反映物體在運動狀態(tài)的屬性。

1、復宇宙對稱論中物質(zhì)的復質(zhì)量表達形式

基于麥克斯韋的電磁理論和愛因斯坦的相對論的考察，我認為物體的復質(zhì)量M的虛部可以寫成 的形式，或者也可以寫成的形式。而它的實部，我們只需要用一個物體的靜止質(zhì)量代替就行了。所以，任何一個有質(zhì)量的物體的復質(zhì)量我們可以寫成

或

的形式。

其中，我將物體的復質(zhì)量用大寫字母M來表示，物體的靜止質(zhì)量（或者說站在與物體相對靜止的參考系測得的質(zhì)量）表示為。其中的p表示物體的動量大小，c表示光速，在真空中的，m表示物體的運動質(zhì)量。在物體的速度較小時，可以約等于，當速度過大不能忽略時，其可寫為

相對論質(zhì)量的形式。

2、復宇宙對稱論存在的兩個假設

本物理理論我稱之為復世界對稱論或復宇宙對稱論，因為它建立在物質(zhì)具有復質(zhì)量的基礎上，這是一種假設。假設我們所處世界的物質(zhì)所具有的質(zhì)量（包括靜止質(zhì)量和運動質(zhì)量）恰好可以用自然界最符合對稱和完美的數(shù)——復數(shù)來表述。而且，由此所推出的規(guī)律都符合自然規(guī)律，這是我這個理論的第一個假設。

第二個假設，假設對于我所提出的復質(zhì)量體系，牛頓的經(jīng)典力學理論、麥克斯韋的電磁理論、愛因斯坦的相對論和量子力學的某些結論等仍然適用。我們僅僅需要做的事，是將其的中質(zhì)量用復質(zhì)量來表達。當然，物理學的經(jīng)典理論在某些方面可能需要由復宇宙對稱論理論來改進或者更新。

3、復質(zhì)量對稱論質(zhì)量表達式的說明

（1）光子的復質(zhì)量表達式：由愛因斯坦的相對論我們知道，光子沒有靜止質(zhì)量，或者說等于0，它僅有運動質(zhì)量，所以光子的復質(zhì)量表達形式如下。

我們知道，光子有動量p、能量E和頻率，且它們之間的關系為

，所以對于光子，其復質(zhì)量可以寫成如上形式。當然，可能有人看到我給其中的虛質(zhì)量前添加了一個負號，之所以這樣添加是為了使本表達式更符合自然規(guī)律，這在后續(xù)的介紹中再予以討論。

（2）對于任何物質(zhì)，包括微觀粒子如電子、質(zhì)子、中子等，其復質(zhì)量可以寫成如下形式：

①

其中實部，反映的是相對于此物體或粒子靜止時或者認為站在相對該粒子靜止的參考系所測得的質(zhì)量。虛部 反映的是物體或粒子運動時的運動質(zhì)量的情況，由以上公式也可看出其大小與德布羅意的物質(zhì)波的波長有關。特殊地，若物體靜止，由虛部等于零可知其復質(zhì)量M等于物體的復質(zhì)量完全等價于經(jīng)典物理學中的質(zhì)量；若物體或微觀粒子以光速c運動，往往其靜止質(zhì)量為零，這時其只有運動質(zhì)量，虛部

直接反映了其運動質(zhì)量，這時物體的復質(zhì)量M數(shù)值上完全等價于物體的運動質(zhì)量，如光子、中微子等。

（3）對于微觀粒子，由于其具有明顯的波粒二象性效應，而復質(zhì)量表達式也恰好是自然的這種屬性的反映。復質(zhì)量中的實部是其粒子性的表現(xiàn)，虛部則是其波動屬性的表現(xiàn)。因為，根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波假設，任何粒子包括宏觀物體的動量和波長，都有這樣的關系

。所以，物體復質(zhì)量的表達式在要表現(xiàn)波動的情況下可以寫成以下的形式

（4）復質(zhì)量M的模的意義，我們知道，復數(shù)的?？梢詫懗蓪嵅颗c虛部之間的關系，如下：

②

經(jīng)過和愛因斯坦的能量和動量之間關系的表達式的比較，可以看出，其正好反映了物體所具有的能量動量關系，只需借用愛因斯坦的質(zhì)能方程

，將其中的m用復數(shù)

表示即可，如下：

③

兩邊同時平方，去掉根號,則為

④

④式正好是愛因斯坦的相對論能量和動量以及物體靜止質(zhì)量之間的關系式，由復質(zhì)量的表達式能夠推出④式既說明了相對論理論和復宇宙對稱論的協(xié)調(diào)性，同時也間接反映出復宇宙對稱論的正確性。當然這兩個理論既有協(xié)調(diào)的一面也有不協(xié)調(diào)的地方，在后續(xù)章節(jié)我們進行討論。

4、復宇宙對稱論對物體間相互作用的考查

⑴、復宇宙對稱論中的萬有（引）力定律：本對稱論認為任何質(zhì)點物體包括微觀粒子之間的相互作用力皆可用經(jīng)典力學中的牛頓萬有引力來表達，但需要改變的的是將其中物體的質(zhì)量m用復質(zhì)量M替換表達即可，如下

⑤

由于引入復數(shù)的緣故，上式所表達的力F為復數(shù)力，因為其無論是意義還是表現(xiàn)形式皆不同于經(jīng)典力學中的引力，故我將其命名為“萬有力”（比牛頓的“萬有引力”僅少一個字）。這個復宇宙對稱論中的萬有力既有引力的效果也有斥力的作用效果，既有縱向的作用效果還有橫向的作用效果，在微觀粒子甚或是帶電粒子之間也表達了電磁力的作用效果（后續(xù)章節(jié)討論）。我們現(xiàn)將物體的復質(zhì)量

和

代入上式，可得相距為r的兩質(zhì)點物體間的萬有力如下

⑥

觀察上式的實部可以看出來既有正值的部分

也有負值的部分

，如果我們用正值表示萬有力中引力的部分，則負值表示萬有力中斥力的方面。這說明復宇宙對稱論中的復數(shù)力更能完備的反映兩個物體間的相互作用，想象一下宇宙間的物體間的電磁相互作用力就既有引力也有斥力作用，而如果物體間的牛頓的經(jīng)典相互作用力僅只有引力作用顯然和電磁理論不協(xié)調(diào)；另外這也不符合本理論文首提出的自然界的對立而又統(tǒng)一的事物規(guī)律。當然此式還有虛部，筆者認為它的物理意義反映的是兩個質(zhì)點物體間的橫向作用效果，或者說實部表示的是兩質(zhì)點在他們連線上（縱向）的相互作用，虛部表示的是垂直于它們連線的（橫向）平面上的作用效果，由于此力是虛力，雖然其真實存在，但也許在未發(fā)生對稱性破缺前我們無法測出它的大小和方向。當然，如果這兩個質(zhì)點物體相對于觀察者都靜止，我們可以認為該質(zhì)點的動量為零，即

（或速度）,則此萬有力中的虛部為0，實部中的斥力項也為0，此復宇宙對稱論中的萬有力表達式就表現(xiàn)為經(jīng)典力學中牛頓的萬有引力定律的形式，兩者描述的宇宙規(guī)律也不會有任何差異。從這方面說，也可以認為萬有引力定律是復宇宙對稱論在質(zhì)點物體都相對觀察者靜止時的一個特例或者認為質(zhì)點物體在低速運動狀態(tài)下的一個近視規(guī)律。

對于萬有力復力F虛部的理解，我個人認為這個虛部由于分母含有光速c 因子，而動量中又有速度v，一般的宏觀物體通常速度v<<c的情況下可將其忽略為0。從數(shù)學中復數(shù)的意義來看，復力F的虛部反映的是與引力方向垂直面上的作用效果，這正是微觀粒子的波動性方面的反映，或者說測不準原理的存在理由。記得愛因斯坦曾經(jīng)說他相信“上帝不會擲骰子”，他認為量子力學是不完備的，量子力學只是描述了微觀粒子的狀態(tài)，但沒有找出微觀粒子波動性的終其原因。復宇宙對稱論認為運動物體間的萬有力是存在于整個空間中，不僅表現(xiàn)在兩物體連線方向的引力和斥力（縱向力），還表現(xiàn)在與連線垂直方面的橫向力，這個虛力或者說橫向力引起的一個作用效果乃是物體波動性的原因，當然這可能還需要實驗驗證。當然作為力的一個重要要素是力的方向在橫向面的哪個方向上，似乎沒有任何特殊的方向存在，這也許就是虛力的一個重要特點或者可能是當對稱性破缺甚或是波動性消失后才能表現(xiàn)出其具體方向。本理論的觀點和愛因斯坦一致，認為“上帝不會擲骰子”，或者說認為物理學理論不會破壞事物發(fā)生的因果性，而更進一步的是復宇宙對稱論給微觀粒子的波動性或物質(zhì)波的波動性找到了其存在的推動力——復萬有力中的虛力。

⑵、復宇宙對稱論萬有力定律的一個重要結論：

由上面的萬有力關系可以看出兩個相對靜止的物體之間只有引力作用——牛頓的萬有引力，若僅其中之一運動，具有速度v或者動量p，由前面的質(zhì)量代入可計算出，其間也僅有引力，這也是牛頓萬有引力定律能夠解決宇宙間大部分行星、恒星乃至星系間相互作用的原因。但對于如宇宙間因牛頓萬有引力定律而引出的暗物質(zhì)、暗能量等無法解釋的天體現(xiàn)象。筆者認為宇宙間存在暗物質(zhì)、暗能量可能正如十九世紀末科學家在宇宙中尋找哪種假定存在的以太的行為。因為牛頓引力理論未能反映出宇宙天體因運動而產(chǎn)生的斥力以及橫向力虛力的作用才造成需要假定暗物質(zhì)暗能量的存在以符合我們觀察到的宇宙實際。

復宇宙對稱論說明若遠離任何天體的兩孤立星球（或者微觀粒子）皆以很大速度運動時，其間既有引力又有斥力，特定條件下表現(xiàn)為引力特定條件下表現(xiàn)為斥力。下面是這個條件的推導。我們假定有相距r的兩個孤立靜止質(zhì)量相同的物體以同樣的速度從我們前面經(jīng)過。如下圖

其復萬有力為

借用相對論的運動質(zhì)量和靜止質(zhì)量之間的關系

代入上式得

觀察以上結果中的復數(shù)的實部可以看出，當 時，其實部的萬有力為零，即

,可解得

此時復萬有力F變?yōu)?/p>

由此可得出當物體的運動速度皆達到0.707c時，兩運動物體之間在其連線上沒有力的作用，但在與連線垂直的面上有此兩物體相對靜止時萬有引力的二倍力的作用，其表現(xiàn)為虛力，將引起此兩物體加速呢還是波動呢還有待實驗探究。

基于以上內(nèi)容可推出以下結論，當兩物體或者天體皆以大于0.707c的速度運動時，它們之間的復萬有力表現(xiàn)為萬有斥力，而當其以小于0.707c的速度運動時它們之間的復力才表現(xiàn)為萬有引力。這個結論讓我想起了交變電流的電壓的最大值和有效值之間也有類似的關系

.這兩者之間的自然規(guī)律有什么彼此相通的秘密嗎？也許考慮相對論效應的電子之間的電磁相互作用也符合以上規(guī)律，這種猜測還需要論證。

⑶、復宇宙對稱論有關暗能量的討論

我們知道對現(xiàn)今的宇宙探索發(fā)現(xiàn)我們所處的宇宙不僅在膨脹著而且在加速膨脹著。如果以牛頓的萬有引力理論甚或者是愛因斯坦的相對論來看都無法找到其加速的原因，迫使天文學家們假定有一種我們看不見的暗能量產(chǎn)生了這個斥力的效果，而科學家又無法給出他的具體構成成分和他的作用機理。但通過復宇宙對稱論的研究（這可能是檢驗其正確性的一個例證），我們僅需做以下假定就可以解決宇宙加速膨脹的問題。我們知道哈勃定律告訴我們星系彼此之間以一定的速度互相遠離著，而且離我們越遠的星系離開我們的速度越大，這充分證明了宇宙大爆炸理論的正確性。我們?nèi)匀患俣ㄓ钪鎻囊粋€億萬年前的奇點或者說宇宙中心爆炸而來，假設各星系以球面形式向外圍擴散，而現(xiàn)在各星系相對宇宙中心奇點的速度皆大于0.707c，則由復宇宙對稱論可知該球面上的星系之間存在斥力關系，星系之間的加速遠離完全是宇宙間萬有力表現(xiàn)為斥力時的一個作用效果。不過需要注意的是，星系的這個速度并不是相對于我們這個本星系的速度而是相對于宇宙誕生的奇點的速度，由于這個奇點的位置或宇宙中心的不確定使我們可能無法確定或測定星系相對宇宙中心的運動速度。

本復宇宙對稱論認為只所以我們無法通過現(xiàn)有的大爆炸宇宙理論完美理解（或解釋）宇宙加速膨脹的原因，是由于我們所用的牛頓的萬有引力理論并不是宇宙的終極真理，如果將萬有引力理論更新為復宇宙對稱論的萬有力理論，則可完美理解現(xiàn)今的宇宙規(guī)則。

⑷、復宇宙對稱論對于暗物質(zhì)是否存在的討論

同樣，暗物質(zhì)的存在是因為下面的原因。科學家們通過對光度學計算出來的宇宙中的星系質(zhì)量和經(jīng)牛頓的萬有引力理論中星球運動計算出來的質(zhì)量比較后，發(fā)現(xiàn)引力理論計算出的宇宙質(zhì)量要遠大于經(jīng)光度學計算的宇宙質(zhì)量，為了協(xié)調(diào)這個矛盾科學家假定有一些我們觀察不到的星系物質(zhì)的引力效果造成離星系中心較遠處的星球的快速運動。當然宇宙間可能存在一些我們用現(xiàn)有天文儀器和設備無法觀察到的星系、塵埃及微觀粒子等，但我們不能就此確定暗物質(zhì)一定存在，或者認為它占據(jù)了宇宙的大部分質(zhì)量是宇宙質(zhì)量疑難的主要原因。如果這樣就如我們中國古代將一些無法解釋的現(xiàn)象歸功于鬼神?，F(xiàn)在用復宇宙對稱論的萬有力去研究宇宙天體的運動，我們發(fā)現(xiàn)這個復萬有力的實部由兩部分構成，前一部分正好對應于牛頓萬有引力理論中的萬有引力，而后一部分是負數(shù)，與運動相關。如果將現(xiàn)今科學家測算出來的萬有引力用復宇宙對稱論中的萬有力代替的話計算出來的宇宙質(zhì)量將會大于目前天文學家測算的質(zhì)量，也許將會發(fā)現(xiàn)其符合現(xiàn)有的觀察宇宙質(zhì)量。當然這個復萬有力還有虛部的力，其與天體的運動速度相關，且作用于與實部力垂直的橫向方面，雖然這個力通常較小，但它也會引起宇宙天體速度的變化進而影響天體的運動軌跡，這也許可以解釋星系周圍恒星的運動規(guī)律何以如此不符合牛頓的萬有引力理論。暗物質(zhì)存在的另一項證據(jù)如下，牛頓引力理論認為若可見物質(zhì)都集中在星系的中心，則星系中心恒星的運動速度應該要遠超過外部的恒星，星系自轉速度曲線應該隨距離增加而遞減。然而，大多數(shù)星系的自轉曲線相當平坦，其外部恒星的運動速度和內(nèi)部恒星相近一樣快或者還略有增加，這就需要有額外的引力場來匹配恒星速度。為了理論能符合這個觀測結果和其他證據(jù)使我們發(fā)展出了存在暗物質(zhì)的理論。以下是M33星系的自轉曲線圖

另一方面，如果將此理論用于研究太陽系，我們可能發(fā)現(xiàn)每個行星都會因為這個虛力而加速或者進動。而行星的速度如果小則這個虛力小，行星的質(zhì)量越大虛力的影響也越小。相反地，如離太陽最近的行星水星，由于其質(zhì)量較小而速度又較大，故虛力對此行星產(chǎn)生的影響最為明顯。當然我們知道牛頓的萬有引力理論和愛因斯坦的相對論對行星的進動規(guī)律有他們各自的理解方式，而我們的復宇宙對稱論對行星的進動認為是復萬有力作用的結果。

⑸、復宇宙對稱論中有關經(jīng)過太陽附近光線的彎曲問題。

相對論曾經(jīng)計算了光線在引力場中的偏轉問題，但相對論有它描述不清楚的地方。如既然光子的靜止質(zhì)量為零，那么要么太陽對光子的作用力為零要么太陽對光子的運動質(zhì)量有引力作用，而這個引力作用取決于什么，與哪些物理量有關系顯然相對論都沒有明確的告訴我們?，F(xiàn)在我們通過復宇宙對稱論來研究光子和太陽間的相互作用。假定有一束光正好從太陽邊緣射過來進入我們的眼睛，借助前面的光子的復質(zhì)量公式

和太陽的復質(zhì)量，這束光經(jīng)過太陽附近時太陽對其的作用力可以用復萬有力進行計算。如下

上式中r為光子到太陽中心的距離，m為太陽的運動質(zhì)量，為太陽的靜止質(zhì)量，v為太陽的運動速度，為所研究光子的頻率。從這個公式的實部可以看出來太陽對光子的引力不僅與太陽的運動質(zhì)量、他們之間的距離有關，還與太陽的運動速度及光子的頻率都有一定的關系。當然虛部反映了它們之間除了連線上的引力的作用還有與連線垂直面上的力的作用，一種猜測的結果認為這個力可能會引起光子的紅移現(xiàn)象。

未完待續(xù)：以上所謂的復宇宙對稱論還是一個較為原始而初步的理論，限于本人才疏學淺，難免其中有差錯或者紕漏。同時還有一些由此理論所推出的不成熟結論尚未放入其中。另外其是否正確或者由此推出的結論是否正確還需要科學實驗的檢驗和較真。所以我將此初步理論定為復宇宙對稱論版本1.0，希望有識之士和我能夠在不久的將來將其更新為版本1.1、版本1.2甚至2.0?？v觀世界物理學的發(fā)展，沒有一個絕對的真理或者是永久不變的理論。在互聯(lián)網(wǎng)+的時代，我希望此理論是一個發(fā)展的理論，是一個借助各方力量而不斷進步并能夠真正準確描述物質(zhì)相互作用的理論。