Page 196 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

 
  e  p （10.57）
r 1 r 2

r1 和 r2 分别是电子和质子离质心的距离。电子自旋和质子自旋也是相干运动，但它们是发生
在电子波包和质子波包内部的相干运动。这些相干运动都起源于非线性相互作用，是系统各
要素统一的运动方式。氢原子内部的相对运动是指电子绕质子转动（根据相对性原理，也可
以说质子绕电子转动），这种运动形式是电子和质子之间的电磁相互作用产生的，遵循电磁

运动规律，在保证能量守恒和角动量守恒的前提下，通过相互之间的电偏转和磁偏转，形成
轨道运动、轨道旋进、自旋旋进等多种运动形式，使电子和质子的运动轨迹变得异常复杂，
从而产生混沌。这种混沌是在非线性势阱中产生的，是非线性约束下的混沌，所以，非线性
相互作用既是有序之源，也是混沌之源。
原子的结合能还可以理解为“真空能”。根据现代真空理论，真空并非一无所有，而是
包含有很大能量的空间。假设平直的真空比弯曲的真空包含更多的能量，那么氢原子的结合
能就可理解为一种“真空能”，即平直真空和弯曲真空的能量差（-13.6eV）。质子和电子

形成氢原子时，“溢出”的非线性物质可使一定范围的平直空间发生弯曲，这个能量差将被
释放出来（辐射出来），由此形成一个能量为-13.6eV 的势阱，质子和电子在这个势阱中运
动，两者的动能和势能之和等于被释放的真空能。因此，氢原子的结合能等于耦合波的能量，
亦即非线性势阱的深度，其本质是真空能，其数值等于平直真空和弯曲真空的能量差。
氢原子的非线性结构原理实际上是量子力学原理和广义相对论原理的结合。根据量子力
学原理，氢原子是一个电子波包和一个质子波包通过非线性耦合形成的三维驻波波包，可用
非线性薛定谔方程（10.51）式或非线性狄拉克方程（10.52）式描写。根据广义相对论原理，
氢原子的形成是电子和质子的非线性物质“外溢”导致时空弯曲和负能势阱形成，电子和质
子在势阱中沿弯曲时空的短程线运动，这种情形可由（10.49）式或（10.50）式描写。

用非线性科学的语言来描述氢原子，那么氢原子就是非线性相互作用产生的一种稳定的
“拟序结构”即三维驻波波包或孤子，电子和质子在波包中的运动形式包括相互关联的相干
运动和相互独立的相对运动，其中，电子和质子沿时空短程线运动属于相干运动，这是形成
拟序结构的动力学基础，而电子和质子的电磁运动属于相对运动，由此产生了拟序结构中的
“复杂图形”即混沌。氢原子是有序和无序的统一体，在这个体系中，关联性和独立性并存，
相干运动和相对运动并存，稳定的拟序结构和不稳定的复杂图形并存，构成了一幅多姿多彩、

复杂有序的原子图像。
氢原子的非线性结构原理可以推广到所有原子、分子等复合粒子。这些复合粒子是各组
份粒子经非线性耦合形成的空间闭合的三维驻波波包，各组份粒子的物质波频率比满足驻波
条件，复合粒子的耦合波能量是维系粒子波包结构的结合能，亦即非线性势阱的真空能。各
种粒子波包的大小及其耦合波的能量见图 10-1。根据图中所示，粒子结构的层次越高，耦
合波的能量（结合能）越小，或者说非线性势阱的深度越“浅”。分子的耦合波能量在 1eV
1
4
量级，原子的耦合波能量在 10 ～10 eV 量级，原子核的耦合波能量在 MeV 量级，质子、中
2
子等复合粒子的耦合波能量在 10 MeV 量级，电子、夸克等基底粒子的耦合波能量等于粒子
的表观能量。粒子波包的大小和形状取决于非线性势阱的大小和形状，原子和亚原子粒子的
非线性势阱可能近似为球形势阱，分子的非线性势阱是由多个原子的球形势阱以串联和并联
方式联结而成的复杂势阱。在粒子的非线性势阱中，各组份沿弯曲空间的短程线运动，可表
现为粒子自旋，这是相干运动的基本形式。除此之外，各组份之间还存在着诸如强相互作用、

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