Page 26 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

往把基本粒子归结为物质的“本原”是不妥的。即便存在不可再分的粒子，也不能把它们归
结为物质的本原，这些粒子只不过是物质结构的最底层粒子，即基底粒子。基底粒子不可再
分是指粒子内部不存在更小的“粒子”形式的物质结构，这并不表明基底粒子内部不存在某
种“非粒子”形式的物质。基底粒子可能仍然只是一定量物质集结于特定时空所形成的物质
单元，只是物质存在的方式可能与“粒子”有所不同。譬如，原子、原子核、质子、中子等
都是由更小的粒子集结而成的物质单元，原子是电子和原子核的集合，原子核是质子和中子
的集合，质子或中子是夸克的集合。然而，迄今所有实验观察都没有发现夸克或轻子内部还
有更小的粒子结构，表明夸克或轻子不是由更深层次的粒子组成的，而可能是某种“非粒子”
形式的物质集结而成的，比如说“波”或者“场”。量子场论就把粒子归结为场，每一种粒
子对应着一种场，如光子场、电子场等，所谓粒子不过是相应场的激发态。
在第一章中，我们定义了一种基本物质，即“电磁波样物质”，它是构成光子或电磁波
的物质，同时也是构成所有基底粒子的物质。其实验依据就是，正负电子可湮灭为光子，光
子可转化为正负电子对，由此可以推测，构成电子的物质与构成光子的物质可能是相同的，
也就是说，电子和光子都是由电磁波样物质构成的。电子可设想为电磁波样物质的束缚态，
即一定量的电磁波样物质耦合成为局域的不弥散的电磁波包或物质波包，波包的大小即电子
的大小，波包的活动表现出电子的性质。光子可设想为电磁波样物质的发散态，即欧氏空间
中以光速传播的电磁波包。正电子是电子的反粒子，可视为内部物质耦合形式与电子相反的
电磁波包。当正电子和电子相遇时，两个物质耦合形式相反的电磁波包合为一体，使束缚型
电磁波包转变成发散性型电磁波包，或者说电磁波样物质的存在形式由束缚态转变为发散
态，表现为正负电子湮灭为光子。事实上，任何粒子的正反粒子相遇均可湮灭为电磁辐射，
由此可将所有基底粒子（夸克、轻子等）均设想为由电磁波样物质耦合成的某种局域的不弥
散的电磁波包或物质波包，波包的大小即粒子的大小，波包的活动表现出粒子的性质。
上述粒子波包模型与波动力学的创始人薛定谔当初所设想的粒子模型很相似。薛定谔最
初把微观粒子也设想为物质波包。但薛定谔设想的物质波包是由许多平面波叠加形成的波
包，因为薛定谔方程是基于平面波函数推导出来的，这样的波包必然存在色散效应，在传播
中波形将逐渐扩散而消失，这显然与粒子的稳定性不相符合。以上设想的物质波包与薛定谔
的波包有所不同，它具有孤波的性质，是局域的和不弥散的波包，没有色散，故波包（粒子）
是稳定的。按照这种粒子波包模型，基底粒子不是简单的无内部结构的刚性粒子，而是由一
定量的电磁波样物质以某种形式耦合而成的具有确定大小的物质波包，电磁波样物质在波包
内部的运动表现为物质空间分布的波动，而波包在欧氏空间的运动则表现为粒子空间位置的
移动。这样一来，微观粒子的波动性和粒子性就获得了统一：物质波包在欧氏空间的位置移
动表现出粒子性，电磁波样物质在波包内部的运动表现出波动性，所谓“物质波”系指电磁
波样物质的空间分布随时间的波动。
物质波包的内部空间是粒子的内禀空间，它具有黎曼空间的性质，是局域的弯曲的闭合
空间。所谓欧几里得空间（欧氏空间）则是广域的平直的开放空间。根据粒子波包模型，构
成基底粒子的电磁波样物质同时在两个空间运动：一是以“波包”（粒子）的形式在欧氏空
间运动，表现为粒子的欧氏空间位置的移动；二是以“波”的形式在粒子内禀空间运动，表
现为物质空间分布的周期性波动。电磁波样物质以“波包”的形式在欧氏空间的位置移动可
称为粒子的欧氏运动；电磁波样物质以“波”的形式在粒子内禀空间的运动可称为粒子的黎
曼运动。黎曼运动中的“波”就是“物质波”，而物质波的本质就是电磁波。也可以把物质
波视为连续分布的物质波元所构成，黎曼运动可视为物质波元在粒子内禀空间的位置移动。
这样一来，物质波元就相当于粒子相空间的一个相点，可以用相点在相空间的运动轨迹来描
写粒子的黎曼运动，一个相点在粒子相空间的运动可代表所有电磁波样物质在粒子内禀空间
的运动。粒子的黎曼运动的速度可简称黎曼速度，系指物质波元在粒子内禀空间的位移速率；

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