Page 28 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

c u

υ

图 2-1 物质运动速度三角形

以上建立的物质运动模型可称为物质绝对运动模型：基底粒子是由一定量的电磁波样物
质耦合而成的物质波包，电磁波样物质在粒子内禀空间（黎曼空间）和欧氏空间的复合空间
运动，其运动速度 w 是一个复数，w 的模恒等于绝对速度 c。该模型表明，电磁波样物质在
复空间的运动速度 w 的模是不变的和绝对的，与参考系的选择无关，而电磁波样物质在欧
氏空间的运动速度（欧氏速度）和在粒子内禀空间的运动速度（黎曼速度）是可变的和相对
的，与参考系的选择有关。同一粒子相对不同运动状态的参考系可有不同的欧氏速度和黎曼
速度，但两者的合速度的模是一个常数。
根据物质绝对运动模型，基底粒子不可再分是指粒子内部不存在更小的亚粒子结构。在
粒子物理学标准模型中，共有 62 种粒子，至今没有任何证据显示这些粒子还有内部结构。
假设这些粒子均为基底粒子，那么就有 62 种基底粒子，包括 36 种夸克、12 种轻子、1 种传
递电磁相互作用的光子、3 种传递弱相互作用的中间玻色子、8 种传递强相互作用的胶子、1
种传递引力相互作用的引力子、1 种生成粒子质量的希格斯玻色子。除了引力子之外，其它
粒子均已在实验中被发现。根据这些基底粒子的黎曼速度和欧氏速度的不同，可以把它们分
为两类：一类为实物粒子，如轻子、夸克等，它们的黎曼速度 0＜u≦c，欧氏速度 0≦υ＜c，
静质量不为零；另一类为媒介粒子，如光子、引力子等，它们的黎曼速度 u=0，欧氏速度υ=c，
静质量为零。其中，静质量不为零的实物粒子是一定量电磁波样物质耦合成的束缚型物质波
包，而静质量为零的媒介粒子则是由一定量电磁波样物质构成的发散型物质波包。
以上 62 种基底粒子是构筑所有物质结构的基本“砖块”，它们均由一定量的电磁波样物
质以不同的方式耦合而成，这些基本“砖块”通过引力相互作用、电磁相互作用、强相互作
用和弱相互作用，进而构成了质子、中子、原子核、原子、分子等复合粒子以及宏观物体和
宇宙天体，所有物质实体均可视为各种基底粒子的复合。
三、粒子与波包
借助物理模型来构建物理理论，这是理论物理学研究的一种通行方式。预先设计一种时
空中的图像化模型，作为物理理论与其描述对象的中介，把理论的数学框架和实验基础连接
起来，以便形象直观地理解和解释物理现象和实验结果，这几乎是近代物理学的惯例。在经
典物理学中有两个非常成功的范例，一个是牛顿力学的质点模型，它用质点在时空中按力学
规律的运动来解释物理现象；另一个是麦克斯韦电磁理论的波动模型，它用波在时空中按电
磁规律的传播来解释光、电、磁现象。然而，当物理学家试图为相对论和量子力学建立类似
的物理模型时，却遇到了很大的困难。爱因斯坦在为相对论建立的物理模型中不得不引进“观
察者”这一角色，而各种量子力学模型都只能借助“测量”加以描述，这些非实在要素的引
进使得物理模型的客观实在性遭到质疑。摒弃“观察者”和“测量”等非实在要素，建立能
够对相对论和量子力学给出客观性描述的物理模型，一直是物理学家追求的目标。薛定谔提
出的粒子波包模型就是最早的尝试之一。
20 世纪初叶，光的粒子性和电子的波动性相继被实验所证实，这表明微观粒子是同时
具有波动性和粒子性的客体。薛定谔在建立了波动力学之后，为解释微观客体的波-粒二象
性提出了粒子的波包模型，认为量子客体的本质是波，用一群波长略有不同的波构成的波包
表征粒子，束缚电子是驻波的叠加，希望以此提供量子现象的时空描述和因果说明。他相信，

24