3、四个基本假设

3、四个基本假设

我认为是科学的想象力需要严谨的实验证据支持。提出科学问题很重要，要勇于挑战已

有的科学理论，勇敢的提出质疑，但是这种质疑绝不是胡思乱想，绝不是毫无根据的，狂妄

的去挑战已有的真理，而是需要严谨的实验作为依据。”“伽利略身上闪耀着渴望认识和驾驭

客观世界的科学精神，宇宙的探索是永无止境的科学前沿，需要有志者像伽利略那样，不畏

艰险，不断探索、开拓新的科学领域，深化人类对宇宙的认识。 ---------路甬祥

恩格斯说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假设。”—————————

———————————————恩格斯

方程式之美, 远比符合实验结果更重要 -狄拉克

世界著名物理学家费恩曼：“重要的是要认识到，在今天的物理学中，我们不知道能量

究竟是什么” （《费恩曼物理学讲义》第1卷P34）。美籍华人著名的物理学家、诺贝尔奖

金获得者李政道把“一些物理现象理论上对称，但实验结果不对称”、“暗物质问题、暗能量

问题”、"类星体的发能远远超过核能，每个类星体的能量竟然是太阳能量的10倍"、“夸克

禁闭”称为是21世纪科技界所面临的四大难题。

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爱因斯坦说：“适用于科学幼年时代以归纳为主的方法，正让位于探索性的演绎法。由

经验材料作为引导，„„提出一种思想体系，它一般是在逻辑上从少数几个所谓公理的基本

假定建立起来的。” 亚里斯多德学派指出:需要有未加定义的名词-原始概念(如:点,线,面,

体).定义了公理,公设,创立了独立的逻辑学,其中的基本逻辑规律:矛盾律和排中律,成为数

学中间接证明的核心.亚里斯多德的形式逻辑为欧几里德演绎几何体系的形成奠定了方法论

基础.

基本假设:1、电磁质量间不存在万有引力，数值在实数集上呈量子分布，具有波粒二象

性；引力质量间不存在Coulom力，数值在实数集上呈连续分布,单个物

体或基本粒子的引力质量可以被任意分割，相互之间存在万有引力和弱

相互作用，不具有波粒二象性。

2、电磁质量与引力质量可以互相转化，在转化过程中作用力大小不变。

3、引力质量与电磁质量之间没有相互作用，当电磁质量与引力质量结合在

一起时，电磁质量之间具有库仑力和强相互作用。

4.只具有电磁质量的粒子为波色子，遵循波色——爱因斯坦统计；同时具有

引力质量和电磁质量的粒子为费米子，遵循泡利不相容原理。

自旋为半整数（1/2，3/2…）的粒子统称为费米子，服从费米-狄拉克统计。费米子满足

泡利不相容原理，即不能两个以上的费米子出现在相同的量子态中。 轻子，核子和超子的

自旋都是1/2，因而都是费米子。自旋为3/2，5/2，7/2等的共振粒子也是费米子。费米子

(fermion)：费米子是依随费米-狄拉克统计、角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子。

费米子遵从泡利不相容原理，得名于意大利物理学家费米。根据标准理论，费米子均是由一

批基本费米子，而基本费米子则不可能分解为更细小的粒。基本费米子分为 2 类：夸克和

轻子。而这 2 类基本费米子，又分为合共 24 种味道 (flavour)：12 种夸克：包括上夸克 (u)、

下夸克 (d)、奇夸克 (s)、魅夸克 (c)、底夸克 (b)、顶夸克 (t)，及它们对应的 6 种反粒子。

12 种轻子：包括电子 (e)、渺子 (μ)、陶子 (τ)、、中微子νe、中微子νμ、中微子ντ，及对

应的 6 种反粒子，包括 3 种反中微子。中子、质子：都是由三种夸克组成，自旋为1/2。

奇数个核子组成的原子核。(因为中子、质子都是费米子，故奇数个核子组成的原子核自旋

是半整数。) 由全同费米子组成的孤立系统，处于热平衡时，分布在能级εi的粒子数为，

Ni＝gi/（e^(α+βεi）+1）。α为拉格朗日乘子、β＝1/（kT），有体系温度，粒子密度和粒子质

量决定。εi为能级i的能量，gi为能级的简并度。根据自旋倍数的不同，科学家把基本粒子

分为玻色子和费米子两大类。费米子是像电子一样的粒子，有半整数自旋(如1/2，3/2，5/2

等)；而玻色子是像光子一样的粒子，有整数自旋(如0，1，2 等)。这种自旋差异使费米子

和玻色子有完全不同的特性。没有任何两个费米子能有同样的量子态：它们没有相同的特性，

也不能在同一时间处于同一地点；而玻色子却能够具有相同的特性。 基本粒子中所有的

物质粒子都是费米子，是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中

微子)；而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)都是玻色子。费米子(fermion)：

自旋为半整数的粒子。比如电子、质子、中子等以及其反粒子。它们符合泡利不相容原理，

以及费米－狄拉克统计：由全同费米子组成的孤立系统，处于热平衡时，分布在能级εi的

粒子数为，ni＝gi/（e^(α+βεi）+1）。α为拉格朗日乘子、β＝1/（kt），有体系温度，粒子密

度和粒子质量决定。εi为能级i的能量，gi为能级的简并度。

在一组由全同粒子组成的体系中，如果在体系的一个量子态(即由一套量子数所确定

的微观状态)上只容许容纳一个粒子，这种粒子称为费米子。费米子所遵循的统计法称为费

米统计法。费米统计法的分布函数为式中n(ε)为体系在温度T达热平衡时处于能态ε的粒子

数；α为温度和粒子总数的函数。

费米子，得名于意大利物理学家费米.玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计，自旋为整数

的粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理，在低温时可以发生玻色-爱因斯坦凝聚。玻色子包

括：.胶子-强相互作用的媒介粒子，自旋为1，有8种;光子-电磁相互作用的媒介粒子，自旋

为1，只有1种这些基本粒子在宇宙中的“用途”可以这样表述：构成实物的粒子(轻子和重子)

和传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、w和z玻色子)。在这样的一个量子世界里，所有

的成员都有标定各自基本特性的四种量子属性：质量、能量、磁矩和自旋。 这四种属性

当中，自旋的属性是最重要的，它把不同将粒子王国分成截然不同的两类，就好像这个世界

上因为性别将人类分成了男人和女人一样意义重大。粒子的自旋不像地球自转那样是连续

的，而是是一跳一跳地旋转着的。根据自旋倍数的不同，科学家把基本粒子分为玻色子和费

米子两大类。费米子是像电子一样的粒子，有半整数自旋(如1/2，3/2，5/2等)；而玻色子是

像光子一样的粒子，有整数自旋(如0，1，2等)。 这种自旋差异使费米子和玻色子有完

全不同的特性。没有任何两个费米子能有同样的量子态：它们没有相同的特性，也不能在同

一时间处于同一地点；而玻色子却能够具有相同的特性。 基本粒子中所有的物质粒子都

是费米子，是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子)；而传

递作用力的粒子(光子、介子、胶子、w和z玻色子)都是玻色子。由于同向电流相互吸引，

因此费米子的自旋方向必须相反。

在1954年致玻姆(D．Bohm)的信中，爱因斯坦陈述了自己对非空时的看法：“用像场这

样的基本概念如果不可能作客观描述的话，那么人们就不得不寻找完全避免连续区(连同空

间和时间)的可能性。但是对于哪一类基本概念能够用于这样的理论，我却一无所知。”在

1949年对门格尔(K．Menger)的答复中，爱因斯坦表明：“所以要坚持连续区，并不是由于

偏见，而是由于我已经不能想出任何有系统的东西来代替它。”把这两段话联系起来，我们

不难看出，相对于他所宠爱的连续场论，非空时的实在论思想对爱因斯坦来说是可以接受的

选择物。由于广义相对论只研究引力场-----引力质量，因此在实数集上是连续的，爱因斯

坦在一定程度上是正确的。

由基本假设可知万有引力定律与Coulombs law本质是一样的，即可以将万有引力定

律从引力质量推广至电磁质量，它们是一个问题的两个方面，从而解决了困绕物理学界多年

,

的难题——Coulombs law与万有引力定律相似性的本质。

间隔性原理依赖于实在论的描述（实在的状况或状态）和因果联系，这必然不容许远隔

的实在事物相互有直接的因果影响。如果我们要在空时背景中追求实在论的描述，爱因斯坦

就要求该背景遵循他的间隔性原理。间隔性是爱因斯坦空时理论的必要部分，虽然空时描述

和间隔性在实在论纲领内是次要的。由于引力质量与电磁质量之间没有相互作用力，因此

爱因斯坦对于量子力学的批判具有一定的局限性。笔者认为既然引力质量在实数集上连续

分布，那么引力波是不存在的，光电效应就是电磁质量转化为引力质量的一个实例。

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