波粒二象解之九：(五)极限数--常数

fangwu

波粒二象解之九：(五)极限数--常数
自然界是可以想象到的,最简单的数学概念的实际体现。
                                                    ----爱因斯坦
物理学中使用看许多常数。何谓“常数”? “常”有二解：一为平常、普通、一般，如常人、常道、常理、常识、常态等，由此又转化出时常、 经常。二为常久、永恒、固定不变, 如常年、常温、纲常,  “常数”之“常”取第二义, 为固定不变的数。为什麽不变？只能以它们是各自所代表的物理量的极限值来解释。每一类事物都有其时空尺度。这些尺度不会因个体事物的生灭而改变, 它们规定了各自领域的极限。我们使用常数就是在承认这些极限的前提下来进行计算, 习以为常, 便不再注意其哲学意义了。今作常数之解。特为提醒大众：莫以有限循环理论为异端, 它也是你常用的认识方法。
    以无限论看世界, 变化无常, 哪有界限, 哪有固定不变的数。以有限论看世界, 天行有常, 不为尧存,不为桀亡。一切事物都是相对的, 有界度的,但事物中包含的共性, 抽象性则是绝对的, 不变的。
    物理常数分为两类, 一类与物性有关, 如比热、导热系数、电阻率、折射率。它们表征某一类事物的固定特性, 是具体层系的极限值，称为物质常数。第二类是与具体物性无关的普适常数, 即基本物理常数, 由于其涉及整个物理学框架, 为我们所特别关注, 本文重点讨论的就是这类常数, 它们是我们这个宇宙诸方面性质的极限值, 如光速、绝对零度、基本电荷、精细结构常数、普朗克常数等, 它们通过一系列定律和理论相联系, 共同反映我们生存于其中的世界的基本特性。我在这里着重说明光速,  绝对零度, 电子的电荷和质量这四个基本常数。
    真空中的光速(C), 测得的较早。1676年罗迈根据对木星卫星的观测得出光速有限的结论，惠更斯据此推算出光速约为 2×108米/秒。1973年得到第十七届国际计量大会认可的精确值为299792458米/秒。一切物体都在运动，但运动速度不是无限的，它有个极限，就是299792458米/秒，超过这个速度的事物不存在。一些人崇信纯无限，找出种种理由要否定这个运动极限。无限虽可以激发人们的无穷想象，但自然界铁的秩序性从来不喜欢人们的幼稚。本来对某些现象如果不从超光速，而从其他方面解释，是可以有重大发现的，是知性剥夺了无限论者的智慧。
我从光速不变入手剖析这个世界，也是因为光速问题得到了那些最杰出的物理学家的肯定，跟着前行者的脚印走，你不会走上迷途。正是由光速连及其他，使我对宇宙有了更深刻的认识。
光速在物理学上的位置今天更显重要。1983年，第十七届国际计量大会通过长度---米的新定义： “米是光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所经路程的长度。”(19) 这等于是把光速当作长度单位，从而使时间单位和长度单位统一起来，提高了长度计量的精确度，与天文学使用“光年”有异曲同工之妙。都反映了时空的同一性。
    绝对零度(0K), 是大自然设置的温度极限之下限,其上限为1010K。17世纪末,阿蒙顿观测到：空气湿度每下降一等份, 气压也下降等量份额, 连续降低温度, 气压会达到零气压。因此温度的降低必有一极限，他预言，在这个极限上，所有运动趋于停止，因此，任何物体都不能冷却到这一温度以下。一个世纪后，查理和盖.吕萨克从气体压缩系数：a == 1/273，得到温度的下极限应为 – 2730C   。1848年，汤姆生确定绝对温标时，以 – 2730 C摄氏度为绝对零度，并且认为温度降到多低都无法达到这个点。普朗克后来把这个意思表述为：“在接近绝对零度时，所有过程都没有熵的变化。”(20)
    1912年能斯特在《热力学和比热》中对热力学第三定律作了基本表述：“不可能通过有限的循环过程，使物体冷却到绝对零度。”(21)
    我要提醒读者注意的是：能斯特前半句话：“不可能通过有限的循环过程”来达到绝对零度，他不是说没有绝对零度，而一般人都理解为不存在绝对零度。人力是有限的，因此通过人为手段来达到绝对零度是不可能的，但不等于说人力做不到的自然力也做不到。在大自然的循环圆周图上，两极同一，终点就是起点，最高极限就是最低极限，在周期性循环中，极点是早晚要达到的，极点达不到，新循环周期就不可能接续进行。自然界正是通过这种圆周式循环来获得绝对性、无限性的。一切具体存在都是有限的，但在周期循环中升华为绝对和无限，就是说在自然界中存在着极限性事物。光是极限速度和极限能量的标志，引力子也同为极限速度和极限质量的标志，黑洞则是极限温度和极限压力的标志。黑洞内部是绝对零度或接近绝对零度，这已得到许多物理学家的认同。黑洞的巨大引力作用，换成热力学角度来看，就是由于其超低温而使一切高于其温度的能量、包括背景辐射在内，都向其传导而表现出来的。
    温度下降，气压也下降，温度达到绝对零度，气压也为零，黑洞内部超低温条件下，内部压力也为零或接近于零。黑洞中如果存在奇点的话，决不像人们想象的为压力无限大的点，而是一个零压力点（我不认为有无限小的奇点存在，因为物质不可能无限压缩，温度极限与压力极限同一。大爆炸宇宙说在这一点上违反了二者的同一性，因而不成立，这里仅是借用一下奇点概念。）
　　物体的温度来自粒子的振动，温度下降等于是粒子运动减缓，阿蒙顿断言在极点上所有运动停止，未免偏颇。正确地说粒子作为个体的振动没有了，它们加入了集体的脉动，反过来说，温度实际上是粒子独立运动的标志。温度与压力同一也就是说压力是迫使粒子自由运动的力。如果能够理解这一点的话，也将能理解我对引力的说明。
　　宇宙背景温度为２.７Ｋ,它是能量守恒的标志，也是与０K相关的基本常数，它说明地球只是宇宙的一个偶然，我们必须加强对０K研究，才能真正了解宇宙。
电子静止质量(me)，为9.10956×10-31千克，相当于0.511兆电子伏/C2的能量，它是事物形态的质量和能量小之极限，除光量子和引力子之外，没有比电子更小的质量和能量了，超过这个极限就是量子世界。因此它是构成一切实体的基本单位，也是宇宙基本常数之一。
    基本粒子中，人们对电子研究最多，这显示了它的重要性。一切电现象，都有电子参与，质能的转换，实质是光量子和光电子的转换。电学理论就是电子理论为主体的理论体系。
    当光速变成了空间单位，电子跃迁也便成了时间单位。1967年第十三届国际计量大会规定的时间单位定义是：“秒是铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192,631,770个周期的持续时间。”(22) 我们知道在原子能级间跃迁的是电子，而不是核子。把电子在铯-133原子基态两能级间跃迁的时间约92亿个周期定为一秒，就是等于电子作了时间单位的基础。
    电子与质子之比是1836、与中子之比是1838，一般取近似值1840，这个数字应为类原子系统质量差之极限。如恒星中最大质量和最小质量之比、星团最大和最小质量之比、星系与星系团之最大和最小质量之比都不应超过这一极限。
　　电子电荷（e）为1.60217733×10-19库仑。
　　电荷作为实物的一种属性，类似磁性：同性相斥、异性相吸，等量异号电荷相互抵消。电荷周围有静电场，运动的电荷周围有磁场。所有的物质都具有电磁性质，只不过大多数物质内的不同电荷相互抵消，对外不呈电性。
　　1897年，汤姆生发现电子，并指出：不论阴极射线、贝塔射线还是光电流，都是电子组成的。不论是强电场的电离、正离子的轰击、紫外线的照射、金属受灼热还是放射性物质的自发辐射，都发射同样的带电粒子----电子。1909年，密立根用油滴仪测得电子电荷精确结果。
    电子电荷为最小电荷量，一切电荷数都是它的整倍数。电荷由电子自旋产生，正向旋转的电子带正电荷，反向旋转的电子带负电荷。由于正电荷被束缚在质子中，所以带电微粒都是负电子。二十世纪六十年代由盖尔曼和茨维格提出的强子结构之夸克模型目前最为流行，他们认为夸克是构成核子及其他强子的基本单位，可具有分数电荷，仅凭他们否认电子电荷是极限，违背量子力学基本原理，大自然就判他们的夸克“终生囚禁”。