陈叔瑄论文集

《自然学科交叉理论基础》天地应用
~纪念《物性论》发表十周年~
陈叔瑄

《物性论-自然学科交叉理论基础》与《思维工程-人脑智能活动和思维模型》发表至今也有十年了，作者经历了退休前后学术上最重要时期，退休前六年整理完成并出版了《物性论》与《思维工程》两大著作时期，退休后至今主要是应用这两大著作于具体学科中，希望在这些学科中生根发芽，开花结果，发表多篇论文与《物性理论及其工程技术应用》著作，还初步完成《物质世界之奥秘》初稿（尚未发表，不过其中有些文论已在某些文献或网络上发表），实际上是《物性论》与《思维工程》的普及、提高、应用的文论集。已逐步获得社会有识人士广泛赞同认可，当然少不了某些保守分子争议，新生事物没有争论，是成长不起来的，可以说经历了风风雨雨十年，是物性理论应用成长的十年。
一、《物性论》研究进展
   物理学的主要目标之一是从统一角度来认识自然界神奇精彩的多样性。历史上物理学最伟大的成就正是一步步地向着这个目标接近。牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、玻尔等所创立的理论和量子力学，与正在发展的一些理论。但这些理论在思维方法上没有什么根本改变，难以实现更广泛的统一。为此提出《认识三阶段论》的新思维方法，又在《思维工程－人脑智能活动和思维模型》进一步系统化论述。这些思维方法应用于《物性论－－自然学科间交叉理论基础》的研究，获得丰富理论成果。两部的著作起了相辅相成作用。《思维工程》与《物性论》于1994年先后出版，实际完成时间比这还要早一、两年。
    在完成《思维工程》和《物性论》时，想到这些新著全新思想能否成功地被世人所接受和肯定呢？经过这么多年继续努力研究与写作，尤其近年《科学》中文版杂志发表了若干篇跟两著作的理论有关论文，更增强了迟早会被接受和肯定的信心。为了使这两部的著作理论和应用跟国际接轨，在《物性理论及其工程技术应用》及分散论文的研究与写作同时，较详细地翻阅了《科学》中文版立刊以来，尤其20世纪末重要的学术论文，加上国内某些刊物一些论文或译文，了解到国际学术动态，不少论文还作了较深入的比较研究，有的甚至引用。2004年开始在网络上阅读不少较新思想的论文，促使笔者积极参与交流，并发表某些论文，很快传递到世界各地。希望这些论文与著作能在原有理论深入研究发展和工程技术应用开拓基础上，跟国际接轨。
《物性论-自然学科间交叉理论基础》是部创新性假说，从质能关系（基础）、趋匀平衡（动力）、矛盾等价（方法）三条基本原理出发，引出众多新概念。如涡旋、浓缩、微旋、趋势、变换、交换、递传、生长、解体等基本观念。基本参量是质量、质密度、能量、能密度、频率、时间、长度、角度等作为定量的基础，不同能量用不同参量定义的，矢参量定义的能量称矢能，如平动能、转动能、自旋能等，标参量定义的能量称标能，如变换能、内能、位能等。把自然学科交叉理论建立在较本质的物性理论基础上，全书分成涡旋物性论、粒波物性论、递传物性论三大篇幅，分别对天地（天体、地球、力能）、物理（电磁、量子、原子）、生化（分子、生命、生态）等三大方面进行较统一的新颖解释和创新应用。这里主要讨论涡旋物性论部分。
这些丰硕的成果，产生如此丰富观念和原理，足以证明物性理论的威力。质能关系式是质量线性叠加、质量不灭律、能量转化守恒律、系统总能等于平动能时速度为极限速度、系统一种能量对总能比值在系统中地位等的统一表达式。平动能对总能之比等于或大于1/2为场物质。光量子平动能对总能之比刚好1/2，是实物粒子与场物质分界线，是稳定物质的极限状态，如“质能论”所述，这里不再重述。趋匀平衡原理引出物质速度愈大密度愈低、涡旋运动趋心质量浓缩成形、涡旋必构成周期变换或交换、交换中必微旋化或质块化、不同交换之递换的连接或链锁构成生长，如“涡旋论”所述。它们已在或继续在其它论文中专门论述。
二、天体物性研究
天体物性论或《天体周期演变论》是涡旋论应用于天文学科具体理论，并解释一系列天体基本现象，其基本原理可归纳出：
1、连续物质趋匀意味着各向平动机会均等，即存在正反平动，并因连续性而使其变换转化为涡旋运动。涡旋运动能密度趋匀，必使其质量浓缩并成形，但中心质量不可能无穷大，中心速度不可能绝对静止的。中心速度愈低所浓缩质量愈多，范围也愈大，并有愈强引力场质重叠作用趋势，称谓涡旋运动浓缩成形是天体自旋、公转基础及其周围具有引力场质重叠作用趋势原理。涡旋体的中性速度与其两侧旋转线速度同向侧弥漫状态推向反向侧浓缩状态而作圆、圈、弦等运动，从这个意义来说圈比点更基本，因而弦论从这个观点出发有它的一定道理。牛顿力学的惯性运动适用于地面宏观物体机械运动的。
2、涡旋体浓缩过程平衡趋势必形成交换，而交换又必使其微旋化（粒子、量子）、质块化。众多大质块趋心挤压运动抛出其它质块而膨胀、喷射、爆炸等过程，在整体上构成周期性演变过程，称为天体以浓缩为主，爆炸为辅的周期演变原理。现代宇宙膨胀说、宇宙爆炸说只看天体演变的一个方面或一个阶段，而且是次要方面或阶段，其所提供论据不足以证明其假说。宇宙微波背景，氦元素丰富而稳定存，光红移现象等实际上都不能证明纯粹爆炸说。由于周期性变换光量子无距离运行于愈来愈宽广宇宙中，而往低频场物质转化，而出现远距离天体光的红移现象与微波背景问题。氢与氦是宇宙中最轻或最易微旋化中产生的元素，而氦是惰性元素不与其它元素化合，因此丰富而稳定地存在宇宙中。
3、涡旋体内微旋化是天体周围磁性、光热辐射、生成元素等根源。天体微旋化生成元素原子之类低速粒子与高速量子，当高速度与微旋轴平行则趋于中心轴构成磁性，是天体周围形成磁场的基础。当高速量子速度垂直于微旋轴，则成为光或电磁量子往外辐射。趋势平衡时，天体质量愈大，引力场质与电磁量子交换愈强（即光的亮度愈强，但视觉亮度还与光源到达地面距离有关），所换出的量子愈杂，且高频率成份愈多（即光的颜色愈往紫色端），它们成为天体量度的基础。光量子是天体内部微旋化引起的辐射，并随长距离空间运动变换减弱，即红移。天体微旋化还是生成元素原子，如果生成元素在天体周围，那么所形成的吸收光谱，也可以作为质量的量度的依据。总之微旋化所产生现象，尤其光现象与天体状态密切相关的，从而成为观测天体状态重要依据，称为天体微旋化量度观测天体运动状态原理。
三、地球物性研究
地球物性论或《地球演变动力论》是应用涡旋论研究地球得出本质结论，并解释一系列地球基本现象，可归结出三条基本原理：
1、太阳系绕银河星系和星团椭圆轨道运动速度或动能的周期性演变，相应地内能以相反的周期演变，即动能最大时，内能最小，太阳辐射最低，对太阳系的行星或地球最为寒冷冰期，当然也存在热期，使地球存在长短周期冷热演变，即地球出现周期性冰期（长的周期近二亿年，几十万年等）。称为太阳系运动状态对地球周期性冰期演变影响原理。由于自旋地球（一天）绕太阳运动（一年，出现一年四季气温变化），太阳系在银河系大约2/3涡旋臂星团上，既绕星团核心运动（约几十万年），又跟星团绕银河星系核心运动（近二亿年）。这些大大小小的周期运动是地球表面气温大大小小周期变化的，尤其是地球冰期产生的根源。
2、地球是具有自转、绕太阳公转近球形的涡旋体，分成地核、地幔、地壳三大层，地核同样存在众多大质块趋心挤压运动，它成为地球的演变基本动力。地幔的不同深度、不同温度下微旋化过程中生成不同元素原子，通常愈底层生成愈重元素原子。地壳是地幔元素上浮与宇宙元素下沉交流的冷却层面。称为地核生成质块与地幔生成元素原理。地核质块又可称地瘤相当于太阳质块黑子，月球中的月瘤，其趋心运动中与其它质块产生挤压运动，挤出的质块多半挤到地幔层中，并引起地壳震动。因此地壳的地质、板块、地震都跟地核质块运动，地幔运动的状态密切相关，而质块具有磁性，其运动必引起地球周围磁场、电场和地壳力等分布变化密切相关。因此地磁、地电、地力、地热等变化是预测地震重要依据。
3、地球表面在太阳系中特有温度、压力、重力、磁场等环境条件，逐渐形成特有的大气圈、水圈、岩圈的三圈状态。地面以氮氧为主的大气层，以江河湖海和大洋构成三分之二弱的水圈，地球绕太阳公转的一年四季与一天日夜变化而形成大气流动与在太阳照射下蒸发成气，水蒸气分子比氮分子、氧分子轻，而上浮于大气上层形成云、雨、风、雪等气象。地壳岩石与无机矿藏多半是地幔小质块或岩浆冷却形成的，且岩石在大气与水流动中风化为泥土，构成三分之一强的大陆圈，并随地壳演变生成生物薄圈。地壳三、四（如果生物薄圈也算在内）圈在地球运动演变过程引起地壳水文、气象变化现象，称为地壳水文、气象生成变化原理。

四、天地原理应用
下面针对上述两论一些具体问题进一步探讨。
1、假说与运动
这些论文是假说，解释了许多基本现象，甚至解释了其它理论难以解释的现象，但仍有些论点还需要进一步证实，包括一些目前科学界尚未定论的东西。地心说、日心说、星云说、星云旋涡说、宇宙膨胀说、宇宙爆炸说等各自都能解释一些宇宙现象，以广义相对论为依据的爆炸说影响要大些。宇宙周期演变说虽然由《物性论》引出的，但也是星云旋涡说与宇宙爆炸说某些方面矛盾解决的一种方案，可以解释更多现象。赫罗星序图，哈勃星系分布，银河星系没有发现爆炸迹象等都有力支持天体或宇宙是涡旋运动浓缩与弥漫膨胀周期性演变假说。
物性理论把实物（包括天体、物体、粒子等）与场内物质，简称场质（包括光、热、电、磁、引力场、强作用场、弱作用场等）都是物质，是不同的物质形态而已。光子是高速运动的周期性变换粒子，在愈来愈广宇宙空间运行，涡旋运动逐渐减弱，平动运动逐渐提高，即量子衰变而产生红移。这个假设成立的话，光源发射光线红移不能作为光源天体退行运动依据，宇宙膨胀说与宇宙爆炸说的基础就成了问题，微波背景实际上是光量子在愈来愈远，愈来愈广空间运行衰变引起的，不能成为爆炸说的依据。
2、天体与量度
天体的知识和原子的知识主要来自光谱及光的现象，这里‘主要’可以理解为一半以上知识来自光通过望远镜或显微镜及其相关设备观测到的，原子并非指原子核，χ射线主要来自内壳层和γ射线主要来自原子核放射的，原子核和基本粒子属于另一学科研究对象，本文不讨论。天体辐射的光谱普遍存在哈勃所发现的规律，即天体辐射光谱红移Z与天体距太阳系或地球距离r成正比Z=Hr，其中H哈勃比例系数。这个系数因遥远天体距离测量困难，尚未最后确定，参考数据55公里/秒•兆秒差距。目前反而利用此式来测量远距离天体的距离。
量度实际上是与规定标准比较得出数字与单位，时间与空间标准规定与天文量度密切相关的。时间标准按地球自转（一天24小时）和和公转周期（一年12月）来定的。长度米标准是以北极与赤道间四分之一地球子午线长度的百万分之十来规定的。天体其它量度都跟天体辐射的光现象有关，如光的颜色，光的强度，光的变化，光源位置与距离等现象有关。因此光性质与远距离运行变化研究，对天体量度与模型假说带有基础性意义。
3、矿藏与地震
地壳主要成份氧化硅占55.2%，氧化铝占15.3%，氧化铁与氧化亚铁占8.63%，氧化钙占8.80%，氧化钠占2.88%，氧化钾占1.91%，水占约1%等及其它各种矿物，即除氧化矿物外，还有纯元素矿物、硫化矿物、卤化矿物和各种酸盐矿物等。地壳若按元素来分，最多的是氧O占46.6%，其次硅Si占27.7%，铝Al占8.13%，铁Fe占5.0%，钙Ca占3.63%，钠Na占2.83%，钾K占2.59%，镁Mg占2.09%。地壳元素主要来自地幔低速微涡旋形成的，并且愈靠地壳温度愈低，相应生成元素愈轻，氧与较轻元素在较上层形成的，其它元素上升到上层被氧化成氧化物与硫化物、卤化物与各种酸盐化合物等。较重元素多半在较下层形成的，并常结成小质块，被挤到地壳被冷却，常成为地壳金属矿藏与无机矿藏。
地核质块挤压递换运动推动着地幔、地壳运动与地磁、地电、地温、地力的变化，也是地震产生的根源。由于地壳最薄弱处是在地壳板块交接处，如欧亚板块与环太平洋板块交接处的日本、台湾、菲律宾、印尼等都是地震多发地区。而地震又根源于质块运动，并引起地球周围磁场变化，即地磁、地电、地温、地力分布变化，因此这些参量分布变化趋势可以用来预测预报地震，相当于气象根据气压、气温、湿度、云雾等分布变化趋势预测预报天气那样。
4、气象与水文
地面有一层氮、氧为主的大气层，密度随高度递减，以及水域占地壳面积三分之二弱的特有环境，地球自转与绕太阳公转的周期运动，使日照、气温、气流、湿度、水流等随之发生周期性变化。水在日照下蒸发成水蒸汽，其分子量又比氮、氧分子轻而上浮到上层，冷却形成云、雨、雾、雪等，太阳运动变化与地球内外运动变化又影响地面大气和水的流动，形成地面复杂的大气和水循环流动，构成世界各地的气象和水文的基础。

参考书：
1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著 厦门大学出版社1994年出版
2、《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著 香港天马图书有限公司2002年出版
3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》 陈叔瑄著 福建教育出版社1994年出版
4、《理科最新常用数据手册》 漆贯荣等编译  陕西人民出版社1983年出版

光子波动新论应用
陈叔瑄

《光子波动新论》、《量子周变与光仪技术应用》和光有关其它论文在杂志、论文集与网络上发表后，引起强烈反响，尤其网络反应快而且广泛，提出问题在这篇论文总结拓宽理论基础上，做出必要回答。光不仅是研究天体重要依据，而且也是研究原子结构的重要依据，并不指所有的研究途径和依据。天体辐射的光谱普遍存在哈勃所发现的规律，即天体辐射光谱红移Z与天体距太阳系或地球距离r成正比Z=Hr，其中H哈勃比例系数。这个系数因遥远天体距离测量困难，尚未最后确定，参考数据55公里/秒•兆秒差距。目前反而利用此式来测量远距离天体的距离。光量子能量公式hν来自于量子论和量子力学，能量另一公式mc²来自于相对论，而物性论则认为：量子变换相邻峰值间距称为波长λ，与速度c、周期τ、频率ν、动量p间关系如下：
λ=cτ=c/ν；  p=mc=h/λ
mc²=mc²/2+hν/2=hν
表明量子论与相对论能量式分别是光量子能量两面的一个方面。
一、光与场
光量子不是几何的点，也不是物理的质点，它就是高速运动的周期性变换的物质粒子，即运动在实物真空中，同频率、同相位、同方位、同速度的同步运动量子之间，相对静止而存在交换。量子通常从光源出发到愈来愈大空间运动，密度愈来愈低，往场物质方向变化，甚至频率愈来愈低、速度愈来愈高。尽管极端微弱，近距离根本观察不到，可以忽略不计。但运行在宇宙中遥远距离，这种微弱交换影响积累所引起的红移就不能忽略，而且距离愈远红移量愈多。以至在无限宇宙中光最终要化作场物质，消失在场物质中。光子、紫外线是原子级辐射，χ射线是原子内壳层级辐射，γ射线是原子核级辐射的量子或粒子。此外红外线是分子级辐射量子，微波、无线电波是物体级电磁辐射，还有天体级的电磁辐射。不过实物体愈大所辐射的电磁波量子性愈弱，频率愈低，连续性愈强。在宇宙遥远的背景只能观察到微波，甚至什么波都观察不到的空间，即所谓黑洞。
物理上的“场”究竟是什么？它似乎是物理参照系的参量状态的描述，但这些参量又是什么的参量？如果说是运动或作用参量，那么又是什么运动或作用的参量？总不能说无物质的运动或作用参量，只能说是物质运动或作用的参量。万有引力场、电场、磁场、电磁场以及强作用场、弱作用场都是不同层次场物质运动或作用状态。《物性论》指出场及其场内运动物质（简称场质），场的描述方法相当于流体力学欧拉描述法，场质运动描述可以相当于流体力学朗格拉日的描述，但这样描述把问题复杂化，且抓不住物质运动本质，根本解决不了问题。场物质与实物是物质运动的不同形态，而且可以互相转化和变换。
《物性论》又指出，运动是物质存在形式，有运动就有物质，有物质也必有运动，两者不可分割地联系在一起。物质量度为质量，运动量度为能量，两者成正比。场物质是高速低密度，甚至连续的弥漫性物质形态，而实物（天体、物体、粒子等）通常是低速中高密度，分离的浓缩性物质形态。实物往往是场物质发源和归宿，构成两者不可分割相互联系、相互作用和各自不断更新的基础。涡旋运动或场物质转化变换为实物是物质浓缩、收缩过程的运动。实物转化变换场物质过程是弥漫、弥散过程运动。而浓缩与弥漫相结合的周期性变换或交换运动是稳定物质基本运动过程。因此物质的浓缩与弥漫是物质结构很基本概念。
可以说物质最单纯形态是系统物质总能等于平动能，即等于光速1.41倍高速运动的连续物质形态，它可能是万有引力场质基本形态。这说明相对论提出存在极限速度，但不是光速，而是光速的1.41倍的物质极限速度。极限速度物质各方向运动机会均等，总是在一个方向上存在正反运动状态，并转化为涡旋运动。从而在高速连续物质中包含着大大小小的涡旋运动粒子，并互相变换的物质形态。可以说万有引力场质是以高速度连续方式，并以极限速度运动。而电场质是以加速度方式运动，其速度可能在光速到极限速度之间变化。磁场质是以螺旋线方式运动，速度也可能超过光速。那么电磁场质或量子场质则以周期性变换方式运动，电磁场质速度可能较光子速度高，也许频率愈低速度愈高。由于周期性变换运动已失去运动涡旋或自旋属性，而保持直线平动运动。但至今谁也没真正测量比较过它们速度。
如果光量子长距离在宇宙愈来愈大空间中，密度愈来愈低，引起变换频率也愈来愈降低，即产生红移的话，那么光量子在长距离移动中往场物质方向变化，速度变高，成为万有引力场物质的补充源。从这个意义上说，红移现象也是超光速物质运动的存在的证明。光速和超光速的各种场物质间相互作用不产生加速度，即它们之间不同步、不相干而各自独立运动。但同频率、同相位、同方位，甚至同速度的同类场物质之间重叠，可以看成它们之间相对静止的运动状态，相互之间仍然存在场质交换，即存在缠结现象。加上这类交换场质运动速度比光量子本身更快，一个量子状态改变，立即影响另外的量子状态，出现光量子缠结现象。从这个意义上说，量子缠结现象也是超光速存在的证明。
二、介质光特性
《光子波动新论》一文指出，光子由各种光源元素原子能级跃迁产生的，光子是涡旋与部分平动周期性变换运动，并且涡旋周期变换方向与直线平动方向相垂直。这是因为只有涡旋变换方向垂直于中心速度，才能保持对称平衡，又由于涡旋周期性变换而失去涡旋与中心速度里外侧差异，并保持直线运动。光子总能由平动能和周期变换各占一半组成的稳定物质最基本粒子，称谓光来源和光子周变原理。由于光子周变存在频率、相位、振动方位（即偏振）和强度等参量，这些频率、强度和成份决定于所辐射的元素原子，开拓开发激光和光源元素应用，制成各式各样光源与激光器件，成为光学技术应用基本技术。
当光子入射到光滑介面时，由于平动能改变量（也可以看成与介而交换能）各不相同的，停留时间不同，两者成反比，起了相位和方位调整作用。光束的介面、边缘的相位调整成为反射折射现象、干涉现象、衍射现象以及各种光学成像现象的根源，称为介面相位调整原理。相位调整后的两束光量子重叠处，若有相位相反和相位相同存在时，相位相同重叠相对反相重叠是亮条纹，这类亮暗相间条纹，就是干涉、衍射现象的产生根源。工程技术上应用原理不同理论规律在于它必需加上人的能动性，光学器件能动地有机组合是制成各种各样光学仪器，如各种相机、望远镜、显微镜、干涉仪、光栅等基本技术。
光学基本现象和应用已在上述两文中采取量子周变等观念和原理加以解释了，如反射折射现象、干涉现象、衍射现象等，这里不再重述。不同质量或变换频率的光量子束入射到同一均匀介质时，所产生的交换能不同，从而在介质中运动速度不同而出现色散现象。光量子在介质中多了一项交换能，光量子在介质中变换频率满足
υ=λ/τ=λν;       p=mυ=h/λ
mυ²/2=υp/2=υh/λ2=hν/2
推出变换能等于平动能仍然不变，那么交换能等于
Ei=E。-Eb-Ea=mc²-hν/2-mυ²/2=mc²(1-υ²/c&sup2
=hν(1-υ²/c&sup2=hΔν
当υ=0时，交换能最大，即总能等于交换能，但绝对静止的物体是没有的，因此没有全部是交换能系统。当υ=c时，交换能等于零，系统只存在占总能一半的周期变换能hν/2，另一半为平动能mc²/2。可见一个稳定系统至少存在两种以上能量方式，而光量子是稳定物质的极限速度状态。一般情况下，变换频率不同，所产生交换程度不同，并引起在介质中运行速度不同，相应地折射率c/υ=n也不同。
介质通常以固体和液体为主，液体主要通过场质交换联结成体的，比较均匀。固体主要是壳粒交换成体的，也存在场质交换，有一定交换分布和结构，使各向交换不一定光等各种各样光学现象，称为光量子与介质交换性质不同原理。光量子束在不同介质中运动形成不同特性和现象，如光量子经光滑介面反射和折射后不仅相位调整，而且方位也实现调整，以至同步运动。光子与介质交换关系主要体现在折射现象上，折射率是以入射角正弦与折射角正弦之比来定义的，它等于入射速度与折射速度之比，或者以后者速度比作折射率定义可能更深刻些。折射率不仅光量子频率有关，还与介质原子、分子结构排列、状态分布、交换性质等有关。如固体介质包含一定排列粒子间运动、交换与场质交换，它们是光通过介质产生各种光学现象根源。
光子在介质中运动由于部分平动能、变换能转化为交换能而速度变慢以及因介质交换性质不同而出现吸收、散射、折射、色散、偏振、旋反射和折射后光量子束是偏振光束。又如偏振片分子周围场质扁平分布，只让光量子束某些伸缩方向或方位的光量子通过，其它方位的量子通不过而被吸收，形成了偏振片后只有单一方位光量子束透射出来的偏振光。又如偏振光量子束入射到旋光介质糖溶液，每经过糖分子周围场质都使其作一定角度的偏转，从而溶液浓度愈大或经历路程愈长，光量子束方位偏转角度愈大，成为制造旋光仪器的依据。人的能动性还体现在对各种介质技术的条件控制，如旋光仪、偏振片、分光镜、浓度折光仪、光纤通讯等的基本技术。上述本质原理的合理能动的设计思维或可能可行的决断思维的技术根据。如《量子周变与工程技术应用》一文所述。
光量子束入射到分子周围两垂直方向交换场质密度分布不同的方解石后，分成偏振方向相互垂直而速度不同的两束偏振光，其它方位的光量子通不过被介质吸收，即出现双折射现象。固体介质中存在壳粒交换与场质交换，通常量子频率愈大，在介质中场质交换愈强，即出现正常色散现象。但是在某些介质的吸收光谱附近频率则出现反常现象，即壳粒（电子）交换对光子运行也产生影响，它们之间交换同步时易被吸收，此时若未被吸收，折射率为1。光子频率愈远离吸收频率，壳粒影响愈小，主要决定于场质交换。光子频率愈大交换愈频繁，即光量子平动能与变换能转化为交换能愈多，相应速度愈小，折射率愈大。如果存在绝对折射率小于1的状态或实现这类实验话，那么也是对超光速存在验证。

三、介质变动对光的影响
《光子波动新论》一文指出：由于光量子与介质交换作用，因此某些介质分子周围交换场质在外加压力、外加电场（克尔效应）、外加磁场（法拉弟效应）等作用下产生状态改变，影响着光量子束运动偏振状态和传播状态，可用此性质制造控制光量子束器件。液体介质主要通过场质交换联结成体的，通常比较均匀。固体介质主要是壳粒交换成体的，也存在内外场质交换，有一定交换分布和结构。不同介质交换分布、结构、性质不同，加上不同外部条件与运动状态可以产生不同的现象。人为地适当选择、组合、控制可创造出所需要各种产品。
光量子束在光纤中运动也会因为跟光纤介质分子周围场质交换而运动的。我们可用一束长短不等的粗玻璃纤维头整齐地捆梆在一起，手电筒从头部入射，用力甩一下，玻璃纤维尾部发出红光，用力再甩一下，玻璃纤维尾部发出另一种颜色的光，这样重复多次，产生前后不同颜色的光。这说明玻璃介质受力情况不同，其分子间交换场质结构分布和交换频率发生变化，只让光量子交换频率较一致或同步的量子通过，其它频率的量子被折射或吸收。
裴左早就做过流动水对沿其正反运行光线重叠实验，证实这两束光重叠的光干涉，而出现光谱移动现象，证明流动介质带动光运动。实际上证明光量子与介质交换作用，使介质流动引起对光量子带动作用。那么物体内原子、分子不规则运动，对光量子运行必然产生影响，它使光量子接近介质吸收频率首长反常色散现象。即频率愈低，愈接近粒子运动状态，速度改变愈大。光量子在介质表面或介质内分子碰撞交换而产生散射，并可递换出另外频率的光量子，递换中没受到外力，因此保持能量守恒和动量守恒关系，以解释康普顿效应和剌曼效应。另外可以设想相对光源作整体运动的介质对光运动的影响，这类影响的研究对宇航应有重要意义。
四、光的缠结现象
实物或光源周围不可能绝对真空，通常所谓真空是指无实物，包括气体在内的空间，但仍然避免不了场质存在，如万有引力场质或电磁场质存在。同频率、同相位、同方位，甚至同速度同步运动的光量子之间相当于相对静止，从而存在交换。这类场质的交换影响，是光出现缠结现象根源。光的缠结现象使两个或者更多个同步运动光量子中一个光量子量度、作用，也影响另外其它同步光量子状态称为缠结现象。缠结现象跟红移现象一样可证明超光速场质可能存在，磁场质、微波场质、无线电波场质、万有引力场质可能比光速更快，电场质速度可能在光速到极限速度之间。但至今还没有人真正做过比较实验。
究竟光快，还是无线电波快？这个实验相当艰难，主要是它们速度都太快，任何测量工具都跟慢速变换实物及其对光、电磁反应有关，很难做到测量条件完全一致。不过从红移现象和缠结现象可以间接证明比光速快的场质存在这一点。光量子缠结现象与光量子同步运动相干性密切相关的，使同频率两束光重叠的相位相同与相反交错在某屏幕上分布，相应地在屏幕上呈现干涉条纹。关于光的缠结和相干性现象将在量子计算机研制中获得重要应用。但解释缠结国内外有不少，能不能达到本质的认识而真正解释清楚的，尚未定论。从光量子缠结现象应用角度来看，同类的同步运动量子间相对静止的交换存在是比较本质的解释，这样不仅双粒子系统可以实现，而且在同类同步运动的多粒子系统也可以实现。近距离可以实现，远距离也可能实现。
在发表此文后，读到刘武青网上发表的光源旋转效应实验及《刘武青先生与陈叔瑄先生写的文章的摘要》一文，光学上意义是重大的，在这里有必要作为应用实例进一步讨论。这个效应实际上是光子通过旋转运动介质所产生的现象，文中提出“光可以让光电池产生电流，光通过旋转透明介质，对光电池产生的电流及光压力、光波长、光强度等等光学数据，与光通过此透明介质静止时的光学数据不相同的现象称为光源旋转效应”。“光的多普勒－斐索效应是光源对观察者的距离是远离或靠近，光源旋转效应是光源与观察者的距离基本不变。因此，两者对比，除了频率的变化特征有区别外，光的强度变化也可以看到区别，在运动速度匀速条件下，多普勒－裴索效应对观察者来说，由于有远离与靠近两种状态，光强度有减小或增强两种情况出现，在转速匀速条件下，光源旋转效应对观察者来说，光的强度是固定值”。这是因为光量子与介面、介质交换，并随介面、介质旋转运动，散射光量子部分转化或递换为交换能与旋转能，光量子变换能随旋转加速而减少，相应频率降低，反之光量子变换能随旋转减速而增大，相应频率提高，匀速旋转而频率变换固定。实际上介质介面运动不仅影响散射光量子频率、波长、强度，甚至影响相位、方位（偏振）等状态。
参考书：
1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年出版
2、《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2002年出版
3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》陈叔瑄著  福建教育出版社1994年出版
4、《光子波动新论》 陈叔瑄著  《科学(美国人)》中文版  1999年7期

波动能流与信息传输本质
陈叔瑄

物理学上波动概念一直沿用弹性介质中机械振动的传播过程所产生的现象，并以惠更斯1690年所建立的原理解释之。惠更斯原理：介质中波动传到的各点，不论在同一波阵面或不同波阵面上，都可以看作是发射子波的波源；在任一时刻，这些子波的包迹就是新的波阵面。解释了波动的折射、反射、干涉、衍射等一系列机械波动与声学的现象。并建立波动方程与能流密度方程
w=ρΑ²ω²Sin²ω(t-ι/υ)
其中ρ为质量密度，Α为振动幅度，ω周期变换角速度。
一、波动能流本质
物质系统某种运动或能量不均匀不平衡状态必有向均匀平衡趋势过程，实际上是能量传递或流动趋势的过程。内能或温度不均必趋于均匀而产生热量对流、传导、辐射现象。两实物体周围同类场质邻外侧重叠若构成状态不平衡不对称，则会在平衡趋势中，使实物体移动。地面物体运动必跟周围物质发生作用，即能量递换传输，机械运动推压或拉伸周围介质分子跟着运动，而出现某种能量形式的传递流动。
地面物态有气体、液体、固体的实物和场物质等构成的，而气体、液体、固体由分子、原子不同交换方式组成的，不管原子、分子之间是碰撞、场质交换、壳粒交换而联系在一起，壳粒子质量与总能量成正比例，也可以看成能量子，因此上述三种交换实际上都是能量子的交换，而处于大体平衡稳定状态。实物原子、分子受到外力作用，即交换得到动能，则移动或改变状态，破坏原来平衡状态，在平衡趋势中，通过碰撞或场质传递或壳粒交换，将获取动能传递给相邻的原子、分子，以恢复原来的平衡稳定状态。
如果机械振动周期性推压实物内分子，则将其动能传递给被推压的分子，分子位移，此分子又推压下一分子，其平衡趋势又将动能传递下一分子，使前分子恢复原状态。而分子平衡趋势再将其能量或能量子传递给下一分子，并继续传递给再下一分子，就这样能量或能量子一环扣一环传输下去。机械振动周期性地推压周围分子，从而形成周围分子周期性地传递能量。即机械振动能量或能量子周期性交换中传递给周围实物分子，在振动机械周围空间形成周期性能量流动的波动，如纵波或声波能量传递过程。
声波是一定范围频率（20~20000赫芝）和一定强度的机械振动通过实物，尤其空气分子（密度疏密变化）交换构成周期性能量子流动。声音实际上是靠一定介质的分子间某种周期性能量交换传递的结果，并被动物耳朵器官所接受的现象。超出人耳所接受的声波为超声波，低于人耳所接受的声波为次波。能流密度可以用来描述声强。不同材料振动与不同频率、声强组合波动，可以构成不同的音品与音乐、语言。
机械振动拉伸周围空间分子、原子，使其跟着运动，如液体表面或某些固体分子位能或势能传递过程，所形成横波的波动本质也是周期性能流或能量子流通过实物分子、原子交换传输的。如水面一物体振动，通过拉伸相邻水面分子跟着运动，此分子又通过周围场质拉伸下一分子，即位能或势能传递给下一分子，本身恢复原状态。在获得位能或势能分子平衡趋势又再传递给下一分子，这样能量一个传递一个，形成水面波纹不断向外扩大传输能量或能量子过程，构成周期性位能或势能递换传输，即波动能流过程。
波动的周期性能量流或能量子流可以通过实物的原子、分子传递能量子，也可以直接由周期性变换能量子本身在空间中运动形成的。前者典型的是声波与水面波，后者典型的是光波与电磁波。因此波动不一定都需要介质，光波与电磁波能量流动或能量子流就不需要介质，而是同步周期性运动光量子束的集体行为所形成的波动状态，量子实际上是平动速度与涡旋角速度周期性变换，在相同时间里位移量是周期性变化，位移愈大位置上相应量子数密度愈小，从而在量子束经历不同位置上密度是周期性变化，形成周期性能量子流或能量流的波动现象，因此没有必引入“以太”之类概念来解释光波与电磁波。《光子波动新论》一文与《物性论》一书中周期性变换光子不仅可以解释折射、反射、干涉、衍射等现象，还可解释旧波动说无法解释的其它现象。
二、波动能流原理
1、波动能量流动原理：波动是一种不管它有否通过介质所形成的周期性能量或能量子流动现象。通过介质分子、原子递换传输周期性能量或能量子流动的主要是机械波与声波，不通过介质周期性变换能量或能量子流动的主要是光波与电磁波。称波动是某种周期性能量或能量子流动现象，而不管它是否通过介质原理。宇宙中不管怎么样，只要空间存在周期性能流动就有波动现象，因此周期性能量流动是波动的本质。旧波动观念建立在声波与机械波观念基础上，要假定宇宙中充满静止‘以太’介质的，才能解释光传播现象。这是对波动本质缺少深刻了解而引入的假说。此外周期性能量变换方式又可称为信号，因此信号靠波动，即能量流来传递的。
2、信号发送接收原理：能流信号的复杂组合方式或表象，如声音、语言、音乐、文字、图像、符号、数码和其它可感觉形态等可以通过信号发送、传递和接收，并在人脑中产生事物的感性印象和表象，理性知识文字和符号，实性形象和图像等。称信号产生、分解、组合及翻译表象通过波动能流发送、传输、接收原理。例如人在大脑控制下从口、舌、喉发出语言是由许多单音组合构成的一系列振动信号能流，通过大气分子递换传输，到人的耳朵强迫振动产生相应信号，经听觉神经传输到大脑形成相应信号感觉与印象，并经大脑按习惯或约定翻译成信息，以了解到相应的事物或新事物的消息或知识或信息。
3、信息新知识原理：信息是什么？信息实际上是一种新知识，来自于声、光、电磁波及其它信号等经感官、神经传入人脑，经过人脑产生相应感觉、印象、表象等，以及语言、音乐、图像、文字、符号、数码等表象及其组合，而且随经验、知识等程度高低所获得事物的感性、理性和实性新知识而存在差异。如一个不识字的人，收到文字表象信号，就不知所云，等于没有获得相应信息，要得到该信息就需通过识字的人读给他听。又如一个没学过外语的人，收到该外语信号，也不知所云，需经过他人翻译，才能得到相应的信息。即使一个人接收到信号，也要经头脑智力活动，才化成信息及其新知识，称为信息是信号经大脑智力活动产生新知识原理。能流信号产生、传输、接收并经大脑转化为信息，可见能流信号是信息携带者，信息通过声、光、电磁波等能流信号传播，被人们所接收，并经人脑智力活动转化形成信息的。
三、波动传播应用
1、信号传播应用
物体运动或机械振动会发出声音等信号和感觉，如视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等信号，并通过地面实物，尤其气体或直接分子的传递和接收（主要是眼睛、耳朵和鼻子、口舌、皮肤等五官），为声音和其它信号能流产生、接收和传递。声音是一定频率范围一定强度的机械振动并通过实物，尤其空气分子间能量或能量子递换传输所构成波动，并对耳膜强迫振动，经过听觉神经传到大脑，而构成所接受的声音信号。从而声音形成包含了声音产生发送品，尤其人的口、舌、喉振动所发的语言与歌声，通过介质分子将这些声音能量往愈来愈大空间范围递换传播出去，离声源愈远声音强度愈弱，距离太远往往弱到耳朵听不出声音为止。
另一类信号产生于光源或光对物体反射产生的信号，并通过光的传送和接收（主要是眼睛）。光量子本身具有周期变换频率能量与动能，同步周期变换运动光量子束本身具有波动性，可以不通过介质分子递换传输，但通过介质时也会形成与介质分子交换，动能部分转化为交换能，使其速度变慢，这些在《光子波动新论》文中专门讨论，这里不再重复。但作为图像、文字、符号信息来说是非常重要信号能流，通过眼睛及其视神经到大脑，构成视感觉与印象、表象。并通过人的大脑智力活动，产生文字、符号、图像所构成的知识或新知识，即信息。
信号更广泛地利用电流或电磁波实现远距离传输，光、声信号与电流信号或电磁波信号可以通过某些器件实现互相转换，所转换的电流信号在导线中传输或电磁波信号在空间中运行传播，在远距离的接收器再转化为相应光、声信号，这些光、声信号经感觉神经传入大脑的智力活动产生相应知识或信息。电磁量子能流信号发送、接收和传输广泛应用于电话、电报、广播、电视、电讯、手机等传播和测量、控制、遥控、电脑等自动化操作上。
2、信息变换应用
信号是一种物质运动形态或能量流动状态，声音信号是机械振动产生、传输和接收的一种运动形态，运动中表现出许多特性，研究这些特性是为了更好地利用它。不要把信号与信息混为一谈，否则易引起混乱，波动与信号具有客观性，而信息则跟主观智力素质密切相关的。如声音通过机械振动，包括人的口腔振动所产生的信号，在其周围空气或实物分子、原子的实现相应的能量递换传输或传播，接收者，包括经过电磁波转化机械振动或人耳朵获得相应振动信号，经听觉神经传入人脑智能活动，翻译分析变换为信息或新消息、新知识。
信息可以来自于语言、歌声、照片、图像、文字、符号、数码、公式、表格等组合表达方式，反映事物变化状态。但对一些人是已知或旧消息，而对另一些人来说又是新消息或信息，很难确定，这是从接收者判定信息的缺陷。从发送者判定信息困难更大，因为如机械振动产生的何止是声音，还有次波、超声波、热运动，甚至电荷等难以形成信息。因此能够供人们产生新知识的表象信号，即接收者与发送者不仅表象信号一致，而且所变换相应知识或信息也要力求完整一致，才是信息传输目的，而不是只为了数学表达方便来考察信息的。

参考资料：
1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年12月出版
2、《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2002年12月出版
3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》 陈叔瑄著  福建教育出版社1994年6月出版
4、《光子波动新论》  陈叔瑄著  《科学（美国人）》中文版1999年7期

物性论与引力论

陈叔瑄

宇宙中空间、时间是物质运动存在形式，而运动又是物质存在形式，使得物质与运动不可分割地联系在一起，这就是质能关系原理存在的基础。有物质及其质量所在或时空就有运动及其能量所在或时空，因此时空具有运动或能量的属性。物质及其质量浓缩的同时存在某些运动及其能量的弥漫，反之亦然。即物质浓缩同时伴随着能量辐射的过程，这也是平衡趋势必然的过程，这是天体通常质量密度愈大相应温度愈高，辐射愈强的根源。
平动平衡趋势而往涡旋运动转化，涡旋运动平衡趋势而往周期性变换运动与周期性交换、递换、递传作用较稳定方向转化，是物质运动基础，其趋势与交换成为物质运动变化或转化的动力。而涡旋运动是物质浓缩成体趋势与万有引力存在前提条件，其能量趋匀平衡，使质量浓缩而逐渐提高质量密度。但质量密度提高的同时，要辐射能量（通常是高速场物质或量子运动方式），以趋于交换平衡。同样原子壳粒往里层跃迁，就要辐射量子。
一、涡旋运动
连续物质旋涡运动或涡旋流动态趋于内在能或内在能密度提高或旋转角速度减少的过程。愈近中心，内在能密度愈高，旋转速度愈小。而在该旋涡平面外两侧空间（Ａ或Ｂ）的连续物质又处于高速运动状态。根据趋匀平衡原理，旋涡平面两侧高速运动连续物质必趋于低速旋涡面而同时形成旋涡运动。愈近旋涡平面两侧的流态速度愈小，内在能密度愈大。但趋于旋涡平面两侧流态又跟着旋转起来，即同时形成旋涡运动，使其愈近中心轴，速度愈小。
    这就是说旋涡的内在能密度趋势不仅与离轴距离ｒ有关，还与离旋涡平面距离Ｚ有关系，因此其旋涡能密度可表示为
ＬｉｍＷω＝Ｌｉｍ（１／２）ρ（ｒ²＋αｚ²）ω²＝Ｋ
       t→∞       t→∞
其中ｒ是离旋转轴距离，Ｚ是离旋涡平面距离（即赤道面）。由于ｒ趋势与Ｚ趋势不是完全一样的，故Ｚ前乘α常数，以表示Ｚ向趋势与ｒ趋势的差别，称轴向差别系数。当平衡稳定时，则
ρ＝２ｋ／（ｒ²＋αＺ²）ω²
    从上式可以看到实体范围是
ｒ&sup2;＋αＺ&sup2; <（ｃ／ω）&sup2;
超过ｃ２范围构成场状态。这里表明同一旋涡体中心一致时，若α＝１，则ｒ&sup2;＋Ｚ&sup2;＝Ｒ&sup2;，涡旋体边缘是球形。若α<１，涡旋体边缘是铁饼形。若α>１，涡旋体边缘是橄榄形。它可以表示自然实体的基本形状。通常ω愈小，旋涡平面范围愈大，即ｒ愈大，相应地α必愈小，则愈成铁饼形旋涡体，例如宇宙天体－星系，包括银河系。ω愈大，旋涡平面ｒ愈小，相应地α必愈大，则愈构成橄榄形，甚至近棒形，可以预计微观粒子或量子多半处于该状态，这一点可用量子偏振现象证实。物质正反平动必转化为涡旋运动并浓缩成形，称涡旋运动浓缩成形原理。
一般情况下α接近于１，故大量宏微旋涡体是近球形的。太阳系的太阳、行星、卫星是近球形的，而整个太阳系则近铁饼形。近球形的天体α≌１，则ｒ&sup2;＋Ｚ&sup2;≌Ｒ&sup2;，涡旋体边缘是球形。其周围浓缩的场物质的密度也同样与距离中心球面4πR&sup2;（或者按习惯简写为4πr&sup2;，此处的r就是指R的意义，后面没有特别申明r作R意义使用）有关。涡旋体中心通常是以某一速度运动的，在其两侧总是存在与此速度正反向线速度，同向侧具有弥漫趋势，而反向则具有浓缩趋势，形成同向侧趋向反向侧的运动或作用，使其作圆、环、弦、圈态等运动，称为涡旋体曲线运动原理。它是广义相对论空间弯曲的基础。
    二、《物性论》与牛顿引力
《物性论-自然学科间交叉理论基础》从质能关系与趋匀平衡原理出发，认为引力是涡旋体中心速度与涡旋里外侧差异的平衡趋势引起作用的量度，它跟自转与公转与离总中心有关。对球体周围离总中心场质密度随球面增大而减弱，即
ρ=dm/dV=dm/4πr&sup2;dr=mˊ/4πr&sup2;
其中，dm/dr≌m&acute;为核心趋势总量，即核心引力质量。在距核心r位置上场质密度与该位置上涡旋体或微涡旋集合体质量m里外侧场质重叠，外侧同向重叠而弥漫，邻侧反向重叠而浓缩，外侧趋向邻侧而靠近，即“相吸”。场质密度愈大，即两质量愈大趋势愈强或引力愈大，可用场质密度与质量乘积成正比，为此趋势或引力量度
F=k″mm&acute;/r&sup2;
两向心场物质重叠出现邻侧反向重叠与外侧同向重叠而具有外侧趋向邻侧的趋势，是形成物体间引力的根源，称为向心物体间万有引力构成原理。
涡旋体本身运动，除场质重叠趋势外，还存在自旋里外侧与本身速度正反向而趋向里侧运动，加上可能绕多层次运动，从而构成趋势作用或引力的质量实际上应为
m″=mβ&sup2;=m(1-υ&sup2;/2c&sup2
则表示行星层次引力质量。再多一项为卫星引力质量
m″=mβ&sup2;=m(1-υ&sup2;/2c&sup2;-ω&sup2;γ&sup2;/2c&sup2
对低速来说，引力质量与质量近似相等m″≌m。可见牛顿力学的引力公式只是近似式。
涡旋运动角动量守恒是公转动能守恒的特例，使天体，如太阳系同一行星沿椭圆轨道运动，且矢量径向单位时间扫过面积相等，即
N=Jω=mr&sup2;ω=mυr
υr=N/m=k
引力对质量m从无限远位移至r处积分为该处势能量度的
E=k″mm&acute;/r
公转动能守恒的另一种情况是太阳系不同稳定运动行星间的动能与势能和不变，即动能等于势能
k&acute;mm&acute;/r=mυ&sup2;/2
2m&acute;k&acute;=υ&sup2;r=ω&sup2;r&sup3;=4π&sup2;ν&sup2;r&sup3;
ν&sup2;r&sup3;=r&sup3;/τ&sup2;=k&acute;m&acute;/2π&sup2;=K
这说明从能量角度来解释牛顿引力定律与刻普勒定律更为深刻。
三、《物性论》与辐射
同一天体运动过程中总能不变，天体动能变大，必使另一种能量，如内能或辐射能变小，或相反。天体或太阳椭圆轨道运动时，其速度或动能是周期性变化，相应地辐射能量也是周期性变化。如太阳绕银河系核心与其中的星团核心的不同的椭圆轨道运动，绕银河系核心运动一周近2亿年，而绕太阳系所在星团核心运动一周近几十万年。形成大小周期不同的太阳能量辐射，构成太阳周围的行星接受太阳能强度周期性变化。如地球表面周期性受到太阳辐射强度大小周期性变化，太阳辐射减弱到最弱前后，就是地面大小冰河期到来的前后，这是地面冰期产生的根源。
涡旋运动的平衡趋势使其形成浓缩与弥漫交换的正反运动，并构成微旋化及其粒子、量子。粒子是低速微旋化稳定方式，如地面的元素原子、分子，量子是高速微旋化稳定方式。天体的源源不断地浓缩质量，又不断地产生并辐射量子，稳定时处于浓缩质量与辐射平衡。这样天体核心质量愈大相应温度愈高，辐射高频率量子愈多或愈强。天体辐射虽然包含原子核裂变或聚变，但无法解释天体源源不断的热源，但仍然颁演一定角色，虽然是次要角色。这是涡旋运动成形原理的微观应用。
从能量角度来看摩擦作用实际上是能量转化，即规则运动转化为不规则热运动过程，也是运动趋于均匀的一种形式。因此力的本质是能量趋势、交换、转化，摩擦力是能量转化典型方式。地面所物体运动是通过重力（引力）、弹性力或其它能量转化方式破坏平衡状态而运动的。由于摩擦作用使得解除其它作用后就会逐渐停下来，恢复平衡状态。它跟摩擦两物件接触面密切相关的，转动比平动摩擦面小，因而消耗转化为热运动能量较小，这就是轮子发明的重大意义所在。
四、广义相对论问题
《物性论》的质能关系原理包含任何相对运动参考坐标系间对同一物质系统物质不灭性，即质量或总能量不变性。相对惯性或匀速直线运动参考坐标系间，测得多了一项不同的动能或速度，可以说动能变换改变了，但加速度不变性，质量或总能仍是不变性，必定存在以另一种能量形式作相反改变，因此参考坐标系变换实际上是能量变换。相对惯性或匀速直线运动参考坐标系间同样可以表达电能与磁能间在一定条件下变换，静止参考坐标下的磁场能量而变换到另一运动惯性参考坐标就具有电场能量，同样地静止系的电场能变换到另一的惯性系则具有磁场能量，即满足罗仑兹变换。可见参考坐标系或时空间变换可以用来描述某些能量间的变换及其所产生的现象。
广义相对论作了推广，推广到非惯性参考坐标系或时空间的变换。其基本观念建立在惯性质量与引力质量的等效原理及其旋转运动解释的基础上，在数学方法上引进了非欧几何与张量方法，并解释了一些宇宙及其光的现象。实际上《物性论》认为物质不灭性，应反映在任何参考坐标系或时空对同一物质系统质量或总能量不变性上，即对非惯性参考坐标系间动能不仅不同，而且是变化的或向量能量递变，相应地必存在另一种能量作相反的变化，通常是内在能或标能相反递变。由于加速度与速度关系非线性的，即动能量变化也是非线性的，这限制了非惯性系间变换应用。
广义相对论在旋转非惯性参考坐标系或时空间变换，在一定范围内加速度可以看成恒量，如地面上重量或重力k&acute;mm&acute;/r&sup2;=mg可以看成不变常数。它牛顿第二定律m。d&sup2;ι/dt&sup2;间关系为
m。d&sup2;ι/dt&sup2;=mg
当惯性质量m。与引力质量m等效时，即m。=m，而且在《物性论》中力定义的质量与牛顿第二定律惯性质量是等价的，因此在这种情况下质量与惯性质量、引力质量是等价的，都用质量m表示。得
d&sup2;ι/dt&sup2;=g
这个方程中质量不出现，表示重力场中低速物体（微涡旋集合体）加速度为恒定量，即势能向动能线性地转化的自由落体的过程。
如果物体动能不变，只有绕引力场核心圆周运动，由于核心体也运动的，而处于椭圆运动。若物体是个涡旋体则存在里外侧运动差异的也有向里侧的趋势，以及多层次运动趋势，构成较复杂的引力与引力质量关系。广义相对论没有讨论到这类问题。质量是跟物质系统总能量相对应，而不管系统运动方式多么多样，多么复杂以及如何组合、结构、变化的。引力质量扣除这些因素所得，并应反映在引力公式的修正上，牛顿引力公式与广义相对论只是一定条件范围近似式。

参考资料
1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年12月出
2、《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2002年12月出版
3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》 陈叔瑄著  福建教育出版社1994年6月出版

光子波动新论应用
陈叔瑄

《光子波动新论》、《量子周变与光仪技术应用》和光有关其它论文在杂志、论文集与网络上发表后，引起强烈反响，尤其网络反应快而且广泛，提出问题在这篇论文总结拓宽理论基础上，做出必要回答。光不仅是研究天体重要依据，而且也是研究原子结构的重要依据，并不指所有的研究途径和依据。天体辐射的光谱普遍存在哈勃所发现的规律，即天体辐射光谱红移Z与天体距太阳系或地球距离r成正比Z=Hr，其中H哈勃比例系数。这个系数因遥远天体距离测量困难，尚未最后确定，参考数据55公里/秒&#8226;兆秒差距。目前反而利用此式来测量远距离天体的距离。光量子能量公式hν来自于量子论和量子力学，能量另一公式mc&sup2;来自于相对论，而物性论则认为：量子变换相邻峰值间距称为波长λ，与速度c、周期τ、频率ν、动量p间关系如下：
λ=cτ=c/ν；  p=mc=h/λ
mc&sup2;=mc&sup2;/2+hν/2=hν
表明量子论与相对论能量式分别是光量子能量两面的一个方面。
一、光与场
光量子不是几何的点，也不是物理的质点，它就是高速运动的周期性变换的物质粒子，即运动在实物真空中，同频率、同相位、同方位、同速度的同步运动量子之间，相对静止而存在交换。量子通常从光源出发到愈来愈大空间运动，密度愈来愈低，往场物质方向变化，甚至频率愈来愈低、速度愈来愈高。尽管极端微弱，近距离根本观察不到，可以忽略不计。但运行在宇宙中遥远距离，这种微弱交换影响积累所引起的红移就不能忽略，而且距离愈远红移量愈多。以至在无限宇宙中光最终要化作场物质，消失在场物质中。光子、紫外线是原子级辐射，χ射线是原子内壳层级辐射，γ射线是原子核级辐射的量子或粒子。此外红外线是分子级辐射量子，微波、无线电波是物体级电磁辐射，还有天体级的电磁辐射。不过实物体愈大所辐射的电磁波量子性愈弱，频率愈低，连续性愈强。在宇宙遥远的背景只能观察到微波，甚至什么波都观察不到的空间，即所谓黑洞。
物理上的“场”究竟是什么？它似乎是物理参照系的参量状态的描述，但这些参量又是什么的参量？如果说是运动或作用参量，那么又是什么运动或作用的参量？总不能说无物质的运动或作用参量，只能说是物质运动或作用的参量。万有引力场、电场、磁场、电磁场以及强作用场、弱作用场都是不同层次场物质运动或作用状态。《物性论》指出场及其场内运动物质（简称场质），场的描述方法相当于流体力学欧拉描述法，场质运动描述可以相当于流体力学朗格拉日的描述，但这样描述把问题复杂化，且抓不住物质运动本质，根本解决不了问题。场物质与实物是物质运动的不同形态，而且可以互相转化和变换。
《物性论》又指出，运动是物质存在形式，有运动就有物质，有物质也必有运动，两者不可分割地联系在一起。物质量度为质量，运动量度为能量，两者成正比。场物质是高速低密度，甚至连续的弥漫性物质形态，而实物（天体、物体、粒子等）通常是低速中高密度，分离的浓缩性物质形态。实物往往是场物质发源和归宿，构成两者不可分割相互联系、相互作用和各自不断更新的基础。涡旋运动或场物质转化变换为实物是物质浓缩、收缩过程的运动。实物转化变换场物质过程是弥漫、弥散过程运动。而浓缩与弥漫相结合的周期性变换或交换运动是稳定物质基本运动过程。因此物质的浓缩与弥漫是物质结构很基本概念。
可以说物质最单纯形态是系统物质总能等于平动能，即等于光速1.41倍高速运动的连续物质形态，它可能是万有引力场质基本形态。这说明相对论提出存在极限速度，但不是光速，而是光速的1.41倍的物质极限速度。极限速度物质各方向运动机会均等，总是在一个方向上存在正反运动状态，并转化为涡旋运动。从而在高速连续物质中包含着大大小小的涡旋运动粒子，并互相变换的物质形态。可以说万有引力场质是以高速度连续方式，并以极限速度运动。而电场质是以加速度方式运动，其速度可能在光速到极限速度之间变化。磁场质是以螺旋线方式运动，速度也可能超过光速。那么电磁场质或量子场质则以周期性变换方式运动，电磁场质速度可能较光子速度高，也许频率愈低速度愈高。由于周期性变换运动已失去运动涡旋或自旋属性，而保持直线平动运动。但至今谁也没真正测量比较过它们速度。
如果光量子长距离在宇宙愈来愈大空间中，密度愈来愈低，引起变换频率也愈来愈降低，即产生红移的话，那么光量子在长距离移动中往场物质方向变化，速度变高，成为万有引力场物质的补充源。从这个意义上说，红移现象也是超光速物质运动的存在的证明。光速和超光速的各种场物质间相互作用不产生加速度，即它们之间不同步、不相干而各自独立运动。但同频率、同相位、同方位，甚至同速度的同类场物质之间重叠，可以看成它们之间相对静止的运动状态，相互之间仍然存在场质交换，即存在缠结现象。加上这类交换场质运动速度比光量子本身更快，一个量子状态改变，立即影响另外的量子状态，出现光量子缠结现象。从这个意义上说，量子缠结现象也是超光速存在的证明。
二、介质光特性
《光子波动新论》一文指出，光子由各种光源元素原子能级跃迁产生的，光子是涡旋与部分平动周期性变换运动，并且涡旋周期变换方向与直线平动方向相垂直。这是因为只有涡旋变换方向垂直于中心速度，才能保持对称平衡，又由于涡旋周期性变换而失去涡旋与中心速度里外侧差异，并保持直线运动。光子总能由平动能和周期变换各占一半组成的稳定物质最基本粒子，称谓光来源和光子周变原理。由于光子周变存在频率、相位、振动方位（即偏振）和强度等参量，这些频率、强度和成份决定于所辐射的元素原子，开拓开发激光和光源元素应用，制成各式各样光源与激光器件，成为光学技术应用基本技术。
当光子入射到光滑介面时，由于平动能改变量（也可以看成与介而交换能）各不相同的，停留时间不同，两者成反比，起了相位和方位调整作用。光束的介面、边缘的相位调整成为反射折射现象、干涉现象、衍射现象以及各种光学成像现象的根源，称为介面相位调整原理。相位调整后的两束光量子重叠处，若有相位相反和相位相同存在时，相位相同重叠相对反相重叠是亮条纹，这类亮暗相间条纹，就是干涉、衍射现象的产生根源。工程技术上应用原理不同理论规律在于它必需加上人的能动性，光学器件能动地有机组合是制成各种各样光学仪器，如各种相机、望远镜、显微镜、干涉仪、光栅等基本技术。
光学基本现象和应用已在上述两文中采取量子周变等观念和原理加以解释了，如反射折射现象、干涉现象、衍射现象等，这里不再重述。不同质量或变换频率的光量子束入射到同一均匀介质时，所产生的交换能不同，从而在介质中运动速度不同而出现色散现象。光量子在介质中多了一项交换能，光量子在介质中变换频率满足
υ=λ/τ=λν;       p=mυ=h/λ
mυ&sup2;/2=υp/2=υh/λ2=hν/2
推出变换能等于平动能仍然不变，那么交换能等于
Ei=E。-Eb-Ea=mc&sup2;-hν/2-mυ&sup2;/2=mc&sup2;(1-υ&sup2;/c&sup2
=hν(1-υ&sup2;/c&sup2=hΔν
当υ=0时，交换能最大，即总能等于交换能，但绝对静止的物体是没有的，因此没有全部是交换能系统。当υ=c时，交换能等于零，系统只存在占总能一半的周期变换能hν/2，另一半为平动能mc&sup2;/2。可见一个稳定系统至少存在两种以上能量方式，而光量子是稳定物质的极限速度状态。一般情况下，变换频率不同，所产生交换程度不同，并引起在介质中运行速度不同，相应地折射率c/υ=n也不同。
介质通常以固体和液体为主，液体主要通过场质交换联结成体的，比较均匀。固体主要是壳粒交换成体的，也存在场质交换，有一定交换分布和结构，使各向交换不一定光等各种各样光学现象，称为光量子与介质交换性质不同原理。光量子束在不同介质中运动形成不同特性和现象，如光量子经光滑介面反射和折射后不仅相位调整，而且方位也实现调整，以至同步运动。光子与介质交换关系主要体现在折射现象上，折射率是以入射角正弦与折射角正弦之比来定义的，它等于入射速度与折射速度之比，或者以后者速度比作折射率定义可能更深刻些。折射率不仅光量子频率有关，还与介质原子、分子结构排列、状态分布、交换性质等有关。如固体介质包含一定排列粒子间运动、交换与场质交换，它们是光通过介质产生各种光学现象根源。
光子在介质中运动由于部分平动能、变换能转化为交换能而速度变慢以及因介质交换性质不同而出现吸收、散射、折射、色散、偏振、旋反射和折射后光量子束是偏振光束。又如偏振片分子周围场质扁平分布，只让光量子束某些伸缩方向或方位的光量子通过，其它方位的量子通不过而被吸收，形成了偏振片后只有单一方位光量子束透射出来的偏振光。又如偏振光量子束入射到旋光介质糖溶液，每经过糖分子周围场质都使其作一定角度的偏转，从而溶液浓度愈大或经历路程愈长，光量子束方位偏转角度愈大，成为制造旋光仪器的依据。人的能动性还体现在对各种介质技术的条件控制，如旋光仪、偏振片、分光镜、浓度折光仪、光纤通讯等的基本技术。上述本质原理的合理能动的设计思维或可能可行的决断思维的技术根据。如《量子周变与工程技术应用》一文所述。
光量子束入射到分子周围两垂直方向交换场质密度分布不同的方解石后，分成偏振方向相互垂直而速度不同的两束偏振光，其它方位的光量子通不过被介质吸收，即出现双折射现象。固体介质中存在壳粒交换与场质交换，通常量子频率愈大，在介质中场质交换愈强，即出现正常色散现象。但是在某些介质的吸收光谱附近频率则出现反常现象，即壳粒（电子）交换对光子运行也产生影响，它们之间交换同步时易被吸收，此时若未被吸收，折射率为1。光子频率愈远离吸收频率，壳粒影响愈小，主要决定于场质交换。光子频率愈大交换愈频繁，即光量子平动能与变换能转化为交换能愈多，相应速度愈小，折射率愈大。如果存在绝对折射率小于1的状态或实现这类实验话，那么也是对超光速存在验证。

三、介质变动对光的影响
《光子波动新论》一文指出：由于光量子与介质交换作用，因此某些介质分子周围交换场质在外加压力、外加电场（克尔效应）、外加磁场（法拉弟效应）等作用下产生状态改变，影响着光量子束运动偏振状态和传播状态，可用此性质制造控制光量子束器件。液体介质主要通过场质交换联结成体的，通常比较均匀。固体介质主要是壳粒交换成体的，也存在内外场质交换，有一定交换分布和结构。不同介质交换分布、结构、性质不同，加上不同外部条件与运动状态可以产生不同的现象。人为地适当选择、组合、控制可创造出所需要各种产品。
光量子束在光纤中运动也会因为跟光纤介质分子周围场质交换而运动的。我们可用一束长短不等的粗玻璃纤维头整齐地捆梆在一起，手电筒从头部入射，用力甩一下，玻璃纤维尾部发出红光，用力再甩一下，玻璃纤维尾部发出另一种颜色的光，这样重复多次，产生前后不同颜色的光。这说明玻璃介质受力情况不同，其分子间交换场质结构分布和交换频率发生变化，只让光量子交换频率较一致或同步的量子通过，其它频率的量子被折射或吸收。
裴左早就做过流动水对沿其正反运行光线重叠实验，证实这两束光重叠的光干涉，而出现光谱移动现象，证明流动介质带动光运动。实际上证明光量子与介质交换作用，使介质流动引起对光量子带动作用。那么物体内原子、分子不规则运动，对光量子运行必然产生影响，它使光量子接近介质吸收频率首长反常色散现象。即频率愈低，愈接近粒子运动状态，速度改变愈大。光量子在介质表面或介质内分子碰撞交换而产生散射，并可递换出另外频率的光量子，递换中没受到外力，因此保持能量守恒和动量守恒关系，以解释康普顿效应和剌曼效应。另外可以设想相对光源作整体运动的介质对光运动的影响，这类影响的研究对宇航应有重要意义。
四、光的缠结现象
实物或光源周围不可能绝对真空，通常所谓真空是指无实物，包括气体在内的空间，但仍然避免不了场质存在，如万有引力场质或电磁场质存在。同频率、同相位、同方位，甚至同速度同步运动的光量子之间相当于相对静止，从而存在交换。这类场质的交换影响，是光出现缠结现象根源。光的缠结现象使两个或者更多个同步运动光量子中一个光量子量度、作用，也影响另外其它同步光量子状态称为缠结现象。缠结现象跟红移现象一样可证明超光速场质可能存在，磁场质、微波场质、无线电波场质、万有引力场质可能比光速更快，电场质速度可能在光速到极限速度之间。但至今还没有人真正做过比较实验。
究竟光快，还是无线电波快？这个实验相当艰难，主要是它们速度都太快，任何测量工具都跟慢速变换实物及其对光、电磁反应有关，很难做到测量条件完全一致。不过从红移现象和缠结现象可以间接证明比光速快的场质存在这一点。光量子缠结现象与光量子同步运动相干性密切相关的，使同频率两束光重叠的相位相同与相反交错在某屏幕上分布，相应地在屏幕上呈现干涉条纹。关于光的缠结和相干性现象将在量子计算机研制中获得重要应用。但解释缠结国内外有不少，能不能达到本质的认识而真正解释清楚的，尚未定论。从光量子缠结现象应用角度来看，同类的同步运动量子间相对静止的交换存在是比较本质的解释，这样不仅双粒子系统可以实现，而且在同类同步运动的多粒子系统也可以实现。近距离可以实现，远距离也可能实现。
在发表此文后，读到刘武青网上发表的光源旋转效应实验及《刘武青先生与陈叔瑄先生写的文章的摘要》一文，光学上意义是重大的，在这里有必要作为应用实例进一步讨论。这个效应实际上是光子通过旋转运动介质所产生的现象，文中提出“光可以让光电池产生电流，光通过旋转透明介质，对光电池产生的电流及光压力、光波长、光强度等等光学数据，与光通过此透明介质静止时的光学数据不相同的现象称为光源旋转效应”。“光的多普勒－斐索效应是光源对观察者的距离是远离或靠近，光源旋转效应是光源与观察者的距离基本不变。因此，两者对比，除了频率的变化特征有区别外，光的强度变化也可以看到区别，在运动速度匀速条件下，多普勒－裴索效应对观察者来说，由于有远离与靠近两种状态，光强度有减小或增强两种情况出现，在转速匀速条件下，光源旋转效应对观察者来说，光的强度是固定值”。这是因为光量子与介面、介质交换，并随介面、介质旋转运动，散射光量子部分转化或递换为交换能与旋转能，光量子变换能随旋转加速而减少，相应频率降低，反之光量子变换能随旋转减速而增大，相应频率提高，匀速旋转而频率变换固定。实际上介质介面运动不仅影响散射光量子频率、波长、强度，甚至影响相位、方位（偏振）等状态。
参考书：
1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年出版
2、《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2002年出版
3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》陈叔瑄著  福建教育出版社1994年出版
4、《光子波动新论》 陈叔瑄著  《科学(美国人)》中文版  1999年7期

波动能流与信息传输本质
陈叔瑄

物理学上波动概念一直沿用弹性介质中机械振动的传播过程所产生的现象，并以惠更斯1690年所建立的原理解释之。惠更斯原理：介质中波动传到的各点，不论在同一波阵面或不同波阵面上，都可以看作是发射子波的波源；在任一时刻，这些子波的包迹就是新的波阵面。解释了波动的折射、反射、干涉、衍射等一系列机械波动与声学的现象。并建立波动方程与能流密度方程
w=ρΑ&sup2;ω&sup2;Sin&sup2;ω(t-ι/υ)
其中ρ为质量密度，Α为振动幅度，ω周期变换角速度。
一、波动能流本质
物质系统某种运动或能量不均匀不平衡状态必有向均匀平衡趋势过程，实际上是能量传递或流动趋势的过程。内能或温度不均必趋于均匀而产生热量对流、传导、辐射现象。两实物体周围同类场质邻外侧重叠若构成状态不平衡不对称，则会在平衡趋势中，使实物体移动。地面物体运动必跟周围物质发生作用，即能量递换传输，机械运动推压或拉伸周围介质分子跟着运动，而出现某种能量形式的传递流动。
地面物态有气体、液体、固体的实物和场物质等构成的，而气体、液体、固体由分子、原子不同交换方式组成的，不管原子、分子之间是碰撞、场质交换、壳粒交换而联系在一起，壳粒子质量与总能量成正比例，也可以看成能量子，因此上述三种交换实际上都是能量子的交换，而处于大体平衡稳定状态。实物原子、分子受到外力作用，即交换得到动能，则移动或改变状态，破坏原来平衡状态，在平衡趋势中，通过碰撞或场质传递或壳粒交换，将获取动能传递给相邻的原子、分子，以恢复原来的平衡稳定状态。
如果机械振动周期性推压实物内分子，则将其动能传递给被推压的分子，分子位移，此分子又推压下一分子，其平衡趋势又将动能传递下一分子，使前分子恢复原状态。而分子平衡趋势再将其能量或能量子传递给下一分子，并继续传递给再下一分子，就这样能量或能量子一环扣一环传输下去。机械振动周期性地推压周围分子，从而形成周围分子周期性地传递能量。即机械振动能量或能量子周期性交换中传递给周围实物分子，在振动机械周围空间形成周期性能量流动的波动，如纵波或声波能量传递过程。
声波是一定范围频率（20~20000赫芝）和一定强度的机械振动通过实物，尤其空气分子（密度疏密变化）交换构成周期性能量子流动。声音实际上是靠一定介质的分子间某种周期性能量交换传递的结果，并被动物耳朵器官所接受的现象。超出人耳所接受的声波为超声波，低于人耳所接受的声波为次波。能流密度可以用来描述声强。不同材料振动与不同频率、声强组合波动，可以构成不同的音品与音乐、语言。
机械振动拉伸周围空间分子、原子，使其跟着运动，如液体表面或某些固体分子位能或势能传递过程，所形成横波的波动本质也是周期性能流或能量子流通过实物分子、原子交换传输的。如水面一物体振动，通过拉伸相邻水面分子跟着运动，此分子又通过周围场质拉伸下一分子，即位能或势能传递给下一分子，本身恢复原状态。在获得位能或势能分子平衡趋势又再传递给下一分子，这样能量一个传递一个，形成水面波纹不断向外扩大传输能量或能量子过程，构成周期性位能或势能递换传输，即波动能流过程。
波动的周期性能量流或能量子流可以通过实物的原子、分子传递能量子，也可以直接由周期性变换能量子本身在空间中运动形成的。前者典型的是声波与水面波，后者典型的是光波与电磁波。因此波动不一定都需要介质，光波与电磁波能量流动或能量子流就不需要介质，而是同步周期性运动光量子束的集体行为所形成的波动状态，量子实际上是平动速度与涡旋角速度周期性变换，在相同时间里位移量是周期性变化，位移愈大位置上相应量子数密度愈小，从而在量子束经历不同位置上密度是周期性变化，形成周期性能量子流或能量流的波动现象，因此没有必引入“以太”之类概念来解释光波与电磁波。《光子波动新论》一文与《物性论》一书中周期性变换光子不仅可以解释折射、反射、干涉、衍射等现象，还可解释旧波动说无法解释的其它现象。
二、波动能流原理
1、波动能量流动原理：波动是一种不管它有否通过介质所形成的周期性能量或能量子流动现象。通过介质分子、原子递换传输周期性能量或能量子流动的主要是机械波与声波，不通过介质周期性变换能量或能量子流动的主要是光波与电磁波。称波动是某种周期性能量或能量子流动现象，而不管它是否通过介质原理。宇宙中不管怎么样，只要空间存在周期性能流动就有波动现象，因此周期性能量流动是波动的本质。旧波动观念建立在声波与机械波观念基础上，要假定宇宙中充满静止‘以太’介质的，才能解释光传播现象。这是对波动本质缺少深刻了解而引入的假说。此外周期性能量变换方式又可称为信号，因此信号靠波动，即能量流来传递的。
2、信号发送接收原理：能流信号的复杂组合方式或表象，如声音、语言、音乐、文字、图像、符号、数码和其它可感觉形态等可以通过信号发送、传递和接收，并在人脑中产生事物的感性印象和表象，理性知识文字和符号，实性形象和图像等。称信号产生、分解、组合及翻译表象通过波动能流发送、传输、接收原理。例如人在大脑控制下从口、舌、喉发出语言是由许多单音组合构成的一系列振动信号能流，通过大气分子递换传输，到人的耳朵强迫振动产生相应信号，经听觉神经传输到大脑形成相应信号感觉与印象，并经大脑按习惯或约定翻译成信息，以了解到相应的事物或新事物的消息或知识或信息。
3、信息新知识原理：信息是什么？信息实际上是一种新知识，来自于声、光、电磁波及其它信号等经感官、神经传入人脑，经过人脑产生相应感觉、印象、表象等，以及语言、音乐、图像、文字、符号、数码等表象及其组合，而且随经验、知识等程度高低所获得事物的感性、理性和实性新知识而存在差异。如一个不识字的人，收到文字表象信号，就不知所云，等于没有获得相应信息，要得到该信息就需通过识字的人读给他听。又如一个没学过外语的人，收到该外语信号，也不知所云，需经过他人翻译，才能得到相应的信息。即使一个人接收到信号，也要经头脑智力活动，才化成信息及其新知识，称为信息是信号经大脑智力活动产生新知识原理。能流信号产生、传输、接收并经大脑转化为信息，可见能流信号是信息携带者，信息通过声、光、电磁波等能流信号传播，被人们所接收，并经人脑智力活动转化形成信息的。
三、波动传播应用
1、信号传播应用
物体运动或机械振动会发出声音等信号和感觉，如视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等信号，并通过地面实物，尤其气体或直接分子的传递和接收（主要是眼睛、耳朵和鼻子、口舌、皮肤等五官），为声音和其它信号能流产生、接收和传递。声音是一定频率范围一定强度的机械振动并通过实物，尤其空气分子间能量或能量子递换传输所构成波动，并对耳膜强迫振动，经过听觉神经传到大脑，而构成所接受的声音信号。从而声音形成包含了声音产生发送品，尤其人的口、舌、喉振动所发的语言与歌声，通过介质分子将这些声音能量往愈来愈大空间范围递换传播出去，离声源愈远声音强度愈弱，距离太远往往弱到耳朵听不出声音为止。
另一类信号产生于光源或光对物体反射产生的信号，并通过光的传送和接收（主要是眼睛）。光量子本身具有周期变换频率能量与动能，同步周期变换运动光量子束本身具有波动性，可以不通过介质分子递换传输，但通过介质时也会形成与介质分子交换，动能部分转化为交换能，使其速度变慢，这些在《光子波动新论》文中专门讨论，这里不再重复。但作为图像、文字、符号信息来说是非常重要信号能流，通过眼睛及其视神经到大脑，构成视感觉与印象、表象。并通过人的大脑智力活动，产生文字、符号、图像所构成的知识或新知识，即信息。
信号更广泛地利用电流或电磁波实现远距离传输，光、声信号与电流信号或电磁波信号可以通过某些器件实现互相转换，所转换的电流信号在导线中传输或电磁波信号在空间中运行传播，在远距离的接收器再转化为相应光、声信号，这些光、声信号经感觉神经传入大脑的智力活动产生相应知识或信息。电磁量子能流信号发送、接收和传输广泛应用于电话、电报、广播、电视、电讯、手机等传播和测量、控制、遥控、电脑等自动化操作上。
2、信息变换应用
信号是一种物质运动形态或能量流动状态，声音信号是机械振动产生、传输和接收的一种运动形态，运动中表现出许多特性，研究这些特性是为了更好地利用它。不要把信号与信息混为一谈，否则易引起混乱，波动与信号具有客观性，而信息则跟主观智力素质密切相关的。如声音通过机械振动，包括人的口腔振动所产生的信号，在其周围空气或实物分子、原子的实现相应的能量递换传输或传播，接收者，包括经过电磁波转化机械振动或人耳朵获得相应振动信号，经听觉神经传入人脑智能活动，翻译分析变换为信息或新消息、新知识。
信息可以来自于语言、歌声、照片、图像、文字、符号、数码、公式、表格等组合表达方式，反映事物变化状态。但对一些人是已知或旧消息，而对另一些人来说又是新消息或信息，很难确定，这是从接收者判定信息的缺陷。从发送者判定信息困难更大，因为如机械振动产生的何止是声音，还有次波、超声波、热运动，甚至电荷等难以形成信息。因此能够供人们产生新知识的表象信号，即接收者与发送者不仅表象信号一致，而且所变换相应知识或信息也要力求完整一致，才是信息传输目的，而不是只为了数学表达方便来考察信息的。

参考资料：
1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年12月出版
2、《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2002年12月出版
3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》 陈叔瑄著  福建教育出版社1994年6月出版
4、《光子波动新论》  陈叔瑄著  《科学（美国人）》中文版1999

物性论与相对论
陈叔瑄

相对论建立在相对性，即物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系（所有物理定律在一切惯性坐标系中都是相同的）原理与光速不变性，即任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度c运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的（光在空虚空间总是以一确定的速度传播着，这个速度同光源的运动状态无关）的原理基础上。
问题在于光速是否相互作用传播的最大速度或极限速度？一直是科学界争论不休的问题，至今还不能完全证实。《物性论-自然学科间交叉理论基础》认为万有引力场质传播速度就可能超过光速，磁场质传播速度与电场质传播速度也可能超过光速，甚至电磁波也不会低于光速，可以说场物质移动或传播速度是大于等于光速的。谁也没有真正做过实验证实光速是极限速度，反而更多事实证实超光速现象。
一、极限速度问题
物质运动是否存在极限速度？如果存在极限速度，那极限速度是多少？物性论认为：一系统物质及其运动总是一定的，物质量的量度为质量，运动量的量度为能量，从而质量与总能量也是一定的。而且所有参考坐标系量度都应一致的，才能体现物质不灭性。物性论第一条基本原理建立此基础上，即物质连续的、可入的、不灭的与运动变化的。而质量与能量分别是物质量与运动量的量度，两者在量值上成正比，数学表达式E=mc&sup2;。系统质量与其总能量相对应的，任何参考坐标系物质不灭性，即质量不变性决定系统质量或总能不变性。
光量子总能不变性中平动能或光速不变性是惯性系中光量子运动状态的特例。在惯性参考坐标系光量子总能不变性外，因无加速度与其它能量形式变化因素，平动能与周期变换能仍然保持各占一半状态，使光量子平动能或光速度不变性。表明狭义相对论在这种条件下成立，是物性论的特例。相对论质能关系式E=mc&sup2;中质量不是物质量的量度，与系统总能量没有相对应的关系，与物质不灭律、能量转化守恒律、质量线性重叠等没有直接关系，把质量看成可以与能量相互转化的物理量的惯性量度。因此把相对论质量称为惯性质量，以示区别。
物性论认为光速不是物质的极限速度，而是系统总能等于平动能或总能全部化作平动能时的速度才是极限速度，即
mc&sup2;=mυ&sup2;/2
υ=c√2=1.41c=cˊ
此时系统物质运动全部化作平动运动，其速度为极限速度，因此相对论光速不变性原理改为场物质运动较单纯，且超过或等于光速，以及物质极限速度不变性原理更为深刻，更为普适。修改后的相对论推导仍然成立。
二、相对论质量问题
相对论的相对性原理规定了牛顿力学形式必需一致，即使光速等高速情况下也是如此，即
F=mˊa。=ma。√(1-υ&sup2;/c&sup2 =ma
m=mˊ/√(1-υ&sup2;/c&sup2
a=a。√(1-υ&sup2;/c&sup2
a为加速度，a。为低速时加速度，m为质量，mˊ称为相对论质量或惯性质量或静止质量，相对论是将加速度属性转移到惯性质量或静止质量上。相对论为了使光速时质量不至于无穷大，把mˊ规定为静止质量，且设光静止质量为零。
如果光速用物质极限速度代替，极限速度的加速度自然等零。这样相对论不必假定光子静止质量等零或避免光子质量无穷大问题。修改后
m=mˊ/√(1-υ&sup2;/cˊ&sup2
a=a。√(1-υ&sup2;/cˊ&sup2
极限速度时，加速度为零，表明此时场质间不相干,称为加速度随速度非线性关系原理。光速时，相对论质量或静止质量为质量的1.41份之一。物性论认为不必另设相对论静止质量(在笔者另一些文章与物性论书中曾以相对论静止质量相应于质量,上式变成m″=m/√(1-υ&sup2;/cˊ&sup2, F=ma。=m″a, a。√(1-υ&sup2;/c&sup2 =a,真正力为 F′=ma,并多了一层没必要的推导与解释。相对论非静止质量相应于惯性质量才更确切,并作上述简化)。
物性论外力定义为动能对位移微商或梯度，即
F=d(mυ&sup2;/2)/dι=mυdυ/dι=m dυ/dt=ma
质量m推导过程始终是不变的。动能改变量随速度增大而减少，极限速度时，外力也不能使动能增大或产生加速度。可见相对论动力学仍然是停留在牛顿力学范围内，并非高速运动物质的动力学。相对论时空处理的是场或场物质运动状态，而其动力学仍保持低速牛顿力学形式，是很矛盾的。更妥当做法应承认加速度不是恒量，而是随速度增大而减少，极限速度时为零的物理量。不必把力的加速度属性转移到质量上，改变牛顿力学的质量观念。
三、 相对论时空问题
光量子总能量是由平动能与周期变换能构成的。周期性变换能量之一在光量子位移过程的相邻峰值间距称为波长λ，与光速c、周期τ、频率τ、动量p等关系如下：
λ=cτ=c/ν
p=mc=h/λ
mc&sup2;/2=pc/2=hc/2λ=hν/2
E=mc&sup2;=mc&sup2;/2+hν/2=hν
它可以看成相对论与量子论统一关系表达式。在惯性参考坐标系间不仅总能不变性，而且平动能与周期变换能各占一半关系也不变或上述关系式不变，因为在这种情况下光量子没有加速或改变为其它能量方式，仍然以光速运动。
光源参考坐标系所描述的光速度c与光场速度（或光传播速度）dι/dt=c是一样的，但相对光源以速度υ运动的惯性参考坐标系，总能多了一项与参考系运动有关的能量，即
mc&sup2;=m(dιˊ/dtˊ)&sup2;/2+hν/2+mυ&sup2;/2
m(dιˊ/dtˊ)&sup2;/2= mc&sup2;- hν/2-mυ&sup2;/2
m(dιˊ/dtˊ)&sup2;/2= mc&sup2;- mc&sup2;/2-mυ&sup2;/2
m(dιˊ/dtˊ)&sup2;/2=mc&sup2;(1-υ&sup2;/c&sup2/2=m(dι/dt)&sup2;(1-υ&sup2;/c&sup2/2
dιˊ/dtˊ=(dι/dt)√(1-υ&sup2;/c&sup2
当dtˊ=dt，        dιˊ=dι√(1-υ&sup2;/c&sup2
当dιˊ=dι，       dtˊ=dt/√(1-υ/c&sup2
如果不考虑光量子的周期变换能且等于平动能的话，上式就要用极限速度cˊ代替光速c，则更为普适的推广，不必受上述的惯性参考坐标系或变换能条件限制。
    场物质与场不同相当于流体力学中拉格朗日描述法与欧拉描述法的差别。欧拉描述法就是以坐标系几何点参量及其关系描述，而不管流体本身如何运动。上述惯性参考坐标系间参量变换实际上是建立在同一物质系统参考坐标系间量度动能或能量变换而总能不变的基础上。又由于参考坐标系以几何点参量描述，并以此建立的关系式为场的描述基础，因此上述的时空描述就是场的时空描述。可见相对论时空实质是场的时空，可以用相对论四维时空，即空间三维加上时间的虚数维来描述场的一点时空关系与其它（尤其电磁场）参量关系，统称相对论时空实际上是场时空原理。
四、物性论与相对论的其它问题
当相对论推导公式中，尤其√(1-υ/c&sup2系数中光速用极限速度代替时，许多结论变成很有意义。光子不必预先假定静止质量为零。参考坐标系光速时位移或光量子线度缩短1.41倍，而不是零。极限速度时，dιˊ线度等零，表明系统处于连续物质状态。可见愈高速运动的物质愈处于连续状态。磁场质、电场质、万有引力场质等处于较连续的场物质状态。光量子在愈来愈宽广空间运动，变换能逐渐地转化为愈连续状态的平动运动是光红移现象的本质所在。可见光的红移现象并非光源退行运动引起的，即通过媒介传播声音的声学多普勒效应不应套在不通过媒介传播的光量子系统上。
处在等于大于光速到极限速度间各种运动状态的物质称为场物质，相应参考坐标系几何点的某些量度参量分布与运动变化描述称为场。如万有引力场、磁场、电场、电磁场、强作用场、弱作用场等。而相对论时空主要解决根据静体的麦克斯韦理论得到一个简单而不自相矛盾的动体电动力学。如爱因斯坦第一篇相对论的电磁场论文（1905年发表的“论动体的电动力学”）所述，相对论（满足相对性原理与光速不变必原理）时空充其量是场的时空。后来科学界有将其时空观念任意扩大化倾向，甚至幻想出时间遂道效应机器，将人送回到古代等的无稽之谈。
空虚中光量子只有平动能与周期变换能，没有交换能，因此光量子之间碰撞，也不引起运动状态改变，即不相干。其相干条纹产生在同步运动两光量子束在重叠处相位的相同与相反重叠状态差异引起的光学现象。如光束入射到玻璃圆透镜顶点压平板玻璃上，其两玻璃面反射光量子重叠，形成牛顿环干涉条纹。暗圈是两面反射量子相位相反重叠，而亮圈是两面反射光量子同向重叠，后者变换幅度是两面反射光同步叠加，大于前者非同步叠加，相对地为亮圈。总体构成亮暗交叉的干涉条纹，称为牛顿环。可见光干涉、衍射条纹产生于光量子重叠的相位差别引起的光学现象。
相对光源以低于或远低于光速度运动的参考坐标系，基本维持牛顿力学关系式或伽利略变换，时空不变性。但对于光或场质所量度位移缩短关系式，使得相对光源运动的迈克尔逊干涉仪稍有倾角反射面的反射光束重叠所形成的干涉条纹，当其转过90度，即干涉仪垂直的两臂对调其干涉条纹不变，得出干涉仪相对光源运动无关的实验结果。说明光量子除总能不变性外，还存在空虚空间的惯性参考系间平动能或周期变换能不变性。才引出相对论时空或罗仑兹变换，说明相对论时空或罗仑兹变换是有条件的。
光源参考坐标系或相对光源静止参考坐标系或相对光源匀速直线运动参考坐标系条件下没有加速度或其它能量变换，才具有光量子平动能或速度不变性。这种情况下，相对论的时、空间互为条件的，可以统一用四维时空表示，特别适合电、磁场描述，使得电磁场麦克斯韦方程在惯性参考坐标系间变换不变性，即罗仑兹变换不变性。相对论时空是电磁场或场的时空，在于场的一点上空间与时间参量可以不是独立参量，而是跟场质传播或运动速度有关，也就是跟相对论同时性意义有关的量。可见光速不变性是系统总能不变性在一定条件下的特例。

参考资料
1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年12月出
2、《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2002年12月出版
3、《光子波动新论》陈叔瑄著  《科学（美国人）》中文版1999年7期
4、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》 陈叔瑄著  福建教育出版社1994年6月出版

量子周变与光仪技术应用
                        陈叔瑄

    十七世纪就有光的牛顿粒子说和惠更斯波动说之争，光有些现象只能由粒子说解释，另一些光的现象只能用波动说解释，相持不下。电磁波发现之后，又将光归结为电磁波，这样便把无线电波、红外线、光辐射、Ｘ射线、ｒ射线等作为不同波长的电磁波。但在十九世纪未热辐射问题上存在严重困难，迫使普朗克放弃波动说，提出能量子假说解释了热辐射现象，接着爱因斯坦用光子说解释光电效应。玻尔又将量子观念与氢原子结构联系起来，建立量子论并解释氢光谱现象。经过许多科学家努力，形成了较全面解释光谱现象和化学现象的量子力学。这种粒子与波动争论一直延续到今天仍未解决，以至只好让其共存，即所谓光的两象性，缺乏光两类现象的内在本质联系。
    《光子波动新论》就是在此背景下提出的新理论。从光技术应用角度来看，光或激光源发射及其在介面、介质中运动性能没有正确的解释或没有明确本质模型，许多应用仍处于盲目状态。由于光量子是元素原子壳粒轨道跃迁所发射的，并以周期性变换高速运动的粒子。宏观物体内大量原子可以连续辐射不相干（光量子即使频率相同，变换相位、方位有所不同）的光量子束。只有经光滑介面相位、方位调整才构成相干性光束。激光源本身就具有自行相位调整的介面作用谐振腔，因此激光源辐射的是相干性光子束。不仅光的本质模型原理在学术上解释和技术上应用更为合理，而且在技术上性能组合和条件控制应用原理也是原光学及其应用所没有建立的新技术原理。
    一、光学动态和新解释应用
    《光子波动新论》【２３】一文指出物质极限状态是平动能等于总能，此时物质运动的极限速度等于光速的１．４倍。但趋匀原理又指出平动运动的各向机会均等，即必存在正反向运动，并转化为涡旋运动。磁场（场质涡旋）或电场（场质平动）周期性变化，且量子磁性变换方向与速度垂直才能保持量子对称的稳定性。从而涡旋物质往涡旋面两侧延伸，形成垂直速度并随速度周期性伸缩的偏振状态。涡旋与部分平动周期变换构成周期变换能，加上以光速运动的平动能为量子总能。从而提出光子平动与涡旋周期性变换原理，介面对光子束相位和方位调整原理，不同结构介质对光子束交换方式不同原理，以解释光学现象。
    １、光源辐射
    光源是由不同的元素构成的，所发出的光束颜色和强度不同。如通过水银灯、放电管、燃烧金属盐的火焰等光源的光谱是不连续的，在黑暗背景上有若干明亮条纹所组成的线光谱。线光谱是由化学元素在气体或蒸汽状态下各元素原子壳粒跃迁辐射产生的。每种元素产生自己特有的光谱线。如粘有食盐溶液的石棉放在酒精灯的火焰中燃烧时，食盐分解后出现一明亮黄色钠谱线，波长０．５９微米。类似方法可得锂的红色光谱线，波长０．６７微米和另外几条黄光谱线。钾的红色和紫色光谱线，波长分别为０．７７微米和０．４０微米。有的元素线光谱有很多条，甚至达上千条，如铁光谱。
    《原子壳层新论》指出气体元素原子是独立的，原子外层壳粒与核交换整数倍的那些特有的轨道或能级，使其外层跃迁到里层能级辐射线光谱。分子由于元素原子间壳粒交换使原轨道略变，加上同元素原子量统计性质，构成在单一原子光谱线左右密密麻麻线光谱，即带光谱。灼热固体或液体原子间靠壳粒交换或场质交换而连结成体的，各原子壳粒所处位置、运动和交换状态各不相同的，即同元素原子同一能级变成多种多样（等价于量子力学的微扰），从而壳粒能级跃迁能量子差别较大，构成所发射出光谱是连续光谱。在连续光谱辐射背景下若有某种元素气体或蒸汽就会出现吸收的暗光谱，精密测定这些光谱线可以用来分析物体中化学元素。许多新元素，如氦、铷、铯、铟等就是利用光谱分析方法发现的。
    光量子主要来源于天体高度浓缩与弥散交换微旋化中产生的，辐射的量子各种频率都有，通常是连续光谱，而且温度愈高愈往紫色分布。由于天体周围存在的元素原子吸收某些光量子，而出现暗线光谱。原子吸收量子壳粒能级跃迁，当其再跃迁回去时，则辐射光量子。真空中运行的光量子只包含平动能和周期性变换能两项能量的稳定粒子系统，其速度是稳定粒子的极限速度。当光量子运行于愈来愈大的真空无限空间，变换能逐渐转化为平动能，即转化为连续场物质，它是远距离天体红移本质。它与引力场质构成天体的能量交换和变换基本方式。从而量子不可能运行到无限远处，这正是为什么天空无限多个天体而不会白茫茫一片的缘故。
    自然光之所以是不相干光，波动说难以解释，它说明一个个独立原子辐射，即使频率一样，光量子间周期变换能相位和方位也不可能一样，因此光束叠加也不可能有规则地构成相干条纹。即使单色光源各原子辐射也不可能相位和方位一致，出现的是不相干光束，这就是自然光不相干原因。辐射可分为原子核级、内壳层级、外壳层级、分子级、物体级、天体级的辐射，光量子束是属于原子外壳层级的辐射。热是物体分子不规则的能量子传递，当这类能量子从物体中辐射出去，则构成红外线，但它们属于分子级的量子，很易被分子吸收。
    ２、介面介质对光子运动影响
    光量子以某一角度入射到光滑介面时方位和相位的调整作用，使反射光量子相位和方位偏转成较一致的偏振光束，可把不相干单色光束调整成相干的偏振光束。介面的反射光束通常构成相位和方位较一致的偏振光。对于不同物体介面情况产生不同现象，如光量子束入射到不光滑介面则产生散射或漫射，不会形成相干光束。如物体对不同光频率吸收，而未被吸收的光在其表面散射而出现一定颜色的物体。又如有的物体介面原子或分子壳粒对入射光量子吸收后递换出另一量子，并满足能量和动量守恒的康普顿效应。再如有的光量子入射到某些金属表面壳粒吸收并脱离表面，构成带电粒子流的光电效应等证明光的粒子性。
    光纤传输实践中发现的新现象之一，如１９９７年路透社伦敦６月２６日电告，瑞士科学家发现光粒子以某种方式在１０公里的距离相联系的证据。日内瓦大学吉欣和他的同事制造成对的光子，并将它们在两条分开的光纤上输出，其结果它们在到达１０公里时分开了，测量一个光子也影响另一个光子，这意味着它们“纠缠在一起”。巴黎大学阿斯佩特等首先证明，确实发生过这情况，但是发生在相距是超过几米的粒子中间得到证明。１９９８年１０月２２日美国有线新闻电视公司报道，美国加利福尼亚州的研究者在实验室里成功地进行了一束光的远距传物实验。该项实验是根据已知物质的光量子“缠结”特性而进行的，两个被远距离相隔的原子竟然有如孪生子，它们的特性相互影响。
    对于单纯元素固体、液体介质的原子或分子间交换场质通常连成一片的，一原子或分子状态改变可以通过介质交换场质传递到物体的其它部分，尤其低温超导状态原子场质交换遍布更远的介质。对于同频率同相位同方位两光量子在单纯介质中运动，两光量子分开后，一光量子若对原子作用而改变状态，通过介质场质交换传递，也会引起另一光量子在同类原子作相应状态改变，即所谓纠缠或缠结在一起的现象。这类成对纠缠光量子在单纯介质光纤材料中运动的一定距离内可一直保持着交换场质同步联系。这些实验事实证明成对光量子在光纤介质中运动，部分平动能转化为与介质交换的能量，这种交换场质运动状态可在介质中交换传递或递传而构成纠缠光量子现象。
    二、光器件技术应用原理
    元素原子光谱决定于其外壳层粒子与原子核交换整数倍才具有稳定运行轨道，使壳粒在稳定轨道间跃迁才产生量子辐射和吸收的原子结构，且光量子是具有周期性变换的高速运动粒子。巧妙地利用不同元素原子具有不同的轨道分布和跃迁辐射光谱辨别物体内元素成分的光谱分析与激光形成的量子周变原理。介面对周期性变换光量子的相位、方位调整和折、反射规律广泛应用于介面、透镜等及其性能组合而成的仪器设备，称为介面器件性能组合原理。不同介质对光量子交换性质不同而产生的各种现象，如色散、偏振、旋光、双折射等的介质，对介质条件控制来设计产生所需要的现象，称为介质条件控制原理。
    １、原子光谱及其量子周变原理
    原子光谱及其量子周变原理是实现各种光谱分析和光学仪器设备设计制造的基本原理。一般根据人类各种的需要而想方设法设计制造仪器设备，甚至为此创造发明某些仪器设备。原子结构及其光谱、分子结构及其光谱、黑体辐射律、光电效应、康普顿效应等都是对量子存在的验证，而只要认识光量子与频率关系式本质仍在于量子状态的周期性变换和跟介质周期性交换理解，就不难理解量子束的波动现象。经过介面相位调整的两光束叠加就会形成干涉现象，从根本上解决量子波动问题，而不是将光的粒子性和波动性硬凑合在一起所谓光的两象性。
    不同实物由不同元素原子或分子组成的，不同种类原子或分子所辐射或吸收的量子不同，即具有各自不同辐射或吸收光谱。可用光谱来辨别实物的元素原子和分子的组成，它成为物体元素分析基本手段和方法。原子是以其周围壳粒数目和分布不同来分类的，周围只有一个壳粒为氢元素原子。周围两个壳粒的原子为氦元素原子，以此类推，按元素周期表列出相应壳粒分布的原子类型元素。同元素因原子质量略有差异，使该元素光谱线有一定宽度。
    原子外层壳粒以交换整数倍的允许轨道或能级上运动，可用正比于１／ｒ２来描述，不过半径ｒ只是一些允许值，分别用ｋ、ｎ表示不同轨道的量子数，当壳粒从一个允许轨道跃迁另一低能级轨道，则辐射量子。量子能值为
ｈν＝Ｒ’（１／ｋ&sup2;－１／ｎ&sup2;）
其中Ｒ’为允许轨道与半径平方比例系数。ｈν高能级轨道跃迁到低能级轨道所辐射的量子能量。称为原子辐射和吸收量子的光谱本质规律应用开发原理。
    量子平动能一部分与涡旋能周期性变换构成了变换能，那么量子总能等于平动能与周期性变换能各占一半之和，即
ｍｃ&sup2;＝ｈν／２＋ｍｃ&sup2;／２＝ｈν
ｍυ＝ｈν／ｃ＝ｈ／λ
λ＝ｃＴ＝ｃ／ν
其中λ为量子运动途径上周期变换相邻峰值间距离，称为波长。Ｔ为量子变换运动周期，ν为量子运动变换频率，ｃ为量子平动速度。光量子周期变换律是量子一切现象产生和应用的根源，以及激光源形成的基础。
    ２、量子变换调整组合原理
    《光子波动新论》指出宏观物体的原子间质量存在差异，所辐射的量子频率也存在差异，并且量子相位、方位是随机的，只能产生不相干的光束。由于量子入射光滑介面后反射或折射的总能不变性，而量子入射时动能改变量是不同的，只能通过光滑介面的作用时间来补偿，即起了相位、方位的调整作用，使反射或折射光束量子相位、方位较一致。
ΔΕΔｔ＝υΔｍυΔｔ＝ΔΡΔι
ΔΕΔｔ＝ωΔＪωΔｔ＝ΔΝΔθ
表明光滑介面对量子束起了相位和方位调整的作用，称相位和方位调整原理。
    经过光滑介面相位调整后的单色光量子束在空间上的状态是周期性变换，因此用固定参考坐标系来描述周期性变换状态，这个周期性状态函数的平方实际上是某能量密度波函数或量子束在指定坐标系一点上某时刻的亮暗（即浓缩密度）程度。介面调整后光子束一坐标点上一时刻以同一相位的能密度状态（即亮暗程度）为
Ａ&sup2;＝Ａ。&sup2;Ｓｉｎ&sup2;２π（νｔ－ι／λ）
其中Ａ２为某能密度或亮暗程度。它是干涉仪设计的根据。4、《光子波动新论》  陈叔瑄著  《科学（美国人）》中文版1999年7期

反射律为入射光束与反射光束在同一平面上，入射角等于反射角。反射光束的光子方位被介面作用调整为较平行于介面的偏振光束。如果点光源照射到面的各点反射线的延伸则构成平面后的光源象，其距离跟光源到平面距离相等，光源换成物体的情况一样。反射线成象广泛应用光学仪器设计制造。
    折射率大小决定于入射真空速度对介质折射速度之比，即
ｎ＝Sｉｎａ／Sｉｎｒ＝ｃ／υ
其中ａ为入射角，ｒ为折射角，ｃ为光速，υ为光子在介质中运动速度，因部分平动变换为与介质的交换能，从而速度变慢。如果上述观念正确，涡旋（磁性）方位不规则入射光子束，在介面上以不同方位角度进入介质，速度及其角度略有差异，即折射略有差异，使折射光子束变粗些，以证实上述观念。
    连接点光源和球面镜曲率中心的直线称为球面光轴。光源的光束入射到球面镜可在镜后反射光延伸线成象，近光轴球面镜成象的公式为
１／ａ１＋１／ａ２＝２／Ｒ
其中ａ１和ａ２为球面镜到光源及其象的距离，Ｒ为球面镜的曲率半径。点光源的光束通过透镜表面曲率中心的直线为主光轴，主光轴与透镜两表面重合交点成一点称为光心，薄透镜公式为
１／ａ２－１／ａ１＝（ｎ－１）（１／Ｒ１－１／Ｒ２）
其中ｎ为透镜材料和周围介质的绝对射率，Ｒ１和Ｒ２为透镜前后表面的曲率半径，ａ１和ａ２为沿主光轴从透镜光心算起到物体和其象的距离。
    若入射到薄透镜不是点光源，而是平行光束，那么经透镜折射和反射，光束在其后聚焦于一点，该点到光心距离称为焦距ｆ。
ｆ＝１／（ｎ－１）（１／Ｒ１－１／Ｒ２）
该透镜与眼球适当配合可构成放大的图像。光量子束在光滑介面上相位、方位调整和折、反射是光器件组成和应用的基本方法，并用几何图形作辅助设计。它是光学放大镜、望远镜、显微镜等仪器仪表设计和制造的基本根据。称为光学器件性能组合应用原理。如望远镜、显微镜、干涉仪等就是利用各种玻璃凸、凹透镜、平面镜等介质介面对光量子交换作用引起的折、反射性质巧妙地组合。
    ３、介质条件对光束控制原理
    应用光量子与实物介质的交换作用出现各种现象，不仅是了解光束性质基本方法和手段，而且也是揭示和了解实物，特别交换场质某些结构、性质、状态的重要方法和手段。光子束所通过的各种各样介质，对光子交换和运动影响是各式各样的，并出现吸收、散射、色散、双折射、偏振、旋光、激光等现象，它们必跟介质性质有关，采用量子与介质交换理论不仅可以解释上述现象，并可推出由于量子与介质交换，介质运动必定带动光子束运动，证明介质与光量子存在交换作用。
    如果采用激光与介质交换传递作用，可以更深刻地观察偏振、旋光、散射等现象，并可以应用这种介质交换作用获得更丰富的光学现象和设计光器件组合的仪器设备。称为介质对光束状态条件控制原理。例如利用液体浓度不同折射率不同或光束从光密介质入射到光疏介质液体全反射不同控制条件和光器件、电器件性能组合两原理设计研制折光检测浓度仪。
    某些物体介质制造光量子器件，用电性或磁性控制光束的通断或大小，甚至利用激光器件实现光量子束的放大器件。利用某些固体材料或半导体材料性质，可制成类似电的微器件和线路组合的光量子运行器件和光路组合的芯片和各种各样的激光器、调制器、光开关、光放大器、滤波器、偏振器、分路器、探测器、光波导、光栅、光盘等集成器件。这些光芯片和器件可以重新组合成各种光的仪器设备。光量子束在透明度高和吸收率低介质的光纤中场质交换和移动，通过介质控制光量子束强弱和通断时间长短（用以表示信息代码和信号）并在光纤中传播，在接收端获得相应的信息。现已研制出光信号放大器件，可实现全光通讯。光纤中分子周围交换场质引导着光量子流运动。
三、光器件设计应用方法
    光不仅是观察、测量、研究天体和宇宙的基本途径，而且是观察、量度、研究微观世界的重要途径，如元素原子的结构与线光谱密切相关。如果扩大到红外线、微波、电磁波观察可以获得更多的天体和宇宙的信息，以分析了解天体和宇宙体的运动状态和结构属性，扩大天文知识。同样地深入到紫外线、ｘ射线、ｒ射线观察和配以其它实验观察，可以获得更多的原子壳层、原子核内部结构和运动状态的知识。因此天体发光和实物光源、原子光谱等跟元素成分、距离、运动状态密切相关的，而且光在介质中或介面上运动状态变化也跟介质内外结构密切相关的，是了解物质结构重要途径。可见，光新原理可用以理性解释新现象和工程技术实性设计应用重要部分。
    激光不但在工程技术中应用具有重大作用，而对理论研究上也具有重要意义。如一种利用单个原子的能量的新型激光器揭示出光是如何与物质相互作用的。从单原子激光器获得知识，可以加快微腔半导体激光器的开发（这种微型激光器有朝一日可能用于建造光学计算机）。许多科学家相信，如果他们能够操纵光子发射的基本过程，他们就能够大大提高半导体激光的效率。单原子激光器有可能揭示量子世界的奥秘而帮助科学家们掌握这一过程。我们甚至可以利用单原子激光器观察中性粒子的运动状态。
    １、光器件设计方法
    光学器件和仪器设计方法步骤，尤其创新项目设计，首先根据项目的目的要求和任务指标开展设想方案，在头脑中搜索已有的理论或实践知识、原理、规律等可能用得上那些部分，找不到就进一步搜索有关的图书刊物等其它资料中可能用上的知识、原理、规律等部分，找到后可以确定一个或若干个设计方案。如果找不到所需要资料，就要重新开展另一些设想，重复上述过程。再不行可以根据设想进行寻找新原理、新规律的实验或可能性、可行性试验，也许需经过无数次实验或试验才找到可行设计方案。光学器件及其组合成仪器设备的设计方案少不了借助草图或图纸帮助设想，方案确定之后才进入其次技术设计，绘制技术结构原理和计算精确的图纸，再次的施工设计，并绘制加工、制造、组装图。
    如果原理或规律是解释自然现象理性推理思维的普遍性依据，那么原理或规律又是设计人造产品的实性设想思维过程的控制或组合应用依据。因此《物性论》原理不仅是解释自然基本现象和规律的普遍原理，也是应用于人造产品和变革物种的能动或灵巧设计的合理性原理根据。光量子本质及其与介质、介面作用规律或原理则成为光学仪器或光电仪表仪器设计的合理性依据，如光与电关系和规律应用于《折光检测浓度仪》的设计和研制过程中，即利用光量子流全反射的不同角度所照射光电池面积不同，所产生的微电流不同来检测全反射角度，即间接检测黑液浓度。表明人造产品设计和研制中应用理性原理的重要意义。
    根据造纸厂黑液浓度检测迫切需要提出研制黑液浓度自动检测仪器。在缺少信息情况下，技术人员想到利用不透光黑液浓度的折射率跟入射介质密切相关的特点，选择采用从光密介质入射到光疏介质，折射角比入射角大，到了一定程度则构成了全反射。对于同一光密介质和同一入射角，对不同密度黑液浓度的光疏介质的全反射角度不同，从而可以由不同全反射角度对应的量子束数量来测定黑液浓度。这样只要找一个适当光密介质，如石英等作为黑液管道全反射窗口，收集全反射量子束数量来测定黑液浓度，并以此原理设计检测浓度光量子器件，成为解决难以在黑液流动管道测试的难题基本途径。并以此设计研制浓度检测仪器。
    光量子束若从光密介质到光疏材料入射则构成全反射，不同浓度流动液体折射率不同，所产生的全反射角不同，利用这个原理，可制成如《折光检测浓度仪》。浓度折光仪就是利用流动介质全反射条件控制来研制的，光量子束经光密介质入射到流动的造纸黑液全反射角度不同来量度的。通过造纸黑液浓度不同对光量子束折射或全反射角度条件不同来检测黑液浓度，光对黑色的流动碱溶液无法透射，加上流动的，因此只能应用全反射办法来检测，据此原理设计研制黑液检测仪器设备，研制设计过程中查资料，并通过大量耐心试验和数据记录，选择较佳的全反射石英材料作光密介质。如《折光检测浓度仪》指出那样。
    ２、光器件应用决断方法
    《折光检测深度仪》实际上是通过一系列试验可行性基础上论证性决断思维过程来找到合适方法来解决黑液浓度测量的问题。测试变换结果需要显示，甚至需跟调节器、运算器、执行单元、记录仪等自动化单元器件连接，而需要产生电信号。光信号与电信号间矛盾如何解决，即如何将量子束信号转化为电信号，并显示或产生自动化标准信号而构成自动化仪器仪表的变送器，以便加入到自动化测试和控制过程。因此试验、调试、测量计算是决断重要方法。    全反射光子束转化为电信号途径很多，不过为了能够不同全反射角度对固定位置平面所照射光子数量是不同的，因此选择光电池的平面作为接收光子束的器件，照射面积愈大，电流也愈大，再经过适当直流放大，便可获得相应的电信号。电路采用的是直流运算放大器和整流稳压器，将光电池得到的微弱电信号，放大到自动化的标准信号。如附录《折光检测浓度仪原理》一文所述。
    技术项目是根据可能性、可行性进行分析决断的，而可能性、可行性条件通过辩证推理和矛盾分析方法获得的。如分析那些是可能与不可能因素，那些是优势与劣势的形势，那些是已具备与不具备的条件，那些是有利与不利的情况，那些是优点与缺点方面，那些是成熟与不成熟的根据，那些是可行与不可行实施等矛盾对立面条件分析做出决断。有的通过试验等将不成熟不利因素转化为成熟有利因素，那些不可行的可通过分时期、分阶段、分局部分逐步创造条件转化为可行实施。每步每部分实现的积累，以最后达到较全面、全部、整体上取得胜利和成功。而技术本身则通过观测数据、技术试验、调试等手段方法来达到的。
    ３、光器件应用执行方法
    光器件生产通常由专门光学仪器工厂按设计图纸制造的。光器件及其组合仪器设备的设计方法可借助于图纸绘制，可以从粗到细，从整体到零件逐步实现。最后必需得到器件精确尺寸结构、加工、制造、组装的技术图纸，以便生产实施。有的数量不多，又特殊使用的仪器设备，如某天文台特殊设计的望远镜，将设计加工图纸送往有专门技术加工能力的厂家分别加工制造，然后组装起来的，《折光检测浓度仪》全反射部件研制过程。有的是社会大批量需要的通用望远镜、显微镜及其它仪器设备就得由专门的工厂生产。
    由于光量子周期性变换和介面相位调整性能，不管干涉和观测仪器，还是其它仪器，介面磨光技术是最基本的工具和光学技术。光学器件重组性技术包括材料介质、介面、边缘对量子束作用的基本原理指导下进行性能重新组合器件，以产生更复杂有应用价值的现象。光器件还可跟电磁传输、机械运动、物态变换、化学材料等进行内部或外部组合而构成各式各样产品，如《折光检测浓度仪》产品研制。这样可以充分发挥人智慧能动性创制出宇宙无法自然演变而成的人造产品。包括元素原子辐射组合所构成的光源和激光源，光子束介面组合所构成的光学仪器，通过介质控制光束设备等的生产制造。

四、光器件应用类型
    二十世纪初爱因斯坦指出原子中的电子从高能级向低能级跃迁时，除自发辐射外还有受激辐射，为激光理论打下了基础。到了四十年代未，许多科学家研究微波波谱学，电磁辐射与各种微观粒子系统相互作用，并制出相应器件。在理论和技术实践上为激光器发明准备了条件。五十年代美国据此原理制成第一台氨分子束微波激射器或量子放大器。随着生产和科技的发展，科学家进一步探索新的性能优异的光源，把微波激射器与光学、光谱学的知识结合起来，如肖洛提出“莱塞”的设计方案与理论分析，并预言了激光的相干性、方向性等性质。六十年代终于成功制造出红宝石激光器。以激光为光源的激光束在光纤中通讯技术应运而生，解决了光源和传输介质的两方面技术难题，为激光通讯发展奠定了基础。
    １、光源和激光组件类型
    光在技术应用的最多的是光热与光电变换的光源，除了直接应用燃烧发光外，现代的大量光源是通过电变换而来的，如白炽灯、日光灯、霓虹灯、电炉和各种各样光源，通过壳粒在材料中移动并形成壳粒跃迁而直接或间接辐射出量子流，不同材料壳粒跃迁强度和颜色不同，可用来设计制作各式各样霓虹灯或日光灯或其它光源等。通常采用电子，即壳粒脱离原子所形成暂时交换不平衡的粒子，去打击充气的原子而辐射出量子流，即发光来照明。充气的元素原子种类不同，则产生不同颜色的光源。用设计或试验办法配上若干种一定比例元素原子充气，可以产生接近太阳光的光源。
    导体的原子通以直流或交变电流可以使壳粒跃迁到一定能级轨道上运动，交变频率愈高和强度愈大，脱离原子核的壳粒，即电子愈多愈杂，产生的光愈近连续光谱。交变频率提高，可以使壳粒变换频率提高，相应动能提高，有利于产生连续光谱，并更接近太阳光。因此提高交变电流频率是改善光源重要的途径之一。不同频率的壳粒或电子入射到特有荧光屏，所打击出来量子频率不同，即产生不同颜色，三束不同频率壳粒束或电子束入射到荧光屏，可打击出三种频率的量子束，其叠加的结果则产生彩色。广泛应用于彩电的显示器。
    多数激光源的应用，无论是精细的眼外科还是切割工件可用激光器产生强的光束热量来加工的，即一般光束入射到固体表面吸收光量子生热，而使其分子提高速度到脱离周围物体而起吸热切割作用。但若入射到某些固体激发到一个特殊的量子态，它还要吸收内能的小能量才跃迁到允许状态，即吸热过程，起了激光致冷作用。如强红外光照射在掺有镱元素的超纯玻璃条上就可实现激光致冷现象。这是激光被吸收后再加上固体内热传导量子，才有足够能量跃迁到更高允许能级，产生吸热的现象，甚至可达到极低温状态。激光应用愈来愈广泛，甚至可以用来测试元素原子、分子等各种微观粒子的运动状态，设计这类设备工具潜力很大。
    半导体激光器具有微型化、电注入、高效率、低功耗和可直接调制等优势，尤其是电注入泵浦方式便于把光器件与电器件组合起来，甚至集成为光、电器件。半导体激光器为基础的光纤通讯技术正以几个数量级水平提高和扩大单线通讯的容量，为信息化技术奠定强大的基础。激光具有很好的方向性、相干性、集中性（发散角小），亮度大大超过任何光源，可做到比太阳或其它星体还强的光量子密度。同时提高了非线性光学效应，使激光连续调频、倍频参量放大相位共轭和光弧子传输等技术得到迅速发展。这样就有可能光器件和光线路组合成的设备功能不亚于电微器件和电路组合的设备功能。
    ２、光学仪器工具类型
    介面对光束作用除应用于牛顿环干涉仪和光栅衍射仪等技术外，还可应用某些材料介面加工制成各种形状透镜，如平面镜、凸透镜、凹透镜和反射镜等，这些透镜适当组合可以构成放大镜、望远镜、显微镜、照相机和其它仪器仪表等基本观察工具和仪器设备。
透镜使平行光束在透镜的两个介面折射后聚焦在一点上，在焦点后面出现倒像或放大的像。由于介面具有相位调整作用，不同频率周期性变换的量子束经介面后对介质所形成的交换频繁程度不同，通常频率愈大交换愈强，即在介质中速度不同，使介面的折射角略为不同，出现色散现象，如分光三棱镜。用此技术可以重组成色谱仪之类仪器仪表。色谱仪是由并行光管透镜、色散棱镜、照像机等巧妙组合设计和制作而成的仪器。
    一般情况下，可见光量子入射介面被反射或散射，不产生量子递换。但光量子能量较大时，在介质表面散射方向上可递换出能量较小的量子，且按动量与能量守恒原理计得散射角度愈大所递换出光子能量愈小，与材料无关，只与轻材料表面介面散射角度有关，与介质材料无关的康普顿效应。二十世纪初印度喇曼用汞灯光经狭缝照射苯溶液，再经三棱镜折射后到照相底片上。如以单一频率的Ｘ光入射，在底片上只应观察到一个光斑，可是喇曼发现，在明亮两旁，各有一系列很弱光斑，出现比汞本身更多谱线的喇曼效应。这个效应证实了Ｘ光量子通过介质内部粒子交换中递换出另一些量子，并跟介质材料性质有关。
    相干光量子束分离在流动液体中不同方向的光束叠加的干涉条纹移动，证明介质对光量子的交换作用，如裴左实验是光子束沿流动介质正反运动后叠加则出现干涉条纹移动的现象。观测和了解流动介质对量子流各种现象的影响，可以应用介质流动速度来控制这些现象，如光量子在流动或运动的介质中必定产生一些不同静态介质下的散射、色散、折射、偏振、旋光、激光等新现象。由此推出如偏振光子束通过流动的旋光溶液，其旋转过角度跟溶液流动方向和速度应有关，以测量介质液体流动速度，也许可综合重组设计某些观测的仪器仪表来量度介质或光量子流参量属性，甚至应用于天体某些参量测量，并进一步验证上述理论。估计流动介质巧妙应用于综合重组性观测仪器仪表研制潜力很大。
    量子流通过硝苯液体具有透明的平行平面壁的管内装入两板状电极，然后加一较大电压。当两块板状电极之间通过单一方位偏振光量子束时，可以观察到该光量子束在某一方位上量子数目随所加电压大小而变的，这个效应称克尔效应。表明在外电场作用下某些实物介质交换场质分布和强弱改变，并影响着量子流交换传递。可利用这个效应来控制某方位的偏振光数量。有些介质，如石英玻璃、石油等在磁场中会使光量子束偏振方位发生偏转，且磁场愈强偏转的愈多，这个效应称为法拉弟效应。进一步证明外磁场对这些实物介质交换场质分布和旋转影响，用此可以通过外磁场控制某方位的偏振光量子数目，这些原理是设计制作光有关的仪器仪表的基本依据。
    ３、光变换和通讯类型
    不同频率或能量的光量子在各种长度粗纤维中运动，若这些粗纤维头捆绑在一起，入射到粗纤维头的白光可经粗纤维介质交换传递。当用力甩了一下，粗纤维内交换场质分布或吸收频率变化，只选择跟某些不被吸收的光量子频率交换传递，而其它频率被吸收或从侧缘辐射出去，尾部出现某种颜色的光。再甩一下交换场质分布或不被吸收交换频率又改变，选择另一类频率光量子交换传递，尾部变成另一种颜色的光。但甩了一下，粗纤维介质交换递传分布或交换频率又改变，使粗纤维头吸收和色散引起变化，相应尾部颜色变化。其它场质如磁场和电场作用于某些介质也会影响介质的交换场质的分布和交换传递性能。
    可以利用不同介质对光子束交换所产生各种现象，来控制光子束的状态及其现象，如偏振仪、旋光仪等。甚至可以设想利用运动的介质所产生的现象来开发研制或创造某些新功能的仪器设备，如利用裴左介质运动所产生的光子束干涉条纹移动程度来测试流体速度。还可以通过光子束流动的旋光溶液、偏振光溶液和其它介质运动快慢引起的现象来创造各种需要的观测仪器工具。
    声音或其它信息也可通过某些材料和方法变换成电信号，由电传输到很远的地方，再由电信号变换回声音和其它信息。如已经广泛应用于电报、电话、传真、广播、收音机、电视、移动电话等。还可以将声音或其它信息变换成光信号，再按光的传输方式进行传输，到达目的地再变换回声音或其它信息。尤其计算机多媒体应用，使声音数字化，不但方便传输，而且方便于存储和保存，声音变换和识别技术已有很大的进展，成为计算机软硬件重要的发展。
    现代还可直接应用光纤传输图像和声音变换的光量子流，中间虽使用光电变换和电放大控制，仍然属于光的介质传输技术。这类变换、传输、控制技术设计和制作是光与介质相互作用关系和规律的重要应用。利用光电效应、克尔效应、法拉弟效应等可以将光信号或图像变换为电信号，再由电传输到较远的地方，变换回光信号或图像。用电场控制偏振光束通断或通过数量的克尔效应器件和用磁场控制偏振光束断或通过数量的法拉弟效应器件是目前光纤通讯重要器件。目前正在发展全光通讯系统，直接利用光纤传输和光放大、光存储器件等。
    中国于七十年代开始建设微波、同轴电缆、卫星通讯、光纤通讯等现代化通讯手段。微波线路几乎承担了全部广播、电视传输、报纸传真和相当一部分长途电话、电报业务。卫星通讯承担了绝大部分国际通信业务和电视转播。光纤通信已在许多城市电话和计算机网络上应用。光纤比头发丝还细，包上塑料外套，并把多根光纤捆成光缆，再在外面加上防护措施，以便投入使用。光纤通信频带宽、通话路数多、损耗少而愈来愈广泛应用于通讯事业上。此外光纤技术还应用于检测和传感等方面，如利用光纤做成光纤陀螺仪、光纤加速计、光纤磁场传感器等。这些实践出现的新现象都需要进一步解释。
参考文献：
1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年出版
2、《物性理论及其工程技术应用》陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2002年出版
3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》 陈叔瑄著  福建教育出版社1994年出版
4、《光子波动新论》  陈叔瑄著  《科学（美国人）》中文版1999年7期

基本粒子基础问题应用
陈叔瑄

对称性结构趋势是趋匀平衡原理的重要部分，是均匀、平衡、对称趋势三大类型之一，而趋匀平衡原理是《物性论》三条最基本原理之一。对称性结构可以分成点、线、面的对称体生成生长趋势，如动物以面对称生长趋势为主，植物以线对称生长趋势为主，无机物则以点对称生成为主，并往往生成为近球形体、竖椭球、铁饼等形体。天体、粒子等多半是近球形对称体，它们都是涡旋运动中形成的，因此中心点实际上是涡旋平面与涡旋轴线交点，可以说涡旋体是点、线、面对称分布，再加上中心点运动，构成更复杂对称结构方式。特别元素原子包含各种数目和分布的壳层粒子，对称趋势，涡旋面对称使其上下公转壳粒运动分布趋势，轴线对称是前后左右四个方位分布趋势，即外层8个分布趋势虽然各壳粒量子数不同。平衡时，核心质量愈大，交换壳粒数愈多，即壳粒数与原子质量大体成正比，以使元素原子核壳间交换平衡，之所以“大体”是因元素原子质量统计性。
最外层壳粒数多少与化学性质密切相关，按原子壳粒数目和分布来分类的，每一类为一化学元素。如外壳层稳定地分布一个壳粒的原子为一类，即为氢元素；外壳层稳定分布二个壳粒的原子为氦元素等等。典型的原子核与壳层粒子电磁交换作用，而原子核集中了绝大部分原子质量，运动重心在原子核上，壳粒绕核运动。微观粒子交换频率较窄较单纯，壳粒绕原子核交换频率相等或整倍数所在位置或运动的轨道上才能有效地同步交换，即定态波函数或交换场质所构成驻波的波节的轨道上运动，表示为位能。壳粒所处原子中状态可以用四个量子数描述，主量子数用来描述基本壳粒轨道，副量子数用来描述谐壳粒波纹轨道量子数，自旋量子数用来描述面对称趋势，磁量子数用来描述壳粒轨道相对原子核轴上分量，如《原子壳层新论应用》一文所述。而原子核和基本粒子（称变子更确切）则在本文论述。
一、基本粒子或变子原理
《论基本粒子基础问题》一文中已经指出原子核是涡旋运动椭球状的质量由外往里增大的微涡旋或粒子分布，核心部分是重粒子“质块”，氦核、中子、质子等，质量相近或整数倍，只在相邻粒子间交换（介子）的短程强作用，各重粒子都有机会涡旋趋心运动而互相挤压，挤压中粒子没有被抛出，为稳定原子核，否则为不稳定放射性元素。原子核的边缘分布着轻粒子，它与重粒子间是较强的电磁作用，但比重粒子间强作用弱百倍左右。轻粒子间交换（相当于中微子的微子或微量子）是弱作用，又比电磁作用弱若干个数量级，它往往伴随着粒子衰变而出现的现象。重粒子还有介于氦核与质子间的若干种超子，介于质子与轻子间若干种介子，即使轻子也不是单一种的，称为原子核内外不同交换方式是其不同（强、弱、电磁）相互作用组合结构原理。
任何粒子都是涡旋体或涡旋体组合，如原子核、原子、分子都是涡旋体或涡旋体组合，涡旋体间组合靠交换作用而相互联系的。原子核靠重粒子间强作用、轻粒子间弱作用、轻重粒子间电磁作用相联系的，原子、分子靠电磁作用场质相联系的稳定粒子，它们作用都是靠不同方式交换产生的作用。粒子有涡旋运动就有螺旋式物质流动，相当于加速的电场质旋转并形成中心轴向一端螺旋线辐射且向另一端收取，以形成闭合磁场，从而粒子通常具有磁性及其两极。涡旋体组合粒子内通过交换联系成体的，当其分离或破裂时，便会出现交换不平衡的碎片粒子，这类粒子通常具有暂时带电性，并在趋于平衡过程中衰变或生成中性粒子或被原子、分子所吸收，中性粒子具有磁性，找到磁感应或磁感光材料，将成为观察中性粒子的设备的基础。称为粒子或原子或原子核存在自旋、磁性组合及其破裂生成电的暂态性原理。
自然放射性元素或人工轰击原子核破裂产生一系列碎片，即所谓“基本粒子”或变子，在趋向结构对称和交换平衡中衰变成量子或中性稳定粒子或被其它原子、分子吸收的过程。光量子是稳定物质中最基本粒子，这在《物性论》中已经提到了，因为光量子只有平动能和周期性变换能构成总能的最单纯的稳定粒子。其它任何粒子除存在平动能和周期变换能外，至少还存在自旋能和交换能等各种能量，即存在其它运动方式并形成复杂的结构，甚至是不稳定的粒子。不稳定粒子种类繁多，有的带电性，有的衰变成其它粒子，如《论基本粒子基础问题》一文所述。对于带电粒子周围交换不平衡场物质，在平衡趋势中最终被实物吸收或转化为中性粒子或量子。任何带电粒子径迹都是有限长度。称为基本粒子或变子是核碎片及其对称平衡趋势而衰变为稳定粒子过程原理。
能量较大的光量子冲击铅板中壳层粒子，分别产生正负电子，高速量子制动减速构成浓缩性正电子，壳粒子被冲击加速构成弥漫性的负电子。又由于光量子束冲击铅板时不仅打出壳粒子而且释放出光量子，再去冲击铅板下层或另外铅板，形成大量粒子，即所谓簇射现象。当两类带不同电粒子相邻时，互相加速，达到光速时则转化为光量子，即所谓湮没现象。可见量子与带电粒子本质都是物质，具有内在同一性，可以互相转化。正反粒子是相反运动状态的粒子，正反物质是相反运动状态物质。它跟原子核壳分离，原子核重粒子趋心运动挤出的或轰击中破碎的，甚至即使存在夸克等粒子所引起的衰变或变化等现象，一起属于基本粒子或变子，都是原子核碎片。它们都属于衰变过程原理的现象之一。
二、粒子量度问题
目前基本粒子观察、量度、实验主要工具是电离室、威耳孙云室、照相核乳胶法、气泡室、盖革计数器、正比计数器、闪烁计数器等。不管计数器，还是电离室所测量观察的是带电粒子数目强度和运动轨迹，其中猜测计算成份很大。就是设备庞大各种加速器，所观察测量的仍然带电粒子，对于中性粒子测量观察无能为力。实际上现有粒子实验设备都没有证明电是永久性，倒是观察到的都是带电粒子轨迹有限长度，甚至沿着螺旋线逐渐缩小轨迹运动，最后消失，本来就是电暂态性的证明。要进一步证明，可以通过加速器进行的。《物性论》断言：任何带电粒子都不可能加速到光速，达到光速时便全部转化为光量子或其它场物质。
粒子内外不同交换方式是其相互作用原理、粒子磁性和电的暂态性原理、基本粒子的原子或原子核碎片及其衰变过程原理等构成粒子物理的基本原理。这三条基本原理可否解释粒子物理基本现象？粒子物理重要现象有放射性元素自然衰变、原子核裂变或聚变爆炸、原子核受轰击破裂、粒子运行轨迹、粒子电或磁性、粒子共振态等现象应能够用这三条基本原理给予解释。如果交换是能量子交换，所不同的是交换频率、强度、速度、成分和不平衡程度等不同。那么介子、量子、微子是重粒子间、轻重粒子间、轻粒子间的不同交换能量子。对中性粒子又如何测定，而且电的可变暂态性，因此用电子伏特测定粒子能量是不全面的也不可靠的。不如直接用质量和变换频率测定粒子能量，但目前尚无可行量度工具。
粒子或量子周期性变换，使其运行的途径上状态具有波动性。大量同类粒子或量子同一方向运动而相位与方位是随机的，它们之间处于不同步的不相干状态。但入射到光滑介面时，动能改变量ΔE愈大，与介面交换所需时间Δt愈短，反之动能改变量ΔE愈小，与介面交换所需时间Δt愈长。即
ΔEΔt=ΔpΔι=ΔNΔθ=h/2π
也可用动量改变量Δp与位移Δι，或角动量ΔN与角移Δθ间关系表示，起了相位与方位调整作用，使它们处于同步运行状态。粒子和量子交换特性公式可能成为量度重要依据。
同类粒子或量子运动周期性变换和波动性运行，在介质中动能周期性变换，其改变量愈大，交换时间愈短，反之能改变量愈小，相应交换时间愈长，它跟介面作用情况一样。而粒子之间交换情况类似，质量愈小所需交换时间Δt愈长。由于粒子比量子除平动和周期变换外还有其它能量，因此交换特性公式为
h/2π≤ΔEΔt≤m(c&sup2;-υ&sup2Δt=(hν。-hν)Δt
此式是微观粒子交换特性公式。粒子（相对量子）间不仅有相位、方位差异，而且还存在质量、频率等差异，使ΔEΔt≥h/2π。它是微观粒子作用和量度基本依据。宏观物体质量m大，相应能量ΔE非常大而作用时间非常短，几乎瞬时发生的Δt≈0。光速时，表示不相干。
微观粒子不仅具有周期变换，还具有周期交换，而ΔE包含能量差或交换频率差或质量乘以速度平方差，那么粒子愈轻，即质量愈小，交换强度愈弱，而交换时间Δt愈长，正如强（交换）作用、电磁（交换）作用、弱（交换）作用间的关系。强作用产生于重粒子之间交换，质量大交换作用强而交换时间短。弱作用产生于轻粒子之间交换，质量小交换作用弱而交换时间长。电磁作用产生于重轻粒子之间交换作用，质量和交换时间介于两者之间。这样可将三种作用统一于交换观念之中，而万有引力属于涡旋运动浓缩质量引起的作用，它只有与电磁辐射合起来，才可以看成另一类交换的方式，对于微观粒子交换强度太小，可略去。如下表所示


相互作用类型 （交换）强度比值    （交换）特性时间（秒）

强作用           1                10&sup-23∽10&sup-22
电磁作用        1/137             10&sup-20∽10&sup-18
弱作用         10&sup-14          10&sup-10∽10&sup-8

交换特性公式的三种类型可分成：粒子入射介面交换作用所引起的相位调整；形成上述强、弱、电磁三类作用；粒子之间交换作用因质量（包含交换频率、相位方位）等差异使交换存在一定宽度，相应引起的同元素原子线光谱存在一定的宽度，成为交换特性统一表达式。强度比值是由强作用公式2πf&sup2;/hc≈1和弱作用公式2πg&sup2;/hc，以及电磁作用公式μce&sup2;/2h=1/137等计算得到的，f、g‘荷’实际上是强、弱交换场质总量，称为强、弱交换荷，相当于电荷是电场质总量类似，可以用交换场散度描述。电磁交换是重轻粒子间的交换，又与电场与磁场联系起来的公式，比较特殊，但仍跟电荷平方有关，即强、弱场质交换描述参量。如果改写成相应关系式，则
2πě&sup2;/hc=μce&sup2;/2h
ě&sup2;=μc&sup2;e&sup2;/4π
其中ě可以看成电磁交换荷或称电磁交换荷。

三、基本粒子或变子应用
原子核碎片所构成的粒子往往产生相反状态，如浓缩性粒子与弥漫性粒子，前者带正电，后者则带负电的正反粒子。可见正反粒子就是指运动或结构相反状态的粒子，常常出现在原子核破裂的碎片上。而反物质实际上是正（通常）物质相反运动状态或相反周围场质状态或相反结构状态而已，仍然是物质的另一种形态，都是物质。跟原子应用情况类似，基本粒子或变子的应用主要是宏观的应用，单一粒子应用意义不是太大，只在物质结构研究中开展设计一些观察实验，如加速器之类设备进行某些观察实验。而主要应用是宏观的放射性元素衰变应用、原子能应用、碎片电磁性能应用等。
1、        放射性元素应用
轻元素氢、氦等多半在宇宙中微涡旋运动中生成的，而且宇宙条件大体接近，生成质量相近的氢、氦元素。外围壳粒愈少的元素原子愈易生成，从而在宇宙中丰度愈大。外围无壳粒的中子和外围一个壳粒的氢元素最多，其次是外围二个壳粒的氦元素，这可以从太阳光吸收光谱中观察到的。中子由于没有外围壳粒跃迁，在吸收光谱中观察不到的，宇宙存在大量中子只是一种预测。重粒子或重元素主要来自于星体或地球内部微涡旋运动中生成的，如地球表面重元素主要来自地幔，而且愈深层地幔所形成原子愈重。靠近地面的地幔主要生成较轻元素，如碳、氧、氮等元素，并逸出地面，形成地面大气圈，氧与氢化合生成水，并逐渐构成水圈。其它星球内部条件不同于地球，很难生成跟地球完全一样的大气圈和水圈。
地幔下层生成的元素原子经过生成氧而易化合成氧化物，近地壳冷却，并构成矿石，留存地面，使地面具有丰富的氧化物，如最丰富的氧化硅，其次氧化铝、氧化钙等。特重元素原子多半在地幔深层高温微涡旋形成的，它们化学性质区别不是太明显，而物理性质却有很大差别，有的构成了放射性元素。放射性元素到地面经历中上层地幔，并跟其它氧化物混合在一起，构成地面矿藏。不同的放射性元素稳定性不同，放射的衰变半衰期不同，可以利用这个半衰期测量矿藏生成寿命。有人用此估算地球寿命，那会偏短，至多只能作为参考，不可信以为真。
放射性元素铀、镭、钚等可放射出带正电的氦核α粒子，带负电β轻粒子，γ射线，这证明原子核包含氦核、质子、中子等重粒子质块和边缘β轻粒子，及其交换粒子γ射线构成的，并非纯粹质子和中子组成的。不同放射性元素衰变半周期不同。放射性同位素的原子是质量差别较大而壳层粒数和分布一致的同一元素，但由于核质量过大，内外交换处于不平衡、不稳定状态而易在核粒子趋心运动中放射出粒子，即衰变。利用这类衰变的放射性，混在正常元素中，在生命体内交换递传或运行中观察生命的过程。
2、原子核应用
原子核质量主要由原子核涡旋体质块或重粒子，即核子质量构成的，质块质量大体相近，相当于氦核、质子和中子，实际上质子与中子只是同位旋（自旋与磁性方位异同）相反的同类粒子，且忽略轻子质量。独立的质子和中子质量平均值是一定的。但元素平均原子量与其按质子和中子数质量和，并不完全一致，两者之差的质量亏损称为结合能。结合能愈大，原子核愈稳定。还可以用结合能对粒子数之比表示为每个核子平均结合能，称原子核的比结合能。核力或强作用是介子交换来实现的，核子交换时间不超过
ΔEΔt≥h/2π
中的Δt，ΔE=mc&sup2;中m为交换介子的质量。
当原子核之间或原子核与粒子之间相互作用或碰撞时，就会发生变化，而变化的前后首先质量或总能保持不变，即物质不灭性与能量转化守恒性。可表示为
A+a→B+b    或A(a,b)B
其中A为变化前原子核质量或总能，a为变化前粒子质量或总能，B为变化后原子核质量或总能，b为变化后粒子质量或总能。如果变化前后还有吸收或放射热量等能量Q，那么上式再加上±Q，有时还要经过某种暂时过渡状态原子核C°
A+a→C°→B+b±Q
在碰撞中通常没有加外力或外力矩，这时变化前后动量和角动量也保持守恒的。
核粒碰撞前后除了最基本的质量、能量、动量、角动量守恒外，重粒子总数目也是守恒的，这是因为原子核内外层不同质量密度分别形成微涡旋的重粒子与轻粒子，重粒子不是轻粒子组合，所以重粒子不能被击碎成大量轻粒子。重子数守恒进一步验证原子及原子核涡旋结构。与原子核及非轻粒子涡旋运动有关描述参量还有同位旋、同位旋分量，奇异数等，与对称趋势有关的参量有偶宇称、奇宇称等，与交换平衡趋势有关的参量有电荷等。它们都在粒核碰撞或原子核被击碎时，一定条件下产生的不变性或守恒性，以解释某些原子核或基本粒子现象。
放射性原子核除自行衰变外，在一定条件下产生裂变或聚变链锁反应。只有元素周期表末端的重元素的核才有可能发生核裂变反应。由于重元素原子核质块或重粒子多，并在趋心挤压过程中易抛射出重粒子，再去轰击周围原子核，使其成为碎片和一些中子之类重粒子。只要体积足够大，这样轰击连续进行下去，形成链锁反应，最终发生爆炸。产生链锁反应所需要的最小体积的质量称为临界质量。原子弹就是利用两个小于临界质量放射性元素，需要爆炸时，用普通炸药爆炸冲击使其合并，超过临界质量而爆炸的。轻核的放热聚变反应是核反应的特殊形式，它在超高温（107~109K）下有效地进行，反应中放也大量热量，又称为热核反应。
3、粒子特性应用
粒子带电性虽然是暂态的，在真空中有限时间或运行长度里仍然非常有效地作为电子射线等来使用，如示波器、电视显像管、电子实验设备等。金属体原子外层壳粒联结较松懈，通电加热壳粒易脱离开，并构成暂时带电性，只要外加一定电压便向正极移动，形成射线，打击荧光屏，便可发出光，适当控制和材料组合，如控制三组电子枪和相应荧光粉点组合的屏，可产生彩色图案。
粒子比量子除平动、周期变换之外，还具有自旋、周期交换、磁性、电性等运动状态，其在加速器中加速，平动运动增大，周期变换、交换、电性也会有所改变，变换跟平动一样增大，交换和电性减少。两个加速粒子碰撞，在一定条件下，可能产生共振态粒子等，这证明粒子周期性变换在运动的途径上刚好处在频率整数倍，相位甚至方位相同或相反时，可以产生共振态粒子。实际上是对粒子存在周期变换运动的证明。原子核碎片在加速器中加速不可能无限制进行下去，加速到一定程度必然转化为量子或场物质状态。任何加速到光速或极限速度仍然保持带电性状态粒子，都是对《物性论》电理论的否定。
核磁共振可以观察到核粒子的自旋和磁场现象。它实际上证明了粒子存在自旋和磁场。中性粒子是涡旋体，通常具有磁性，必需找到磁感应或磁感光材料，作为设计发明观察测量中性粒子设备基础。如果设计成功，不仅证明《物性论》涡旋理论正确性，而且在人们面前真正打开了基本粒子世界的。
参考资料：
1、《物性论=自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年月12月出版
2、《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2002年月12月出版
3、《思维工程=人及智能活动和思维模型》 陈叔瑄著  福建教育出版社1994年6月出版
4、《论基本粒子基础问题》陈叔瑄著 《科学（美国人）》中文版1998年7期

原子壳层新论
陈叔瑄

    光和光谱是了解天体状态的基本途径，也是了解元素原子结构的基本途径，而且光谱扩大到射电领域、红外领域对天体状态具有重要意义，同样地光谱扩大到紫外线和Ｘ射线、γ射线等，再加化学性质和物理性质，对元素原子研究也具有重要意义。按现有原子结构理论，认为原子由电子和带正电原子核构成的，而原子核又由带正电质子和中子构成的，电子绕原子核以稳定轨道运动。量子论又假定只能在允许轨道上运动，这些轨道用一系列量子数来描述，量子力学更进一步用原子核分布着电子云解释。这样，电子与原子核间是电场作用吗？如果是，电子绕核作加速运动，为何没有辐射电磁波而处于稳定圆或椭圆运动？又为什么电子只能在允许的轨道运动？如果是电子云，又为什么电的作用不会将其吸收到原子核中？这里涉及到一个根本性问题，即原子内究竟是不是固有电的相互作用？
    量子论和量子力学是在解释原子光谱和元素周期表化学性质而逐渐建立起来的，它避开了电作用问题，它也不考虑元素原子生成条件和过程。若按电是暂态性和粒子是涡旋物质浓缩质量而生成的，并在浓缩和弥散矛盾中构成交换而更进一步微旋化，生成更加浓缩和更深层的粒子，到了一定时候处于相对稳定状态。稳定的微涡旋系统也必定处于交换平衡系统和周期性变换稳定系统。元素原子是稳定的微涡旋系统，原子内原子核和壳粒也是微涡旋及周期性变换的稳定系统，因此原子、原子核、壳粒等都是微涡旋粒子，跟周围场质处于交换平衡状态。从而粒子具有平动、自旋、周期变换运动基本形式之外，还跟周围具有场质交换，这些交换是粒子联系的基础。电是粒子分离或破裂而处于交换不平衡的产物。
        一、微粒涡旋
宇宙间连续场质各向平动的机会均等及其各向正反平动转化涡旋运动，形成了大量微涡旋浓缩状态的粒子。高速的粒子则构成量子，低速的粒子则构成实物粒子或元素原子。微涡旋同样可构成以同一角速度运动的核心部分和分离出不同角速度而绕核心运动的若干个环，每个环中线里外两侧多一个相反速度，并旋转浓缩成壳粒子。若绕核心运动的环逐渐被吸收而构成基本壳粒和绕其的新环，这些环又再浓缩成粒子，并跟基本壳粒一起绕核运动，这些粒子相对核以波纹路径运动，即一个轨道只有一壳粒。原子核与壳粒浓缩到一定程度，则要弥散，构成周期性交换，当其交换平衡时而处于相对稳定的运动状态。可见，物质涡旋运动生成微观粒子，从而微观粒子自然具有自旋和吸引质量趋势，它是自旋和引力存在本质。由于微观粒子稳定时必处于交换平衡或周期性变换状态，交换是微观粒子间相互作用基础，周期性变换是微观粒子波动性根源。
    涡旋运动质量密度趋匀过程，使中心具有无限浓缩质量趋势，但中心质量密度不可能无限大，因此中心必定移动和往外弥散质量，构成粒子周围交换的正反流动场质，并使其微旋化成深层粒子。在正反流动场质交换中以浓缩流动为主要或主动方面，当两粒子场质叠加时，相邻一侧反向叠加有浓缩趋势，外侧同向叠加有弥散趋势，使两者互相靠拢或相吸，而且愈近趋势愈强，反之两粒子弥散流动也愈靠近愈强，即交换愈强或引力愈大，当两者平衡时两粒子则处于相对稳定状态。外侧周围场质交换实际上是这些粒子各自交换场质的叠加，因此质量愈大交换场质作用愈强，且成正比。相邻侧处于浓缩强于弥散并形成靠拢（引力）作用，使粒子绕其公共质心稳定轨道运动。可见，粒子或原子的自旋和公转是其生成的自然属性，称为粒子自旋和公转原理。从根本上解决微观粒子基本现象本质。
    若两粒子质量差别很大时，较小质量粒子通常围绕着较大质量粒子周围运动或公共质心靠近较大质量粒子核心，且公共质心愈处于重粒子核心愈稳定。从而涡旋中心移动速度愈小愈稳定，随着中心速度增大而愈不稳定，壳粒与核间愈易脱离。壳粒与原子核趋心场质跟弥散场质处于平衡时，则处于稳定轨道运动。核心质量愈大能够实现交换稳定的外层微粒子数目愈多，以使公共质心处于重粒子内和交换平衡状态。外层各壳粒绕核运动轨道分布愈近里层和愈对称，质心愈处于核中心而愈稳定。因此元素原子壳粒总数与质量大体成比例，壳粒总是趋于先占满里层并处于对称性轨道分布基础上才往外占空轨道。由于元素原子是物质涡旋运动中核和环形成的，一个环只能一个粒子（多出个必在演变中浓缩在一起）及另外的环，即一个轨道或量子数只能有一个壳粒。
    原子核外粒子统称为不同量子数的壳粒，壳粒数和分布不同则构成不同的化学性质和物理性质。稳定微旋粒子的外壳层粒子数具有决定性意义，从而同样壳粒数的稳定微旋粒子分成一类，每一类为同一化学元素，其对应的微旋粒子称为原子。元素原子按壳粒数和分布来分类，而壳粒数又决定其原子量的大小，因为原子量愈大表示微涡旋所浓缩质量愈大，相应构成的可能外层壳粒愈多。除氢元素外，其他元素原子量与壳粒数大体成一定比例，原子量愈大壳粒数愈多。同一元素原子量略有差异在于其形成环境条件、运动状态和分布状态、壳粒所处能级、核同位素情况等有关。从而在一定环境条件下同一元素原子量是统计分布的平均值。不同环境条件下的元素原子量略有差别，这个性质决定了原子光谱线的偏移和具有一定宽度。某些同壳粒数而原子量偏离过大的原子元素称为同位素。同位素的化学性质相同，但物理性质则可能存在差别。
    宇宙中不带壳粒或带一个壳粒的微涡旋粒子最容易产生，且微涡旋带壳粒数愈少愈易产生。不带壳粒的实物粒子称为中子，带一个壳粒的微涡旋称为氢原子，带二个壳粒的微粒子称为氦原子。带三个壳粒以上的微旋粒子分别按已知元素周期表原子序即壳粒数来称呼这些元素名称。如外壳粒６个称为碳，７个的称为氮，８个的称为氧等等。在趋于对称性分布趋势中，除最里层分布２个壳粒为对称外，其他元素最外层８个象限各占一个壳粒的元素为最稳定，如惰性气体氖、氩等元素。不是８个的有趋于构成８个的趋势，即趋于分布对称性趋势。外壳层少于４个的易失去壳粒，以使外层布满８个壳粒，多于４个壳粒的则易得壳粒，以补充到８个趋势。外壳层少于４个壳粒的元素在结晶成固体时，外壳层易失去的壳粒常在固体中移动而易产生导电性。在物理性质上构成导体，称为金属性。易得失壳粒性更主要地体现在化学变化的性质上，因此在化学性质上排列成元素周期表，对了解化合物性质及其反应具有重要的意义。
    元素原子的壳数按比例地对应原子量或原子能量，才能处于稳定的交换平衡状态。当该原子失去一个壳粒或得到一个壳粒都会使壳粒与原子核之间的交换失去平衡，并在趋于交换平衡中恢复原来壳粒数的趋势。在趋于对称性和交换平衡性的趋势矛盾，使壳粒在元素原子之间交换而化合成分子。原子结合成分子往往吸收或放掉部分能量，多数情况是放掉或辐射能量而生热，这个能量称为结合能。它与壳粒数对应的原子量相比是很小的。原子的壳粒离开要吸收能量，原子的壳粒回到原子核周围要辐射能量。原子的壳粒从较低能态跃迁到较高能态要吸收能量。反之壳粒从高能态跃迁到较低能态要辐射能量子。从而稳定的元素原子有一定壳粒数和处于最低基本能态和最佳的壳粒分布状态。
    宇宙中微涡旋形成的不外高速的量子或低速的粒子，低速粒子的平动能对总能比很小，而主要体现在自旋能和部分变换能、交换能上，而自旋能具有向中心浓缩质量趋势，这种趋势使粒子互相靠拢或者产生引力，甚至构成新涡旋粒子，这些粒子成为形成天体前星云的物质基础。由于离具体天体远处宇宙空间环境条件大体一致，从而形成中子和氢原子质量也是大同小异，在此基础上由中子和氢原子对浓缩组合的新涡旋粒子也大体上相同，同类元素原子尽管质量有一定分布或大同小异，但可用统计的平均值表示其原子量。各个天体环境条件和演化历史情况不同，所形成元素原子丰度各不一样。即使同类元素原子量也略有差异，使得各个天体所取得同一元素谱线有红移和紫移，而且谱线宽度略有差异。地面元素既来自宇宙空间又为地幔所形成的，轻元素多半来自宇宙，中等或较重元素主要来自地幔不同温度和环境条件形成的。
    二、微粒交换
    粒子浓缩质量很易达到一定限度，并产生交换，即弥散质量与浓缩质量交错运动，浓缩质量愈大弥散过程愈快。若处于交换平衡则相应交换频率愈高。原子核质量较大相应交换频率也较大，外层壳粒质量较小相应交换频率较低，要使原子核与外层壳粒交换同步或稳定必需交换频率整数倍，即壳粒只有跟原子核交换频率整数倍的那些轨道交换才是强烈的或允许的。愈靠近核或能级愈低交换频率愈同步，从而壳粒愈处于原子核邻近的能级轨道上。称为粒子交换同步，即交换频率整数倍原理。交换强度是交换总量除以单位面积，交换总量又跟粒子质量密度成正比，如原子与原子核相比，两者质量相近而原子核体积小３个数量级，使原子核交换总量远大于原子，原子核的核子交换是强作用，远强于原子核壳的电磁作用。电磁交换跟粒子的交换频率和交换总量有关。
    原子壳粒愈处于外层能级愈高或交换频率愈高在于原子核交换场质叠加上在其之内壳粒交换场质的交换频率，构成由里层往外层逐渐递增的能级，因此壳粒从里层往外层跃迁需吸收能量子，外层往里跃迁就辐射能量子。当里层空缺时则处于交换不平衡状态，立即从外层壳粒递补进去，以趋于稳定平衡状态。由于壳粒变换频率是交换频率的最低端，同样要求变换频率整数倍，即基本壳粒外壳粒相对核波纹轨道间变换频率整数倍，并反映在波长或动量整数倍上。实物粒子的交换频率是其内部微粒子交换频率叠加的结果，因此粒子质量愈大交换频率愈杂，实物由这些粒子一定交换方式联结组成的，其交换频率是这些粒子交换频率叠加而成的，交换频率更杂更大，相应交换能可用总能减去矢能或平动能表示。
    微观粒子如分子、原子的内外相互作用就是电磁交换场质的作用，一个粒子跟周围交换的频率所对应的交换能量可由总能减去平动能等矢量能体现出来，即
Ｅν＝ｍｃ&sup2;［１－υ&sup2;／２ｃ&sup2;］＝ｍｃ&sup2;β&sup2;＝Δｈν
当低速时β≈1 ，交换能或交换频率与质量成正比。从而质量愈大相应地交换能或交换频率也愈大。粒子外交换场质本身实际上是周期性变换场质，并以光速运动，那么交换场质的交换频率、周期等于变换频率、周期，周期变换峰值空间距离或长度称为交换场质波长
λ＝ｃτ＝ｃ／ν＝ｈ／ｍｃβ&sup2;≈ｈ／ｍｃ
当β２为低速时λ的近似值。表明交换场质峰值间距或波长λ随质量增加而减少。如果波长λ线度小于物体的线度，那么其周围交换场质可以看成连续的。例如密度ρ＝2.7克／厘米&sup3;，质量ｍ＝1克的铝块，而该铝块体积或线度为
Ｖ＝ｍ／ρ＝１／2.7＝0.37厘米&sup3;
ι＝&sup3;√(0.37)＝0.72厘米
其中Ｖ为铝块体积，ι为铝块线度，相应交换场质峰值间距或波长
λ＝ｈ／ｍｃ＝6.626×10&sup-27／2.997×10&sup10
＝2.21×10&sup-37厘米
表示铝块线度远大于其交换场质峰值阵面间距，达36个数量级。从而宏观铝块周围交换场质完全可以看成连续交换场质或场。
    对于微观粒子的情况则完全不同，并作如下比较。对微观粒子，如原子壳层粒子（或电子或原子核）直径（或线度）为
ι＝0.5635876  厘米
ｍ ＝9.109534×10&sup-28克
而其周围交换场质峰值间距或波长为
λ＝ｈ／ｍｃ
＝6.63×10&sup-27／9.11×10&sup-28×3×10&sup10
　   ＝2.4271×10&sup-10厘米
表明壳粒周围交换场质阵面间距比壳粒线度大3个数量级，即近2000倍。这时微观粒子周围交换场质构成了一阵阵不连续的交换场质锋值阵面。
    粒子周围交换场质峰值间距决定于粒子质量的大小，质量愈大间距愈小，也就愈密。氢原子核质量若是壳粒质量的1838倍，从而原子核交换场质峰值阵面较壳粒阵面密1838倍，而两者构成稳定交换主要决定于交换阵面较疏的壳粒。原子核只能在壳粒峰值阵面整数倍而又刚好是原子核峰值阵面上的那些轨道才有可能稳定的同步运行。由于微观粒子通常是呈橄榄形或近棒形，加上原子核是移动的，从而峰值阵面是沿着橄榄形或竖椭球的阵面或者稍为变形的阵面上的轨道。每个轨道都必需满足壳粒与原子核的整数倍的交换场质峰值间距，若壳粒外还有粒子交换且绕其运动则构成相对核波纹轨道运动，且交换整数倍（或波纹整数倍）才是微观粒子允许轨道。表明微观粒子场质交换所构成的轨道不是任意，而是某些允许能级的轨道。这就是壳粒运动量子化本质所在，也证明了为何原子壳粒只能在允许轨道上稳定地运动。

同类元素所形成的环境条件不同，其原子量略有差别，甚至偏离。也就是核外周围壳粒轨道略有差别，甚至偏离。从而壳粒跃迁所辐射的量子能量略有差别，甚至偏离。前者引起光谱变宽，后者多半在其它星球上的相应条件形成的，并产生光谱红移或紫移。同类元素众多原子的壳粒轨道具有统计性质，所辐射同一谱线也具有统计性质，使谱线变宽。不同元素的原子核质量差别很大，它跟中子和氢原子整数倍有关，其周围的交换场质峰值间距较氢原子小而密，其跟壳粒交换的波阵面或轨道决定于壳粒。从而所有最外层壳粒相同原子周围壳粒轨道形式、性质、分布与氢原子类似。正是这个原故，使得同元素的各原子绕原子核的壳粒轨道有一定偏离或分布，实际上并非各个原子核周围没有确定轨道的电子云，而是各个原子的壳粒都有确定运行轨道，只是原子量偏差，使各个原子壳粒轨道稍有差异，宏观上就出现一定的统计分布。
    物体间接触作用实际上是能量变换、交换、递换运动。两个物体间隔空间相互作用，必定以某种形式交换能量，通常以能量子传递来实现能量交换的。这个充满空间的传递能量子物质称为场质，相应的空间称为场。实物周围的基本物质形态是交换场质而场质是物质高速运动形态。可见，不管接触作用还是间隔作用都是能量变换、交换、递传的结果，也是作用与反作用总是同时存在的反映。若外层壳粒离开原子，立即出现交换不平衡。核心粒子因失去壳粒或失能量而具有空穴属性，即具有再填补壳粒或加速浓缩趋势，称为带正电状态。得壳粒物体或壳粒具有再失壳粒或加速弥散趋势，称为带负电状态。带正负电粒子靠拢，加速失去电性或空穴填补上壳粒而处于交换平衡状态，即所谓中和。
    每个实物粒子都在跟周围场质的交换或周期性变换能量中存在的，而且粒子质量愈小或速度愈快波动性愈明显，波长愈大于粒子线度。量子或壳粒离开原子核的状态、时间都带有随机性，从而量子或壳粒所处的相位和方位都带随机性。但量子或壳粒打在晶体表面或边缘上，所处相位和方位各不相同，即速度（动能或动量）或角速度（自旋能或角动量）状态各不相同。若量子或粒子总能在介面或边缘作用不变性，即总的变换或交换能量一样话，动能改变量愈大，相应地作用时间间隔愈短，其乘积为恒量
△Ｅ△ｔ＝△ｐ△ι＝ΔＮΔθ＝ｈ
其是粒子各个瞬时能量（动能）改变量不一样，从而滞留表面作用时间不一样，相应结果是对微观粒子间周期性相位和方位起了调整作用，称为相位调整关系。它等价于海森伯测不准关系式。由于量子力学粒子假定为没有大小和形状，更没有状态变化的质点，只好用能量和时间不能同时准确测量解释之。
    三、波动方程
    粒子在空间运动过程状态是周期性变换的，从而粒子在空间状态可以用波函数来描述，频率和波长对应着交换能（相应能量）和变换能（相应动量）。元素原子是原子核与壳粒交换平衡的系统，壳层粒子运动状态可以用定态波函数来描述。按涡旋生成原子观念，原子结构像太阳系，如果行星椭圆轨道运动，那么绕行星运动的卫星相对于太阳是绕太阳波纹状轨道运动。微观壳粒绕原子核也是一系列椭圆和波纹状运动轨道，不同之处在于必需在交换频率或波长整数倍的允许椭圆和波纹轨道上才能稳定地运动，并可用量子力学波函数的主量子数（或径量子数）和轨道量子数（或角量子数）来分别描述。可见，壳粒在原子中运动不仅跟其交换场质叠加整数倍有关，还跟壳粒本身周期性变换运动有关。
若用定态波函数或波动方程表示原子核外壳粒层状态，而波函数的频率和波长都应跟壳粒交换能和动量的量子化参量有关。粒子波函数的频率跟粒子的质量成正比，波函数的波长倒数也跟粒子动量成正比。当波函数频率和波长倒数用粒子能量和动量代入时，这个波函数就变成了粒子状态的函数。但由于同元素原子间质量存在略有差异，使得波函数具有统计分布性质，这是宏微观之间的一种基本关系。对于粒子群来说波函数平方表示该状态的粒子数密度或能密度总和，但对单一粒子来说状态波函数的平方或共轭乘积表示该粒子在相应能状态出现的几率密度。单个粒子波函数是能量状态函数
ψ(t,ι)=ψie&sup-i2π(νt-ι/λ)
=ψie&sup-i2π(Et-pι)/h
其中Ｅ＝ｈν、ｐ＝ｈ／λ。
    为了进一步建立非自由粒子的波函数，作些数学变换。为了方便起见，设ｐ在ｘ上分量，ι用ｘ分量表示
（－ｉｈ／２π）δψ／δｘ＝ｐｘψ
（－ｉｈ／２π）δψ／δｔ＝Ｅψ
将ｘ坐标轴推广到整个坐标系，且对自由粒子Ｅ＝ｐ&sup2;／２ｍ，对于非自由粒子Ｅ＝ｐ&sup2;／２ｍ＋Ｕ（ｒ），即多了一项位能，而且定ｐ２＝－ｈ&sup2;△算符代入则波动对于时间关系可忽略的稳定状态粒子定态波函数及波动方程可改写成
（－ｈ&sup2;／２ｍ）Δψ＋Ｕ（ｒ）ψ＝Ｅψ
（ｈ&sup2;／２ｍ）Δψ＋［Ｅ－Ｕ（ｒ）］ψ＝０
其中Δ＝δ&sup2;／δｘ&sup2;＋δ&sup2;／δｙ&sup2;＋δ&sup2;／δｚ&sup2;
    波动方程还可采用圆柱坐标表示，其算子和波函数分别为
Δ＝δ&sup2;／δｒ&sup2;＋（１／ｒ&sup2;）δ&sup2;／δφ&sup2;＋δ&sup2;／δｚ&sup2;
及波函数ψ（ｒ、φ、ｚ）
（ｈ&sup2;&sup2;／２ｍ）Δψ＋［Ｅ－Ｕ（ｒ）］ψ＝０
表明原子核外壳粒的轨道状态的波动方程。            
    若用球面坐标表示，则算子Δ为
Δ＝（１／ｒ&sup2;）（δ／δｒ）（ｒ&sup2;δ／δｒ）
＋（１／ｒＳinθ）（δ／δθ）［（Ｓinθ／ｒ）δ／δθ］
＋（１／ｒ&sup2;Ｓin&sup2;θ）δ&sup2;／δφ&sup2;
球面波函数坐标轴变量改为ｒ、θ、φ等，波函数为
ψ（ｒ、θ、φ）＝Ｒ（ｒ）Ｙ（θ、φ）
                          ＝Ｒ（ｒ）Θ（θ）Φ（φ）
其中Ｒ（ｒ）为波函数中径向函数，Θ（θ）为球谐函数或为轨道函数、Φ（φ）为方位函数。代入波动方程，可写出径向波动方程，且设球谐波动方程已量子化
Ｙ（ι）＝ｈ&sup2;ι（ι＋１）／２ｍｒ&sup2;
（ｈ&sup2;／２ｍｒ）δ&sup2;ｒ（Ｒ（ｒ））／δｒ&sup2;
＋［Ｅ－Ｕ（ｒ）－Ｙ（ι）］Ｒ（ｒ）＝０
通过波函数变数分离法来解方程，Φ（φ）取任何不引起任何的变化且要四项加起来仍然等于零，只有第三项
Φ=Ae&sup-im
将数值代入波动方程又可得以几率等一的归一化条件的解，其Ｌ≥｜ｍ｜为正整数和ｍ为小于Ｌ的正负整数，即Ｌ为０、１、２……（ｎ－１）及ｍ为０、±１、±２……±Ｌ。如果原子壳层是以不同ｒ处上分布着交换场质整数倍的竖椭球的面，这些面可由波动方程中ｋ／ｒ＝Ｕ（ｒ）为交换场质中壳粒的位能，它跟原子核距离ｒ成反比，Κ与原子核质量或交换总量和壳粒交换有关的量
Ｅ＝－２π&sup2;Ｍｋ／ｈ&sup2;ｎ&sup2;＝－Ｒ’ｈｃ／ｎ&sup2;
其中取ｒ&sup2;＝ｎ&sup2;，且 ｎ＝１、２、３……。 表示从里到外壳层交换整数倍的椭球面，等价于量子力学的主量数。而Ｌ表示壳粒在波纹轨道上运动的状态变换频率（波长数）的量子数或整数倍，即Ｌ＝０、１、２……（ｎ－１）等。ｒ＝ｎ的值愈大，意味着整数倍交换允许的波纹轨道数愈多。ｍ为椭球面上轨道角偏ｚ轴的量子数，ｍ＝０、±１、±２……±Ｌ等，考虑到壳粒正反旋转，故角偏ｚ轴的量子数有正负值。考虑自旋的正反向，总的量子数还要增加。壳粒自旋和公转在外磁场用下，因其自旋的正反向和公转角速度不同，故以称磁量子数。
    定态波函数和波动方程是微观粒子涡旋演化构成稳定元素原子壳层状态的描述方程。实际的解相当繁琐，而且不断引进某些附加假设才能不断扩大解释。为了解释元素的壳粒（或旧称电子）在化学周期律的意义，引进泡里原理和最小原理等。为了解释谱线宽度而引进海森堡测不准原理和几率解释等。对于一个原子系统来说壳粒只有在那些交换场质峰值间距整数倍轨道才是稳定的，从而波函数又可用于表达壳粒所在交换场质作用极强的轨道状态函数。由于各同元素原子质量略有差别，轨道也略有差别，对大量原子来说则具有统计性质，即波函数幅度平方或共轭乘积用来表达所处状态的粒子数密度或单一粒子出现几率密度。波函数统计性质决不是意味着单个原子的壳粒轨道不确定性，而各个原子的壳粒轨道是确定的，但大量原子间的原子质量存在差异，在宏观上原子壳粒轨道的一定分布及其平均值。

四、原子结构
    交换场质中趋心运动是浓缩和弥散对立面的主要方面，从而交换场质叠加具有反向浓缩性质，而且交换场质叠加密度愈大，浓缩趋势愈强，使得两粒子相邻，其相邻一侧叠加趋心场质反向而具有浓缩趋势，而外侧趋心场质同相叠加而具有弥散趋势，这个趋势压粒子靠拢或相吸，愈靠拢的两粒子的交换频率整数倍愈小，即愈同步且能量愈小。表明粒子交换场质叠加，具有趋于能量最小值的趋势，即原子最里层的能级最低，从而壳粒趋于最低空能级的趋势。这个原理等价于量子力学的最小能量原理。可见最靠近原子核的壳层先被壳粒占据和愈低能级愈先被占据。从而任何多粒的稳定原子必然里层低能级的轨道先被壳粒占据，并逐渐往外层和高能级的轨道填补。
    原子是涡旋体，其壳层的壳粒也是自旋和公转的涡旋体，在外磁场作用下，涡旋体周围切向交换场质具有磁性，受作用后运动轨道略变，从而出现光谱分离，这个现象称为磁场塞曼效应。由于涡旋体周围径向交换场质，在壳粒跃迁过程出现暂时不平衡或电性，在外电场作用下产生斯塔克电场效应。壳粒从外层往里层跃迁辐射量子,而壳粒从里层往外层跃迁则吸收量子。前者出现明线，而后者出现暗线。对于通过碰撞引起原子之间能量传递，使壳粒状态改变而暂时还不跃迁到原来状态，这时原子处于受激状态。有时由于原子量差异，使得外磁场塞曼效应变成更多条分离或分裂的反塞曼效应。同元素原子质量的差异分布是许多光谱现象的根源，如谱线宽度，谱线移位，谱线强度，外场作用下谱线分裂反常效应等。辐射原子数愈多所辐射谱线自然愈强或强度愈大。
    微涡旋的原子外壳层形成是单个壳粒与原子核交换场质峰值间距整数倍椭球阵面及其允许椭圆轨道（或波纹轨道）而确定的，从而每个轨道只允许一个壳粒。因为壳粒是由涡旋环形成的，在同一环上多粒子必在运动中结合成一粒子，才能处于稳定状态，否则处于不稳定或交换整数倍所构成能级和轨道完全不同。这个称为壳粒生成原理等价于量子力学的泡利不相容原理。这样各个壳层ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、……等都有个最多轨道数或最多壳粒数。在给定的壳层中ｎ是一定的，如ι的可能数值是从０、１……到ｎ－１共ｎ个，加上正负为一倍，对给定ι值，ｍ的可能数值－ｌ，……０……到ι共有（２ι＋１）个，从而给定的壳层最多壳数为
ｚ＝∑（２ι＋１）&sup2;＝２ｎ&sup2;
可见原子内具有主量子数ｎ的壳层内壳粒数目不会超过２ｎ２个。
    最里层ｋ（ｎ＝１），最多只有２个壳粒。Ｌ壳层（ｎ＝２），最多只有８个壳粒。Ｍ壳层（ｎ＝３）多只有１８个壳粒。以此类推，Ｎ壳层最多３２个，Ｏ层最多５０个等等。将各壳层的壳粒数分布列在元素周期表中，第二周期从ｋ＝２，Ｌ＝８填满的氖开始，由０到７增加Ｍ层，继续填满Ｍ层而构成了长周期，最外层填满８个就进入四周期。零族惰性气体：氦、氖、氩、氪、氙、氡等，壳层装满８壳粒且分布对称性，因此不跟其他元素化合的惰性元素。最外层一个壳粒的有氢、锂、钠、钾、铷、铯等碱金属元素，其易失最外层壳粒，而具有金属性，易跟氧化合成氧化物，称为碱金属族元素。最外层２个壳粒的有铍、镁、钙、锶、钡、镭等碱土金属元素，也易失最外层壳粒，具有金属性，称碱土金属族元素。反之最外层七个壳粒的卤族元素氟、氯、溴、碘等和最外层六个壳粒的氧族元素有氧、硫、硒等都是易得壳粒，以补满８个的趋势，称为非金属元素。
    原子壳层阵面用符号表示，壳层壳粒数用数字表示，ｋ表示最里壳层，１ｋ表示该壳层壳数１，０Ｌ表示２壳层壳粒数为零，等价子一壳层占满２，等价１ｓ&sup2;或２ｓ&ordm;。３Ｌ表示３壳层占有三个壳粒，等价于２ｓ&sup2;２Ｐ&sup1;。以此类推１Ｌ、２Ｌ、３Ｌ、４Ｌ、５Ｌ、６Ｌ、７Ｌ分别对应二壳层分布壳粒为１、２、３、４、５、６、７个。０Ｍ＝３ｓ０为三壳层开始，其他相应１Ｍ、２Ｍ、３Ｍ、４Ｍ、５Ｍ、６Ｍ、７Ｍ为三壳层的壳粒数目分别是１、２、３、４、５、６、７个。主族元素外层壳粒均按上述表示。对四壳层分别用０Ｎ、１Ｎ、２Ｎ、３Ｎ、４Ｎ、５Ｎ、６Ｎ、７Ｎ，对五壳层分别用０Ｏ、１Ｏ、２Ｏ、３Ｏ、４Ｏ、５Ｏ、６Ｏ、７Ｏ，六壳层分别用０Ｐ、１Ｐ、２Ｐ、３Ｐ、４Ｐ、５Ｐ、６Ｐ、７Ｐ等表示。对过渡元素因内层还可再添些允许轨道填入壳粒，而用带’的层轨道表示。例如铁２Ｎ６Ｍ’＝３ｄ&sup2;˙&sup3;４ｓ&sup2;，又如铜１Ｎ１０Ｍ’、银１Ｏ１０Ｎ、金１Ｐ１０Ｏ’，其前面数字表示最外壳层壳粒数，后面符号表示壳层次，相应数字为里层壳层填充的壳粒数。这样表示法较简明。
    晶体的原子之间通过壳粒交换和传递而联结成的，这样原子之间的交换场质可能叠加起来，使得原子周围交换场质峰值间距发生了变化，通常称为微扰。也就是说，整个晶体中各个原子壳粒与原子核交换整数倍的壳层能级和轨道不同程度略有改变，使得原来一个能级和轨道在宏观上变成一组能级和轨道。这样一组能级则成了一个能带，对于一个原子的壳粒在某时刻处在能带的一个能级中，不同原子壳粒则处于不同能组中的能带之中的一个，一个能级占一个壳粒。由外层壳粒占满的最顶能带称价带。向外紧挨着的能带通常是空的，称为导带。能带之间不允许的带称为禁带。在强外磁场或外电场作用下，就会把价带上的壳粒填补进去。被激发后价带留有空位称为空穴，其他壳粒可填补进去。被激发到导带的壳粒，容易流动，通常导体上导带填有大量壳粒。绝缘体的导带没有壳粒，即使用很强磁场和电场也难使之跃迁到导带上，这是因为绝缘体的禁带很宽，价带的壳粒难跃迁到导带。
    导体的禁带等零或更少而叠加在一起，使壳粒易在导体中移动。半导体介于两者之间。禁带既不叠加又不宽，外磁场和电场作用下壳粒移动或跃迁。对于绝缘体和半导体之间禁带宽度往往对晶体的颜色影响很大。如金刚石禁带能宽度为5.6电子伏特，而可见光能量在1.7～3.5电子伏特之间，比其禁带能宽度小而不吸收，使金刚石透明无色的。磁晶体禁带宽度2.4电子伏特，可见光的蓝色以上光被吸收，壳粒跃迁到导带，呈现出黄色。分子和原子壳粒常在导带中移动，这种移动经常使壳粒或某些原子核常处在交换不平衡状态，即易导电状态，只要外加电场或磁场都易使是壳粒移动，感应电荷或感生电流。这类导带与价带重叠且使导带填有一半左右的壳粒的物体，因导电性好而称为导体，其辐射易构成光热现象。
    原子的最外层壳粒因分布不对称而有趋于对称趋势，易得或易失外层壳粒的特性。一旦原子失去壳粒又出现新交换不平衡而趋于交换平衡趋势，迫使壳粒再到其周围以趋于交换平衡。两者的矛盾使原子结合成分子，并在原子之间交换壳粒，壳粒交换是构成化学键，是化学性质的本质。如果分子内原子外层壳粒成对地交换，就象这对壳粒共同绕两个原子核运动似的，如氢分子、氧分子、氮分子等。如氧分子内原子最外层有六个壳粒，有趋于布满８个壳粒的对称分布趋势，从另外原子得两个壳粒的趋势，而另一原子也有同样趋势要从前一个原子获得两个壳粒。当一分子递出两个壳粒，两原子处于交换不平衡，有在恢复趋势，构成氧分子两壳粒互相交换的作用而联结两个原子，这类公共使用壳粒的化学键称为共价键。    若壳子是一个易失壳粒，另一个是易得壳粒，使易失壳粒原子供给易得壳粒原子，如钠易失壳粒而氯易得壳粒以趋于各自分布对称性。但当其分布对称性而各自原子又处交换不平衡，具有恢复趋势，这样壳粒在原子之间拉来拉去而形成交换，这类壳粒交换的化学键称为异价键（旧称离子键）。实际上这样构成分子在固体中又因分子间壳粒交换而构成原子交错排列，壳粒交换又传递而联结成晶体。如一钠原子可以将壳粒跟左右、前后、上下的氯原子进行递换，氯原子也是如此构成原子间交换传递。金属晶体原子的壳粒易脱离开原子并在晶体内自由移动而构成导体，外加磁场或电场，就会产生电流。

五、原子光谱
    同元素原子具有接近或同样形式的壳粒轨道分布，虽然略有偏差。但不同元素原子因原子量差别大，轨道分布差别较大。最里层圆轨道的能量级最低，愈往外层能级或愈偏离圆轨道（或倾角）的能级愈大或愈高，高能级或外层次轨道的壳粒往低能级或里层轨道跃迁则辐射一个量子。壳层能级
Ｅ＝－Ｒ＇ｈｃ／ｎ&sup2;
其Ｒ＇＝109677.6厘米分之一，跃迁能量△Ｅ
△Ｅ＝ｈｃＲ［（１／ｋ&sup2;）－（１／ｎ&sup2;）］＝ｈν
壳粒跃迁能量△Εｋｎ等于辐射量子能量ｈν，波数１／λ，
    当ｋ＝１，ｎ＝２、３、４……诸谱线在紫外区，合称赖曼系。当ｋ＝２，ｎ＝３、４、５……诸谱线在可见光区，合称巴耳末系。当ｋ＝３，ｎ＝４、５、６、７……诸谱线位于红外的可见光区，合称帕邢系。当ｋ＝４，ｎ＝５、６、７……诸谱线位于红外区，合称布喇开系等。光谱精细结构还包括轨道倾角引起谱线差异和在外磁场作用下轨道分离引起的塞曼效应，用高分辨率分光仪可以发现几乎每一线谱均可分裂为数条相邻极近之线所组成的。壳粒离开原子核自由运动，当其跃入某个能级，所辐射的量子能量是任意值，从而众多原子的自由壳粒跃迁则构成连续分布光谱。
    由于原子即使同类元素的质量略有差别，原子量是其平均值。所构成的壳层和轨道略有差别，从而所辐射的量子也略有差别，具有接近平均值附近分布状态，使得每一条光谱线都有一定宽度。宽度反映同元素原子间壳层和轨道的宏观统计性质。同类元素是指原子壳粒数相同而原子量接近的原子。原子壳粒数相同而原子量差别很大有几种情况，一种是同位素；另一种是外层壳粒相同而内层壳粒数包含在核内计算；再一种是在不同天体环境条件形成的同类元素往往有差别。这三种情况下原子光谱相似，但整个谱线系移位。如质量ｍ’和ｍ＂的同位素的波长相对移动的量值为
△λ／λ＝ｍ△Ｍ／Ｍ&sup2;
其中△Ｍ＝Ｍ－Ｍ’为两种同位素的质量差，Ｍ为平均质量。ｍ为同元素原子壳粒质量，对于原子中ｚ个壳粒可以想象为最外层壳粒外，内层壳粒与原子核一起看作核，当其内壳层失去一个壳粒，处于交换不平衡，就有趋于平衡趋势，即具有电性或由外层壳粒跃迁进去，特别ｋ、Ｌ、Ｍ等壳粒跃迁所产生的光谱是能量较大的量子，即ｘ射线，一般核子数愈大所辐射能量愈大。
ｈν＝α（ｚ－ｂ）&sup2;
对于核子对数ｚ的同一谱系ｂ为常数。表明α对于同一条谱线而言是恒量。这样原子量或原子核子对数愈大所辐射频率愈高或能量愈大，具有紫移性质。可见不同质量同元素原子谱线是有差别的，元素谱线移动表明天体所形成同类元素环境条件不同使其质量有所差别。质量大者紫移，质量小者红移。但红移又因光子长距离运行衰弱，因此远距离光的传播通常处于红移。
    物体受外界的激发后而发光的现象称为微光现象，物体原子或分子在被激发时吸收了外界的能量使原子或分子从正常状态过渡到受激状态，而当原子或分子回到正常状态或能级较低的受激状态时发出的光，称为微光。气体的微光学谱是线状光谱，液体和固体的微光光谱是由较宽的连续的若干光带所组成的带状光谱。微光受激方式各不相同，如光致发光、阴极微光、放射性微光、ｘ射线微光、化学微光等。光致发光是光照射引起物体原子或分子受激状态。若外光源照射停止时微光几乎同时停止的称为荧光。若外光源停止照射时发光仍继续相当一段时间的微光称为磷光。一般说来微光波长和激发光波长不一样，因壳粒跃迁到不太低能级后才回到正常状态，而且几次受激壳粒跃迁往往延续一定时间，称有限衰减时期。同温度的微光发光亮度大于热辐射，这是因为常温下微光光谱多半在可见光范围而热辐射则多半处在红外线范围。
    分子光谱与原子光谱分别是了解内外结构的基本途径，分子光谱与原子光谱有许多不同的地方，表明它们结构很不同的。原子光谱是由谱线组成的，一光谱系的谱线间隔大，仅只在谱系极限端分布愈来愈密，而那里强度又较弱。但分子光谱一般分布线系的数目极多，每一线系的一端很密，以至难以分辨，如同连续的光谱带，是一系列带光谱。分子光谱的波长范围主要由远红外线或较近红外线，还有可见光和紫外线部分，且以带光谱方式呈现。带光谱有由分开的各光谱线组成的分子光谱。这一点也表明分子量统计性质。有由数个光带组成的光带组和有数个光谱带组成的分子光谱。它们都是由分子平动、转动、振动和分子的壳粒定态轨道之间跃迁所成的。而且三者互相牵制而构成复杂光谱系列。
参考资料：
1、《物性论=自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年月12月出版
2、《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2002年月12月出版
3、《思维工程=人及智能活动和思维模型》 陈叔瑄著  福建教育出版社1994年6月出版
4、《论基本粒子基础问题》陈叔瑄著 《科学（美国人）》中文版1998年7期

原子壳层新论应用
陈叔瑄

为了解决元素线光谱和化学元素原子结构等问题而逐渐建立起来的量子力学，是二十世纪最引起瞩目的物理成果。但仍有许多基本问题需要澄清，如为什么粒子总是存在自旋？为什么元素原子总是具有磁性（包含顺磁性、抗磁性、铁磁性）？为何元素原子辐射的是一定宽度线光谱？为何原子壳层存在允许运动轨道或能级？为何轨道量子数跃迁只能选择±1？波函数统计性本质究竟是什么？为此《物性论》一书，又在《原子壳层新论》一文进一步提出如下基本原理，以图解决上述基本问题。
一、基本原理
《原子壳层新论》一文首先指出原子是涡旋体系统，并在涡旋运动中形成类似太阳系结构方式，壳层中有类似行星和卫星的壳粒，角量子数或轨道量子数为0者相当于行星式壳粒或称基壳粒，其它轨道量子数相当于卫星式壳粒或称谐壳粒，相对于原子核以波纹式轨道运动（波纹式轨道等效于量子力学椭圆轨道的解释）。且一个轨道只能存在一个壳粒，轨道空间分布对应原子核转轴分量相当于量子力学磁量子数。对称趋势使原子核运动中一壳粒轨道运动偏上，另一壳粒轨道运动偏下（或涡旋面的左右），构成相当于正反自旋的量子数，整体上称为原子涡旋趋势结构原理。
这个原理说明元素原子是涡旋运动演变而成的，它周围分离的环逐步演变为壳粒子，一个环只能演变成一个核心壳粒（基壳粒）和周围的环，这些环再演变为另一些不同轨道壳粒（谐壳粒），否则就会在演变中结合在一起为同一壳粒，稳定时则构成某元素原子。这个原理与泡利不相容原理等效的。涡旋运动成形粒子一直保持着旋转运动，自然存在自旋。其微旋化过程中也自然存在核和壳层粒子磁性，核磁性与壳粒总磁性的不同关系，是构成顺磁性、抗磁性、铁磁性材料的基础。也是构成塞曼效应的根源，壳粒与原子核的磁性在外磁场作用下，因状态不同而分离若干可能轨道，相应辐射出多条谱线。
其次周期性变换运动与周期性场质交换是稳定粒子基本状态，元素原子壳层粒子除了自身周期性变换运动可以用波函数或波动方程描述外，还与原子核通过电磁场质交换而联结在一起，原子核质量愈大能够交换的壳粒愈多，平衡时壳粒数与原子量近正比。但原子核交换频率必需是壳粒交换频率整数倍的那些允许轨道或能级上才能同步稳定地运动，并且愈低倍数轨道或能级愈同步稳定，即壳粒自动趋向最里层或能级愈低的轨道上运动（先占有里层，可直接与量子力学中能量最小原理等价），壳粒轨道或能级间跃迁则吸收或辐射量子，可以用位能能级及其差表示。壳粒动能等于总能减去位能E-U，等价于量子力学波动方程中能量关系。称为原子壳层周期变换与交换整数倍同步原理。
它不仅深刻地道出了原子结构量子化或能级化本质或根源，主量子或径量子数n用于描述核与基壳粒交换整数倍的允许轨道能级及其量子数，副量子数或轨道量子数ι用于描述谐壳粒相对核的允许波纹轨道能级及其量子数，取0、1、┉、(n-1)。又由于谐壳粒围绕基壳粒运动轨道（或波纹轨道）相对核轴偏离又跟原子核交换空间取向有关，也要求交换整数倍的磁量子数，即取-ι、…、-1、0、1、…、ι，自旋量子数实际上是原子壳层分布对称趋势引起的正反量子数。每一壳层最多壳粒数为2n&sup2;，其中2是对称性分布引起的，n是由里往外壳层次数。
元素是按原子稳定的壳粒数目和分布来分类的，外壳层同为一个壳粒原子分为一类，称为氢元素。外壳层分布两个壳粒原子为另一类，称为氦元素。外壳层三个、四个等等原子分别被分类到元素周期表中的不同元素中去，如外壳层8个壳粒原子为氧元素，外壳层9个壳粒原子为氮元素等。由于涡旋运动生成同元素原子的环境条件差异，原子质量不完全一致，存在一定的分布或具有统计性，所谓原子量实际上是同元素原子质量统计平均值，称为元素原子量统计平均值原理。这个元素原子质量统计性是量子力学中波函数统计与光谱线存在一定宽度的本质或根源。实际上量子力学波函数统计性与海森堡测不准关系所解释的量子现象等都可以用此原理加以解释的。对于重元素原子内层壳粒可以看成原子核外围壳粒群加上外壳层粒子。最外壳层的对称趋势，使其具有除最里层两个外，其它具有8个象限各占一个的对称分布趋势。
原子核质量占原子质量的绝大部分，因此原子运动重心在原子核上，而且原子量愈大，周围能够处于交换平衡的壳粒愈多，大体（原子质量统计性所决定的）成正比。原子涡旋结构壳层分布大体上按主量子数，面对称量子（即自旋量子）数，轨道量子数为基础的分布。可设想主量子数为1，一壳粒轨道偏离原子核自旋面，对称平衡趋势又使另一粒轨道演变成轨道半径与相反角度偏离。主量子数为2，一壳粒外可再多一个壳粒，有四种偏离状态（主量子数平方）与对称性趋势，而形成8种偏离轨道。每增加一层多一个壳粒，有主量子数平方个状态与对称性趋势，再加上磁量子数，构成与量子力学量子数等价的解释。但它优越性很明显，揭示了原子自旋、磁性、量子数与统计性本质。
二、波函数意义
这三条原子基本原理所构成的原子结构可以对应等价量子力学基本关系，为了与量子力学关系对应，在上述原子基本原理基础上进一步描述。对于周期性电磁场变换或电磁波，实际上是磁场能密度与电场能密度的周期性变换，而它们能密度之和仍是非周期的能密度。如电磁场能密度座标描述为w=μH&sup2;+εG&sup2;，其中μ为导磁率，ε为电介质系数，H为磁场强度，对应涡旋在场中描述的磁涡量，G为电场强度，对应平动在场中描述的电动量。它们分别是
H=H。Sin2π(νt-ι/λ)
G=G。Cos2π(νt-ι/λ)
当√μ=√ε，代入上式电磁场能密度为不变数。光不过是原子级辐射电磁波量子流。热量或红外线不过是分子级辐射电磁波量子流。相位调整后，都可以用电磁波函数或波动方程描述。波函数平方表示其能密度或粒子数密度，用以表示强度。
对于一般粒子，尤其原子外壳层粒子来说，通常处于周期性交换状态，只有粒子间交换频率整数倍时，交换才能同步并处于较稳定状态，可用位能描述。粒子周期运动波动函数
φ=φ。Sin2π(νt-ι/λ)=φ。Sin(2π/h)(Et-pι)
其平方或共轭乘积为能密度或粒子数密度。能密度与粒子数密度间差一个量子能量，即量子能量乘以粒子数密度为能密度。但场的描述对于空间一点某时刻的一个粒子来说，只能理解为出现的几率密度，它的意义等价于量子力学对波函数的几率解释。其中量子的能量为E=hν，速度υ=λν，动量为p=h/λ。这几个公式等价于德玻罗意波公式。
对于粒子间同步交换实际意义是具有场的驻波运动方式，存在一系列波节，即周期性交换相位在此空间位置上相位的相反而波动抵消或交换同步。如原子核与周围壳粒交换，而壳粒绕核且沿着这些波节运动，交换才是同步有效的。距离核不同位置波节所具有位能不同，愈远位能或能级愈大，通常用主量子数或径量子数描述。对基壳粒是如此，而绕基壳粒的谐壳粒更多一项相对基壳粒位能而且愈远位能或能级愈大，通常用轨道量子数或角量子数描述。涡旋壳粒本来就具有自旋，其正反向（实际上是轨道对称趋势引起的）分别用正负自旋量子数表示。此时壳粒波函数可用定态波函数或定态波动方程描述。
φ=φ。Sin(-2πι/λ)=φ。Sin(-2πpι/h)
d&sup2;φ/dι&sup2;=-(-2π/h)&sup2;p&sup2;φ。Sin(-2πpι/h)=-(4π&sup2;/h&sup2p&sup2;φ
=-(4π&sup2;/h&sup22m(E-U)φ=-(8π&sup2;m/h&sup2(E-U)φ
d&sup2;φ/dι&sup2;+(8π&sup2;m/h&sup2(E-U)φ=0
其中动能等于总能减去位能，即p&sup2;/2m=E-U。因此量子力学在这里都可以找到对应等价解释关系。