宇宙萬物生存和演化的自然規(guī)律

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1、宇宙萬物生存和演化的自然規(guī)律 第2屆全國愛因斯坦相對論學術會議論文發(fā)表在《時空理論新探》85-98頁能量最低原理，動態(tài)平衡原理，自然選擇法則是宇宙萬物生存和演化的自然規(guī)律楊金城成都市靜安路1號萬科城市花園76-E-402郵政編碼028-84781926前言什么是宇宙?"物質、運動、時間、空間的總體集合"就是宇宙。什么是宇宙學原理?"能量最低原理，動態(tài)平稱原理，自然選擇法則"就是宇宙學原理。當今世界，科學技術發(fā)展到了相當高的水平，科學家發(fā)現(xiàn)了許多自然定理和定律。但是，人們對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的自然定理和定律，一般只關心的是它們說的什么，怎么用。對于自然界為什么會存在這樣的自然規(guī)律，深入考究得不多。隨

2、著科學技術的發(fā)展，要深入認識宇宙萬物生存和演化的本質，發(fā)現(xiàn)新的自然規(guī)律越來越困難。因此，我們必須加強基礎理論研究，才有利于人類社會的繼續(xù)發(fā)展。作者經(jīng)過多年的思考和研究，發(fā)現(xiàn)宇宙萬物生存和演化的規(guī)律，就是"能量最低原理，動態(tài)平衡原理，自然選擇法則"。從這個宇宙學原理出發(fā)，研究宇宙萬物生存和演化的自然規(guī)律，是十分有效而可行的。本文從這個宇宙學原理出發(fā)，去探索可觀測宇宙更深層次的問題。人類社會發(fā)展的歷史表明，科學發(fā)展的道路從來都不是一帆風順的，會碰到各式各樣的困難和阻力。但人類社會總要前進，我們從來都是在大風大浪中前進的，過去是這樣，現(xiàn)在是這樣，將來一定還是這樣！一宇宙學原理概述我們研究的宇宙，是以

3、物質為基礎的，實實在在的可觀測宇宙。物質不滅定律，能量守恒定律，是我們的理論基矗宇宙萬物生存和演化的事實表明，無論宏觀世界還是微觀世界，物質生存和演化的基本規(guī)律，都遵守我們的宇宙學原理。我們是辯證唯物論者，物質的存在及其狀態(tài)，是我們研究宇宙問題的出發(fā)點。能量是物體狀態(tài)的標志，能量由下式表示：--(1-1)(1-1)式表明，物體的能量；由靜能、動能、位能三部份構成。物體的能量最低狀態(tài)，就是指物體在一定的約束條件下，自然選擇的最低能量狀態(tài)。(1)球形結構是宇宙萬物自然選擇的能量最低狀態(tài)生活在地球上的人們，都能直接看到太陽和月亮是球形狀態(tài)。人造地球衛(wèi)星和宇宙飛船發(fā)回的照片也清楚地表明，太陽系的九大行

4、星及其衛(wèi)星都是球形。無論太陽系的成因是宇宙塵集聚還是恒星爆炸而來，太陽系中的天體都成球形這是事實；天體觀測的結果也表明，宇宙中的天體大都呈現(xiàn)球形狀態(tài)，這就充分表明，宇宙學中的天體都自然選擇能量最低的球形結構，以利天體的生存和演化。將盛有水銀的杯子帶入太空艙中，水銀會自然選擇形成球形結構；小朋友們吹出的肥皂泡，自然形成球形；從水下上升的氣泡，自然形成球形上升；潑向空中的水，自然形成球珠落下等等。這些事實，就等于從實驗上證明了，宏觀物體為了獲得能量最低和動態(tài)平衡狀態(tài)，都自然選擇球形結構道理。天體測量表明，太陽由71%的氫，27%的氦，2%的其它元素組成。氣體是最容易形變的物質，太陽自然選擇球形結構

5、，就是為了實現(xiàn)能量最低和動態(tài)平衡的緣故。宇宙中數(shù)以億計的恒星，主要也由氫氣組成，它們也自然選擇球形結構，以此保持天體的能量最低和動態(tài)平衡狀態(tài)，以利自身的生存和發(fā)展。組成物質的原子是球形；組成原子的電子和原子核是球形；組成原子核的質子和中子是球形；各種基本粒子是球形；動物的血球是球形；生物體的細胞也是球形等等，微觀世界也是球形世界。事實充分表明，無論固體，液體，氣體，在重力場或失重狀態(tài)下，都自然選擇能量最低的球形結構。幾何原理表明："在一切表面積相等的物體中，球體具有最大的體積"。反過來，"體積相等的物體中，球的表面積最斜。物質結構原理告訴我們，體積相等的物體中，表面積最小者能量最低，最穩(wěn)定。(

6、2)宇宙萬物都要自然選擇動態(tài)平衡狀態(tài)地球是太陽系的一員，是宇宙滄海中的一粟，是人類生活的家園。在地面上靜止的鐵環(huán)倒在地上，滾動著的鐵環(huán)不倒；靜止的陀螺倒在地上，旋轉著的陀螺東奔西跑也不會倒下；雜技團的自行車、摩托車、汔車能在環(huán)形壁上奔跑不會掉下來等等，事實表明，運動著的物體更能保持動態(tài)平衡狀態(tài)。地球在繞太陽公轉的同時還要不仃地自轉，以此來維持自己在太陽系的動態(tài)平衡。太陽系的其它行星與地球一樣，由公轉和自轉來維持動態(tài)平衡。地球的公轉產(chǎn)生向心勢能和離心勢能的平衡，維持著地球公轉軌道的平衡；星球自身質量產(chǎn)生的引力和星球自轉產(chǎn)生的離心斥力，維持著星球自身的動態(tài)平衡。行星繞太陽公轉的軌道大都是橢圓，而且

7、運動軌道幾乎都在同一個平面內，這都宇宙學原理作用的結果。行星為了自動調節(jié)動態(tài)平衡，在過近日點時運動得快，地球運行到靠冬季這半年為179天；過遠日點時運動得慢，靠夏季這半年為186天，自動調節(jié)了狀態(tài)平衡。其它行星也具有這樣的特性。行星軌道無論是圓形或橢圓形都是穩(wěn)定的，這是由于行星在軌道上的運動方向，總是垂直軌道半徑的，沒有相對論的時空伸縮，軌道半徑不發(fā)生變化，這就是軌道穩(wěn)定不變的道理。運動是地球和行星生存的基本條件，如果說它們一旦仃止運動，必將失去動態(tài)平衡，被太陽拉入懷抱，藏身火海。人造地球衛(wèi)星的R、T、V數(shù)據(jù)表明，衛(wèi)星完全符合行星運動的規(guī)律，這就等于從實驗上證明了有心力場作用原理的正確性。天體

8、觀測表明，宇宙大約由1000億個以上的星系構成，宇宙中的天體，無論星系，恒星，行星，都在永不仃息地運動著，既要公轉又要自轉。行星要自轉，恒星要自轉，中子星要自轉，黑洞也要自轉。天體成球形并不仃地轉動，是產(chǎn)生和維持動態(tài)平衡的自然規(guī)律。天體以穩(wěn)定平衡為生存和演化的條件，穩(wěn)定平衡又源于動態(tài)平衡，動態(tài)平衡又源于能量最低狀態(tài)，能量最低是基礎的基矗宇宙萬物，都具有自然選擇能量最低和動態(tài)平衡狀態(tài)的本能，我們稱之謂自然選擇法則。二從宇宙學原理看牛頓三大定律牛頓在前人科學研究成果的基礎上，總結出了力學三大定律，給現(xiàn)代科學研究奠定了理論基矗(1)牛頓第一定律物體在不受外力作用，或者所受合外力作用為零的情況下，靜者

9、保持恒靜，動者保持勻速直線運動，這就是牛頓第一定律，又有人稱"慣性定律"。慣性概念是馬赫誤導的結果。馬赫認為："慣性力在本質上是一種引力"(世界科技英才錄--科學思想卷，上海科技教育出版社)。王永久認為：慣性力是一種虛構的力，"這種虛構的力的本質是什么呢?在經(jīng)典力學和狹義相對論中這是不可理解的"(空間、時間和引力湖南教育出版社)[圖2-1]所示，小車在光滑的平面上運動時，它不需要克服任何阻力，也不向外輻射能量，小車保持自身的動態(tài)平衡狀態(tài)，這就是牛頓第一定律的本質。[圖2-2]所示，小車在有摩擦的平面上運動時，受到平面的摩擦阻礙作用。如果給小車一個外力作用，并使外力剛好抵消摩擦阻力，小車也將維持

10、著勻速直線運動，保持動態(tài)平衡的狀態(tài)。簡而言之，牛頓第一定律，就是宇宙萬物自然選擇動態(tài)平衡狀態(tài)的體現(xiàn)。(2)牛頓第二定律物體受到外力作用時，物體的能量最低狀態(tài)和動態(tài)平衡狀態(tài)都將發(fā)生改變。物體總要千方百計地力圖維持能量最低和動態(tài)平衡狀態(tài)，它將產(chǎn)生加速運動，加速度的大小，與物體受到的外力成正比例。F=---(2-1)(2-1)式表明，當物體的質量m為恒量時，第二項為零，公式就變，這是人們熟悉的牛頓第二定律。在相對論場合里，牛頓第二定律比較復雜，分縱向相對論和橫向相對論兩種情況處理。(3)牛頓第三定律當物體受到外力作用時，物體也會力圖維持能量最低和動態(tài)平衡狀態(tài)，它必將產(chǎn)生形變，維護自身在新條件下的穩(wěn)定

11、平衡狀態(tài)。物體將產(chǎn)生一個反抗形變的彈力，彈力的大小與外力大小相等方向相反，使物體保持在新的條件下的能量最低和動態(tài)平衡狀態(tài)。這就牛頓第三定律的本質。F=-F`---(2-2)牛頓三大定律的本質，就是能量最低原理，動態(tài)平衡原理，自然選擇法則的體現(xiàn)。三從宇宙學原理看開普勒三大定律宇宙中的天體，都處在永恒地運動之中。天體在萬有引力與離心力的作用下做圓周運動，并保持能量最低和動態(tài)平衡狀態(tài)。開普勒在繼承弟谷天體觀測成果的基礎上，總結出了行星運動三大定律，人稱開普勒三大定律。宇宙中天體的運動，為什么自然遵守開普勒三大定律呢?我們用宇宙學原理來回答這個問題。有人做了下面的實驗：[圖A]所示，在菱形中，將內四條

12、邊系于外四邊形的四條邊上，然后將它放入肥皂液中浸泡一下取出，上面就有一層肥皂膜，用針將菱形圖內的肥皂膜剌破，它就自然選擇[圖B]所示的最大面積正方形狀態(tài)?！圖C]所示，是一個不規(guī)則的多邊形，用針剌破多邊形內的肥皂膜，它就會變成[圖D]樣子，自然選擇最大面積的圓形狀態(tài)?？梢杂脭?shù)學原理證明，面積相等的凸多邊形中，圓的周長最短。幾何原理還告訴我們："在一切具有相同體積的幾何形體中，球體具有最小的表面積"(蔡宗熹《等周問題》人民教育出版社1964年5月)。物理學原理告訴我們：相同體積的物體中，表面積最小者能量最低。宇宙中的天體自然選擇球形結構，就是受能量最低原理和動態(tài)平衡原理支配的結果。(1)開普勒

13、第一定律開普勒第一定律表明，行星繞日運動的軌道為橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上太陽系中的行星是在有心力場中運動，運動軌道都保持動態(tài)平衡的路線--圓或橢圓，而且行星軌道都在同一個平面內。宇宙中的星系，以及星系中的天體，它們都與太陽系類似，天體都圍繞著星系的中心運動。就象銀河系一樣，天體都圍繞著銀心轉動。星系的中心必定在橢圓的一個焦點上，而且質量較大，并維持著所有天體的能量最低和動態(tài)平衡的狀態(tài)。(2)開普勒第二定律開普勒第二定律表明，行星在繞太陽運動的過程中，在相等的時間內，掃過的面積相等。開普勒第二定律，表明了行星繞日運動時，遵守角動量守恒的規(guī)律。地球在繞太陽運動時，過近日點時運動得快，過遠日點

14、時運動得慢，自動調節(jié)了動態(tài)平衡；哈雷慧星過近是點時也運動得快，過遠是點時也運動得慢；人造地球衛(wèi)星也能自動調節(jié)狀態(tài)平衡，這就等于從實驗上證明了開普勒定律的正確性。(3)開普勒第三定律，開普勒第三定律，是利用萬有引力與離心力的平衡關系，進行數(shù)學處理，結合圓周運動的周期關系推導得來的。由與相等，得將代入左式，并令r=a得--(3-3)(3-3)式表明，能量由橢圓的半長軸決定，與短軸無關，這叫做能量狀態(tài)的簡并。太陽系中的九大行星，并非都是標準的球形，它們的自轉軸就不是準中心軸，所以行星在運動中就會產(chǎn)生進動。水星會進動，地球會進動，每一個行星都會進動，只不過進動量大小不同而已。天體都在進動，但絕大多數(shù)天

15、體，都有自動調節(jié)運轉軌道閉合的本領，所以行星軌道都是穩(wěn)定的。四從宇宙學原理看量子理論普朗克創(chuàng)立的量子理論，是20世紀科學偉大成就之一。普朗克利用量子假設得出了黑體輻射的正確公式(1)從宇宙學原理看原子的核式結構1911年，盧瑟福在ά；粒子轟擊金箔實驗結果的基礎上，提出了原子的核式結構。緊接著玻爾又在原子核式結構的基礎上，提出了原子中電子分層繞原子核運動的量子化理論。原子光譜規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，有力地證明了原子中的電子，繞原子核分層運動的量子化規(guī)則的正確性。電子在原子核的庫侖力作用下，繞原子核做園周運動，屬于微觀粒子在有心力場中的運動。根據(jù)園周運動向心力和庫侖力關系可得：rv=Z---(4-2)

16、電子的能量由橢圓的半長軸來決定，與短軸無關，這叫做能量的簡并。(4-2)式表明，電子繞原子核運轉，R大V小，R小V大，與行星繞太陽運動的規(guī)律相似，故有人稱原子模為行星模型。在通常情況下，原子中電子排列的規(guī)律，是按能量最低原理進行，自然選擇其排列的次序。1S2 S2 P3 S3 P4 S4 P3 d------(4-3)(4-3)式表明，電子在原子中的排列，服從量子化理論，遵守泡利原理和洪特規(guī)則。這些理論，原理和規(guī)則，都是能量最低原理和動態(tài)平衡原理的體現(xiàn)。原子中電子繞核運轉為什么要分層呢?因為電子是原子中不可分割的微粒，且?guī)N電荷，電子與電子之間的斥力作用，使它們彼此分開，所以電子要分層繞核運

17、動，以此維持能量最低和動態(tài)平衡狀態(tài)。當原子受到于擾時，有些電子可能從較低能帶躍遷到較高能帶。但凡是處在激態(tài)上的電子，都要尋找一切機會釋放能量，躍遷回低能帶上去，使原子處于能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)。(2)從宇宙學原理看原子核中質子和中子的排列規(guī)律原子的核式結構被公認之后，人們紛紛提出各式各樣的原子核模型：液滴模型；α粒子模型；費米氣體模型；行星模型等等。這些模型都只能說明一些現(xiàn)象，都有無法克服的困難。究其原因，是沒有弄清楚建立這些模型的理論基礎是什么?原子核中質子和中子之所以要結合成球形，就是受能量最低和動態(tài)平衡的宇宙學原理支配的結果。X射線探測表明，原子核是球形，其大小可用表示，A為原子核中的核子總

18、數(shù)。r0為常數(shù)1。210-15m為一個常數(shù)。各種原子核的密度也基本相同，約為每立方米1014噸。---(4-4)N是阿伏加德羅常數(shù)(4-4)表明，原子核的密度是一個常數(shù)。原子核要結合成球形，質子和中子就必須以正四面體；正六面體；正八面體；正十二面體；正二十面體為基礎來進行，這樣原子核的重心和原子核的幾何中心才重合?？梢宰C明，在體積相等的正多邊形中，球的表面積最小，能量最低。偉大的科學家門捷列夫發(fā)現(xiàn)的元素周期表，揭示出了原子從量變到質變的規(guī)律。元素周期表，打開了人類認識微觀世界規(guī)律的科學大門。綜上所述，原子自然選擇核式結構，就是受能量最低原理，動態(tài)平衡原理，自然選擇法則支配的結果。五從宇宙學原理

19、看相對論1905年，愛因斯坦發(fā)表《論運動物體的電動力學》，相對論從此宣告誕生！當人們回顧上個世紀科學技術發(fā)展的歷史時，不能不談到愛因斯坦的功績。無論你是相對論的支持者，或是相對論的否定者，都應當承認相對論和量子論的出現(xiàn)，有力地推動了20世紀科學技術地發(fā)展。相對論在人類科學發(fā)展史上，必將寫下光輝的一頁。(1)從宇宙學原理看相對論的時空世界什么是相對論?相對論，就是"研究相對運動系統(tǒng)內，物質運動變化規(guī)律的科學理論"。這就是說，在相對運動的系統(tǒng)中，要有物質存在才是相對論，沒有物質存在的時空關系，不是相對論。什么是相對論的時空變換?就是"分別在相對運動系統(tǒng)中，測量同一事件的時間和空間之間的關系"，就叫

20、相對論的時空變換。同一事件，是相對論時空變換的核心。在相對運動系統(tǒng)中，兩個孤立事件的時空關系，不是相對論的時空變換。我們的相對論時空世界，是建立在動態(tài)平衡原理基礎之上的時空理論。下面，我們利用在兩個相對運動的物理參考系中傳播的光(物質)，來推導相對論的時空變換。在我們的相對論里，慣性是沒有立足之地的。換句話說，我們的相對論，是建立在宇宙學原理基礎之上的一座科學大廈。[圖5-1]所示，在τ=t=0時，兩個系統(tǒng)Σ和Σ，重合。當Σ，相對于Σ以速度v向右勻速運動的同時，從坐標原點射出一光信號。在Σ，中用τ計時；在Σ中用t計時。光信號從原點出發(fā)，在Σ，中經(jīng)過時間τ；在Σ中經(jīng)過時間t，到達同一點P。對于光

21、信息從原點出發(fā)，到達P點這個同一事件有下列時空關系：---(a)---(b)將(a)和(b)兩式平方后相加得：經(jīng)移項整理得：--(5-1)，[圖5-2]是在[圖5-1]的條件下，改變光的傳播方向，則有：--(c)---(d)，將(c)(d)兩式平方后相加得：經(jīng)移項整理得：---(5-2)(5-1)式和(5-2)式，都是相對論時空變換的一般表達式，它們都將縱向相對論，橫向相對論，超光速運動相對論的時空變換包含在其中。兩個公式還充分表明，相對論的時空變換，與相對運動系統(tǒng)內物質運動的方向密切相關，這就充分揭示出了相對論時空的方向特征。(2)相對論能被徹底否定嗎?相對論由于思維的抽象，數(shù)學表達的深難，

22、人們難于理解它。20世紀末期，洛倫茲變換被論證不是狹義相對論普適變換的情況下，有人提出否定相對論。1997年10月14日，科技日報上刊登顧鋼編譯的文章，《挑戰(zhàn)經(jīng)典理論--愛因斯坦相對論正確嗎?》介紹了喬治--加萊斯基和彼得--馬古德合著的一本書，這是一本否定相對論的代表性著作。1998年夏天，在俄羅斯舉行的世紀論戰(zhàn)學術會議上，肯定與否定相對論，也是爭論的焦點。相對論究竟存在不存在?一個嚴肅的問題，擺在理論物理工作者面前。"冷眼向洋看世界，熱風吹雨灑江天。"人們要靜下心來，認真思考和研究一番相對論。正如愛因斯坦所言，狹義相對論既使他沒有發(fā)現(xiàn)，別人遲早也會發(fā)現(xiàn)的。愛因斯坦相對論有缺陷，并不等于相對

23、論不存在。地球人想一想，不用相對論原理和方法，我們怎么去研究運動著的系統(tǒng)內物質運動變化的規(guī)律?又怎么去研究宇宙呢?相對論是客觀存在的科學理論，相對論是否定不了的！當前否定相對論有以下主要的錯誤觀點：第一，用沒有物質存在的兩個空坐標之間的時空關系，當成相對論的時空變換去否定相對論。第二，用兩個孤立事件之間的時空關系，當成相對論的時空變換去否相對論。第三，在相對運動系統(tǒng)中，丟掉了同一事件這個時空變換的核心，用非相對論的時空關系，當作相對論的時空變換去否定相對論。對于上述問題，只要用"什么是相對論?""什么是相對論的時空變換?"這兩把尺子一量，對與錯就清楚了。"莫道昆明池水淺，觀魚勝過富春江。"中國

24、的科學技術工作者，要向袁隆平先生學習，象袁先生研究雜交水稻一樣，走中國人自已的科研道路，不怕別人嘲笑我們"無知"，古往今來"無知者"打敗有知者的例子很多。我們要走："古為今用，洋為中用，自力更生，奮發(fā)圖強"科學研究道路，只有這樣，我們炎黃子孫，才能在中華民族復興的大道上闊步前進，再創(chuàng)人類進步的輝煌業(yè)績！六從宇宙學原理看熱力學和統(tǒng)計物理學熱力學和統(tǒng)計物理學，是建立在"能量最低原理，動態(tài)平衡原理，自然選擇法則"宇宙原理基礎之上的理論。(1)麥克斯韋速度分布及其能量狀態(tài)克斯韋經(jīng)過研究，得出了微觀粒子的速度分布規(guī)律。--(6-1)對(6-1)式進行數(shù)學處理，得到：統(tǒng)計平均速率；均方根速率，最可幾速率，

25、其大小關系是：--(6-2)微觀系統(tǒng)在一定的條件下，都將自發(fā)地從幾率較小的狀態(tài)，過渡到幾率最大的狀態(tài)，系統(tǒng)最終都要達到狀態(tài)平衡。凡是處于狀態(tài)平衡下的微觀系統(tǒng)，粒子的無序化程度最高，能量最低，熵最大，最穩(wěn)定。因此，微觀系統(tǒng)達到狀態(tài)平衡時，系統(tǒng)的真實狀況，應當是能量最低的最可幾狀態(tài)。---(6-3)(2)微觀系統(tǒng)的能量、溫度、能量均分定理(A)利用統(tǒng)計平均能量定義的溫度和能量均分定理統(tǒng)計平均能量：--(6-4)，玻耳定義的絕對溫度：---(6-5)能量均分定理是：--(6-6)(B)利用系統(tǒng)處在狀態(tài)平衡時，熵最大，能量最低定義的溫度和能量均分定理能量最低狀態(tài)時系統(tǒng)的溫度：---(6-7)平衡狀態(tài)下

26、的能量均分定理是：--(6-8)現(xiàn)行的熱力學和統(tǒng)計物理學，用統(tǒng)計平均能量來定義溫度時，玻耳茲曼人為地引入一個2∕ 3常數(shù)。物理公式中能隨便引入常數(shù)嗎?任意引入了常數(shù)的物理公式正確嗎?正確的物理定律及其表達式，應當是自然地導出，才是正確而可靠的。玻耳茲曼將熵變原理公式，留刻在他的墓志銘上，可見微觀系統(tǒng)的能量最低狀態(tài)是很重要的。根據(jù)微觀系統(tǒng)達到狀態(tài)平衡時，無序化程度最高，能量最低，熵最大的道理，現(xiàn)行物理學中的相關公式應當作出修正。七從宇宙學原理看物體的磁化與退磁磁性物質分為順磁、抗磁、鐵磁三種。磁性物體在結構上由磁疇組成，磁疇是一些區(qū)域性磁化的微小個體。無外磁場作用時，磁疇作雜亂無章地排列著，對外

27、不呈現(xiàn)宏觀磁性。當外加磁場作用在磁體上時，磁疇在磁場力的作用下，經(jīng)過疇壁位移或磁疇反轉，磁疇作有規(guī)則的定向排列對外呈現(xiàn)出宏觀磁性。磁性物質分為軟磁和硬磁。所謂軟磁，就是已經(jīng)被磁化了的物體，當外加磁場去除后，磁疇自動從有序向無序轉化，磁疇恢復雜亂無章的排列，磁體就自行消除了宏觀磁性。所謂硬磁，就是當物體上的外加磁場去除后，大部份磁疇仍能保持原來的有序取向，對外保持一定的磁性。磁體被磁化的實質，就是當外界向磁體注入能量時，磁體的能量增加，磁疇從無序排列向有序排列轉化，對外磁體呈現(xiàn)出宏觀磁性。去磁就是當外磁場去除后，磁體就自行釋放能量，磁疇自發(fā)地從有序向無序轉化，最終自然選擇能量最低狀態(tài)的無序分布，

28、物體就失去了宏觀磁性，這就是去磁。磁體的磁化和去磁，就是磁體為了獲得能量最低和動態(tài)平衡狀態(tài)，自然選擇的結果。八從宇宙學原理看超導特性物體的導電的能力決定于兩個條件：第一，導體能提供的帶電粒子的多少；第二，帶電粒子在導體中易于定向運動的程度。在原子中，同一個能態(tài)上若有了兩個電子，它們的自旋方向必定相反，這就是泡利原理。泡利原理的實質，就是原子自然選擇能量最低狀態(tài)的體現(xiàn)。兩個電子自旋反向排列在一起，它們的能量交換積分最低。導體的價電子公有化后，它們便自然選擇成對地結合在一起，形成自旋反向的電子對。超導體導電與普通導體導電沒有本質上的差別，同樣是自旋反向的電子對在導體中定向運動的結果。導體與超導體的

29、差別是，一般導體的電子對分布在導體之中，如[圖8-1]所示；超導體的電子對分布在導體的表面，如[圖8-2]所示。當外加電壓時，電子對就在超導體的表面暢通無阻地定向運動，所以電阻率極小，這就是超導體導電的本質。電子對的產(chǎn)生，是能量最低原理作用的結果，不是什么虛聲子作用制造出來電子對。人們都還記得，當超光速現(xiàn)象出現(xiàn)時，就有人人為地引入虛速度、虛質量來滿足洛侖茲變換的需要。這樣虛、那樣虛，說穿了都是人為地湊合。超導體為什么具有抗磁性呢?當外加磁場作用于超導體時，超導體的能量狀態(tài)相應升高，分布在超導體表面的電子對，為了維持超導體能量最低和動態(tài)平衡狀態(tài)，電子對中一半電子將改變自旋的排列方向，使所有的電子

30、自旋方向一致，產(chǎn)生一個反向磁場，以抵抗外磁場的作用，維持超導體的能量最低和動態(tài)平衡狀態(tài)。外加磁場的大小有個限度，當外加磁場超過臨界值時，會引起原子實磁感應而擾動，從而破壞物體的超導特性。在超導狀態(tài)下，外加電壓也不能太大，外加電壓過大也會使用原子實受電磁力的擾動，破壞原子實的有序密排列，干擾和阻礙電子對的定向運動，進而破壞物體的超導特性，這就是臨界電場原理。九從宇宙學原理看納米特性納米技術，是20世紀80年代末期出現(xiàn)的新技術。將構成物體的物質加工到納米尺寸大小之后，材料就呈現(xiàn)出許多人們預想不到的、稀奇古怪的的特性。納米材料特性，用宇宙學原理最好說明。假設將有一個半徑為1毫米的小球，研磨成半徑為1

31、0納米的球形顆粒后，表面積就擴大了100000倍，物體的能量大大提高了，物質的活性也就大大地增強了。物質能量狀態(tài)提高后，就導致了物體的物理、化學、生物、冶煉、---特性的改變。例如：塊狀金的熔點是1337K，將金顆粒制成2nm大小后，其熔點降為600K；塊狀銀的熔點是1173 K，銀納米化后，熔點降為373K。金、銀、銅、鋁等等都是強反光材料，納米化后，它們都變成了強吸光材料，變成了黑色物質。這就是當光照射到納米材料時，由于光波波長與晶粒尺寸相當，就容易產(chǎn)生共振吸收，反射很小，金、銀、鋁也會變成黑色物質。當物質微粒尺寸納米化后，還容易誘發(fā)晶體振蕩，導致晶體的晶格斷裂，引起聲、光、熱、電、磁等物

32、理性質變化。金屬大都是電的良導體，納米化后，晶?；钚源蟠笤鰪?，原子實無規(guī)范則振動強烈，不能給載流子提供順暢的通路，所以納米化后有的物體的導電能力變得很差，甚至變成了絕緣體。納米特性的實質，就是物質微?；?，能量狀態(tài)極大地提高了的體現(xiàn)。納米材料由于活性很強，容易產(chǎn)生化學反應，有些納米材料還可以當催化劑用。任何化學反應，都愛能量最低原理，動太平衡原理，自然選擇法則的支配。用宇宙學原理來研究化學反應，是最有效的方法。任何物體的性質，都決定于物體的能量狀態(tài)。物體的能量提高了，組成物體的分子的活潑性就增強，物體的穩(wěn)定性就降低。十從宇宙學原理看光的傳播規(guī)律(1)關于光子問題光是宇宙中傳遞信息的使者，光具有

33、波動和粒子兩重性，光的傳播速度是恒定的。光的一種能流，質量是能量的載體，沒有質量就沒有能量?，F(xiàn)在出現(xiàn)的所謂虛時空，虛粒子，負能量就是一種誤導。根據(jù)質量和能量的關系，可以得到光子的質量。--(10-1)ε=---(10-2)非常明顯，能量公式都是包含質量的表達示。在微觀領域中，電磁場能，玻爾磁子，核磁子等等，沒有不包含質量的，宇宙中沒有質量為零的物質存在。光的穿透能力的強弱，就決定于光子的質量，可見光的穿透能力弱，X光的穿透能力強，就是由質量大小決定的。下表是光子的頻率，能量按相對論關系計算出的光子質量，依據(jù)的公式是從上表可以得知，γ射線光子的質量是無線電長波光子的質量的1024倍，粒子的質量是

34、隨速度而變的，動質量m以靜質量m0的1，5倍為極限。要獲得更高能量粒子，單憑提高被加速粒子的速度辦不到，只能提高被加速粒子的質量來實現(xiàn)，相關內容，請參閱(《相對論再思考》[第一屆全國愛因斯坦相對論問題學術會議論文集]地震出版社2002年7月)。(2)光的傳播特性光的傳播遵守費馬原理和獨立傳播特性。費馬原理告訴我們："光從空間一點傳播到另一點，是走光程為極值路徑的。"費馬原理正是宇宙學原理的體現(xiàn)。從空間一點A射出的光，經(jīng)平面鏡反射后要它通過另一點B，光的路程應怎么走呢?根據(jù)費馬原理，從A點射出的光，要在平面鏡MN上反射后通過B，光程必須走極值路徑。從B作BC⊥MN，取BC=CD，連AD交MN于O

35、，連OB則AOB就是走的極值路程。光走A·的極值路程，也自然的符合光的反射定律，也正是能量最低和動態(tài)平衡的宇宙學原理的體現(xiàn)。(3)球面鏡成像原理及其正確的作圖方法光的反射定律，是曲面鏡成像原理及其正確的作圖方法的基?，F(xiàn)行的光學著作中，人們都根據(jù)由球形折射面的近似關系，得出的高斯薄透鏡方程來進行近軸作圖。近軸作圖的結果，不滿足費馬原理，也不符合高斯成像公式。準確的球面鏡成像作圖問題并不難，只要緊緊抓住費馬原理或光的反射定律來進行，問題就解決了。下面我們以球面鏡成像原理及其正確的作圖方法來說明。(A)凹球面鏡成像的正確的作圖方法[圖10-2]所示：(1)從物A作通過球心C的入射光線ACM，交鏡面于

36、M，其反射光線必然是MCA。(2)從物A作射向頂點O的入射光線AO，其反射光線必然為OP，且有∟ AOC=∟ POC。兩條反射光線MA和OP的交點A，即是A的像。(B)凸球面鏡成像的正確的作圖方法[圖10-3]所示：(1)從物A作射向球心C的入射光線AC交鏡面于G，其反射光線必然是GA。GA的延長線為GC。(2)從物A作射向頂點O的入射光線AO，其反射光線必然是Oq，且有。GA和Oq兩條反射光線的延長線GC和ON的交點A，即是A的像。[圖10-2]所示，分別從A和Á；向主軸作垂線AS和Á；Ś；，得相似三角形∆；AS0~∆；Á；&#

37、346；0；∆；ASC~∆；Á；Ś；C，由相似三角形得到和---(10-4)令物距SO=u象距Ś；O=v球面半徑為R，將這些參數(shù)代入(1)式并經(jīng)過移項整理得到：--(10-5)[圖10-3]所示，采用[圖10-2]同樣的方法處理，可以得到凸球面鏡的成像公式--(10-6)上面，我們僅給出了球面鏡成像的正確圖方法，若將這種方法應用于拋物面鏡；雙曲面鏡；橢球面鏡的成像作圖，也能得到正確的結果。并可以證明，其結果都符合費馬原理，遵守光的反射定律。詳細內容，請參閱《曲面鏡成像原理及其正確的作圖方法》，四川師范大學學報(自然科學版)1996年第19卷增刊-

38、-西南四省區(qū)物理學會聯(lián)合學術會議教學專輯51-54。十一從宇宙學原理看數(shù)學物理方程宇宙中大到天體，小到基本粒子，都要自然選擇能量最低和動態(tài)平衡的狀態(tài)。人們發(fā)現(xiàn)的自然規(guī)律，都要用數(shù)學物理方程的形式表述出來，才能獲得實際應用。數(shù)學物理方程正確與否，看它是否符合能量最低原理和動態(tài)平衡原理，這是檢驗數(shù)學物理方程正確性的唯一標準。(1)從宇宙學原理看自自由落體和變分法在地球引力場中，物體自由落下的運動規(guī)律，滿足自由落體運動方程，也是短程線方程。---(11-1)(11-1)式，就是自由落體運動方程，它與物體的質量無關。如果讓物體沿著光滑的軟桿下落，在此約束條件下，物體將自然選擇地走能量最低和動態(tài)平衡的最

39、速降落曲線。這里的變分，就是求m從A到B的最短時間。函數(shù)的函數(shù)稱泛函，求泛函的極值叫變分。(2)從宇宙學原理看拉格朗日方程在研究數(shù)學物理方程時，人們從能量最低的角度出發(fā)，尋求建立滿足極值條件的數(shù)學物理方程。在拉格朗日、達朗貝爾、哈密頓、泊松等科學家們的努力下，以動能T與勢能U為基礎，建立起了一系列的數(shù)學物理方程，有力地推動了現(xiàn)代科學技術的發(fā)展。在建立數(shù)學物方程時，人們必須根據(jù)能量最低原理，動態(tài)平衡原理，自然選擇法則來建立數(shù)學物理方程來。比如動能，它就是從相對論的能量出發(fā)，利用二項式定理展開自然得出的動能EK，或者根據(jù)自由質點從運動到質點靜止下來所消耗的功來定義Ek：---(11-3)這里的(1

40、 2)不是隨意引出來的，是自然得到的結果。根據(jù)牛頓第二定律的質點微分方程移項得(10-4)式，F(xiàn)為主動力，N為約束力。--(11-4)再利用哈密頓原理，結合拉格朗日函數(shù)L，就可以建立最小作用量原理積分方程式(11-5)式。---(11-5)最小作用量原理，就是要(10-5)式的積分為一個極值。這就表明拉格朗日方程，也是建立在能量最低原理，動態(tài)平衡原理基礎之上的理論。利用拉格朗日函數(shù)，就能確定粒子運動軌跡隨時間變化的規(guī)律，這是一條科學研究的有利之路。(3)數(shù)學物理方程與拉普拉斯變換數(shù)學物理方程的求解，是比較麻煩的。拉普拉斯提出了一種變換，將邊界條件包含在內的數(shù)學變換，使其解拉普拉斯方程的結果，再

41、求反演而得到其解，使求解數(shù)學物理方程變得簡單容易了。限于篇幅，這里就不詳述了。---(11-6)(11-6)式就是拉普拉斯變換公式。解數(shù)學物理方程時，首先對方程進行拉普拉斯變換，然后求拉普拉斯方程的反演，就得到方程的解。數(shù)學物理方程的內容十分豐富，這里只是從宇宙學原理，說明數(shù)學物理學方程的建立方法及其重要意義。十二結論1，物質、運動、空間、時間構成的宇宙中，物質生存和演化的規(guī)律，就是能量最低原理，動態(tài)平衡原理，自然選擇法則的宇宙學原理。2，宇宙萬物生存和演化的規(guī)律，是從有序向無序發(fā)展，從高能態(tài)向低能態(tài)轉化。生物的生存和進化，是有序和無序有機地、能動地、自然地進行。從外界吸收能量使無序向有序轉化

42、，釋放能量就從有序向無序轉化。生物體的生命過程，就是生物體進行自組織、自發(fā)展、自完善的過程。3，一切自然科學規(guī)律，都要以數(shù)學物理方程的形式表達出來，才能服務于人類社會。建立數(shù)學物理方程，檢查數(shù)學物理方程正確與否的尺子，就是宇宙學原理。符合宇宙學原理的數(shù)學物理方程，才正確地表述了物理規(guī)律。4，宇宙學原理是認識宇宙，研究宇宙自然規(guī)律的基矗宇宙萬物的生存和演化，都可以從能量的變化表現(xiàn)出來，能量真正具有統(tǒng)一場論特征，地球人應當在能量的研究上狠下功夫。參考文獻1愛因斯坦論運動物體的電動力學《相對論原理》科學出版社會1980 2成都電訊工程學院編《熱力學和統(tǒng)計物理學》北京科學教育出版社1961。7 3自然

43、科學史研究所主編《中國古代科技成就》中國青年出版社1978 4楊金城狹義相對論再探討《第七屆全國理論物理前沿基礎研討會論文集》1993。7 5楊金城狹義相對論新時空觀在現(xiàn)代物理中的作用和地位《大自然探索》1994。4 6楊金城曲面鏡成像原理及其正確的作圖方法四川師范大學學報第19卷增刊1996 7楊金城二維時空相對論及其應用前景《貴州師范大學學報》第16卷增刊1998 8楊金城超光速運動相對論《貴州師范大學學報》第19卷增刊2000 9楊金城多普勒效應的寬帶原理及其應用《通信世界》2001。16期10楊金城光通信器件的設計基礎《網(wǎng)絡電信》2001。1-2期合刊11楊金城相對論新時空觀在現(xiàn)代物理學中的作用和地位《相對論再思考》2002。7 12楊金城相對論的基本原理《科學中國人十年優(yōu)秀論文遜人民日報出版社2003。11 13楊金城從宇宙學原理看宏觀世界的動態(tài)平衡《科學中國人十年優(yōu)秀論文遜2003。11 14楊金城關于理論物理幾個基本問題的探討《科學中國人》2004。12期15楊金城相對論新論的基本原理--紀念愛因斯坦相對論發(fā)表100周年四川師范大學學報(自然科學版)增刊2005年7月 特別聲明： 1：資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，版權歸屬原作者 2：資料內容屬于網(wǎng)絡意見，與本賬號立場無關 3：如有侵權，請告知，立即刪除。 124413124857?