物理質量的形成
物理質量的形成（第二版）
（曹天雲）
【摘要】：將廣義相對論的等效原理和彎曲時空從引力場應用到電磁相互作用的場、強相互作用、量子場等規範場中。認為微觀物質場的存在所形成的彎曲時空，產生相應的時間延緩效應和量尺縮短效應，導致光子能量在其中產生時空彎曲狀態，並導致該彎曲時空中的光子能量凝聚為質量並形成微觀粒子時空狀態，向著表面時空呈現出它們經過時空轉換後的量子狀態和微觀粒子狀態。
【關鍵詞】：物理質量，相對論，等效原理，物質場，光子，時空彎曲，時空轉換
一、場與等效原理
1、相對論基礎
愛因斯坦（Einstein）的狹義相對論指出，一個物體相對於觀察者高速運動時，觀察者會觀測到這個物體的長度會縮短，時鐘會變慢。這種現象應用洛侖茲變換後，狹義相對論稱之為時間延緩效應（又稱為時間膨脹效應）和量尺縮短效應。在廣義相對論中，由於引力場強度的作用，也會產生時間變慢、量尺縮短的現象，而導致空間彎曲。在強大的引力場中，這樣的時間變慢、量尺縮短的現象，我們也統一稱之為時間延緩效應和量尺縮短效應。
1919年英國天文學家在日蝕觀察中證實了光在引力場中不沿直線傳播，而沿著曲線傳播，廣義相對論被人們普遍接受。在相對論的理論中，時空成為了一個統一的概念而出現，彎曲的時空不再是均勻的歐幾里德（Euclidean）空間，而是彎曲的黎曼空間了。
2、廣義相對論的等效原理的延伸思考
廣義相對論的等效原理中，以慣性質量和引力質量成正比的自然規律作為根據，提出在無限小的體積中均勻的引力場完全可以代替加速運動的參照系的等效原理思想。闡述了引力作用和加速度作用等效的原理。並由此揭示出了引力場強度的作用，而導致時間變慢，空間彎曲的效應。基於時空彎曲的效應，愛因斯坦（Einstein）認為行星以橢圓形軌道圍繞恆星運轉的狀態是時空彎曲的體現那麼，核外電子圍繞原子核的轉動是否也可以理解為時空彎曲的體現？
那麼，在原子核外的電磁場強度中，時間是否也會變慢呢？時空是否也會彎曲呢？光在電磁場強度中傳播是否會彎曲和變慢呢？依照我們對場作用的等效性的延伸思考，人們自然也會聯想到這裡來，認為會有同樣的等效效應。
人們在普通物理實驗中早就發現了這樣的現象，物理實驗發現的光在介質中傳播速度的變小的現象，體現了光在電磁場中的時間延緩、時間變慢效應。我們只要轉換一下思考方式，將日常生活中熟視無睹的普通現象與原子物理的電磁相互作用的知識相結合，就會發現其它的如光照到物體後的折射、反射、吸收等現象，都體現了光在電磁場中的彎曲效應。
3、彎曲時空與量子力學的關係
狹義相對論討論宏觀的物理問題，量子力學討論微觀的物理問題。由於多數微觀粒子以接近於光速的方式運行，所以，科學家將狹義相對論與量子力學結合而形成了相對論性量子場論的思想。相對論性量子場論的基本思想認為，場作為宇宙中的基本的形式，瀰漫於所有空間中，而且每一種量子粒子對應於一種量子場，每個量子場伴隨一個量子粒子，場用粒子的性質表現出自身。儘管愛因斯坦沒有能夠建立統一場的方程，但是，追求物理場的統一以及不斷取得的進展，會使人們對彎曲時空和場的效應進行更深入的思考。
在尋求廣義相對論與量子力學結合的過程中，科學家只將注意力放在如何將量子力學應用到引力場中，將引力場量子化的問題，結果由於遭遇了無限大問題的麻煩，從而停止了結合的腳步。如果改變一下結合的思路，將廣義相對論的彎曲時空思想與微觀粒子、微觀場相結合，就會顯示出廣闊的前景。
現在。我們將量子力學與廣義相對論的彎曲時空思想結合，而深入思考：在強相互作用的場作用下，或者在微觀量子場的場強度作用下，是否都會導致時空彎曲，而體現不同場對時空彎曲的等效效應？現在這裡將量子力學的量子場、相對論的物質場都統一稱為物質場。
可以思考原子核的存在構成一個彎曲的時空，不僅將原子核內的中子、質子、夸克等存在組成一個彎曲的原子核時空，還形成核外電子的彎曲時空的運轉狀態。
所以，相對論中的時間延緩效應、時間標尺的增大和量尺縮短效應、空間的彎曲，體積變小的效應，我們自然會應用到普遍的物理場中，而提出假設：在物理中存在的不同的物質場，具有等效的時空彎曲效應，即都會導致時間延緩、量尺縮短和空間彎曲的效應。微觀的物質場也滿足洛侖茲對稱。從而也導致微觀粒子、粒子的物理質量的形成。
4、時空轉換的相對性
有一種觀點認為，廣義相對論中物體在引力場中的彎曲是不同於狹義相對論中的相對彎曲，而是一種絕對彎曲，認為一個長條如果放到引力場很大的星球上面，它的長度會縮短，因而是絕對的彎曲效應。然而我們思考：當人們將長條、標尺和觀察者都到那個星球上面去測量的時候，長條、標尺和觀察者都會同時縮小，這個觀測者仍然無法測量到長條的縮短。所以，人們所認識的長條的縮短仍然是它在那個星球的引力中相對於我們這個慣性系中而呈現的時空轉換後的狀態，是相對的狀態。
雙生子佯謬（twin paradox）的命題中，一對雙生子A和B，A在地球的慣性系中，B乘火箭去做星際旅行，要發生非慣性系的變化。儘管B在星際旅行的火箭中沒有感覺到自己和火箭空間的時間變慢，但是，在地球上的A會發現B的時間變慢，即B相對於A的時間變慢。B經過漫長歲月返回地球。愛因斯坦的狹義相對論認為，二人所經歷的時間不同，重逢時B將比A年輕。所以，在B經過了時空轉換後，B和A重逢時，B在相對於A的時間變慢的相對性中，包含了絕對性的因素。
那麼，在廣義相對論中，還可以設想另外一種雙生子的情況：如果B旅行到一個大質量的星球上，B所在的星球引力導致的時間延緩效應，B相對於A要年輕，儘管B在那個星球上沒有感覺到自己和環境空間的時間變慢，所以B對於A的時間變慢首先是以相對性而出現的。如果他們重新在地球上相遇，B也同樣會比A年輕。所以，在時間的延緩效應上面，在時空轉換的相對性基礎中也會包含某種絕對性的因素。在中國古代的傳說中，有「天上方一日」，地上已千年」的傳說，也體現了這樣的道理。
二、物理質量的形成與時空彎曲
1、物理質量的形成
只有對於半徑為零的時空和靜止質量為零的粒子，人們才能夠認為是所認識的物理時空和粒子的最基本的存在單元。那麼，物理學除了從理論上進行假設外，發現這樣的存在了嗎？當然，眾所周知的光子就符合這樣的存在要求。
現代物理學表明光子有動質量而無靜止質量，光子以光速運行，它的長度為零。所以，它符合人們尋找的能夠產生物質的時空存在和其它粒子存在的基本單元的條件。然而，處於光速運行的光子如何又能夠結合成為其它粒子的時空狀態和質量呢？這就還需要微觀的物理場或者是微觀量子場的存在，它們滿足洛侖茲對稱。
在廣義相對論中，愛因斯坦論述了時空空間會是彎曲的，認為質量越大的天體附近，引力場越強，因而時間延緩效應增大，時間標尺越長，也就是那裡的時鐘變慢，那裡物質的時空是彎曲的；而且人們又發現在物體內部微觀下，存在很強的物質能量場。
依據廣義相對論和前面所表述的場的等效原理，進行分析：
在微觀物質場的存在中，時空會彎曲，時間會延緩，量尺會縮短；往微觀延伸下去，如果其物質場能量越強，時空彎曲程度越大，時間延緩效應越大，量尺縮短效應越大。
光子能量在進入微觀物質場中，與微觀物質場結合後，在微觀物質場形成的彎曲時空作用下，光子的運行軌道彎曲也很大，同時時間延緩效應很大。光子在微觀物質場的時空中仍以光速前進，時空很大，但從人們這個表面時空去看（或反映、轉換到人們這個表面時空中來時），根據時空轉換的相對性，其時間延緩效應很大，量尺縮短效應很大，導致位移極短，光就象處於「靜止」狀態一樣，光能量得以「凝聚」在其物質場的彎曲時空中，光子的動質量就轉換成該微觀物質場的靜止質量，從而構成該物質場的彎曲時空中的質量的形成過程和基礎，形成微觀物質場的微觀粒子、量子粒子的靜止質量和微觀時空狀態。
這樣構成了一種由微觀物質場的彎曲時空與光子能量的結合狀態，光子能量在這樣的彎曲時空中，通過時間延緩脹效應、量尺縮短效應而「凝聚」而成為了物理質量，並形成了微觀粒子的時空內涵、尺寸和能量的質量內涵，產生了人們所認識的物理微觀粒子現象。
所以，微觀物質場的存在所形成的彎曲時空與光子能量的結合，就解釋了微觀粒子的產生的原因和表現狀態，以及其物理質量的形成原理。
所以，物理的靜止質量可以看作是光子能量在微觀物質場的彎曲時空中形成的時空彎曲而存在、「凝聚」成的，是對能量的一種時空存在形式的描述、概括，也是對物體所包含的這種時空能量多少的度量。
所以，相對論揭示了質量和能量能夠相互轉換的原理和質能關係。質量可以轉化為能量，人們現在可以這樣來理解核爆炸：當一個微觀物質場的彎曲時空被打破而改變時，該彎曲時空中的光子能量的一部分施放到表面時空來，表現為質量轉換為能量的過程，體現著相對論的質量與能量的關係（E=MC2）和內涵。
在正負電子對湮沒為光子的過程中，人們也發現電子的質量部分轉變成了光子能量；而通過高能光子，也可以產生出粒子對來。在真空中，微觀物質場也伴隨零點能的存在，不斷出現正反粒子對的產生與湮沒。都可以用這樣的物理質量的形成原理、微觀粒子的形成原理來解釋了。
現在，人們就能夠更深刻的理解、表達、應用相對論的質量與能量的關係（E=MC2）了。微觀物質場形成的彎曲時空與光子能量以這樣的方式結合而構成微觀粒子的時空狀態，並凝聚成微觀粒子的物理質量的內涵。質量是對物體所包含的這種時空能量多少的度量，而構成人們的物理世界的存在基礎。
2、時空彎曲與時空轉換
根據前面提到的相對論的時空彎曲和時空轉換的相對性原理，微觀物質場所導致的時空彎曲效應是相對，通常以人們所在的表面時空為基點，通過時空轉換而呈現在表面時空的狀態。所以，時空彎曲與時空轉換，在人們認識微觀世界的過程中通過時空的相對性一起呈現出來。
由於不同的物質場的場強度的不同，所對應形成的彎曲時空強度與時空彎曲效應不同。相對於其它不同物質場的時空所形成的時空相對性不同，構成的時空相對和時空轉換過程不同，從而會有不同的時空轉換內容和彎曲時空的表現狀態。
在向著表面時空的延伸方向，不同的粒子在不同的場中構成不同的彎曲時空和質量，進行不斷的疊加，組成不同層次的時空結構、粒子狀態、量子態等。這樣一層一層的向著表面發展，構成了人們在表面時空中所發現的、相對於人們表面時空進行了時空轉換後的微觀粒子狀態和微觀物理質量。構成物理的時空的存在內容和物理的包含質量的粒子存在狀態。
3、人們所看見的微觀粒子是相對於表面時空的一種時空轉換後的呈現
當人們藉助於顯微鏡觀察某一層次的微觀粒子的時候，例如看原子核時，實際是在人們這個表面時空來看、來反映原子核所在時空中的存在狀態，因而體現著時空的相對性。
由於原子核所在的時空，其物質場與人所在的分子時空的物質場不同，原子核所在層次的物理時空在經過時空的相對性和時空轉換，而轉換到人所在的表面時空時，其時間延緩效應和量尺縮短效應，導致相對於人們所在的表面時空呈現時空彎曲狀態。因而人所看到的原子核就呈現很小的微觀粒子狀態。也就是說，是原子核所在的時空狀態經過時空轉換之後，投影到我們這個表面時空中來，被我們的儀器和肉眼感覺所接收轉換之後形成彎曲時空的三維實體粒子的形式；從能物理量角度來說是其微觀物質場和彎曲時空所凝聚的能量向著那層時空的疊加，而形成的物理質量的總和。
在物理研究中發現了許多原子核內部的夸克、介子等微觀粒子狀態，儘管該時空中的某些組成部分在該時空中也以近光速運動，或者如量子力學中的波函數包一樣的存在，但是它仍然處於它們所在微觀物質場的時空中，並且由於它相對於我們的表面時空而言、時間延緩很大、量尺縮短很大、時間標尺很大，因而人們的表面時空的人觀察到後，就表現為速度很慢，就象靜止在該彎曲時空中一樣，構成該彎曲空間的組成結構、內容和微觀質量。但是，如果打破該時空的結構，它們中的許多組成部分就會向著人們所在的時空展示接近光速的一些狀態了。
4、人們所看見的表面實體
再返回來看我們已認識到的表面世界。我們在日常看到的物體又是什麼呢？它是站在我們這個表面時空中看到的物體，而我們現在已經認識到這是沿著微觀物質場與彎曲時空結構與光子能量結合後，經過時空轉換後疊加到人們這個表面時空中來的時空投影存在，被人們的眼睛、感覺所吸收、轉換後的被反映成為三維的立體、三維的實體等不同的形式。
如我們看見的一個杯子，在微觀狀態下，對應無數層次的物質場、時空結構和存在狀態，它們自身對應無比廣闊的空間，但當從我們表面這個時空去看它時，它所在的時空結構就相對於表面發生著時空轉換了，時空就彎曲了，變小了，構成了在我們這個時空中被我們看到的杯子實體的內部基礎和物理質量基礎。它投影到人們的三維的眼睛上面，而被人們的感覺和意識建構將它們反映成為了杯子的三維立體和四維實體狀態的內容。其實在人們所在的表面時空中，它也是包含了多維、場、彎曲時空、能量、時空結構的物理時空的存在，因而人們的意識、思維能夠從對杯子反映的各種認識現象、不同的認識過程、以及不斷反思認識局限的過程中，逐步認識到它的物理多維時空存在的內容。
人們看到的三維實體的物體形態、運動形式和相互作用過程，構成了人們四維時空觀念的內容和局限，構成了我們在這個時空中所熟視無睹的低維時空的世界圖景。
所以，人們對世界的認識，受制於人們的眼睛、感官的制約，也受制於人體生命的存在狀態和由此而形成的觀念的制約。世界的真實存在也許並不遵循人們認識世界的途徑和過程。而人們認識世界的途徑和過程就成為了我們反思人們的思想誤區和觀念局限，而進行不斷超越的思維契機。
附錄：對希格斯粒子的質疑
（曹天雲）
新聞背景
歐洲核子研究中心（CERN）於7月4日舉行了震驚世界的新聞發布會，宣布其大型質子對撞機LHC實驗發現了一種新型亞原子粒子，其質量大約為125 GeV的新粒子（置信度是99.9999%），這個粒子很像是被譽為上帝粒子的希格斯（Higgs），該粒子符合希格斯玻色子的屬性。
（上面所有圖片來自於網路）
「希格斯玻色子」理論由英國愛丁堡大學物理學家希格斯於1964年提出，
希格斯機制不僅自己具有質量，而且能賦予全部的基本粒子具有質量，是電子和夸克等形成質量的基礎。因此希格斯粒子被稱為上帝粒子，是其它粒子的基石。
希格斯認為，在137億年前的大爆炸中，希格斯玻色子使物質得到質量，使恆星和行星都得以誕生，最終孕育生命。這一理論可解釋粒子為何擁有質量，從而演化為萬事萬物。
粒子物理學的標準模型預言了62種基本粒子，希格斯粒子是標準模型所預言的一種基本粒子，希格斯機制能賦予其它61種基本粒子具有質量。
為什麼基本粒子會具有質量？根據希格斯機制，希格斯場遍佈於宇宙，，沒，瀰漫於整個空間，其它基本粒子是因為與希格斯場之間的耦合、發生相互作用而獲得質量，而這相互作用的附產品就是希格斯玻色子。
在電弱相互作用中，根據局域規範對稱性理論所推測出的四種規範粒子都應該是無質量的玻色子，它們分別是W+、W–和Z 0和光子，然而實驗所測量的W+、W–和Z 0玻色子都是有質量的。為了解決這樣的理論矛盾，引入自發對稱破缺機制的希格斯機制。根據希格斯機制，希格斯場遍佈於宇宙，瀰漫於整個空間，與其它的除光子外的基本粒子都有耦合，發生相互作用後，賦予這些基本粒子的質量。而希格斯玻色子，就是希格斯場與其它基本粒子發生耦合後，給了其它基本粒子靜質量之後，剩下的那部分所對應的粒子。希格斯粒子的自旋是，是目前標準模型中唯一自旋是的玻色子。
反駁希格斯玻色子之一：希格斯玻色子的存在與質量
希格斯場與希格斯粒子本來就是為了彌補局域規範對稱性理論的缺陷而提出的理論。希格斯場具有四個物理極化分量的場，在弱相互作用中，與W+、W–和Z 0進行耦合、相互作用後，將其中的三個極化分量分別傳給自旋為1，具有2個自由度的無質量的W+、W–和Z 0，而使得它們獲得質量，也變成了有三個自由度的W+、W–和Z 0玻色子，還剩下一個自旋為零的有一個值標量場的希格斯玻色子。
那麼，實驗在檢測到有質量的W+、W–和Z 0玻色子的同時，也應該同時檢測到它們所對應的有質量的希格斯玻色子。而且數量還應該很龐大。
再進一步，既然希格斯場也賦予其它的基本粒子如夸克、電子以靜止質量，那麼，也就應該出現與夸克、電子同等數量的各種希格斯玻色子。如果說賦予夸克質量的希格斯玻色子與夸克一樣不容易被檢測到。那麼，賦予了電子質量的希格斯玻色子應該與電子一起被大量檢測到才對。
如果只發現了個別自旋為零的有一個標量場的玻色子並非就能夠確定是希格斯玻色子，也並不能確定有希格斯場的存在。而是必須在發現無數有靜止質量的基本粒子的同時也發現所對應的同數量的希格斯玻色子的存在，希格斯場才能夠確定是成立的。這是引入了自發對稱破缺機制的希格斯機制的必然結果。所以，如果這次的歐洲核子中心（CERN）確認發現的希格斯玻色子只是個別實驗中的個別現象，那麼就應該是對於賦予所有基本粒子質量的希格斯場的否定而不是確認。所以，許多物理學家更傾向於稱其為「新玻色子」，而不是希格斯玻色子。
如果與這些基本粒子所對應的希格斯玻色子大量存在，即使現在還沒有檢測到，那麼一個物體也應該因為希格斯玻色子大量存在而導致相應的質量存在，包含這樣質量的物體與其它物體相互作用的時候，也應該參與到相互作用的過程中中，而體現出它的質量的存在。而現在的物體的相互作用的力學計算中，並沒有包含、體現相應的希格斯玻色子的質量存在內容。或者過去的相互作用的引力常數應該進行修改。
反駁希格斯玻色子之二：希格斯機制的基礎與光子
引入了自發對稱破缺機制的希格斯機制認為，其它所有的61種基本粒子原來是沒有靜止質量的，因而是以光速運行的。這些不同的基本粒子與希格斯場進行耦合、發生相互作用後，獲得靜止質量，因而其速度降下來了。然而，現在分析，如果沒有與希格斯場進行耦合的其它基本粒子，沒有靜止的質量，以光速運行，那麼，這樣的基本粒子也只能是尺寸為零的粒子。那麼，符合沒有靜止質量、以光速運行、沒有尺寸的粒子就只有一個，就是光子。
所以，現在繼續進行推理：根據局域規範對稱性理論，引入了自發對稱破缺機制的希格斯機制，就應該是無數光子與希格斯場進行耦合，然後生成了不同靜止質量、不同速度、不同尺寸、不同自旋的各種基本粒子。這是講不通的。因為相同的光子為什麼在與與希格斯場進行耦合後，會生成了不同靜止質量、不同速度、不同尺寸、不同自旋的各種基本粒子？
而且，希格斯機制以無數的基本粒子與希格斯場進行耦合後的內容（不同靜止質量、不同速度、不同尺寸、不同自旋的基本基本粒子狀態）的基本粒子的存在，當作了沒有與希格斯場進行耦合之前就有了基本粒子的存在了。認為這樣基本粒子在與希格斯場進行耦合之前就已經存在，而且具有了不同的尺寸、自旋等，只是沒有靜止質量、具有光速，這是明顯的顛倒了因果、前後的邏輯缺陷。而如果沒有與希格斯場進行耦合之前的基本粒子，是沒有靜止質量、沒有不同速度、沒有不同尺寸、沒有不同自旋的，那麼，就只能是光子，而沒有其它的60種基本粒子的存在，那麼，標準模型的希格斯機制也無法成立了。
所以，現在的標準模型理論與希格斯機制，並沒有能夠解釋物理質量的形成、微觀粒子的形成，距離上帝之子的存在，還相差很遠的。
構成不同粒子的物質場是形成粒子時空的關鍵，也是對稱破缺的體現，粒子的場凝聚光子能量就構成光子的質量內容和時空內容。而正反粒子甄滅，其場的對稱破缺消失，變轉換為光子能量。
而由於根據局域規範對稱性理論所推測出的規範粒子無質量，本來體現一種數學與思考方向的錯誤，結果再引入自發對稱破缺機制的希格斯機制來賦予基本粒子的質量，就顯得多餘，而又生出了希格斯場與其它基本粒子發生耦合，賦予其它基本粒子與質量的時候，又必要要伴隨剩餘的希格斯場形成希格斯玻色子的附加問題了，而必須有大量的希格斯玻色子伴隨才對。這是對於基本粒子的質量形成的思維方向的錯誤。
希格斯機制因為無法解決基本粒子的形成、基本粒子的質量與空間脫節、希格斯玻色子沒有大量被找到等等現象，都體現出來希格斯粒子思想的缺陷和問題。
反駁希格斯玻色子之三：標準模型的基本粒子數量的否定
因為希格斯場在賦予每個基本粒子的質量的同時，也會形成對應的希格斯玻色子。所以，希格斯玻色子的種類就應該很多，那麼標準模型中的希格斯玻色子就不應該只是一種，那麼標準模型也就不應該只有62種基本粒子了。
如果與這些基本粒子所對應的希格斯玻色子大量存在，即使現在還沒有檢測到，那麼一個物體也應該因為希格斯玻色子大量存在而導致相應的質量存在，包含這樣質量的物體與其它物體相互作用的時候，也應該參與到相互作用的過程中，而體現出它的質量的存在。而現在的物體的相互作用的力學計算中，並沒有包含、體現相應的希格斯玻色子的質量存在內容。或者過去的相互作用的引力常數應該進行修改。
如果是希格斯玻色子衰變為其它的夸克、電子等基本粒子，那麼就是應該是希格斯場同時賦予其它粒子的場、空間、質量才對。
所以，希格斯粒子和希格斯機制，都是難以成立的。本來是為了彌補標準模型的規範場的缺陷，結果以一種更大的缺陷還彌補以前的缺陷，漏洞越來越大。所以，我提出的通過規範場的彎曲時空與光子能量的集合形成質量的思路，更加的簡明、合理。
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