超统一场论

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1、超统一场论冀绪根物理学是研究物质的基本结构和物质运动最一 般规律的科学。迄今为止，人类认识的宇宙间的力 有四种，那就是强力、弱力、电磁力、万有引力。 虽然这四种力无论从强度上，还是从作用距离上都 有着巨大的差异。但是理论物理学家却认为自然界 是和谐的，统一的，四种力之间不仅具有内在联系 而且是统一的。长期以来，世界上有不少物理学家 一直在试图找到一个统一、简洁、和谐的数学公式 来概括这四种自然力。1、统一理论的进展从本世纪 20 年代开始，爱因斯坦花费了半生的 精力，力图把电磁力与万有引力统一起来。海森堡 也作了种种尝试，但都没有成功。直到1967 年，温 伯格、萨拉姆、格拉肖等人提出了弱力与

2、电磁力的 统一模型，统一理论才取得了一点进展GSW理论 所预言的四个规范波色子有三个得到了证实，但仍 有一个希格斯粒子没有找到。因此，承认该理论还 为时过早。在GSW理论得到了部分证实之后，近年来一 些物理学家提出各种“大统一”理论（GUTS），试 图证明除引力外的其他三种自然力同源。被称为“ SU （5）型”的乔治格拉肖的大统一理论认为：（1） 质子的寿命为1031年，主要衰变为正电子和n介子;（2）存在着名为“磁单极子”的很重的基本粒子。 然而，“大统一”理论未得到任何证实。2、爱因斯坦广义相对论难以解释的问题 爱因斯坦于本世纪初，在牛顿引力理论的基础 上，建立了广义相对论，即引力理论的相

3、对论。虽 然广义相对论能够解释水星的近日点的进动，预言 了光线在恒星附近的偏折，但它仍然难以解释天体 物理学中几个最基本的问题，即2.1 宇宙遗失 97%质量问题;2.2 星系的外缘恒星比内缘恒星公转速度快的问题;2.3 星系的形状问题。3、超统一场论的基本思想超统一场论所要解决的是支配天体运动的力、弱力、强力及电磁力四种力的统一。面对差异如此 之大的四种力，它摈弃了“弱电统一理论”中相互 作用是交换虚光子或中间波色子的过程，代之以能 量和能量守恒为核心的场论。核心如下：3.1 任何粒子都是具有形状和大小的。那种脱 离物质的基本结构，而谈论物质的运动规律是不完 整的。3.2 任何物质都有自旋运

4、动。自旋的方式有两 种：一种是呈柱面波动的螺旋运动，其自旋方向和 动能方向垂直;一种是呈平面波动的月亮运动，其 自旋方向和动能方向在同一平面上。所谓“自旋为 0” 的基本粒子，均是后一种运动方式。3.3 粒子的周围存在场，这种场具有方向性。3.4 粒子的场分动能场和自旋场两种。场强的 大小，不仅与场源的大小有关，而且与场源的表面 积有关。3.5 支配天体运动的力同弱、强相互作用在性 质上是一样的，只是由于自旋场的强度及接受场强 的面积不同造成巨大差异的。3.6 电磁力同强、弱相互作用在性质上也是一 致的，只是由于场源能量（静电能）及作用对象的 不同，造成差异的。3.7电磁作用之所以是强相互作用

5、的丄，是137因为一个电荷的静电能，是电子静能量的丄。1373.8 重力是一种系统力，它与支配天体运动的力从性质上讲是一致的，但它们也有区别：支配天 体运动的力存在于整个宇宙空间，而重力只存在于 分子线度上的连续媒介系统;支配天体运动的力的 方向是单一的。而重力的方向是多向的。4、超统一场论所需的常数及符号的设定4.1 引进的常数光速 C=2.997925xlOio cm/秒电荷 e=1.6021x10-19 库仑=4.803x10-10 静库普朗克常数h=1.05456x10-27尔格秒 中子静质量 M =939.55MeV/c20n质子静质量 M =938.26MeV/c20p电子静质量

6、M0e=0.511MeV/c20e4.2 符号的设定0及一一分别代表粒子场的能量及被作用粒 子接受场的能量V粒子动能方向的速度Vf 一一粒子自旋方向的速度G粒子动能场的场强。物理意义为单位面积 发出或接受的能量Gf及G,分别代表粒子自旋场的场强及接受 的自旋场强。有Gf=0/ Sf和G,=07 S,J公转角动量Jf自旋角动量a0静质量时粒子的自旋半径4.3 求粒子的自旋半径 a0.=E .方 V w a = V w a =0 0 f 0 力0 E乂角动量守恒 J = m a V = n方(n为整数) f00 fh2mE00ma00(旦)2mc0ma0h c()2E0(1)mc4.4 求自旋速度

7、 Vfh cV = w a = w = c (2)f 0 0 0 E0上式说明粒子的自旋速度等于光速。另一方面 狭义相对论有以下公式E = m c /1- VI c0当动能速度v-o时，E0=m0c2说明粒子的静质量是动能为 0 时，自旋所具有的能量。4.5 质子、中子、电子的自旋半径a = 2.1 0 3 19 3 x 1 0 -14 cm 0pa = 2.1 00305x10-14cm0na = 3.8 6144x10-11cm0e5、自由态粒子的波动方程及场方程5.1 呈柱面波动的粒子呈柱面波动的粒子，它的运动由自旋运动和动能运动两部分构成，波动方程如下：x = a co s(w t +

8、 p )y = a sin (w t + p )z = Vt式中，a为自旋半径，(p为初始角，W为角频 率。和粒子相联系的能量E,角动量J# ,分别如下:h w = E = m c2 /1 V 2 / c20J = m ac = h和波动相联系的场方程如下：TG = 一SmV 22 h w G =f S Sff(3)(4)由此可知，和场方程(3)相联系的作用方向是 z方向：和场方程(4)相联系的作用方向是F (x, y)平面。由于自旋柱面跟动能柱面垂直，所以它对 其它粒子的作用只有一种，二者不能同时作用于一 物体上(碰撞时除外)。5.2 呈平面波动的粒子 呈平面波动的粒子，其自旋运动同动能运动

9、处 于同一平面，它具有以下特点：一是粒子半径是自 旋半径的极限,二是自旋速度是动能速度的极限。波 动方程如下:广 x = a co s( w t + p ) y = b(bRR为粒子半径)z = V t + a sin (w t + p )式中，0为初始角，w为角旋率，a为自旋半 径。和粒子相联系的能量E,角动量J分别如下：1m V 2T 2G =丄S九 = E = mc2/Ghro m c2(12)(13)mac =力和波动相联系的场方程如下：T_S1mV 22(5)(6)设束缚场的势能用U （Rf）表示，被用作粒子在 Rf处接受的场强为Gf,被作用粒子接受能量的面积 为SJ贝Iu (R )

10、 = G X Sfff此处粒子所受的力由此可知，和场方程（5）相联系的作用方向是z 方向；和场方程（6）相联系的作用方向是 F（x， z）平面。而处于动能拉面上的粒子，则会受到动能 场和自旋场的双重作用。6、束缚态粒子所谓束缚态粒子，是指两个或两个以上的粒子 之间，彼此相互作用而产生的稳定状态。产生稳定 状态的充要条件是：6.1 相互作用是同期性的。6.2 相互作用的粒子静质量和球半径相差很 小，属统一级别的粒子。6.3 公转半径要大于他们的自旋半径。从柱面波动和平面波动的性质知道，只有柱面 波动的粒子之间，才会产生束缚态。处于束缚态下 的粒子除了原来的自旋运动外，动能运动变成了圆 周运动。它

11、的波动是圆环波动，波动方程如下：u (R ) m V 2 F = f =dR(14)式中， d 为作用粒子与被作用粒子的距离，但d工R 。7.超统一场论所能解释的问题7.1 核力及原子核结构设质子的球半径用R表示，中子的半径用R pn 表示，且RWR则质子、中子的场强分别为：pnGpfM C 2p4兀R 2pGnfM C 2n4兀R 2n由于在原子核中，结合能导致了质量亏损，故M M ，为了计算方便，我们 no nM = M ，于是有：no nF (x, z) = R + a cos t + 申)fF ( y) = a sin (ro t + p )(7)(8)9 3 8.2 6MeVG =-

12、pf4 兀 R 2p式中Rf为公转半径。和粒子相联系的总能量E,角动量J分别为:939.5 5MeV九 ro = E = m c 2/光1 - V 2 / c2o(9)m R 霍 + a co s( ro t + p ) V =常数 h (10)nf4兀R 2nR93 8.2 6G = p-G =p fdpf4兀R dPG =-mac =方(11)R93 9.5 5G = nG =G nf = d/4 n R dn和波动相联系的场方程如下：7.1.1在2H中，设质子与中子的距离为d,R 2p x 9 3 9.5 5 sin 2 a2 R dn则中子所受质子的力FP.R 三 R . snp1x

13、4 兀 R 2 2PV opsin a p= =VoncosanMV2pp= F d sin 2 a nR-RMV2= p xp x 939.5 5 sin 2 app2dRnn938.2 62 n R 2F =xPP4兀RddP M V 2 F cos a=nnpd cos a. M V 2 =Fd cos2annp u(R )=2.2 2M eVR=丁 x 9 3 8.2 62d2R= x 9 3 8.2 6 co s2 a2d.MV 2Msin 2 aR93 9.5 5 sin 2 app=p=pxMV2Mcos 2 aR938.2 6cos2annnnvR pMP93 8.2 6)2p

14、 二=(干)2=(RM939.55R93 8.2 6M= p x () 2 x 939.5 5 sin 2 a = 2.2 2 p sin 2 a2d939.5 5M则(M V ) 2= (M V ) 2n np p即 2.2 2 co s 2 a M = 2.2 2 sin 2 a Mnp* VnnM/秒M C 2n2.2 2 sin 2 aVpC = 0.0 34395 C = 1.0 3 1 15 x 10 9 cm / 秒7.1.2在3h中，质子所受中子的力Rpx 9 3 8.2 6 =2.2 22dR=4.4 4M V 2 = 2.2 2 cos 2 adp938.2 6nnMtg

15、2a =(旷)2MR 2p x 9 3 9.5 52 R dn同理 FnR2p x 9 3 9.5 52 R d 2 n但F工Fnp F1=F2o p = d sin aF与F2的合力，即为质子的向心力 即M V 2F sin a =plnd sin a2 F sin a nR 2M V 2p x 93 9.5 5 sin a =2 R d 2d sin anMV2ppR 2p x 93 9.5 5 sin 2 aRdnVp中子所受质子的力RF =厂x 938.2 6P2 d 2中子所受中子的力F3R x 939.5 5n2 (2d cos a )2 F cos a + F p3M V 2n

16、nd cosaF d co s 2 a + F d co s a p3=M V 2nnMV2nn4 R cos3 ax 938.2 6 + 9 3 9.5 5 Rpn8d cosap2(2d38d 2 cos 2 acos a )2M V 2 M sin 2 a pp =pM 28R sin 2 a cos a xpM 4R cos3 aM + M Rnpp n n+FM V 2n nd cos a1Mcos3 a =(*)3cosa4Mp込M=5 0.8 9a = arc co sn2MMV2 M cos2a n nnp32 M2MRMnVn2=x 9 3 8.2 6 x co s 2 a

17、+93 9.5 5 R 2 F d + 2 F dnp+ 2F 2d cos a3= 7.8 M e VR 2RRp x 939.5 5 + 厂x 938.2 6 + nx 939.5 5 = 7.8R dd2d cos anR( 9 3 8.2 619 3 9.5 5、x 93 8.2 6 j+ 1 +x ()2= 7.8dI 9 3 9.5 52 cos a 93 8.2 6R7.81皆=x= 0.0 02974865d 938.2 62.7 9457.1.3在4 He中，由于有电磁力的缘故，故较2nd8 d cos aVp3H 复杂，中子所受质子的力R 2p x 93 9.5 5 sin

18、 a2 d 2x 9 3 8.2 6 x 2 c o s ad2中子所受中子的力Re2F =p x 938.2 6 -42 (2 d sin a )2(2 d sin a )293 8.2 6Rp - 2e 28 d 2 s in aVpnsin a C = 0.0 4229C = 1.2 6789 x 10V p-9= 1.0 3 0 7 5 x 1 0 9 c m /秒M V 2Z F + F =n4d sin aMV2pp8R 2M sin 3 a + R R M 2R e 2pnpnpn 8 R d s in antga在24 H 中M V 2Msin 2 ap p =p-M V 2M

19、co s 2 an nnM2 e 2tg 3a = ( p )2 = 0.997 25 5 8 89 0.349658869 = 0.6 47597019MM Rnp n(8 R 2M sin 3 a + R =pn(8 R R M cos3p n pM R s in a = ( M R p np pR 2 e 2tg 3a = p R M R np nR M 一 2R e 2) co s a tnpna + R 2M ) sin ann2e2)cos3 aM2 e 2(旷)2 _MM Rnp ntg a = 0.8 6 5 1 7a = 40.8 6 542( 2 F d + F - 2 d

20、 co s a)+( 2 F dLp3n+ F4 - 2 d sin a ) = 2 8.3 M eVR_939 5 5 R R 2938 2 6 Re 2p X 9 3 8.2 6 +n + p X 939.5 5 +p = 14.15d4d cos a R d4d sin a 2 d sin an从实验中得知，在 2H 中， d 1 = 1.8 5 X 1 0 13 c mon = d cos a = 1.3 07249 x 10 一13 cmR4.4 4d 1 二8.7545=x 10 16cmp936.2 61MR=(4)2R= 8.7786x10 16cmnMppo p = d s

21、in a = 1.3 0 9 0 4 6 X 1 0 1 3 c m在 3H 中，93 8.2 6 x 2.7 945R = 2.9 428 x 10 一13 cm 7.8pond 2 cosa= 1.8 564 x 10 13 cmd3 = 1.4 159756 x10 13cmon = d 3 cosa = 1.0 7083 x10 13cmo p = d 3 s in a = 0.9 2 6 4 5 x 1 0 1 3 c mV = 0.0 67 5 4C = 2.0 249 x 109 cm；秒nV = 1.7 5 1 9 X 109 cm/秒p从上述干计算结果可以看出, 核质量数是

22、4 核 子倍数的原子核 , 其核半径较小 , 结合能也较大 , 这样的原子核基本上是球形对称的 , 而对于大部分 原子核来说, 他们只能用集体运动模型来解释.7.2 弱力弱相互作用的主要特点有二，一是作用的时间 较长；二是轻子的出现，特别是中微子的出现，是 弱相互作用的可靠标志。7.2.1卩衰变在卩衰变中，现行的理论认为是中子同中微子 相互作用，生成一个质子，一个电子的过程。反应 方程如下：n + V t p + + e -（15）e从场方程（3）、（4）知道，只有处于动能柱面 或自旋柱面上的粒子，才会受到作用。处于动能柱 面上的粒子，其相互作用可用能量、动量、角动量 三个守恒定律来解答，这里

23、就不在描述。而处于自 旋柱面上的粒子，可用方程（4）来解释。中子的场强：o p = d 2 s in a = 2.2 8 3 4 x 1 0 1 3 c mofM nC 24 n R 2nG fM nC 24n R dn子型中微子。反应方程如下：M C 2u (d ) = G f x S f = n x 2 n R v 2 f f4n R dVenn+T u + +v +(16)un-Tu-+V - (17) uu (d ) =G f x S fM C 2nx 2 n R 24n R dV en从相互作用的原理知道，单个粒子不会发生衰 变，除非它有内部结构。然而，有内部结构的粒子 其反应是可逆

24、的，因此它是同其它粒子相互作用的 结果。根据上述原理，反应方程应改为：在4 He中,251 0.5 9 6 牛 顿d cos an + +v - tr + +v (18)n - +v tr-+v - (19)而在大多数原子核中，由于结合能大于8MeV,所以 核力也就大于 510.596 牛顿。取 F = 5 1 0.5 9 6 牛顿 核力则中子对中微子的作用力F* + = 5.1 0596 x 10 -7 达因 核力2 R d 2 F 2 x 8.7 7 86 x 10 -丨6(10 -丨5)2 x 5.1 0596 x 10 -7R 丫2 = n = 5.9 55567 x 10- 49M

25、C 29 3 9.5 5 x 106 x 1.6 021 x 10 -12nR、, = 7.7 17 x 10 -25 (cm)V e同理，质子对电子的作用力R 2F = eM C 2 = 5.1 0596 x 10 -72 R d 2 p pn介子所以衰变，是由于它的自旋平面受到碰 撞，动能方向跟原来的自旋面相垂直，从而改变粒 子性质的。可以认为|J介子同n介子是一种粒子的 两种表现形式。如果实验证实方程式(18)、(19) 不存在，那么n介子必定有内部结构，且衰变后|J 介子同p子中微子是相反方向发射的，发射方向垂 直于n介子的自旋平面。7.2.3 p 介子的衰变 从实验中得知， p 介子

26、的衰变方式如下：卩-t e-+v - +v (20)e卩y + t e+ +v +v - (21)e卩由相互作用的原理知道，衰变方程应更改为：2 R d 2 F 2 x 8.7 545 x 10 -16 (10 -15)2 x 5.1 0596 x 10 -7Re2 = n = 5.9 4738 x10-49e M C2938.26x106x1.6021x10-12nR = 7.7 1 2 x 1 0 -25( cm)e卩-+v t e-+v (22)epy+ +v - t e+ + v - (23)ep= 0.9 9 9 3 5 2Ve从上面可以看出，电子同电子中微子属同一级别(球半径相差很

27、小)的粒子。中子之所以衰变， 是由于它和中微子碰撞后，其自旋状态发生变化造成的。自旋状态一旦发生变化，粒子的性质发生了 变化。上述过程应看作是电子中微子碰撞|J介子的自 旋柱面的反应过程。碰撞的结果，不仅粒子的动能 方向发生了改变，而且交换了电荷。总之，弱相互作用是粒子相互碰撞的结果，由 于碰撞的方向不同，产生的效果也不同。现代物理 学中的“几何截面” b ，便等于粒子的自旋半径所7.2.2 n介子的衰变从实验中得知，n介子一般衰变为p介子及p互作用遵循一个原理：碰撞前后粒子的级别保持一致。从弱相互作用的实验得知，质子和中子是同一围成的面积，用数学公式表示如下b =n a 2。弱相级别的粒子；

28、n介子、p介子及p子中微子是同一 级别的粒子；电子、电子中微子是同一级别的粒子 通过弱相互作用，同一级别的粒子可以互相转换， 但不同级别的粒子不能互相转换。7.3 电磁力超统一场论认为：产生电磁场的根源是电荷的 自旋运动和动能运动。带有一个基本电荷的电场， 其电场是具有方向性的，它的方向是电荷的自旋运 动的方向。而有众多电荷组成的宏观电场，其电场 方向与电荷所在物体的表面形状有关。7.3.1 基本电荷的能量公式 超统一场论认为，一个电荷的静电能，是一个 电子静质量的 1/137。用公式表示如下：1(24)W = aMeC 2 =X 0.5 1 1 X 106ev = 3 728.9 47ev0

29、137.0 36使用方便，我们仍将沿用“磁场”这一名词。由于一个基本电荷的静电能W3728.947ev，所以被作用物体所受的力F =齢w 。由于电流是由d 2 0众多电子的定向流动形成的，所以由电流产生的磁场能量W = nsL W00a=nsL 吋Wd0(28)式中，n为单位体积的自由电子数，s为电荷流 过的截面积， L 为导体长度。根据国际单位制中“安培”的定义，可计算出电流为 1 安培时，电子的定向流动速度：当=W时，有r0V =册W = 7.2 x 10 -3时秒(29)e 2 x 1 0 - 7 e 07.4 测不准原理的物理意义r = a = 3.8 6144 x 1 0 -11 c

30、m (25)0 W 0 e0当电子、质子等带电的基本粒子被外力作用后 由两个基本电荷组成的系统，其势能公式如下：u (d ) = W (26)d0对于原子核内的质子，有u (d )= W d0在 4H 中23.8 6144 x 10 -iiu (d ) =x 3728.9 47 = 0.7 771 MeV2X 0.9 2645X10-13(27)而核力能量为2F d + F x 2d sin a + u (d ) = 7.7 706MeVn4二者相差九倍。可见在原子核中，强力起主要 作用。7.3.2 电流的磁场超统一场论认为：电流的磁场来源于运动电荷 的自旋运动，即磁场实质上是运动电荷的电场。

31、由 于加在导体两端的外电场跟运动电荷的电场互相垂 直，因此人们将运动电荷的电场误解未磁场。为了由海森堡在 1927 年提出的测不准原理，实质上 是对粒子自旋状态下角动量的描述。根据超统一场论，粒子的自旋角动量J = mac = mac =力当q a时，处于粒子自旋半径内的动量，场 强是无法测定的。7.5 太阳的质量已知数据地球的公转速度 V = 3 x 10 6cm地球的质量m=6x1027克日、地距离 L=1.496x1013cm太阳半径 r =6.96x1010cm日度大于或等于内缘恒星的公转速度，万有引力理论 对此无法解释。地球半径r =6.4x108cm地根据超统一场论MV2G =f4

32、 兀 R 2日设星子核的质量用M表示，自旋速度用V表0f示，内缘恒星质量用M表示，公转速度用V表示,11外缘恒星质量用M表示，公转速度用V表示，则:22MV2日 f4兀R L日M V 20f x 2 兀 R 24 兀 R L101M V 2日f x 2 冗 R 2 4兀R L地日R 2地-x MV 2 2R L日 f日R2F = IM V 201R 2F =2M V 222 R L 20 f02M V 20 L x 2 兀 R 2 4 兀 R L202.R 2 mV 2 = 地 x MV 22 R L 日 f 日2 x 6.9 6 x 1010 x 1.4 96 x 10(6.4 x10 8)

33、2x 6 x 10 27(3 x 10 6 )2 = 2.7 4 5 x 1 0 47又. F1尔格= 2.7 45x1040 焦耳设太阳的自旋速度为106cm/秒数量级,M V 21 rL1M V 227L22.745 x 1 047M = 2 . 7 4 5 x 10 35 克=2 .745 x 1032 kg日(1 0 6 ) 2(30).R 2-M V 2 =1 M V 21 12R L0 f01R 222R LMV20f较之万有引力得出2 x1030kg ，前者是后者得137 倍。同样可以证明，银河系的质量也远大于万有引 力公式计算出的质量。宇宙遗失 97%的质量问题，至 此迎刃而解

34、。7.6 星系的外缘恒星比内缘恒星公转速度快 的问题根据万有引力公式MV 2R 2 L1 1= 1 2MV2R 2L2221MV22202V 2M LR1- = 2_T ( - ) 2V 2M LR2 1 1 2若要使V22V,M L R 2M LR 2(31)1 1 2 2 2 1太阳系得结构表明，内缘行星密度大，而半径小，外缘行星密度小，而半径大。产生这种现象不得知M MF = k 12r2 2 = k即r越大，V越小r可是天文观测中发现，星系外缘恒星的公转速是偶然的，它正是行星结构的普遍规律。7.7 星系的形状问题由于自旋场具有方向性。因此，只有处于自旋 柱面上的物体，才会受到作用。天文

35、观测中发现， 所有星系均呈盘状，正是这一理论的客观反映。爱 因斯坦所说的光在恒星附近的偏折，是在恒星自转光子光子=4.4 88482525V1 - cos a x 10-21=1.5 8795 x 10 一24(cm)RE2L21 1 kt =S 2aVn/ t=720 秒: 1柱面上的偏折，而从太阳南北极附近射来的光线， 根本不会发生偏折，这可以从天文观测中加以证实7.8 光在恒星自转柱面附近的偏折 所谓光在恒星自转柱面附近的偏折，是由于光 线经过恒星附近时，恒星对其作用使其能量减少的 过程。设可见光通过太阳附近时，距太阳表面的距 离L=107cm,取光的波长入=5000埃，则可见光的能 量

36、为：hc 6.6 2 6 x 10 -27 x 2.9 97 925 x 1010E = 3.9 7285021 x 10-12九5 x 1 0 - 5E u (L) a = 1.7 2 cos a =Eu (L) = (1 一 co s a ) EM 日 Vf 24兀RL 日2 RL x u (L)2( 1- cos a ) x 6.9 6 x 10丨0 x 10 7 x 3.9 7285021 x 10 -12R 2 = 日=光子光子M V 22.7 45x1047日 /=20.1 4647538 x 10 -42( 1- cos a )7.9 共振态粒子从场方程(4)知道，当一粒子处于另

37、一粒子的 向旋平面时， 会发生相互作用。相互作用的大小， 一方面取决于场源粒子能量的大小，另一方面取决 于两粒子的距离。共振态便是两粒子相互作用的极 大值。共振态存在于n介子和质子之间。设只计是亓介 子的粒子半径，则n介子对质子的作用力：ERx 2 兀 R 2 =E4 兀 R L“2 L2“冗同理，质子对n介子的作用力:ER 2F =p x 2 兀 R 2 =Ep 4 兀 R L兀 2 R L2ppp从实验中得知，当Ej=300MeV时，发生共振态, 于是有R2ME2 R L2 p pE300R = K R =x 8.7 545 x 10 一16 = 2.8 x 10 一 16( cm)冗 E

38、 p 93 8.2 6p7.10自由中子的寿命从实验中知道，自由中子的寿命是12分钟。然 而自由中子的寿命为什么这么长呢？原因有两个方面，一方面是自由中子单位时间 自旋所形成的面积，二是单位面积里电子中微子的 数量。设 K 是每秒单位面积里电子中微子的数量， Vn 是中子的动能速度， an 是中子的自旋半径，则有 nn以下关系： 每秒自由中子所形成的面积 S=2aVn(cm2) n发生碰撞的几率为1 : 1 (个/ cm2)S1 1t =ks 2 a V knT =1cm/ 秒n 1 k = 3.3 x 10102aV t 2x2.1 x10-14x1x720n(个/ cm2 秒)实验结果表明

39、，太阳中微子到达地面的数量， 只有理论预言值的1，和上面计算相符。因此，太3 阳的中微子标准模型应于改正。从天文学的观察知道，太阳表面有许多种周期 振动，有5分钟的，有7到8分钟的，有52分钟的， 还有长达 160 分钟的。用超统一场论来解释，那就 是每一种振动对应着一种核反应。反应不只是标准 模型中 4 个氢原子聚合成氦原子的反应，还有许多 形式。然而太阳中微子标准模型，产生了“太阳中 微子失踪案”，以及“中微子振荡现象”这一虚假解 释。7.11 B衰变的机理核实验论证根据大量的科学实验，现在的物理学理论将B 衰变分为三种：一种是放出是电子，原子核变为原 子序数增加1的核，在天然的和人工的放

40、射性物体 中都存有这一类。另一种是放射正电子，原子核变 为原子序数减 1 的核，这只在人工放射物中出现。 还有一种B衰变过程是，原子核俘获一个核外K层 电子而变为原子序数减1的核，这过程称为K俘获。 然而，对于B衰变的原理，原子核物理学认为是天 然的，根本没有描述产生这一过程的原因。“超统一场论”认为，B衰变是中子与e型中微子碰撞的结果，B +衰变是质子与e型中微子碰撞 的结果。可是有些核可以产生B衰变，而另外一些 核不可能产生B衰变，原因是什么呢？现论述如下:7.11.1在发生B -衰变的原子核中，衰变的中 子在衰变前，其付出的结合能小于其它中子和质子， 在受到外来的电子型中微子碰撞后，其自

41、旋半径发 生变化而转化为质子，碰撞的 e 型中微子则转化为 电子。由于碰撞是在自旋柱面上产生的，所以碰撞 前没有电荷的粒子，在碰撞后得到了电荷。7.11.2在发生B +衰变的原子核中，衰变的质 子在衰变前，其付出的结合能小于其它质子和中子， 使其能量大于中子，在受到外来的 e 型反中微子碰 撞后，其自旋半径发生变化而转化为中子，碰撞的 e 型反中微子则转化为正电子。碰撞同样是在自旋柱 面上产生的，所以碰撞前有电荷的粒子，碰撞后要 失去电荷。从核中发出的正电子，如在核外没有遇 到电子，则直接放射出来。如在核外遇上电子，则 发生所谓的 K 俘获现象。7.11.3 自由中子所以能够衰变，是它的能量

42、大于自由质子的能量。反过来讲，自由质子所以不 能够衰变，是它的能量小于自由中子的能量。而在 原子核中，由于结合能的不同，两种情况均有可能。7.11.4 B衰变方程式a、B -衰变n + V t P + + e - (32)eb、B +衰变P + +V - t n + e + (33)ee + + e - t 2 丫 (34)7.11.5 B衰变的原因，不但与衰变粒子所处 的位置有关，而且与 e 型中微子的密度有关。只要 加大中微子流的密度，就可以加快B衰变的速度(即 半衰期减小)。7.11.6 实验论证:将6oco和iiC放在大通量的中微子束面前，比较 一下它们的天然衰变速度和人工衰变速度，就

43、可以 得出本文得结论是否正确。7.12 运动光源得多普勒公式不能成立 我们知道，在宇宙空间，运动光源的谱线红移 是普遍现象。那么谱线红移的原因是什么呢？传统的多普勒效应，认为光源的运动速度与我 们的谱线红移观测结果有关。例如哈勃定律认为: 星系的退行速度和红移量成正比，与它们的距离成 反比。与我们距离为 D 的星系的运行速度可由公式 表示为：V=HD，式中H叫做哈勃常数。然而，天文 观测中出现的类星体视超光速运动，致使运动光源 的多普勒公式和哈勃定律都难以成立。传统的多普勒效应的相对论公式如下：7.12.1 当物体如果以速度 V 远离我们而去， 我们观察到物体发出的波的频率为： = (35)c

44、 + V即我们观察到的频率要小于物体发出的频率。7.12.2 当物体如果以速度 V 远离我们而来， 我们观察到物体发出的波的频率为：=336)然而，多普勒效应的相对论公式存在着严重缺 陷，(35)式中的3 = o ,(36)式中的3无穷大。 这在客观世界是不存在的。当运动光源发出E=hw的光波时，是什么原因使 它的能量发出如此大的变化呢？原因只有一个，只 有在光波出发之前。我们观测到的光波只是出发后 的光波。爱因斯坦曾在广义相对论中提出了引力红移这 一概念，超统一场论也认为是引力引起谱线红移的 但由于理论上的巨大差别，得出的结果也大不相同超统一场论的引力公式如下MV 2r 2u (d ) =

45、G x S =l x 2 兀 r2 =MV 2f f 4兀RL2RLf对于从恒星表面出发的光波，引力的大小主要取决于发射光子光源的能量及它们之间距离。谱线的能量： E = hV红移后的能量： E = hV 即 h(v -v )=r2MV 2(观测到的能量)E - E = h (v -v ) = u (d )式中r为光子半径，MV 2为光源的能量，R为f光源半径。（论证 1）1950 年彪克伦等人对加速质子辐射 Y射线的实验。在此实验中，当加速质子的能量达到340MeV时， 在质子前进的方向，发生的120MeV的丫射线最强； 在相反方向，发出的60MeV的丫射线最强。当用运 动光源的多谱勤效应来

46、解释时，产生出来的介子n 0 介子静能量是170MeV。这与n 0介子静能量为135MeV 有很大的误差。运用超统一场论，我们会得到一个满意的解释假设产生Y射线的n 0介子在发生衰变前与加速 质子具有一样的速度，则有以下关系：E = hv = 120 + 60 = 180（MeV ）由于Y = 2.8 x 1 0-16 cm R = 8.7 545 x 1 0-16 cm 兀pMV2Pf=Mc2;1 - V 2 / c2OP所以- V 2 / c 2 =M c2938.2 6OP =M V 21278.2 6PfV = 2.0 3 6 x 1 0 10 c m / 秒M c2135 x 127

47、8.2 6hv =ow= 1 83.9 2(MeV):1 - v 2 / c 29 3 8.2 6r2E E = 3.9 2(MeV )M V 2 = 3.9 22R L p fp(2.8 x 10-)2x 127 8.2 6 = 3.9 2 2x8.7545x10-16L即 L = 1.4 6 x 1 0-14 cm（论证 2）太阳谱线的红移 爱因斯坦广义相对论计算结果K M1.7 2 8v =日v = -v = - 2.0 87 x 1 0-6vR o 4 o o日超统一场论的计算设从太阳表面发出的光波，其能量来源于核聚变反应时加速电子的辐射，根据超统一场论的计算 结果，知A E = 0.

48、7 629 x 106 eVMeVe2 = 0.5 1 1 x 106 + 0.7 629 x 106 = 1.2 739 x 106(eV )R e = 7.7 1 2 x 1 0 -25 cmr = 1.5 8 7 9 5 x 1 0 - 2 4 c m光子(1.5 8795 x 10 24)2h (v -v ) = u (d )=1.2 739 x 106 x 1.6 021 x 10-12 = 3.3 3 6 5 8 x 1 0 - 30 / L (尔格)2 x 2.7 12 x 10 -25 L3.3 365 8 x 1 0-303.3 3 65 8 x 1 0-30v -v = 5

49、.0 356 x 1 0-4 / LhL6.6 2 6 x 1 0 - 27 L如果天文观测证实广义相对论的结果正确，那么有5.0 3 56 x 10-4 / L = 2.0 847 x 10-6v设= 6 x 10（九=5 0OA），贝I5.0 35 6 x 10-4L = 4.0 26 x 10-i3（ cm）2.0 847 x 1 0-6 x 6 x 1014L 是电子与光子的作用距离。这一结论可以推广 到其他恒星加以论证。（论证 3）类星体视超光速之迷1962年以来，人们陆续发现了1000多个射电源， 其中许多已被证实为星系。另外一些，具有更为强 大的射电辐射源和一些令人困惑的特征。例

50、如1963 年,发现了射电源3C48和3C273,它们在照片上具有 类似恒星的像，但是从拍摄到光谱看，使天文学家 大为惊奇，开始竟然认不出它们的谱，就把它们叫 做类星体。以后的分析表明，原来是这些星体的谱线发生 了很大的红移。用多谱勒效应来分析，应理解为它 们以很大的速度退离地球，现在已知类星体的速度 可达每秒几万公里，甚至十几万公里，特别是 0Q172 这个类星体，速度可达每秒27万公里，非常接近光 速。近二十年来，由于在天文观测中应用了长基线 干涉技术，大大提高了分辨本领，已经能够观测到 银河系外射电源的细致结构，从而发现和证实了一 些类星体和星系具有视超光速运动，这更令人们惊异不止。根据

51、狭义相对论，任何物体相对于惯性系的速 度不可能超过真空中的光速，否则将违反因果律。 因此，对于运动光源来讲，爱因斯坦的狭义相对论 和多谱勒效应，其中必有一个是不能成立的。作者认为：爱因斯坦狭义相对论的基础是光参 照系光速不变原理及其它物体相对于光速的运 动。而多谱勒效应是观测运动物体发出非光波物质 的公式。当我们把多谱勒效应运用到运动光源时， 得到的将是一个十分荒谬的结果。运用超统一场论，我们将发现类星体的巨大谱 线红移背后所隐藏着的东西。根据论证 2的计算结果，有现在物理学在解释分子间的结合力时，作出了 电吸力等于电斥力这一假设，然而这是一个十分牵 强附会的概念。对于电子数少的原子（尤其是氢

52、原子），还能用 相对位置来解释。然而对于众多电子组成的原子， 电子在原子核外呈球形分布的，很难用相对位置来 解释。而离子法解释不了同种原子形成的分子，如 氢气、氮气、氧气、铁块、铝块等。超统一场论认为，组成分子的原子之间，除了 核外电子的斥力外，还有核子之间的相互吸引力。 由于作用力是间断的（作用能量是量子形式的），所 以 h 应守恒。设原子的半径为d,电子与电子的距离为L,则 核子间的距离为 L+2d。核子间的作用能量Ru (L + 2 d ) =p M c22(L + 2d ) p(37)电子间的作用能量：= 1.2 m 1 0 1 4u (L ) =aoeW(38)oeh(v -v )

53、= 6.6 2 6 m 10-27 m 4.8 x 1014 = 3 1.8 048 x 10-13 (尔格)E = 4.8 9 3 m 1011 （eV ）转换成所需的温度，为T = 5.6 7 8 x 10i5（ oK ）而对于许多类星体来讲，中心温度可达 10201021（0k）， 相对压力为 105106 大气压；表面温 度也达10151016（ok）,其基本粒子的能量达到尔格 级，就这是类星体巨大的谱线红移背后所隐藏的东 西。实验论证在高能加速器上将带电粒子（质小 电子）不断加速，仔细观察它们在不同的能量阶段 所发出光波的波长（或频率），运用公式r2 *h （v -v ） =E2RL

54、可得出光子的确切半径及电子，光子间的距离L,从而为天文观察打下坚实基础。7.13 分子间的力u (L + 2 d ) t = u (L) t12u (L + 2 d ) t = 2 u(L)t1将已知条件代入（1）、（2）得u(L + 2d ) =8.7 545 x 10-162(L + 2d )m 938.2 6 m1 0641.0 7 x 10 -8L + 2 d(eV )u(L) =3.8 6144 x 10-iiL当 t2=t1 时,有m 3728.9 47 =41.0 7 x 10 -814.4 x 10 -8L + 2 dLL + 2 d=2.8 5 2L2 d=1.8 52L1

55、4.4 m 1 0-8(eV )L（39）40）即6.5 m10-24E = 31.8 048m10-13 式中 a 为电子的自旋半径, W 为电子的静电oeoe由于 h 守恒,于是有当41.0 7 x 10-814.4 x 10-8时，原子结合不成分 1.8 52时，无法形成分子。L8. 基本粒子的定义超统一场论认为：只有自旋速度等于光速的粒 子才能称为基本粒子。基本粒子有两大特点：一是 它不能由更基本的粒子复合而成；二是它的转化只 能在同级别的粒子之间进行。对于光来讲，随着能 量的增加，粒子的半径越来越大，而自旋半径则越 来越小。正是这一特点，才产生了光电效应、光生 正负电子对、光生n介子等多种现象。9. 超统一场论所需预言的现象9.1 光在恒星的自旋柱面发生偏折，从地球南 北极观察恒星光通过太阳附近的偏折，其偏折方向 应该相反。9.2 通过高能加速器对加速质子交叉碰撞，可 产生新物质。9.3 核聚变的反应条件根据超统一场论，我们得出了质子、中子在 2H、3H及4He中的动能速度分别如下：22He 中，V = 1.0 2973 x 109 cm / 秒1nV = 1 . 0 3 1 x1 5 9 1c 0m 秒 /p3He 中，