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院士首席专家、科学研究院北京分院院长、中国科技研究交流中心研究员,中国国际经济文化发展研究中心高级研究员。从事国际发展战略策划, 智能远程经济产业发展、资源整合对接、 项目合作、智能技术软件研发、自动化逻辑设计等。发表论文100余篇,获国内国际优秀成果奖40余项,成果与传略入编大型文献百余部,出版专著《系统现代物理与智能科学技术模型》科学出版社,2015,申报国家科技专著基金项目。

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【原创】数字微观物理逻辑基础:质量与时空的量子性  

2009-10-17 08:44:26|  分类: 创新学术理论 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                                     王汰非 

                     (美国加州)世界学术成果研究院院士

           香港中国科技研究交流中心研究员  (北京)两岸三地投资联盟副主席

           中国国际经济文化发展研究中心高级研究员 中国管理科学研究院研究员

                              2012.05.06   

  摘要:经过科学实验分析结合现有理论与我们的最新成果,用计算机逻辑演绎归纳分析,提出微观物理数字化逻辑基础:质量与时空的量子性。为物质粒子的全息量子性,构成微观物理(量子、粒子与核物理)统一核心理论。其中微观物理数字化充分条件为量子性,智能化充分条件为全息性。

 质量与时空的量子性奠定了微观物理智能数字化逻辑基础,提供科学实验计算机模拟仿真自动化系统及课件软件数字技术模型。预期数字微观物理将推动现代物理,自然科学及科技全面系统数字化发展。

  成果核心理论获中国科技优秀成果特等奖,科技创辉煌金牌奖,第二届中国科学家论坛优秀成果一等奖,第二届中国未来与发展论坛新世纪优秀成果一等奖,中国科学优秀学术成果奖,共和国重大前沿理论成果创新奖等。核心理论多篇论文发表国内外学术刊物与大型学术文献。 

   1 广义量子化

   现有微观物理作为一个孤立系统,研究微观体系的变化状态及规律,没有考虑宏观和微观物质的相互转化,宏观和微观过程(物质变化状态及运动规律)相互依存互为条件。忽略宏观物质量子化对应的微观结构及其协变规律。由此导致微观物理的局限性、不完备性由此产生了诸多科学难题:量子力学理论解释物理界中心问题、超统一理论与统一场论、基本粒子基础结构、超核结构、黑洞基本结构及粒子分布规律等至今尚未解决。为此我们依据现有理论结合科学实验与观测数据,由大型计算机逻辑演绎数据分析, 归纳出微观物理统一核心理论:物质质量与时空的量子性。建立宏观和微观物质普遍联系规律,为解决多学科交叉科学难题的理论基础。

    宏观量子化:物质质量的量子性是宏观量子化的充分条件。按照相对论质能关系,能量量子性的充要条件为质量量子性,因此质量量子性本身包含能量量子性,而质量量子性与时空量子性具有因果关系和普遍联系,因此质量量子性导致时空量子性。由质量与时空的量子性构成宏观物质及其动力学量的全息量子性。微观与宏观量子性及其质量与时空量子性相容自洽和谐统一,构成统一场论的充要条件。

    微观量子化:粒子质量量子性与时空量子性具有因果关系和普遍联系。时空量子性将导致粒子波的量子性,即时空量子性与粒子波的量子性具有同一性,为统一微观物理的基本量子逻辑关系,构成统一微观物理基础核心理论。

    2 物质质量量子性及分析

       依据相对论质能关系和PIanck能量子理论,由Hawking辐射和量子力学发展的理论要求我们提出物质质量量子分析理论。黑洞是宇宙中典型的宏观量子化现象,我们假设宇宙奇异时空(黑洞)坍缩星体是由带电的谐振子组成,这些谐振子辐射电磁波和引力波并和周围的电磁场及引力交换能量。这些谐振子的质量状态分布不像经典物理和近代物理中所描述的那样,具有连续任意值的质量分布,而是可能处于某些特殊的状态。这种特殊状态的质量是某一最小质量u的整数倍。即u,2u,3u, . . . nu。n为整数称为量子数。对于宏观质量为M的谐振子来说,最小质量为u 。在辐射或吸收能量时,振子从这些状态之一跃迁到其它的一个状态,在跃迁中振子的质量要有变化,mc2为辐射或吸收的能量。  

根据质量子分析理论,用统计规律可计算出振子的平均能量及黑洞奇异时空各层次的质量谱,可以定性(量)分析黑洞物质的量子结构、质量分布及黑洞内新粒子的起源及其演化过程。为Hawking辐射提供量子力学基础,构成Hawking辐射充分条件。

    质量子分析理论与现代物理关于质量分布的概念有着本质的区别,现代物理认为质量分布是连续的,物质可以具有任意数值的质量,而质量子学说认为物质质量分布是不连续的,存在着质量的最小单元(质量子u),物质质量只能是最小单位的整数倍,由质量子理论则M = nu。n = M/u为量子数,显然这是一个巨大的数字。如果我们用谱线图绘出宏观质量的质量谱(用水平线表示不同状态的质量,并缩短标尺使任意两条水平线之间的间隔等于u),我们得到的图象将是一片连续区域。通常情况下是无法区分这些分立的质量谱线,这也是现代物理认为质量是连续分布的原因。在某些合理的条件下,如极早期高能宇宙、原初黑洞、正在坍缩形成黑洞的星体及与时间有关的强引力场中,质量分布却有着明显的量子效应。

   由质量子分析公式当M = mp = u,则n = 1(归一化量子数)。由质量子分析理论定义;宏观质量下限M>m p ,微观质量上限 m<m p 。PIanck质量为物质演化的临界特征质量,具有宇宙和物质演化的特征意义。

    3 时空量子性及分析  

    1881G.Stonney提出了自然界可能存在着最小空间距离和最短时间间隔的设想,但并未引起人们的注意。量子力学产生后关于时空量子化的各种假说才纷纷出现。1930年海森堡提出了关于普遍长度的思想,认为它是除光速和PIanck常数之外的“第三个普适恒量”,“其值为10— 13 c m,即比轻原子核半径小些”。同年,物理学家阿姆巴楚米扬和伊凡宁柯提出了量子化时空的假设,用时空量子为度量单位时空坐标只能取整数,他们还提出了基本四维时空存在的可能性。此外,MarchSiIbersteinBohn等人,在时空量子化方面也做过探索,March试图建立微观几何学。提出微观空间具有分立结构和统计量度特性。即微观空间量度是连续量子量度的统计结果。不可能在实验中确定小于某一界限的时间间隔,此界限等于最小空间限度除以光速,即t = r 0 / c 

    在狭义和广义相对论中,量子力学和量子场论中都利用连续的实际上是经典的时空概念(时空点由四个可取连续数列的坐标i  = x , y , z , ct表征)这种处理方法是否合理是我们需要讨论的问题。黎曼在1854年曾指出“在小范围内的时空将会变为完全另一种形式,颗粒状的间断的量子化的”。后来在国际学术界多次讨论过,如爱因斯坦1921年在著名讲演“几何与经验”中指出“这里提出的对几何学的物理解释,不能直接用到小于分子的空间领域,尽管如此时空量子性在基本粒子构造中仍然保持着某种意义”。时空量子性课题已经以不同形式和方案提出与讨论自今百余年历史,但目前尚无定性理论和定量尺度,由此相关多学科之间,理论、实验与观测之间产生了各种矛盾和难题。如:宇宙学中初始奇性时空(0秒 ~ 10 44秒)结构,黑洞r ~0时空结构,物理学发散问题,质量谱的确定原则,基本粒子构造与时空量子性的相关性,超弦的时空量子尺度,量子力学的理论解释及量子力学的发展,统一场论的时空量子结构等。从实验方面,建立时空量子定性(量)理论可观测粒子的精细行为及其瞬间态变化规律,对研究宇宙线粒子和高能粒子碰撞和较低能量下实现对各种量的超精细测量具有重要的科学意义及应用价值。时空量子理论可研发瞬间态新型科技,为研究宇宙高深层次整体统一规律提供捷径。

    需要指出的是,人们关于时空量子化的各种假说仍然采用通常的基本常数的观念,研究表明,时空量子具有相对变量与特征常量两种形式,时空量子相对变量适应致密物质系统,时空量子特征常量适应一般物质系统,这是宇宙时空所具有的整体量子变化性质特征及规律。适应致密物质和一般物质系统整体量子力学的理论要求。因此,百余年提出的时空量子传统假说至今尚未纳入量子物理与现代物理基础理论。更没有应用到量子力学及科学实验。为此我们提出时空量子性普遍适用的新观点,建立时空量子整体理论。(见以下阐述)。

      时空量子性需要研究微观粒子相互作用不同于宏观物质相互作用的特点,使经典力学的时空绝对连续性概念不适用微观领域,须引进时空分立的量子理论。为此分析经典力学与经典物理中的时空绝对连续性观点产生的条件。

    经典力学中的运动物质及物质间的相互作用均被抽象为分立的“质点”和“力”,并认为“力”是从外部直接加给运动物质的,是物质运动的外部原因。这样,作用宏观物质之间基本相互作用的表现形式的时空,被当作一种抽象的外部条件予以设定,因此,经典时空是物质运动的特定载体,物质在时空中运动而物质运动不能改变时空,导致经典时空是一种规定,没有任何内在变化的绝对连续的抽象形式,它的间断量子性无从谈起。时空本身的绝对同一·是经典力学和经典物理时空绝对连续性概念的实质。

    量子力学的发展及理论解释是现代物理中存在的一个重大问题,也是物理界争论迄今尚未解决的中心问题。爱因斯坦等人认为:量子力学理论是不完备的,波函数对体系的统计描述只是一个中间阶段,应寻求更完备的概念。德布罗意 ,玻姆等人认为:目前的量子力学是一个统计理论,是因为还存在着未被发现的“隐变量”,微观体系的规律正是由这些隐变量确定的,如果能找出这些隐变量,就可以准确地决定对微观现象每一次测量的结果,而不是决定各种可能出现的结果的几率。

   如果我们按照玻姆提出的隐变量思路来考虑量子力学的发展,那么量子力学中应存在着尚未被理论与实验发现的时空量子隐变量,目前波函数对体系的统计描述只是一个中间过程,微观体系的变化状态及规律将由时空量子隐变量来确定,如果从理论与实验发现时空量子隐变量,那么将准确地定性描述与定量观测粒子精细行为的各种状态及规律,使量子力学得到深层次发展,从基本理论上解决量子力学理论解释问题。因此,目前的量子力学既不是最终理论,也不会停留在现有水平上将会继续深入发展,质量与时空量子理论为其发展指出了方向。  

时空量子理论是现代物理、力学和宇宙学等自然科学多学科需要解决的重要课题。微观基本粒子及时空结构与时空量子性具有密切的相关性及因果关系,随着微观领域的理论与实验研究向着质量更小、能量更大的超微观深层次发展,尚未被发现的时空尺度必然逐渐缩小而趋向量子时空,这是现代微观物理及其科学实验发展的趋势和方向。实验已经证明,普通连续时空概念在数量级为t ~ 10 24 s , r ~ 10 16 m 的原子核时空尺度仍然是有效的,但超核子 —  夸克目前尚未从实验中发现。理论与实验表明, 原子核时空尺度可能是普通连续时空向量子时空过渡的特征时空。这样,超核子夸克可能具有量子时空特征,如果将原子核时空量子化,夸克将具有核时空量子尺度,在核量子时空实验中可能发现夸克(核量子时空实验机制有待于深入研究)。

     4 波粒二象性数字化特征新概念

     根据量子力学、量子场论和粒子(波)时空量子性给出波粒二象性数字化特征新概念

     粒子波是由它描写的粒子的空间(时间)量子组成的,粒子运动的空间(时间)量子连续分布的表象为粒子波。因此,粒子流的衍射现象是由组成波的这些粒子的空间量子(波量子)相互作用而形成的。实验证明:在粒子流衍射实验中照片上显示出来的衍射图样和入射粒子流强度无关,即和单位体积粒子数无关。如果减小入射粒子流强度,同时延长实验时间使投射到照片上粒子的总数保持不变,得到的衍射图样完全相同。即使把粒子流强度减小使得粒子一个一个地被衍射,只要经过足够长时间所得到的衍射图仍然一样。这说明每一个粒子被衍射的现象和其它粒子无关,而与粒子本身的空间与时间量子(波量子)相关,衍射图样是由粒子的空间(时间)量子(波量子)相互作用产生的。

结论:时空量子与粒子波量子具有同一性,为量子力学基本变量(隐变量),将从基本理论上解决量子力学理论解释物理学中心问题。构成量子力学数字化特征与数字自动化程序基础.

质量与时空量子性在粒子与核物理中应用见理论依据。

    5 理论依据

                  《现代物理数字分析与智能技术科学模型

                             香港中新出版社2012

                          王汰非著                      

现代物理数字分析是变革发展现代物理基础理论,提取现代物理交叉多学科统一核心理论,用数学与物理分析公理化的新方法阐述、论证数字化特征的现代物理分析基本理论及其整体统一规律。用最新前沿成果揭示交叉多学科统一物理规律及宇宙高深层次整体规律,拟解决相关重大科学难题,建立瞬间态、悬浮、智能数字和宇宙巨能技术科学模型。将引发高端与数字科技革命,推动科学科技进入智能数字化,模拟仿真自动化发展的伟大新纪元

    本书共分十章,内容包括第章量子物理数字分析与量子数字技术科学模型、第章粒子物理数字分析与粒子数字技术科学模型、第章核物理数字分析与终极核技术科学模型、高温超导动力学分析与超导技术科学、第系统相对论物理分析(量子相对论与泛系相对论)与高阶光速技术科学、第章黑洞物理数字分析与黑洞技术科学、引力动力学分析与引力结合能第八悬浮力动力学分析与悬浮技术科学、太阳核聚变动力学与人造太阳(黑洞)技术科学模型、大统一基本力学与基本力结合能十一大统一场论、十二系统宇宙物理数字分析与宇宙数字技术科学模型、第十三章数字天文实验科学模型、第十四章数字系统科学模型、第十五章智能数字技术科学模型、第十六章竞选诺贝尔物理奖科学成果及应用。 

专著核心成果获世界重大学术成果国际金奖与特等奖,世界百年学术成就奖。国际优秀成果奖,国际优秀文献成果雄狮奖,世界学术交流优秀成果一等奖,国际优秀科研学术成果探索奖,第二届中国科学家论坛优秀成果一等奖,第二届中国未来与发展论坛新世纪优秀成果一,二等奖,中国科技优秀成果特等奖,科技创辉煌金牌奖,中国百科优秀论文一等奖,中国创新英才优秀成果一等奖,中国科学优秀学术成果奖。中华名人文论优秀作品奖,第六届中国经济学家论坛优秀成果一等奖,第五届中国管理创新大会优秀成果一等奖,中国知名专家终身成就金奖等。获奖成果发表国内外多学术刊物,入编国内外百余部大型学术文献。 

         《现代物理数字分析与高端技术科学模型》拟解决多学科多领域科学难题  

量子力学理论解决问题超统一理论与统一场论基本粒子基础结构与原子核数字结构数字核反应宇宙弦、超弦与粒子物理的统一量子力学与广义相对论的统一低光速,亚光速,高阶光速(无限接近光速的最大速度)、光速与超光速协调运动规律原子核、夸克核与终极核结构及核反应夸克与终极核能;相对论、量子相对论与泛系相对论N体问题和宇宙学疑难初始暴涨宇宙论与初始宇宙结构粒子坍缩超黑洞理论宇宙引力动力学和宇宙连续创生及第一推动力第五种基本力:超荷载力与悬浮力巨系宇宙结构等科学难题    

   建立量子、粒子与核数字技术科学模型;量子力学、粒子物理与核物理数字教程;数字科学实验与观测;数字模拟仿真自动化系统;高阶光速技术科学模型;超导结合能模型;黑洞技术科学模型;悬浮技术科学模型、人造太阳与黑洞技术科学模型;基本力结合能模型;宇宙数字科学实验;数字天文观测;宇宙系统技术科学模型;第五代人工和宇宙智能计算机软件技术宇宙智能技术等智能数字产业链。引发21世纪数字科技革命,使人类科学科技进入数字全球化时代。在此特邀我国与国际相关科研院所、科研机构、著名高校及相关专家、学者,科研(研发)实验专家(个人、集体或单位均可)等交流合作共同研发。打破国界种族区域学科领域的限制,采用全开放多国家多学科多领域联盟合作快速研发高效发展机制,合作者具有项目技术的著作权知识产权技术专利权。社会经济价值不可估量!期望能引起国内相关专家的高度关注重视积极参入合作共赢。欢迎国内外科技教育界,科研院所,著名高校,科技研发机构,联合国科教文组织及学者专家交流斧正!          

                  一  量子物理数字分析与智能量子技术科学模型

    摘要:提出物质质量与时空的量子性,给出粒子波的量子性物理性质波粒二象性数字化特征新概念引进数字分析波函数、数字分析薛定谔方程和广义测不准关系。定性描述粒子粒子体系的微观精细行为,整体变化状态及规律,从基本理论上解决量子力学理论解释物理界中心问题. 为建立量子力学模拟仿真自动化数字系统提供科学基础与精确的科学数据。

    核心理论质量与时空的量子性;物质波的量子性;数字分析波函数;数字分析薛定谔方程;广义测不准关系。

专著香港中新出版社2012出版。50万字定价60元,优惠价50元订阅者联系作者。

                        作者简介

        王汰非 (美国加州)世界学术成果研究院院士(香港)中国科技研究交流中心研究员中国国际经济文化发展研究中心高级研究员中国管理科学研究院研究员、全球智能远程联盟(筹)主席、两岸三地投资联盟副主席、世界杰出华人协会会员等。

 从事理论物理,基础科学研究,高端与智能数字技术研发,模拟仿真自动化物理逻辑设计,智能数字教程课件软件开发,成果转化应用等。研究领域:量子物理,粒子物理,核物理,相对论,宇宙学,天体物理与统一场论,物理与信息工程等。

经过20 余年多学科多领域的系统研究,与国内外学者专家学术交流百余次,参加大型学术论坛研讨会百余次。96年开始至今于国内外学术刊物,大型学术文献发表论文100余篇30余项成果获国家级优秀成果奖,10余项成果获国际优秀成果奖。完成交叉多学科系统专著六部、出版一部《现代物理数字分析与智能技术科学模型》香港中新出版社,2012 

    主要成果获世界重大学术成果国际金奖与特等奖,世界百年学术成就奖。国际优秀成果奖,国际优秀文献成果雄狮奖,世界学术交流优秀成果一等奖,国际优秀科研学术成果探索奖,世界重大学术思想(成果)特等奖,第二届中国科学家论坛优秀成果一等奖,第二届中国未来与发展论坛新世纪优秀成果一,二等奖,中国科技优秀成果特等奖,科技创辉煌金牌奖,中国科学优秀学术成果奖,中国百科优秀论文一等奖,中国知名专家终身成就金奖,中国国学专家经典文论优秀作品金奖,共和国重大前沿理论创新特等奖,中国国学专家优秀成果奖,中国创新英才优秀成果一等奖,中华名人文论优秀作品奖,第六届中国经济学家论坛优秀成果一等奖,第五届中国管理创新大会优秀成果一等奖。 获奖成果发表国内外核心学术刊物与入编大型国内外学术文献。王汰非院士评为最具影响力学术华人,环球时代杰出人物特殊贡献奖, 获中国国际经济发展行业副理事长荣誉称号。  

     欢迎国内科研院所,著名高校,科技研发机构及学者专家交流合作有意合作联系我们欢迎转载引用传播标明出处保留作者著作权!  

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                     联系人:王汰非

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