莊子說:“一尺之錘,日取其半,萬世不竭?!边@就是說,物質(zhì)無限可分。當然,這是哲學的觀點。什么是物質(zhì)?物質(zhì)真的是無限可分嗎?
筆者認為,只要我們把時空看做時空連續(xù)體,那么,物質(zhì)就是時空的奇點,奇點是可分的,同時又是不可分的。物質(zhì)都占有一定的時空,時空在這里不連續(xù)。即,時空連續(xù)就不存在物質(zhì),存在物質(zhì)時空就不連續(xù)。正物質(zhì)和反物質(zhì)對應正時空奇點與反時空奇點,時空奇點大,物質(zhì)的能量就大,時空奇點小,物質(zhì)的能量就小。
時空的彎曲程度描述了物質(zhì)奇點周圍的幾何性質(zhì),人們把物質(zhì)奇點周圍的時空彎曲叫做引力場。
關(guān)于物質(zhì)是時空的奇點的想法,在我的意識中由來已久。我認為它是四種力場統(tǒng)一的基礎,是物質(zhì)和時空概念統(tǒng)一的基石。
時空奇點具有質(zhì)量、電荷、自旋、同位旋等。時空的奇點的另一個名字叫“物質(zhì)”。
宇宙是物質(zhì)的,物質(zhì)是運動的,物質(zhì)的運動是要相互碰撞、吸收和發(fā)射的。物質(zhì)的相互碰撞、吸收和發(fā)射是必然要造成物質(zhì)的能量和動量改變的,物質(zhì)的能量和動量的改變必然要產(chǎn)生出力的相互作用。異種時空奇點因為相互吸引而合并,同種時空奇點因為相互排斥而分離。
同種時空奇點與異種時空奇點相互作用而形成一個由微觀到宏觀再到宇觀的時空奇點的系統(tǒng)。宇宙就是由這些時空奇點的系統(tǒng)形成的一個有大小、有結(jié)構(gòu)、有層次、有相互作用的一個時空體系。
由于宇宙物質(zhì)數(shù)量巨大,它們形成了各種類型的宏觀宇宙天體,又同時形成了數(shù)量驚人的微觀物質(zhì)。宇宙風的出現(xiàn),溝通了它們之間的相互聯(lián)系。宇宙風不僅使物質(zhì)產(chǎn)生波粒二象性,決定物質(zhì)質(zhì)量、能量、電荷、色荷的起源,同時因為物質(zhì)對宇宙風的屏蔽而形成強相互作用力和弱相互作用力,同時也因為物質(zhì)對宇宙風的屏蔽而形成萬有引力與萬有斥力。
兩個物體之間的外側(cè)受到宇宙風的碰撞作用而相互吸引,形成萬有引力;兩個物體內(nèi)側(cè)受到宇宙風的碰撞作用而相互排斥,形成萬有斥力。萬有引力使蘋果落地而不飛到天上,萬有斥力推動宇宙加速膨脹。
物質(zhì)對宇宙風的吸收和發(fā)射及其變化形成電磁力,導致同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。 物質(zhì)的質(zhì)量與能量是物質(zhì)對宇宙風碰撞次數(shù)的量度,而物質(zhì)的電荷與色荷是物質(zhì)對宇宙風的吸收和發(fā)射能力的量度。
由于在宇宙的邊緣各向異性非常突出,宇宙風最大限度地減弱,物質(zhì)的四種相互作用力的大小也明顯減弱,這造成在宇宙的邊緣物質(zhì)的分子、原子以及強子的結(jié)構(gòu)等大量解體、死亡,時空奇點逐漸消亡,宇宙邊緣的時空彎曲減小而逐漸變得平坦。
在宇宙內(nèi)部,正物質(zhì)和反物質(zhì)的湮滅就是正時空奇點和反時空奇點的轉(zhuǎn)化。比如,正反物質(zhì)湮滅產(chǎn)生光子,只不過是正時空奇點和反時空奇點的轉(zhuǎn)化,而光子的解體死亡發(fā)生在宇宙的邊緣。
物質(zhì)的運動只是時空奇點的移動,在宇宙的內(nèi)部,這個速度的最大值是光速。而在宇宙的邊緣,光子的速度超過光速,直到光子連同它的作為物質(zhì)運動的參考系物質(zhì)一起解體消失的時候,光子的速度的概念也自動地失去了存在的意義。這里無所謂物質(zhì),也就無所謂物質(zhì)的速度。因為沒有了參照系,何來速度,相對于誰的速度?這樣的概念全都無從說起。
但是,在宇宙的內(nèi)部,由于時空奇點的周圍有一個時空范圍是黑洞,物質(zhì)又是時空的奇點,所以,在物質(zhì)奇點周圍的時空范圍必然存在一個時空黑洞,這里我們不妨把它叫做物質(zhì)黑洞。在宇宙的內(nèi)部,這便是我們難以獲得物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息的原因。
但是,對于在物質(zhì)黑洞等效半徑以外的物質(zhì)結(jié)構(gòu),我們卻能夠探知物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu),比如分子、原子、強子等的組成與結(jié)構(gòu)。
黑洞的邊界叫視界。從物質(zhì)黑洞中心到物質(zhì)黑洞的邊界叫做單向膜區(qū)。在這一區(qū)域內(nèi),任何物體或信號都不能靜止或反向運動,只能在有限的時間內(nèi)落入奇點。
對于不轉(zhuǎn)動的靜止物質(zhì)黑洞(史瓦西物質(zhì)黑洞),任何光源在接近物質(zhì)黑洞某一區(qū)域的表面時,光源發(fā)出的光產(chǎn)生紅移。
當光源在接近物質(zhì)黑洞的視界半徑(黑洞的邊界)處,在物質(zhì)黑洞外面的我們觀測到的紅移為無窮大,所以,物質(zhì)黑洞的這個表面為無限紅移面。
靜止物質(zhì)黑洞(史瓦西物質(zhì)黑洞)的無限紅移面與視界重合,穩(wěn)態(tài)軸對稱的轉(zhuǎn)動物質(zhì)黑洞叫做克爾物質(zhì)黑洞,轉(zhuǎn)動而帶電的物質(zhì)黑洞叫做克爾一紐曼物質(zhì)黑洞。它由質(zhì)量M、角動量J、電荷Q三個參數(shù)描述。
克爾一紐曼物質(zhì)黑洞外面的觀測者不能從克爾一紐曼物質(zhì)黑洞中獲得有關(guān)克爾一紐曼物質(zhì)黑洞的質(zhì)量、角動量、電荷大小的任何信息,這叫做物質(zhì)黑洞的無毛定理,這個定理決定了我們不能發(fā)現(xiàn)物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。
著名的華裔物理學家丁肇中先生從事的是高能實驗粒子物理學的研究。他1956年在美國上大學,學習數(shù)學和物理學,1966年獨立進行測量電子半徑的實驗。根據(jù)丁肇中的實驗證明,電子的半徑確實小到不可測量,電子實際上是沒有半徑的。
我們知道組成原子的是質(zhì)子和中子,人們把質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子(屬于重子),人們發(fā)現(xiàn)強子(包括重子和介子)又是由夸克組成的,夸克依靠膠子傳遞相互作用。構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子夸克、輕子、玻色子沒有體積,夸克半徑小于10-17厘米。
由此可見,物質(zhì)的本性就是時空奇點,它沒有大小,沒有“內(nèi)部”結(jié)構(gòu)。