果殼中的世界

莊子說：“一尺之錘，日取其半，萬世不竭。”這就是說，物質(zhì)無限可分。當(dāng)然，這是哲學(xué)的觀點(diǎn)。什么是物質(zhì)?物質(zhì)真的是無限可分嗎?

筆者認(rèn)為，只要我們把時(shí)空看做時(shí)空連續(xù)體，那么，物質(zhì)就是時(shí)空的奇點(diǎn)，奇點(diǎn)是可分的，同時(shí)又是不可分的。物質(zhì)都占有一定的時(shí)空，時(shí)空在這里不連續(xù)。即，時(shí)空連續(xù)就不存在物質(zhì)，存在物質(zhì)時(shí)空就不連續(xù)。正物質(zhì)和反物質(zhì)對應(yīng)正時(shí)空奇點(diǎn)與反時(shí)空奇點(diǎn)，時(shí)空奇點(diǎn)大，物質(zhì)的能量就大，時(shí)空奇點(diǎn)小，物質(zhì)的能量就小。

時(shí)空的彎曲程度描述了物質(zhì)奇點(diǎn)周圍的幾何性質(zhì)，人們把物質(zhì)奇點(diǎn)周圍的時(shí)空彎曲叫做引力場。

關(guān)于物質(zhì)是時(shí)空的奇點(diǎn)的想法，在我的意識中由來已久。我認(rèn)為它是四種力場統(tǒng)一的基礎(chǔ)，是物質(zhì)和時(shí)空概念統(tǒng)一的基石。

時(shí)空奇點(diǎn)具有質(zhì)量、電荷、自旋、同位旋等。時(shí)空的奇點(diǎn)的另一個(gè)名字叫“物質(zhì)”。

宇宙是物質(zhì)的，物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)量改變的，物質(zhì)的能量和動(dòng)量的改變必然要產(chǎn)生出力的相互作用。異種時(shí)空奇點(diǎn)因?yàn)橄嗷ノ喜ⅲN時(shí)空奇點(diǎn)因?yàn)橄嗷ヅ懦舛蛛x。

同種時(shí)空奇點(diǎn)與異種時(shí)空奇點(diǎn)相互作用而形成一個(gè)由微觀到宏觀再到宇觀的時(shí)空奇點(diǎn)的系統(tǒng)。宇宙就是由這些時(shí)空奇點(diǎn)的系統(tǒng)形成的一個(gè)有大小、有結(jié)構(gòu)、有層次、有相互作用的一個(gè)時(shí)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(shí)形成了數(shù)量驚人的微觀物質(zhì)。宇宙風(fēng)的出現(xiàn)，溝通了它們之間的相互聯(lián)系。宇宙風(fēng)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(shí)因?yàn)槲镔|(zhì)對宇宙風(fēng)的屏蔽而形成強(qiáng)相互作用力和弱相互作用力，同時(shí)也因?yàn)槲镔|(zhì)對宇宙風(fēng)的屏蔽而形成萬有引力與萬有斥力。

兩個(gè)物體之間的外側(cè)受到宇宙風(fēng)的碰撞作用而相互吸引，形成萬有引力；兩個(gè)物體內(nèi)側(cè)受到宇宙風(fēng)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(dòng)宇宙加速膨脹。

物質(zhì)對宇宙風(fēng)的吸收和發(fā)射及其變化形成電磁力，導(dǎo)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(qiáng)子的結(jié)構(gòu)等大量解體、死亡，時(shí)空奇點(diǎn)逐漸消亡，宇宙邊緣的時(shí)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(shí)空奇點(diǎn)和反時(shí)空奇點(diǎn)的轉(zhuǎn)化。比如，正反物質(zhì)湮滅產(chǎn)生光子，只不過是正時(shí)空奇點(diǎn)和反時(shí)空奇點(diǎn)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(yùn)動(dòng)只是時(shí)空奇點(diǎn)的移動(dòng)，在宇宙的內(nèi)部，這個(gè)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(yùn)動(dòng)的參考系物質(zhì)一起解體消失的時(shí)候，光子的速度的概念也自動(dòng)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?yàn)闆]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(shí)空奇點(diǎn)的周圍有一個(gè)時(shí)空范圍是黑洞，物質(zhì)又是時(shí)空的奇點(diǎn)，所以，在物質(zhì)奇點(diǎn)周圍的時(shí)空范圍必然存在一個(gè)時(shí)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(qiáng)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(yùn)動(dòng)，只能在有限的時(shí)間內(nèi)落入奇點(diǎn)。

對于不轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，光源發(fā)出的光產(chǎn)生紅移。

當(dāng)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(gè)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(dòng)物質(zhì)黑洞叫做克爾物質(zhì)黑洞，轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)量J、電荷Q三個(gè)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(dòng)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(gè)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(xué)家丁肇中先生從事的是高能實(shí)驗(yàn)粒子物理學(xué)的研究。他1956年在美國上大學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理學(xué)，1966年獨(dú)立進(jìn)行測量電子半徑的實(shí)驗(yàn)。根據(jù)丁肇中的實(shí)驗(yàn)證明，電子的半徑確實(shí)小到不可測量，電子實(shí)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(qiáng)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(shí)空奇點(diǎn)，它沒有大小，沒有“內(nèi)部”結(jié)構(gòu)。