宇宙统一场方程.doc

宇 宙 统 一 场 方 程摘要 对宇宙物质的认识，从微观亚原子粒子到整个宇宙，与流体力学的服从Navier-Stokes方程（组）的湍流场比拟，本文提出了一系列与当今物理学绝然不同的观点，在此基础上，建立了宇宙统一场方程。据此，本文还统一了四个相互作用（电磁相互作用，引力相互作用，强相互作用和弱相互作用）和整个大宇宙（包括暗物质,暗能量和黑洞等），合理地解释了当代物理学和天文学的大量的最重大的难题，同时，证明了宇宙的“时间通道”存在的合理性。关键词 广义宇宙时空,相互作用,涡振子,夸克,湍流,暗物质,暗能量,黑洞,时间通道PACC代码 0400, 0450, 0545, 9530L, 9590, 9890当今科学家们想要建立的“统一场论”是统一微观粒子的四个“相互作用”，但本文的宇宙统一场不仅仅可以统一这四个相互作用，而是从微观亚原子粒子到整个大宇宙的完美统一，所以，本文称为“宇宙统一场论”。为什么当今物理学至今不能继承爱因斯坦的遗愿建立统一场呢？作者认为，原因如下：（1）当今物理学基本是线性的，属于线性思维，即使物理学有些非线性解，但人们不了解作者发现的“非线性特性”（未发表）1，因此，理解和处理这些非线性解的方法仍然是线性思维。用线性思维解决不了“宇宙统一场论”，必须用非线性思维，非线性的中国古典哲学为我们提供了哲学基础2。非线性思维是整体思维，而线性思维是局部思维。（2）上世纪初，爱因斯坦与波尔等人的“波-粒”二相性之争表面上是“波动性”和“粒子性”之争，但实质是“流动场论”与“系统论（包括静止场论）”之争。争论的结果是，以量子力学为代表的“系统论”胜利了，并使量子力学至今占住物理学的统治地位，而相对论虽然功不可没，但只是处于辅助地位。因此，爱因斯坦发出了追求“物质的本质”“自然的最终描述”的感叹，他在与英菲尔德合著的物理学的进化（1936年版）中说：“实物便是能量密度特别大的地方，场便是能量密度小的地方。但如果是这样的话，那么实物和场之间的区别，与其说是定性的问题，倒不如说是定量的问题。把实物和场看作是彼此完全不同性质的两种东西是毫无意义的，我们不能想象有一个明确的界面把场和实物截然分开。”这里，爱因斯坦所说的“实物”就是粒子，他所追求的“场论”应该是有连续介质（“能量密度小的地方”）的“流动场论”。“流动场论”的特征是以速度向量为主、以有关标量为辅的、用含有速度向量对时间坐标的全微分项的、非线性的偏微分方程组表示的流动场，而“系统论”的特征是用常微分方程、波动方程和薛定鄂方程等表示的相对静止的点或点群的振动（或波动），尽管有“场”，但如电磁性的“量子场论”“标准模型”一样，没有介质。“流动场论”不仅表示连续介质的流动，而且也包括流动的连续的点或点群的振动（或波动）。对微观世界和广袤大宇宙的统一整体的研究，必须用这种非线性的连续介质流动场论，因此，仅用相对静止的属于系统论的量子力学，不可能建立统一场论。（3）“超弦理论”已发展为当今物理学的前沿主流理论之一，这种理论认为，任何粒子之中都有一根“弦”在振动，“弦”可以被截成许多小弦，可以两头对接为“圈”，弦的各种复杂振动可在超几何的10维空间中表示。“超弦理论”涉及较复杂的几何学和其他数学前沿，因此，形成了用数学的抽象思维代替具体的物理意义的局面，虽然它表面上研究的是“量子”并牵强附会地解释当代物理学的某些“难题”，但它的深奥内容更多的是抽象数学，而不是具体的物理学。这种用数学代替物理学的先例始于爱因斯坦，这就是他的广义相对论的纯几何引力场方程（后面将指出它的缺陷并用“宇宙统一场方程”描述包括引力场的全部统一场），所以，仿照爱因斯坦，不仅物理学家，而且,许多著名数学家纷纷涌入这一时髦领域，形成了一股世界潮流。作者认为，数学永远是物理学的“工具”，研究物理学，主要是研究具体问题，数学的抽象是必要的，但必须与具体的物理实质相结合，因此，这种用数学代替物理学的潮流是错误的。而且，“超弦理论”主要属于相对静止的“系统论”，对上述严格意义的非线性“流动场”，数学家们似乎不肖一顾。长期以来，由于在数学上没有解非线性的Navier-Stokes方程的方法，使当代物理学的“流动场论”停步不前，形成了物理学的严重危机，当今的主流数学家们似乎没有注意到这也是可怕的“数学危机”。现在，当人们议论“非线性科学”的进展时，往往只指相对静止的“非线性系统论”，好像没有“非线性流动场论”一样。因此，用这种静止的，片面的线性思维方式同样不可能建立统一场。作者认为，要更快地发展物理学并迅速解决当代物理学的许多危机，必须把“非线性流动场论”（包括“系统论”）大力发展起来，整体地描述从微观粒子到整个大宇宙的“宇宙统一场”。本文就是用这种整体思维的方法描述“宇宙统一场”的一种尝试。其主要内容是：将微观粒子和整个大宇宙与流体力学的非线性湍流场进行比拟；假设宇宙的流动介质是“涡振子”，整个宇宙都充满了连续的流动的涡振子，涡振子可被视为流场的“质点”，但又是“涡”它必有波动性，而不是相对静止的抽象的点和点群的振动（或波动）或点粒子中的“弦振动”；这种流动的“涡振子场”可以被量子化，但不仅仅是相对静止的电磁场的量子化。下面，根据我们对微观世界和大宇宙的了解来建立这种非线性的“宇宙统一场方程”，并根据流体力学比拟和该方程，本文将指出微观粒子，包括电子、光子、夸克、质子、中子的立体结构模型和夸克禁闭的原因，指出微观粒子、暗物质、暗能量和黑洞如何组成统一的大宇宙；特别指出没有宇宙大爆炸，我们这个可见宇宙外还有更大的宇宙“天外有天”。不过，在建立“宇宙统一场方程”之前，必须建立一套不同于流体力学（属牛顿力学）的流场，也不同于“量子场论”的、可称为广义宇宙统一场的新机制，即物理学的崭新机制。1， 宇宙统一场的结构流体力学的湍流场比拟作为“量子力学”奠基者之一的海森堡在世时曾说：他希望死后上帝能给他解释湍流运动。原来他已预感到，不仅可用湍流的湍涡比拟微观粒子，而且可用湍流场比拟宇宙统一场。当今“理论物理学”早就有用流体力学作比拟的先例，例如“孤立子理论”。作者发现，所谓“孤粒子”并不是该理论所谓的“孤立波”，而是“孤立涡管”，该理论用“孤立波”（或“孤立涡管”）比拟微观粒子，比如光学孤子，并成功应用于光学通讯的实际。在流体力学3 中有“位势场”，“无旋场”，“有旋场”和“湍流场”，现有流体力学理论基本是分别讲述这些“流场”的，没有有机统一起来。这是因为现有的流体力学没有根本解决湍流场，关键是没有解开非线性的Navier-Stokes方程。当今流体力学的湍流理论是将该方程简化，将一个未知数分解为两个未知数，即平均值和脉动量，这样，一定使仍然是原方程数的方程组不封闭，很难处理这种方程组的封闭问题，有些处理方法甚至不伦不类。即使有些简化的非线性方程，但因在数学上没有解非线性偏微分方程组的理论，则也只能得数值（近似）解，因此，用传统的湍流理论只能了解湍流问题的一些局部现象，不能解决湍流的本质，更不能达到上述四种“场”的统一。很久以前，作者找到了非线性的Navier-Stokes方程的解法，进而可以得到湍流问题的解析解，可以合理解释湍流的发生机理。这样，就把上述四种“场”统一成一个场。在数学和物理学中，只有前三种“场”，而没有湍流场，这是因为湍流场是一个非线性流场。作者的这些流体力学论文尚未发表。在流体力学的三维空间（场）中，有两种流动速度，一是有势速度，一是有旋速度。假设j是位势函数（j不是机械的位势能），那么，用其梯度（1.1）表速度向量，其中，i,j,k是坐标x,y,z轴方向的单位向量，这里取“-”号表速度向量从高j指向低j。j的量纲是，是某种动量矩的量纲(本文没有质量的概念)，因此，位势函数j是标量，可称为扭量，不是旋度向量。如果，即速度向量，那么，j就是一个绝对静止和均匀的，没有方向的标量场，可称为“原始位势场”，在这个场中，时间、空间和因果关系都没有意义。有势速度向量就是无旋（或有势）层流，亦即（1.2）根据数学定理，无旋层流场可包含多个位势场（含原始位势场），无旋层流就是有势流。如果有另一速度向量的旋度不等于零，即（1.3）那就是有旋层流，有旋场不是有势场，即有旋层流不是有势流或无旋层流。无旋层流（有势流）速度向量和有旋层流速度向量的合成向量（1.4）可满足非线性的Naver-Stoks方程（组）。这样，时间，空间和因果关系开始完全生效，因此，时间、空间和因果关系是相对的。更进一步，如果我们对非线性的Naver-Stoks方程（组）求湍流解，那么，我们会发现，流场中不仅有无旋层流（含位势场）和有旋层流，而且还有复杂的湍涡，这就是湍流。湍涡也是有旋层流。虽然有旋层流和无旋层流（有势流）并行满足Naver-Stoks方程（组），但在三维线性空间中，它们好象互不相干，但下面将指出，在4-时空的非线性宇宙统一场中，它们的能量可以互相转化。根据作者对湍流问题的研究，湍流场的定义是：“湍流的特征是流场的某区域有许多湍涡，湍涡是两端非线性自封闭或环形封闭的微小涡管，此区域即湍流区域。在一个流场中可包容多个相互独立并相隔一定间距的湍流区域，不仅一个湍流区域之外包围着有旋层流和无旋层流（含位势能），而且在微小涡管之间也夹杂着部分有旋层流或无旋层流（含位势能），这些流（包括涡管）之间没有绝对的界面将它们分隔，它们是连续的流动介质，而且不停地相互交换能量，因而，这些微小涡管具有不同的随机变化的形状、尺度、方向和涡管强度，它们不仅有较稳定的拟序结构，而且有杂乱无章和自生自灭的微小涡管；单个涡管之间可以交换能量，但不能无条件地任意交换位置，一般来说，湍流区随流场一起流动。”作者在研究形成湍流的“转捩”过程时发现，当涡管与涡管在侧面接触时，在两涡管断面涡旋之间要发生“异旋相消、同旋相涨”的相互作用。见图1；异旋相消（如图1.a）的结果是，两涡管之一被截断并同时产生有旋层流，或者，两涡管全被截断，并同时产生无旋层流（含位势能），这就是湍流研究中称为“喷射”的罕见现象，被截短的涡管在截断端能非线性自封闭；同旋相涨（如图1.b）的结果是，产生许多断面更小的涡管。如此继续相消相涨下去，形成各种湍涡、各种湍流区域和整个湍流场。以上就是上述四种场的统一。诚然，流体力学属于牛顿力学。图1 涡管断面流线间的相互作用：a 异旋相消；b 同旋相涨。根据湍流发生机理，涡管的断面流线（涡旋）有两种类型：（1）汇流式涡管断面，如图2所示，其中心一定有一个汇流圈，是湍流中最大或最小的涡管，大者如非对称“涡街”的涡管，小者如那些时生时灭者，图1.b的“同旋相涨”所形成的就是这种小涡管。（2）封闭式涡管断面，封闭流线可以是圆（图3.左），也可以是任意封闭曲线（图3.中），这种封闭式断面的涡管是汇流式断面发展而成，比较稳定，如湍流定义中所谓的“拟序结构”。值得注意的是，这两种涡管断面的中心都有汇流圈，只不过是“圈”的大小不同而已。 图2 图3如果用流体力学的湍流场对大宇宙进行比拟，可以认为，整个宇宙是一个大能量流场，是一个没有空隙的连续体，它有四种场结构，即“位势能”，“无旋层流”，“有旋层流”和“湍涡”，由它们构成了宇宙统一场。在微观世界，可以像孤粒子理论用孤立波（实际是涡管）比拟微观粒子一样，用湍涡比拟各种微观粒子，显然，这些粒子（或涡管）内部都是流动的“涡旋”，不是坚实的颗粒，也不是一个“点”。湍涡之间还夹杂着“无旋层流”（含“位势能”）和“有旋层流”，也就是微观粒子在连续介质场“无旋层流”（含“位势能”）和“有旋层流”中流动，不仅有涡动（波动），而且有线动，这些“流”之间都是连续的。在上述湍流定义中所说的“较稳定的拟序结构”是指，这种涡管如孤立子一样，两个涡管在低速碰撞之后仍然会恢复到碰撞前的原状。2，涡振子场和能量场在流体力学中，连续流体介质是流体（液体和气体）；作为比拟，本文假设，在宇宙统一场中，连续流体介质是“涡振子”，整个宇宙充满了“涡振子”，它们是流体的“质点”，但又不是“点”，而是“涡”（图3.右）。这种“涡振子场”与系统论哲学家拉兹洛（ELaszlo）提出的场相似7，可以说有“零点能”，但不是“点粒子”，涡振子内部也是流动的；这种“涡振子场”也与历史上的“以太场”相似，有局部群体流动，但不是以太的坚实颗粒且无摩擦。“涡振子”是体积很小的虚粒子，图形如图10所示的光子型球形中性涡管，其旋转角动量是小幅“弱对称”震荡型，见图3.右，其涡动像机械手表的“摆轮”，其“涡旋能”接近于零，但不等于零。它们的涡旋（或“波”）相互干涉，如图4所示，因而可以用少数的涡振子储存大量信息，它们之间没有间隙，是连续的，因此，它们有亲和作用不可分离连续性，但无摩擦。因此，与场的观点一样，涡振子场承载着整个宇宙的过去，现在和未来的信息，是一个具有整体性的全息场。宇宙中任何一个涡振子的微小变化（线动和角动），都会引起整个宇宙涡振子场的全息响应，信息到达任何地方不需要时间，此即“量子靴袢效应”（对此名称，后面将予说明），并被全息场永久地记忆下来。因此，涡振子一定具有微小的能量，尽管很小，但却具有不同的辐射量，这正是宇宙背景辐射2.726K所反映的能量。这是人类获取宇宙信息的源泉。反过来讲，如果涡管的旋转角动量恒等于零，那就不成其涡管，也就没有涡振子，所以，涡振子是准量子，具有量子的特性。图4涡振子本身有微小能量，但同时也是大能量的载体，因为我们研究的“能量场”的能量按场分布“加载”于涡振子场上，因此，涡振子场就是能量场。这样，可以认为，整个大宇宙就是由“位势能”，“无旋层流”，“有旋层流”和“湍涡”等能量结构组成，不过，在引入涡振子场的情况下，它们具有更深层次的含义，这就是：（1）“位势场”就是涡振子场，其位势函数是j，可认为是量子力学的波函数，j的形态就是涡振子，是能量的表现之一。涡振子有虚粒子的性质，它本身含有微弱能量，但又是大能量的载体。下面将会知道，本文的“位势场”有两种，一是（1.1）式表示的空间位势场，另一是时间位势场（见后面的（8.2式）。“位势场”通过涡振子将能量以有势速度向量的形式从高j传向低j ：首先，某较高能量的涡振子将其能量的信息，包括速度大小，方向，振动频率，相位和波长及其所处的量子态等信息传给相邻的，或较远的较低能量的涡振子，这种只含有信息，不具有同等能量的涡振子就是虚涡振子，接着，这个接受信息的相邻的，或较远的较低能量的虚涡振子接受那个较高能量的涡振子的能量，变成高能的涡振子，然后再按此法继续将能量传给下一个涡振子，直至到达目的。因此，涡振子的位置不变，流动的只是在涡振子之间运动的能量，这与物体中的热传递相似。（2）“无旋层流”包含位势场，按照上述的严格数学定义，无旋层流就是有势流，其能量流动方式同上述位势场。但是，在流体力学中对无旋层流有另一说法：它是涡振子的群体流动的形式，参加运动的全部涡振子都带着能量同时流动，称为“涡振子流”。这些涡振子流动的线动量很大，而角动很小，只是维持涡振子各自的微小“弱对称”扭振，它们之间可以有微弱的相对位移，可以交换能量，但不能任意交换位置。下面将说明，流体力学中的无旋层流实际是旋度非常微弱的有旋层流，完全无旋的层流只是一种假设（空气动力学），但是，为了与下面的有旋层流相区别，我们还是将这种旋度非常微弱的有旋层流称为无旋层流。（3）“有旋层流”也是涡振子的线动量很大的群体流动，也是“涡振子流”，但流线上的涡振子的角动及其非对称振动是较显著的，但仍属于小于3600的“强非对称”扭振，因此，“无旋层流”和“有旋层流”的区别是：“无旋”意味着流线上的涡振子是“弱对称”振荡，而“有旋”则是“强非对称”振荡，这里虽说“显著”，但因都是角动小于3600的非对称振荡，没有形成涡管，则并没有形成实粒子。对有旋层流流线上的涡振子，可称为“强涡振子”，但在没有必要区分的情况下，仍然统称为涡振子。（4）“湍涡”则是在有旋层流中形成的角动大于3600的由有旋层流的“涡振子流”形成的微小涡管，这就是实粒子，与实粒子的体积比较，实粒子之间的距离很大，中间都是无旋层流或有旋层流。它们之间的能量是连续的，不仅其流动线动量连续，而且其转动角动量也连续，没有绝对的界面把他们分隔开，但因为两者的角动量有随机过渡的混合区域，因此，必有相对的“平均界面”把它们分隔开，这样，在微小涡管（实粒子）与无旋层流（含位势能）或有旋层流之间还是可以区别的。与各种两端非线性自封闭或环形封闭的微小涡管及其组合对应，所谓“微观粒子”，比如电子，光子，夸克，质子，中子以及其他各种粒子就是不同形态的涡振子流涡管被赋予不同能量的涡管，或以不同方式结合的涡管组合。涡振子上的能量有两种，一是位势能j，它可以在涡振子之间传输，但涡振子位置不变，表现为有势速度，另一种能量伴随涡振子流一起流动，表现为有旋速度。当今的整个物理学，包括牛顿力学，量子力学，相对论和系统论的能量传播方式基本是建立在“位势场”传播方式的基础上，这种场是相对静止的，而且没有介质涡振子，也就没有有旋速度，因此，仅用这种单一的能量形式描述宏观宇宙和微观粒子的统一场，其片面性不可避免。作为比拟，“位势能”，“无旋层流”和“有旋层流”分别与组成大宇宙的黑洞，暗能量和暗物质对应，但不是简单的对应（详见后述），而“湍涡”则对应于实粒子。对“涡振子”和“涡振子流涡管”来说，涡动就是波动，而且是随机的，可表示成波函数j，可被“量子化”，当然遵守“量子力学”的某些主要规律，例如“测不准原理”，“靴绊原理”和“泡利不相容原理”等。但是，必须特别指出，涡振子场的量子化不仅仅是相对静止的电磁场的量子化，而且包括流动的涡振子的量子化，这就是本文的“更微观的流动量子场论”。3，广义宇宙时空论宇宙时空是研究物质（能量）运动的需要引出的，有随意性，因此，对物质而言，时空是相对的，只有能量才是绝对的，随着对物质运动的认识的深入，时空论也应该发生变化。物理学经过了由牛顿的狭义绝对时空论向爱因斯坦相对时空论的转变，这是科学的一大进步，但是，现在看来，科学又要向前发展了，这就有本文的的“广义宇宙时空论”。在这种广义宇宙时空中，不仅包含牛顿绝对时空和相对论时空，而且包含原始位势场的没有时空。相对论的相对运动是相对于观察者而言的，可以有不同的参考系，观察者处于某参考系中观察某事件，所以，相对论有许多令人费解之处，但是，如果观察者能够“天人合一”，把宇宙当成自己的身体，自己“隐性”体验自己体内的运动“信息”这种信息传递按量子靴袢效应进行，不需要时间，那么，自己的身体就是广义宇宙时空，当然不需要什么相对参考系。因此，如果将整个宇宙的某一点作为坐标原点，就可建立广义宇宙时空坐标系，在这个坐标系中，物质（能量）运动都计算其绝对运动速度。因此，在广义宇宙时空中，相对论的闵可夫斯基时空不适用并且需要改变。闵可夫斯基时空是 或 其中，。此式是根据 来决定相对论惯性系中两“事件”的间隔ds的。在相对论惯性系中，光速c=299792458 m/s不变，显性的物体移动速度不能超光速。但是，在广义宇宙坐标系中，光速c虽然不变，但光的波动（传播）是在作定向流动的涡振子场（无旋层流或有旋层流）中进行，这种定向流动不是发光体的运动，因此，v的绝对值可大于c，上式中jc应改为速度向量v在时间坐标轴上的投影，上式应改为（3.1）其中，（3.2）这里，是速度向量v的模，是待定系数，由后面的宇宙统一场方程组的解确定。在相对论的惯性系中，ds是不变量，但在宇宙的广义绝对运动中，v可能是随时间而变的变向量（非定常场），因此，与相对论不同，间隔ds可能在加速时有微小变化。显然，这是一个绝对时空坐标系，但与牛顿绝对时空不同的是，（3.1）式和（3.2）式不仅说明，时间和空间是一个统一的整体，不可分割，而且说明，时间坐标可以有正负，也说明物体的形状和几何尺寸与物体的速度向量v有关。这种关系不需要坐标变换，但因可让（3.3）则它包含闵可夫斯基时空和洛伦兹变换，也就是包含相对论时空。这就是“宇宙统一场的”的广义的绝对4-时空。以下令（3.4）其中，称为时间坐标轴，其余三个称为空间坐标轴，此三者维持迪卡尔直角坐标关系。关于时间坐标轴与空间坐标轴的关系，请详见下述。采用爱因斯坦的约定：如果某一项中的有关符号的上标或下标同时出现相同的字母时就表示要对那个指标求和，那么，（3.1）式可以写为张量形式（3.5）其中，上标表逆变，下标表协变，是度规矩阵（3.6）在相对论中，爱因斯坦把光速看得太重要了，他认为任何物质运动都不能超光速，这就不能不限制物理学的发展。如果这样，地球人永远只能做惯性移动，不能超光速，不能进行自由的宇宙旅行，也引发了一系列的物理学危机。按照爱因斯坦相对论观点，如果超光速，因果律将被破坏，逻辑学不成立，问题就不能继续研究下去，这就是爱因斯坦的“绝对逻辑学”。我们完全没有必要害怕因果律被破坏！按照作者发现的“非线性特性”1，这只不过是逻辑学的前提条件非线性微分方程的定解约束条件发生了变化，如果解决了这个前提条件，逻辑学仍然有用，只不过是另一重意义的因果关系，与前一重意义的因果关系没有直接的逻辑关系，因此，问题仍可以继续讨论下去，这就从科学上证明逻辑学是相对的，不是绝对的。因此，光速不应该也不可能限制物质的运动速度，“超光速”不应该成为问题。4，放弃“力”和“质量”的概念“力”的概念来源于人的生活，表现为物体之间的作用力和反作用力，比如在人们头脑中根深蒂固的推力、拉力、冲击力，压强、应力，摩擦力，破坏力，特别是惯性力和引力，这是最早的“相互作用”概念，是牛顿力学的概念。比如电磁相互作用，根据量子电动力学，它其实是另一种意义的“相互作用”，它是电子与虚光子（其实是虚电子）交换的结果，根本不存在什么电磁“力”，同样，对弱相互作用和强相互作用也不存在“强力”和“弱力”，对惯性力和引力的相互作用（见下述），也不存在什么“力”。因此，“力”只是各种“相互作用”的宏观表面现象，不是真实的微观实在。“质量”的概念也来源于人们的生活，表现为物体的重量（引力）和惯性（惯性力），也是能量场（涡振子场）的宏观表面现象，也是牛顿力学的概念。按爱因斯坦质能公式，质量就是能量，是能量的表现，比如光子有能量，没有质量，但光子是物质，而且，下面将证明，在更微观的条件下，根本没有“实体质量”存在，而且，引力质量和惯性质量根本不是一回事，因此，我们不应该把质量当成物质的本质，物质的本质是能量。既然力和质量只是人感觉的宏观表面现象，那么，在建立“宇宙统一场理论”时，我们应该摆脱牛顿力学的这些约束，因此，本文将不用“力*位移=功”的概念，我们也不用“压强”，“应力”等与力有关的概念。同样，我们也不用“质量”的概念，而以能量密度代之。放弃“力”和“质量”等概念不是否定这些宏观的表面现象的存在，更不是否定牛顿力学和相对论，只是因为我们不愿受“力”和“质量”等概念的宏观表面性的拖累，让我们直接进入问题的更微观本质能量，我们这样做是为了更微观地研究问题，当然，在现实中，有时运用牛顿力学和相对论更方便，而且，下文将会知道，我们还可将最后的相关计算结果换算成“力”和“质量”。因此，作者认为，本文以前的力学牛顿力学，相对论力学和量子力学的一部分都是宏观物理学，而真正完全意义的微观物理学只是从本文开始，不仅对微观粒子需要更微观的观察，而且对整个大宇宙，尽管它是那么大，但也必须更微观地观察它。只有排除“力”和“质量”等宏观概念的拖累，“更微观的流动量子场论”才能真正建立起来，才能完全打开微观粒子和大宇宙的大门，并进入更微观的世界和整个大宇宙。因此，我们的宇宙统一场的基本守衡是“能量守衡”或“动量守衡”，而排除了“力的守衡”和“质量守衡”以及其他相关的守衡，这定会使问题简单得多。5，宇宙统一场方程的建立爱因斯坦用了后半辈子建立统一场论，但没有成功，那时还没有发现强相互作用和弱相互作用，爱因斯坦所追求的“统一场”只是电磁相互作用和引力相互作用的统一。他未成功的原因是他那个时代没有建立统一场论的条件：1）非线性的Navier-Stokes方程（组）可解，特别是合理解释湍流现象，因此，在那时，爱因斯坦没有研究连续介质流动场的重要方法；2）有大型的电子计算机；3）有天文学的高级观测手段和高能物理试验，等等。爱因斯坦虽然是天才，但他并没有完全摆脱西方线性思维模式，比如，没有摆脱牛顿力学关于“力”和“质量”的累赘；又比如，他虽然摆脱了牛顿的狭隘绝对时空，不仅建立了狭义相对论，而且建立了广义相对论，但他没有想到，还可以建立广义宇宙时空论；还有，因为Navier-Stokes方程未解，连续介质的湍流场未曾建立，致使（1.4）式的概念一直混淆不清。在物理学中，人们以为，速度就是有势速度，没有有旋速度，因此，长期以来，爱因斯坦的关于“物质的本质”的愿望一直没法实现。可喜的是，我们现在已经找到了Navier-Stokes方程的解法并可得到湍流问题的解析解，找到了湍流的形成机制，因而可以实现爱因斯坦的愿望。 在建立宇宙统一场方程之前，必须说明，现有的国际单位制（SI）的能量基本单位是N*m，或称焦耳，它是根据牛顿力学的概念“力*位移=功”而来。为了与SI接轨，我们仍然沿用这一能量单位，根据爱因斯坦质能公式，质量的单位是（5.1）其中， M 只是“单位”，不是变量，但却建立了宇宙统一场与牛顿力学的换算关系。因此，动能可定义为，动量可定义为，在牛顿力学史上，对动能定理和动量定理，科学家们曾有哪个正确之争，但后来一致认为两者都是正确的。在本文的范围内，若排除“质量”概念，仍可认为此结论无可非议。宇宙之“本能量”包括三个方面，即动能、动量和扭量j，它们的量纲虽然不一致，但都表示能量。动量为向量，动能和扭量是标量。因此，本文的“能量”概念比传统的“能量”概念有所扩展。在静止粒子内部，动量是粒子涡管中角动量的线动表示，而在运动粒子中，动量是线动量和角动量在线动方向的合成矢量。爱因斯坦质能公式只适用于排除了涡振子场局部群体运动的相对静止的实粒子。既然用流体力学的非线性的Navier-Stokes方程（组）的湍流解（场）能够比拟宇宙的能量场，那么，“宇宙统一场方程（组）”的建立也应该仿效Navier-Stokes方程（组）。与Navier-Stokes方程（组）不同的是：（1）本文的坐标系是宇宙的广义4-时空坐标系；（2）本文不用“力”，“质量”等概念；（3）在流体力学中，连续流体介质是流体（液体和气体），在宇宙统一场中，连续流体介质是“涡振子”，整个宇宙充满了“涡振子”，好像流体的“质点”，但又不是“点”，而是“涡”。关于涡振子，上面已作了详细假设。下面，我们来建立宇宙统一场方程。在图5中取宇宙中的任一能量流体（涡振子流）微团w。我们研究的是A点的速度（即动量），而B点的速度是，A和B的间隔是。 图5 图6 图75.1 连续方程图5的能量微团w是4-维时空的4-体积元 ，它是一个伪体积元，只在计算时使用，而 3-体积元是，是真实的体积元。那么，A点的能量密度是（5.2）在连续介质力学中，所谓“连续方程”是指质量守衡，但是，如果将通常的连续介质力学中的连续方程的质量密度用能量密度r代替，那么我们的连续方程就是能量守衡，只要改变这一概念，就可延用连续介质力学的连续方程来描述能量场的“连续性”：（5.3）这里，Div是4-体积元的散度。这种连续性是涡振子之间的亲和作用所致。5.2 动量方程在能量场连续的情况下，见图5，涡振子流能量微团w就是A点涡振子的邻域范围，如果，B点的速度可用太劳级数展开，并忽略二阶以上的小量，得其中，速度的变化是写成矩阵形式为（5.4）因此，都与时间坐标有关。如果速度向量是（5.5）其中，是时间坐标轴方向的单位向量，是3-维空间的笛卡尔坐标系的三坐标轴方向的单位向量。问题是，时间坐标轴的的方向应如何确定？见图6，的端点是D，如果的方向不确定，那么，它就在以D点为中心并向周围像光一样发射的各个方向。事实上，这是允许的，因为下面的宇宙统一场方程是一个非线性偏微分方程组，它可以是超定的偏微分方程组，它有千千万万的独立解（但不是无限多解），每个解都有各自的“定解约束条件”，我们可以利用这些定解约束条件控制的方向和大小，达到我们想要达到的目的。和在空间中可用平面图7代替，两向量成一角度b，可以称之为“相角”，另外，在图6中还有一个方向角a。如果将这两向量合成，那么因此，考虑到（3.2）式，有（5.6）加速度向量也与（5.5）式和（5.6）式有相同的形式。上式的根号前取“+”号，可以得到（5.7）因为空间速度，则，但容许，见图6和图7。这就给我们提供了一条重要信息：虽然本文的广义宇宙时空（3.1）式和（3.2）式以及下面将导出的宇宙统一场方程建立了时间和空间的联系，但是，在存在三维空间的同时，也存在一维的时间坐标，它们都是4-时空中的坐标方向，它们之间既有联系，又是可以相互独立的，时间坐标方向可以称为“时间通道”，亦即“科学幻想”中所谓的“时间隧道”（此名称不确切）。前已指出，这个时间通道的方向在广义宇宙时空中有任意性，可以用调整a，b 和或的方法改变广义时空向量的方向和大小，甚至让为负值“时间倒流”。在这些关系中，时间坐标是最重要的，但对“时间t”，与“力”和“质量”的概念一样，是人的一种“宏观感觉”的相对性记录，只是因为它与有关，本文还不能放弃它。为了建立宇宙动量场方程，首先讨论定常情况，我们采用（5.7）式的向量形式。因为（5.8）现作偏导数（5.9）同理（5.10）下面讨论此式，（1） 对一些非定常运动，因为|a|v|，此式的分母中的不能忽略，例如物体在外在作用下的加减速和一些新星或新星系的产生时，要考虑这种情况；（2） 对有旋层流和无旋层流，它们是涡振子场的局部群体移动，其很大，而|a|很小，因此，可以认为此式的分母中的； （3） 在黑洞“汇”口的边缘（见图20和图21），因为“能流涡振子流”接近于圆周运动，可以近似地认为a v，因此，可以认为。（4） 在粒子“涡管”中及其周围的辐射，“能流”就是圆周运动，a v，所以，对于第（1）种非定常情况，我们将在稍后讨论。鉴于后三种定常情况，（5.10）式可近似为（5.11）另外，（5.4）式中速度向量v的方向导数还可以用有16个分量的二阶张量表示，为了清楚地表示有关偏导数的物理意义，将此张量进行分解，尤其是，根据流体力学的经典推导过程3，将9个空间坐标的速度导数分量分离为一个对称子张量和一个反对称子张量之和（5.12）其中，（5.13）（5.14）我们称（5.13）式的第一行为线变形率，第二行为剪切变形率，称（5.14）式为转动角速度（旋度的一半，旋度也称为涡度）。这样，我们就可以基本明白各速度分量导数的物理意义：宇宙能量场中一定有无旋层流（含位势能）、有旋层流和湍涡，而且，我们还知道了（5.13）式和（5.14）式的有旋层流和湍涡只能发生在三维空间场中，而在时间通道，即（5.12）式的矩阵的第一行和第一列中，是不可能产生（5.13）式的第一行的线变形率和第二行的剪切变形率，也不可能产生（5.14）式的旋度（或涡度）。根据以上分析，涡振子流能量微团（图5）内的动量变化为，而外部施加给能量微团的动量变化是动量对时间坐标的全微分（都与有关）这是非线性“流动场”的根本特征，否则，不是非线性连续介质的流动场。那么，宇宙统一场的动量方程是这种内、外动量变化的平衡，即，因此，得无量纲方程（5.15）其中，张量在（5.8）式（5.11）式的近似思维的情况下，此式可写为（5.16）在（5.4）式的矩阵中，同样考虑到（5.8）式（5.11式）的近似思维，那么，定常情况下的宇宙统一场动量方程（5.15）式的张量形式是即（5.17）因此，宇宙统一场的动量方程又可写成微分形式（5.18）它被简称为宇宙统一场方程的动量方程。5.3 热状态方程我们对（5.13）式第一行的线变形率有很大兴趣，因为在流体力学中，曾经把作为图5所示的流体微团的3-体积膨胀率，并把它与压强相联系。但是，因为本文已没有“力”的概念，也就没有压强的概念，因此，我们不把这种体积的变化率与压强相联系。但是， 必然与能量密度r和温度T有关，它反映了能量场的一种热状态。现有的热力学以“分子运动论”为基础，但是，本文的热运动是微观粒子（包括实粒子和涡振子）的热运动。根据上述涡振子场的假设，粒子与粒子之间没有间隔，好像是液体，但液体分子之间是有间隔的，只是假设液体不可压缩，然而，从（3.1）和（3.2）式得知，当粒子的动量或能量增加，包括线动量（振动）和角动量的增加，即能量v2增加时，如果ds不变或变化很小，粒子的3-体积会缩小，因此，我们的粒子（包括涡振子）本身又是可以膨胀和收缩的，甚至是可以变形的。这种“可压缩粒子”的“粒子运动论”还没有人研究。这里，我们只能仿（比拟）Navier-Stokes方程（组）中压强与质量密度及温度的关系，假设这种体积的变化率与能量密度r及温度T的积的负值成正比，即（5.19）其中，R是系数，不是气体的普适常数，这就是本文的热状态方程。如何建立“粒子运动论”确定系数R，尚需智者深入研究和热烈讨论之。值得说明的是，在流体力学中，可压缩流体的Navier-Stokes方程组还包括“能量方程”，它实际是热力学第一定律。但是，在宇宙大统一场的情况下，因为排除了“力”和“质量”等概念，那么，所有的能量都是扭量j，动能和动量，它们虽有区别，但本质是一样的，因此，动量可以代表任何能量，包括核反应和化学反应发出的热量和辐射。那么，有没有热辐射和热传递呢？有，但是，在这里，无论是热辐射和热传递，或者是电磁辐射和电流，都可以用下述的五种传递（移动）方式传递并形成动量平衡，所以，这里的任何能量平衡都可以用动量平衡方程（5.18）代替。因此，我们这里没有多余的“能量方程”。5.4 宇宙统一场方程组因此，仿Navier-Stokes方程（组），在本文的假设条件下，宇宙统一场方程组被基本建立起来，它们是（5.3）式、（5.18）式和（5.19）式的联立：（5.20）其中，共有6个方程，6个未知数，包括 r，和T，因此，此方程组是封闭的，它们虽然是非线性方程组，但却是可解的，作者已有一套解非线性Navier-Stokes方程（组）的方法，一定能用此方法解该非线性方程组（5.20）和后面的（5.22）。虽然现在没有解这两方程组，但是，下面将用它们“定性地”说明微观粒子和整个大宇宙的几乎全部大问题。前已述及，“涡振子场”中的涡振子就是流场的“质点”，不仅它本身具有微小的涡振荡能，而且宇宙的能量“加载”于涡振子场上，特别是，有旋层流和无旋层流就是涡振子场的局部群体流动，其中的所谓实粒子就是赋予不同能量的涡振子流构成的涡管或其组合。同时，下面将知道，不仅可以“卸载”加于涡振子上的位势能，而且可以“卸载”实粒子中涡振子流的能量，变成不流动的涡振子群。涡动就是波动，涡管就是粒子，因此，这里的能量场被流动的涡振子场“量子化”了，显然，这不是简单的相对静止的电磁场的量子化，而是更微观的流动量子场涡振子场的量子化，这是位势能（波动性）加有旋能（粒子性）的统一，因此，这两种“能”是互补的，这就是“波-粒”二相的真正统一，真正的互补原理。这样，波尔应用中国古典哲学“阴阳平衡”说明“波-粒”二相“互补”的“初衷”才达到了高度完美无缺的程度。相反，如果没有涡振子场，任何粒子（即量子）就失去了根据，任何能量没有载体，也发挥不了作用。因此，宇宙统一场方程组（5.20）式又以涡振子场为基础。宇宙统一场方程（5.18）式是一个一阶齐次微分方程组，这对线性齐次微分方程组来说，只能得零解，但对非线性的一阶二次齐次微分方程组却不是单一的零解，而是有许许多多相互独立的非零解，而且，在增加定解约束条件（包括等式约束）后，还可使它成为“超定的”非线性非齐次微分方程组。由（5.20）式可见，宇宙统一场方程比可压缩的Navier-Stokes方程（组）简单多了，尤其是动量方程，虽然是非线性，但不仅是一个一阶二次偏微分方程组，而且是一个独立的方程组，可以首先用它解出四个速度分量，这样，在四个速度分量已知的条件下，连续方程又变成为独立方程，由它解出能量密度r，最后由状态方程得到温度T。当求得后，可由（5.6）式确定，这样，系数也就由（3.2）式确定了。从（5.20）式可见，宇宙统一场的动量微分方程是一个“定常”的微分方程，这就是说，宇宙运动基本处于定常状态，这的确反映了我们这个可见宇宙的基本状态，否则，我们这个可见宇宙就“天下大乱”了，这就是“宇宙的稳定数学模型”。请注意，宇宙统一场方程组（5.20）式确定了时间运动和空间运动的数值关系，它的动量方程（5.18）式中的和第一个方程可能是时间运动（包括时间旅行）的理论基础。现在，人们只知道和熟悉空间场中的运动，而对时间通道中的运动，一般只是处于“科学幻想”之中，没有充分的理论根据，但（5.18）式中的和第一方程为我们提供了坚实的理论基础，给现代物理学的革命性发展指出了宽广的崭新途径。5.5 宇宙中的非定常动量状态 宇宙的一些局部可能处于非定常状态，在这种状态下，必须完整地应用（5.8）式，精确动量方程的张量形式仍然为（5.21）但此方程仍然可写为（5.17）式的形式（5.22）这里，v0是（5.8）式的精确形式，其中含时间t，注意，在解此非定常情况下的动量方程时，要特别注意（5.8）式的精确形式（5.23）也就是说，在假设非定常动量方程（5.22）式的解函数时，应考虑v0的这一结构形式。5.6 宇宙统一场方程组的解函数的组成形式根据（1.4）式，作为与Navier-Stokes方程（组）的比拟，宇宙统一场方程组（5.20）式和（5.22）式的解函数所表示的速度向量应该包括两部分，一是位势函数引发的速度向量，一是有旋层流的速度向量，因此，本文所谓的动量必须是这两者的合成向量（5.24）根据作者解Navier-Stokes方程（组）的经验，无旋速度向量和有旋速度向量在非线性计算中存在非线性的互相影响，不可能是绝对的线性关系，因此，无旋层流不可能逃脱有旋层流的阴影。下面将得知，我们所谓的无旋层流比拟对象暗能量，实际就是涡旋尺度很大的涡旋，是有旋层流，而不是严格意义的无旋层流。5.7 宇宙统一场方程组的定解约束条件与Navier-Stokes方程（组）能够解决任何流体力学的流场的问题（包括湍流）一样，宇宙统一场方程组也能解决宇宙中，大至大星球，星系，暗物质，暗能量，黑洞，小至微观亚原子粒子的全部问题。因为它是非线性微分方程，关键问题是要准确地找到服从非线性特性（参见注释1）的定解约束条件，这可能是最复杂，最困难，最艰苦的任务。我国著名民间物理学家王德奎早在“弦理论”提出之前就提出了一个更超前的理论“三旋理论”11，这种理论把事物设想为一个环状圈体（或称类圈体，见图11），类圈体的自旋分为三种：面旋类圈体绕垂直于圈面的中心轴线旋转，体旋绕圈面内的任一轴线旋转，线旋绕体内环中心线（圆）旋转，在3维空间，这种“三旋”可以构成62种变化，因此，这种理论认为，圈比点更基本，作者赞成这一论点，因为本文的微观粒子不是“点”。特别值得高兴的是，上面讨论的涡振子，无旋层流（含位势场），有旋层流和湍涡以及下面将要讨论的微观粒子基本结构，宇宙中大、小星系，星球，暗物质，暗能量，黑洞等的结构形状都是三旋环状圈体或与其有关。因此，三旋理论为确定宇宙统一场方程组的定解约束条件建立了几何基础和有关物理基础。6，微观亚原子粒子的基本涡旋结构据天文学观测，宇宙中全部实粒子，也就是在我们周围和在遥远的星空看得见或观测得到的事物，其总能量大约只占宇宙总能量的4%，这是宇宙总能量的很小一部分。关于微观亚原子粒子的涡旋结构，根据上述比拟分析，可以认为，所谓实粒子就是涡振子流被赋予不同能量后所形成的两端非线性自封闭的或环形封闭的涡管或其组合，它们都因某种剧烈的湍流（下面将指出存在这个湍流场）而形成，当然都在宇宙统一场方程（5.20）式描述的范围之内，当然可以用宇宙统一场方程求解其内部流动细节，因为这些粒子都是“涡管”及其组合。涡动本身就是波动，而不是“点”粒子的振动（波动）或点粒子中的弦振动（波动）。这些粒子分为三种基本结构，宇宙中的所有亚原子微观粒子，都是这三种结构之一，只不过是被赋予的能量，自旋，形状和结合方式等特性不同而已。这三种基本结构是：a） 电子型：它是由涡振子流形成的微小涡管，其形状为大半球形，底部凹陷的涡旋结构，见图8，此图表示的微观粒子是一个“光滑”的界面，但由于流体的连续性，它实际是一个随机的平均界面，并不是“绝对光滑”的表面，如图9，以下的粒子图的表面都如此。因为图8是涡旋，它必然与外边涡振子流场交换能量，又因为形状的不对称，则与外边流场的能量交换也不对称，凹端以吸收能量为主，凸端以放出能量为主，因此，凹端能量大于凸端能量，由于下面的“引力相互作用原理”说明的时空胀缩之故，必然导致凹端3-体积收缩，而凸端3-体积膨胀，在涡旋的旋转方向一定的情况下构成了它从凸端指向凹端的运动方向性。这就是单电子的“电势”（向量位势），这也是电子为1/2自旋的原因（见以下光子型），因此，它必然具有极性，极性不同就是涡旋旋转方向相对于“凹-凸”方向相反，分