统一论

物理论文：

电磁力是万物之源

-----------关于统一论

指导老师：张连娣

工学院 机械制造及其自动化 0401班 张阳 040715506

电磁力是万力之源

——关于统一论

指导老师：张连娣

摘要：十七世纪，牛顿把天体间的引力和地球上的重力统一成了一个力，即万有引力；十九世纪，麦克斯韦又完成了电场力和磁力的统一。至此，自然界的基本力就被划分为强力、万有引力和电磁力四种。从辩证唯物主义的物质观出发，可以肯定自然界的一切力都应该出自电场力和磁场力的相互作用，列出四种基本力是不符合自然规则的，其它的力必然是“无中生有”的力。

关键词：电磁力，万有引力，电场力，重力，强力，弱力。 爱因斯坦说过：“逻辑上简单的东西，当然不一定是物理上真实的东西;但是物理上真实的东西一定是逻辑上简单的东西，也就是说，它在基础上具有统一性。”

自然科学理论基本概念和关系的进化，是沿不断增加逻辑统一性和简单性的方向发展。古代哲人“十分自然地把自然现象的无限多样性的统一看成是不言而喻的，而且在某种具有固定形体的东西、在某种特殊的东西中去寻找这个统一。”(恩格斯《自然辩证法》)如古希腊的泰勒斯认为水是万物的本原，世界统一于水;毕达哥拉斯则认为“数”才是万物的本原。随着科学思想的进步，自然哲学家的信念被逐步取代，然而追求科学理论的逻辑统一性，仍贯穿着科学发展的每一步骤。

物理学和化学早已阐明，正电和负电是一切物质的本质。对正负电起作用的能是什么力呢？从辩证唯物主义的物质观出发，可以肯定自然界的一切力都应该出自电场力和磁场力的相互作用，列出四种基本力是不符合自然规则的，其它的力必然是“无中生有”的力。因此，多年来，许多科学家对四种基本力的统一抱有足够的信心。然而，统一四种基本力非常困难，主要原因就是它们之间的差异太大。比如：电磁力比弱力强一千万亿倍。

爱因斯坦大师晚年致力于把万有引力与电磁力统一起来，但由于侧重于物理的数学化运算，所以，最终不能依靠计算证实统一场理论的正确性。

六十年代末，美国的S?格拉肖、S?温伯格和巴基斯坦物理学家A?萨拉姆三人成功地把弱力与电磁力统一到了一起，建立了“弱——电统一理论”，使大统一理论有了突破性进展。他们三人也因此获得了1979年的诺贝尔物理奖。

近年来，英国科学家史蒂芬?霍金先生提出了“量子引力理论”，也试图统一四种基本力。包含此理论的《时间简史》一书在中国一度畅销，在很多人群中反响很大。但是，“量子引力理论”作为一种“部分理论”，同样不能完成“大统一”的历史使命。

重力的本质是电场力，这与自然界符合得天衣无缝，且没有发现与此相违背的任何自然现象，无论是宇宙长距离还是地球上的短距离，都有普适性。对物理规律也遵循得恰到好处，没有任何背离之处，并且有许多实验的证实，这使“引力”与电磁力也得到了合理的统一。 如果仔细分析重力的电场力本质，就会发现，还有另一个自然基本力——强力，也将被划入电场力的范畴。

众所周知，质子是带正电的，质子与质子之间存在极大的斥力，什么力克服了这种巨大

的排斥力，而把它们彼此团结在一起成为一些原子的核呢？ 这就是所谓的强力。

多年以来，人们对强力的作用机理十分不解，互相排斥的粒子怎么会结合在一起呢？有人认为，在中子和中子之间、中子和质子之间、质子和质子之间存在着一种介子（胶子），是这种介子克服了强力。 1979年底，在西德汉堡佩特拉对撞机上实验的塔索、马克?杰、普洛托、亚特四个小组都发现了高能正负电子对撞产生的强子“三喷注”现象，在这种现象中，科学家间接地发现了“胶子”。 然而，这对于解释强力的作用机理并没有本质上的意义，间接发现的粒子也只能被看作是一种想象的产物。

如果我们理解了“中性物质能被电场吸引”这个原理，那么，一切都迎刃而解了：克服强力的因素在于中性物质本身，而不在于什么中间物质。 中子作为一种“中性物质”，同样可以被电场吸引。就像物质的分子一样，虽然宏观上看是不带电的，但它的正负两种电场并没有湮灭，只是在更小的范围内并存着，比如，在“夸克”与“夸克”之间。

实践证明，在自然界，一个自由的中子会很快衰变为一个质子、一个电子和一个中微子，可见，中子只是一种“寿命很短”的粒子。这说明它是电子、中微子和质子三者的组合。由此可知，中子本身就是正负电的结合体。 原子核内质子都是带正电的，它们之间有巨大的斥力，正是因为中子夹杂其中，作为它们的媒介，它们才不会彼此“裂变”而去，聚集在一起成为原子核。带正电的质子普遍对中子有吸引力，这使它们由“不共戴天”变成了“和睦相处”——大家都“粘”在中子上，又怎么会分崩离析呢？ 只要两个质子间存在一个中子，他们就不会因斥力而彼此挣脱。

这可以用模型来加以描述：两块磁铁的同性极是相排斥的，我们很难使这两个同性极结合在一起，但是，在这两个极之间加上一块无磁性的铁板时，就自然产生吸引现象了。

强力的作用机理与此类似，两个相排斥的质子，就如两个相排斥的磁极，中间加入一个中子，吸引现象也会自然产生，中子与质子就这样形成了强相互作用。这种力的作用力矩很短，是因为它们的电势很小。这种强相互作用，使中子和质子牢牢地吸在一起。 因此，中子成了质子间结合的媒介，它的原理同原子核被电子“粘联”在一起是一样的。原子核之间不是同样具有强大的斥力吗？但由于电子在它们之间充当了媒介，所以，它们仍然能够互相紧密结合形成物质分子。

中子和中子之间也存在着引力，这种引力也起因于中子内部的两种电场，正负电场的交互作用使中子与中子吸引在一起，就像物质的分子：单个的分子是中性的，分子与分子间靠的是电场力的作用，中子与中子之间也是电场力的交叉作用。

这种作用机理也可以形象地用磁铁模型来描述：每块磁铁都有N极和S极，同极相斥，异极相吸，如果把一大堆这样的磁铁放到一起，它们并不会因存在一些斥力而有彼此远离的现象，而是自动地各自寻找异性的磁极并吸引在一起，成为一团。 在原子核内，只要有适宜数量的质子和中子，这些粒子的电场都会各自找到“吸引”的异性对象，而发生强相互作用。

电场力与磁场力在物质中无处不在，它们构成了斥力和引力的矛盾统一。物体被压缩时，斥力发生作用；被拉抻时，引力发挥着作用。 从这一点来看，辩证法真的是解决一切科学问题的伟大真理。

核裂变反应和聚变反应是可逆的两种核反应。科学早已证明，所有较轻的原子核都可以在一定的高温中聚变成更重的原子，比如：氢聚合为氦、氦聚合成碳、碳聚合成氧、氧聚合成硅等。

与此相反，除了氢及其同位数以外所有原子核都可以发生裂变反应——必要条件是让它们失去相应的中子数并破坏原子核内的稳定结构。如果把宇宙中所有的中子都“消灭”掉，那么整个宇宙中必然是氢元素的世界。

因此，中子本身就是强力的媒介，没有中子隐含的电场就没有强相互作用——强力也是电

场力。

物质间相互作用遵循着一定的规律，无论在哪一阶层，都可以通过“类推”而得知，分子是中性的，中子也是中性的，从分子与分子间的作用机理，我们可推知中子与中子间的作用；原子核与核之间是相排斥的，质子与质子也是相排斥的，从原子的核与核的结合原理，我们可推知质子与质子间的结合原理。在“夸克”领域，各种粒子的结合之谜也就不言而喻了。没有“强力”，是电场力在“作怪”。

正负电是万物的本元，电磁力是万力的本源。

自然界应该只有两种力：一种是电场力，另一种是运动电场的伴生力——磁力。 我的感想：

不知道什么时候看过一篇文章，说的是世间万物万事都服从一个简单的规律，科学发展的最终结果是归于统一的，也就是所谓的“天道崇简”。不管是爱因斯坦，霍金还是其他致力于物理学大统一理论研究的科学家，他们可贵的探索，鼓励着无数思维活跃的年轻人，现在有许多人在做出这方面的努力，把“大统一理论”作为终生攻克的目标。这种勇于创新的精神足以让思维麻木的“卫道士”们自惭形秽，因为正是这些探索者给僵化的自然观带来了生机。它拥有宏伟的理论框架，得出的却是“天道崇简”的古老传说，我虽然还是一个理论知识不足的大学生，但在学习的过程中对大统一理论也产生了很浓厚的兴趣，通过思考也得出了一定的结论，虽然很幼稚，但我相信这将为我以后的 继续思考打下基础。如果有机会的话我一定会选择这个研究课题，为人类在科学上的下个里程碑贡献力量。 参考资料：（《科技潮》1993年第11期、

《新华文摘》1994年第1期。 生物药物网——科学与统一论坛）