物理学量的定性及定量

物理学量的定性及定量

胡良

摘要，电子具有波粒二象性，也就是说，电子是由电荷及相应的电通量（场属性）组成的。

电荷具有刚性，原子核也具有刚性，所以电子不会进入原子核内。电子具有场，所以电子总

是在运动。

关键词，电子，原子核，光子

。引言

对于原子来说，电子与原子核的联系有三种。

第一种情况，电子（基态电子）直接与原子核接触，类似于人在地球上走路。

第二种情况，电子（电子吸收了光子，增加了能量）围绕原子核运行，类似于人坐飞机围绕

地球运行。

第三种情况，电子（电子吸收更多高能量光子）离开原子核，类似于人坐宇宙飞船离开地球

运行。

总之，电子具有波粒二象性，也就是说，电子是由电荷及相应的电通量（场属性）组成的。

电荷具有刚性，原子核也具有刚性，所以电子不会进入原子核内。电子具有场，所以电子总

是在运动。

已有的物理学都是实验的科学。而量子三维常数理论（真正的大统一理论）才让物理学成

为真正的科学。

拉莫尔进动是指电子，原子核及原子的磁矩在外部磁场作用下的进动。外部磁场对磁矩施加

了一个力矩。

抗磁性是指一种弱磁性;对于组成物质的原子中，运动的电子在磁场中受电磁感应而表现

出的属性。

量子力学的量子化是将经典场论中的场转换成量子算符。正则量子化是指场论的正则量子

化类比于从经典力学的衍生出量子力学。正则量子化可应用于任何场论的量子化（不管是费

米子或玻色子）及任何内部对称。

路径积分量子化取对于作用量的泛函变分的极值为容许的组态。通过路径积分表达的方

法，可根据系统的作用量，推出对应于经典系统的量子力学表达。根据量子三维常数理论,

物质是量子化的。

广义相对论是表达物质之间引力相互作用的理论。根据广义相对论，引力是时空弯曲的几

何效应。在广义相对论中，一个是爱因斯坦场方程，另一个是测地线方程（运动方程）。

超导是指某些物质在一定温度条件下（较低温度）电阻降为零的属性。在超导状态时，超

导体内的磁感应强度为零。超导体在一定的低温条件下，其直流电阻率突然消失就称为零电

阻效应。

如果，粒子向前运动，背景空间将会提供了一个与该粒子运动方向相反的力，体现为耗散

力。

涨落（耗散）体现为粒子之间的相互作用。

对于物理学来说，量纲是最重要，最重要，最重要的。通过量纲分析，就能定性知道，某

个理论是否正确。

国际单位制是国际计量大会（CGPM）采纳及推荐的一种一贯单位制。在国际单位制中，将

单位可分成三类：基本单位，导出单位及辅助单位。

基本单位是：长度（米），质量（千克），时间（秒），电流（安培），热力学温度（开

尔文），物质的量（摩尔）及发光强度（坎德拉）。基本单位在量纲上彼此独立，导出单位

很多，都是由基本单位组合起来而构成的。国际单位制有两个辅助单位（已并入导出单位），

即，弧度及球面度。

对于一个孤立量子体系（属于保守系统）来说，该孤立量子体系具有内禀的能量（E,内

能，拉格朗日量，£）。

因此，该孤立量子体系在同一个做功过程中，保守力所做的功（W）,既等于动能（EQ变

化量，也等于势能变化量的负值（-U）；这是做功（W）及能量属性的不同决定的；功（W）与外

界（背景空间）有关，能量（动能及势能）属于孤立量子体系内禀属性。

E=£=Ek+（-U）=Ek-U.

相速度（相速）是指波的相速度（或相位速度）。相速度的内涵是指电磁波（光子）的恒定

相位点的推进速度。换句话说，波的任一频率成分所具有的相位都将以此速度传递；因此,

可挑选波的任一特定相位来观察（例如，波峰，波谷），则此处将会以相速度前行。

群速度是指许多不同频率正弦电磁波的合成信号，在介质中传播的速度。不同频率正弦波的

振幅及相位不同;在色散介质中，相速不同；因此，在不同的空间位置上的合成信号形状会

发生变化。群速是包络波上任一恒定相位点的推进速度，是一个代表能量的传播速度。

量子色动力学是一种强相互作用的规范理论，表达组成强作用粒子（强子）的夸克和与色

量子数相联系的规范场的相互作用，可统一地描述强子的结构和它们之间的强相互作用。

一个更高效的物理学理论（真正的大统一理论），即，量子三维常数理论；可惜很多人都

不愿意学习。因为，觉得学习新理论较麻烦，而现有的理论似乎也能用；体现为强烈的路径

依赖。这也是创新理论很难推广的原因。其实，真理是简约的，并不难学。

物理学将一个存在又不存在的点就称为奇点，空间及时间具有无限曲率的一点（空间及时间

在该处完结）。不确定性原理是指：不可能同时确定一个基本粒子的位置及动量（时间及能

量、角度及角动量等）。粒子位置及动量的乘积必然大于（或等于）普朗克常数。该原理表

明：一个微观粒子的物理量（位置及动量，方位角及动量矩，时间及能量等），不可能同时

具有确定的数值

波函数与场是完全不同的概念。例如，光子的波函数可表达为：

山（x,y,z,t）=-^-=—^―;光子的波函数揭示了光子的空间荷（Vp）具有概率波的属

Vp*C，（Vp*r）*Cz*Ay

性。

32

光子可表达为：Vp*C=（Vp*f）*C*A；

其中，C2*A,表达光子的电通量，量纲，量纲，>[L-（3）T'（-2）]<»

根据量子三维常数理论（真正的大统一理论），

光子的真实量纲是,<[L"（3）T7-1）]>*>[L"（3）T"（-2）]<»

而根据量子场论（唯象理论），光子的量纲是，>[L~（3）TXT）]<*>[!/（3）丁（-2）";显然，

量子场论的表达式是有缺陷的。

1通量的属性

1.1通量的内涵

球体的表面积的表达式：S=4irr⑵；

其中，

S,球体的表面积,量纲，>[L'（2）r（0）]<；

r,球体中心到球面的距离,量纲，>[L"（l）r（0）]<o

2

例如1,对于一个电子来说，（-Vp*fp）*（C*Ap）,

其电场强度（后）可表达为，

后=，£_=竺当2.其中，

4m•⑵4m•⑵，火丁，

E,量纲，>[L71）r（-2）]<;

中E，量纲，>[L'（3）T'（-2）]<o

例如2,对于点光源来说，其所发出的光的照度可表达为：

p_久边耻苴市

b

Light-4nr（2）>兴中'

光的照度（单位面积的光通量），量纲，〈[1/（3）丁（T）]>*>[!/（0）丁（-2）"；

光通量（与发光功率成正比），对于一个功率恒定的光源来说，光通量（光功率）

是一个守恒量，量纲，<[LX3）T.（T）]>*>[L~（2）T.（-2）"；

值得一提的是，所有具备与距离平方成反比律的物理定律，都是由于一种守恒量（通量）；

体现为该物理定律表达的物理量，都是通量与面积之比（单位面积内的通量）。这意味着，

该物理定律表达的都是一种守恒量随空间的扩展而被摊薄。由于球体表面积与半径的平方成

正比；因此，单位面积所分摊到的通量就与半径（距离）平方成反比。

1.2万有引力公式

引力与通量具有内在的联系；但是引力（或斥力）二个物体的联系。例如，万有引力是二

个物体之间的引力，因此，万有引力与该两个物体的共同质心有关。

对于一个大质量物体与一个小质量物体之间的万有引力（鼠S）来说，可表达为：

Pms-G--~（47TG）*—-G*-G*r（2）+r（2）+2rpr2-G*

m1*m2

=4nG*471^2)+4/62)；

其中，

万,第一个物体到共同质心的距离，量纲，》[「（1）丁（0）"；

a第二个物体到共同质心的距离，量纲，>[i/（i）r（o）"。

1.3库仑力公式

库仑力是两个电荷之间的力，值得注意的是，库仑公式的边界条件是，电荷量qi，与电荷量

q2,是相同的；库仑力可表达为：

A_]q1*q2_/p.q/%_r.q/q2_i.q/q2

-

~47t£oL⑵47TL⑵_%4H⑵_8底01）+塔）'

其中,L,两个电荷之间的距离，量纲,>[L*（l）r（0）]<;

卬第一个电荷到共同质心的距离，量纲，>[「（1）丁（0）]〈；

上,第二个电荷到共同质心的距离，量纲，>[LXDT~（0）"。

2电偶极子及磁偶极子

2.1电偶极子

电偶极子是由两个等量异号点电荷组成的系统。电偶极子的特征可用电偶极矩来表达。

电偶极子在外电场中，受力矩作用而旋转，使其电偶极矩转向外电场方向。电偶极矩就是电

偶极子在单位外电场下受到的最大力矩（电矩）。

假如，外电场不均匀，除受力矩外，电偶极子还要受到平移作用。电偶极子产生的电场是构

成它的正，负点电荷产生的电场之矢量和。

电偶极矩可表达为：

Pe=q*其中，

Pe，电偶极矩（简称电矩），

q,点电荷，

I,一对等量异性点电荷间的距离，

电偶极子具有相应的电场，对于中心位于坐标系原点的电偶极子来说，其远方产生的电势可

表达为：

6(r)=---*&=生*&-其中，

(⑵出''

W4ne0r2)4Hr

4＞(r)，电势，量纲，＞[L"(2)T"(-2)]＜；

%,真空介电常数，量纲，＞[「(o)r(i)]＜；

电电偶极矩，量纲，＜[L(3)丁(-i)]＞*＞[i/(i)r(o)]＜；

fp,普朗克频率，量纲，＞[L"(O)T'(-1)]＜;

r,离开中心的距离，量纲，＞[1/(1)丁(0)]＜；

此外，位于原点的电偶极子在远方产生的电场强度,可表达为：

E,电场强度,量纲，＞[L-(l)r(-2)]＜„

值得注意的是，电偶极子仅在非均匀外电场中受到非零合力。其所受合力(声)可表达为,

F=pe'VE,其中，

F,力,量纲，＜[L~(3)r(-l)]＞*〉[L〜(l)TX-2)"。

在外场中电偶极子受到的力矩(河)可表达为：

M=peXE,其中

M,力矩，量纲，〈仁⑶丁(-1)]＞*＞[52厅(-2)".

例如，电介质分子的正、负电荷中心不重合，则本身就形成电偶极子(极性分子)。另外，

电介质分子的正，负电荷中心重合，就称为非极性分子，但在外电场作用下，两个电荷中心

会相互出现偏移，也可形成电偶极子。

2.2磁偶极子

磁偶极子是具有等值异号的两个点磁荷构成的系统就称为磁偶极子。例如，一条小磁针就相

当于一个磁偶极子。磁偶极子受到力矩的作用将会发生转动。磁偶极子的模型是一个载有电

流的圆形回路。

“=[⑵*其中,

R,磁偶极距，量纲,＜[L*(3)T-(-2)]＞*＞[L'(l)r(0)]＜；

I,回路电流，量纲，丁(7)]＞；

S,回路面积矢量,量纲，＞LL"(2)T'(0)]＜.

磁场所做的机械功(W)可表达为：

W=H-B,其中,

W,磁场所做的机械功，量纲，＜[L'(3)r(-2)]＞*＞[L'(2)T-(-l)]＜；

7,磁偶极距，量纲，＜[L/(3)TX-2)]〉*＞[L/(DTX0)"；

B,磁感应强度，量纲，＞[L'(l)T"(-l)]＜o

57麦克斯韦方程的逻辑

麦克斯韦方程组可由四个积分形式的方程组成，

第一个方程，

高斯电场定律，电荷可形成电场，穿过闭合曲面的电通量正比于这个曲面包含的电荷量。这

意味着，通过闭合曲面(S)的电通量跟这个曲面(S)包含的电荷量(Q)成正比。

妤Ads=p-；

0

其中，

E,电场强度，量纲，＞[L"(l)T"(-2)]＜;

S,闭合曲面,量纲，＞[1/(2)「(0)]＜；

Q,电荷量，量纲，＜[-L~(3)T(-l)]＞；

%,真空介电常数,量纲，＞[L'(0)r(l)]＜o

第二个方程，

高斯磁场定律，不存在磁单极子，穿过闭合曲面的磁通量恒等于零；这意味着，闭合曲面包

含的磁通量总是零。

毋耳•dS=JJs豆dS+m(-B)dS=O;

其中，

B,磁场强度，量纲，＞[L"(i)r(-i)]＜;

S,闭合曲面，量纲，＞[L"(2)T"(0)]＜o

第三个方程，

法拉第定律，变化的磁场可产生电场；穿过曲面(闭合曲线围成的曲面)的磁通量的变化率

等于感生电场的环流；

4(月」)出=-噗；

其中，

瓦电场强度，量纲，＞[L"(l)T-(-2)]＜；

，，闭合曲线的长度，量纲，＞[i/(i)r(o)k；

中B，磁通量，量纲，＞[L'(3)T'(-1)]＜；

t,时间,量纲，＞[L-(o)r(i)]＜.

第四个方程，

安培-麦克斯韦定律，变化的电场也可产生磁场；穿过曲面(闭合曲线围成的曲面)的电通

量的变化率及曲面(闭合曲线围成的曲面)包含的电流等于感生磁场的环流。

4(物)山=(%*£。)噤+/=*•鬻+/；

其中，

瓦磁场强度，量纲,＞[L"(1)T"(-1)]＜；

闭合曲线的长度，量纲，＞[L(1)丁(0)"；

“。，真空磁导率，量纲，|[L"(-2)T'(1)]＜;

电，真空介电常数，量纲,＞[L"(0)r(l)]＜;

中E，电通量，量纲，＞[L'(3)T'(-2)]＜;

t,时间,量纲，＞[L-(o)r(i)]＜;

/,曲面包含的电流，量纲，＜[L*(1)T"(-1)]＞；

C,最大的信号速度，量纲，＞[L-(l)T-(-l)]＜o

值得一提的是，

电流是导体中的一群电荷(由自由电子组成的电子气)的流动。电流的大小就称为电流强度;

电流强度(I)是指某一瞬间，通过导线某一截面(S)的电荷量(Q)。

电流⑴可表达为：I=黑=黑

dSdQ

电阻(R)可表达为：R=器；

其中，

【，电流强度，量纲，＜[1/(1)丁(-1)]＞;

Q.自由电荷量，量纲，＜11/(3)丁(-1)]＞；

S,导线的截面,量纲，＞[L'(2)r(0)]＜；

0,导体中的一群电荷(由自由电子组成的电子气)的总动量，

量纲，＜[L«3)丁(-1)]＞*＞[1/(1)丁(T)]〈

R，电阻，量纲，＞[L"(3)r(-2)]＜;

t,时间，量纲，＞[L*(0)T'(l)]＜o

值得注意的是，位移电流可表达为：、

D，位移电流，量纲，

e,介电常数,量纲，＞[L*(O)r(l)]＜S

E,电场强度，量纲，＞[L~(1)丁(-2)"；

q,电荷，量纲，丁(-1)]＞；

r,长度，量纲，＞[!/⑴­(0)"。

此外，

。4〃)*由=0年£/5;其中,

H,辅助磁场(相当于电通量)，量纲，＞[f(3)r(-2)K;

I,封闭曲线，量纲,＞[r(i)r(o)]＜；

D,位移电流,量纲，＜[L~(1)TX-1)]＞；

s,封闭曲线(发为边界的曲面，量纲,＞[f(2)r(o)]＜o

电子可表达为：(一玲*%)*«2*%);

电荷，(-％*片),具有体积及大小的。电荷之间具有相互作用，同类电荷相互推斥，异类电荷

相互吸引；通过，电通量，(C2*%),联系(超距)。本身的线度比相互之间的距离小得多

的带电体就称为点电荷。

值得一提的是，

⑵

内禀自旋的电子可表达为：[(—4*%)*4J*[C*Xp]；其中，

=qm＞内禀自旋电子的磁荷，量纲，＜[「(3)丁(-2)]＞；

[C*=*=已*[4nr(2)],内禀自旋电子的磁场，量纲，＞[L'(3)T"(-1)]＜；

①DR,磁通量，量纲，＞[L*（3）r（-i）]＜；

瓦磁场强度，量纲，＞[r（i）T*（-i）]＜；

r,距离，量纲，＞[L-（1）T"（O）]＜«

这意味着，

H=-,其中，

\i*[4nr⑷]

q,电荷，量纲，＞[-l/（3）T.（-D"；

H,辅助磁场（相当于电通量），量纲，＞[「（3）丁（-2）";

U,磁导率，量纲，＞[1/（-2）

£,介电常数，量纲，＞[L"（O）r（l）]＜;

qm，磁荷,量纲，＜[「（3）丁（-2）]＞;

r,距离，量纲，＞[1/（1）厂（0）"。

这意味着，

豆=〃*”=就可

其中，

B,磁感应强度，＞[L'（1）T"（-1）]＜«

58,最小作用量原理

最小作用量原理的内涵就是泛函拉格朗日函数取极值。在直角坐标系中，对于自变量（x）

来说，函数可表达为，y=y（x）。

假如，所要研究的对象不能够用一个未知数（x）表达出来；而是，自变量必须用一个未知

数表达出来。但客观上与之前的问题仍然相似，仍然体现为一个因素不停改变，导致结果也

相应地随之变化。于是，可用类似函数的方式去解决该问题，该类似的函数就是泛函。这意

味着，泛函就是函数的函数。

普通函数求极值的方法就是求导法；而泛函是函数的函数，因此，泛函求极值方法与普通函

数是相似的。

泛函的微分是指自变量不再是x而是y（x）,而是y（x）与x之间的映射关系；因此，纵

坐标的变化内函是指，自变量x不变但映射关系发生改变导致纵坐标发生的变化，这就是自

变函数的变分。此外，变分运算和积分，微分运算的顺序是可以交换的。

泛函极值条件，欧拉方程；这意味着，泛函极值问题可转化为函数的极值问题。最小作用量

原理就是，在完整有势系统里，真实运动所代表的泛函必须取极值（拉格朗日函数就是真实

路径的一种表达形式）。

59,波与场的联系

根据量子三维常数理论，物质是由荷（空间荷，质量荷，电荷及磁荷等）及相应的场（能量

-动量场，质量场，电场及磁场等）组成的。

物质的荷体现了粒子性（具有信号速度），物质的场体现了波动性（具有超距，纠缠）。这

意味着，真空中，可以不存在荷，但是一定存在着场（真空不空）。

由于物质具有荷（具有刚性），所以物质具有粒子性；由于物质具有场（超距及纠缠），所

以物质存在波动性（概率性及相干性）。

60自来水与电流的类比

电流的形成与水流的形成具有类似性。

第一种情况，水流的逻辑

对于水流来说，由于水压的存在及水的补充，水管中的水将朝向某个方向流动，从而形成水

流。

假如，水流动的速度是，Vw,量纲，＞［L"（1）T"（-1）］＜;水管的横截面积是，Sw，量

纲,＞［1/⑵T«0）］＜；

而水的密度是，Pw，量纲，＜［「（0）丁（-1）］＞；

则在某时间（t）内，量纲，＞［1/（0）r（1）"；流过该水管某一横截面（Sw）的水的体积（V）,

量纲，＜［L~（3）丁（0）］＞；

可表达为：

V=匕,*Sw*t；

而在时间（t）内流过该横截面（Sw）的水的质量（m）,量纲，＜［L«3）T«-1）］＞；

可表达为：

m=pw*Vw*Sw*t;

显然，单位时间内，可流过该水管横截面1Sw）的水的质量就称为，水阻（Rw），量

纲，＞［L"（3）T"（-2）］＜；可表达为:

Rw=Pw*Kv*Sw;

更进一步来说，假设水压不变，并且总保持有相应的水补充到水管；则当水管的横截面积（S.）

发生变化时，相应的水流速度（区,）也将发生变化；而水的质量密度（PW）是一个常数；水

阻（Rw）可表达为：

Rw=Pw*九1*S］=Pw*KV2*$2=....—Pw*Kvn*Sn；

这意味着，对水管来说，水阻（Z?w）是一常数。

例如，在水管的横截面积（S.）变小时，相应的水流速度（常）将变快。

值得注意的是，当水压（氐）变大时，如果水管的横截面积（Sw）保持不变，则相应的水流

速度（豆）将变快。

当水压（乩）及水阻（RQ都保持不变时；水流强度（k），量纲，

可表达为：

J―心.

却一0

其中，&，水流强度，量纲，＜［厂（1）r（T）］＞；

Fw,力,量纲，＜［不（3）丁（-l）］＞*＞［LYl）T（-2）"；

Rw，水阻，量纲，＞［L"（3）r（-2）］＜.

这意味着，水流强度（幻）与水压（儿）及水阻（Rw）有关。

例如一，如果没有水压（片），水流将不流动；此时，水流强度（&）将是零。

例如二，如果水阻（Rw）无限大，这意味着，所有的水龙头都关闭，水根本无法流出去；则

水流强度（/„,）也将是零。

第二种情况，电流的逻辑

导线（相当于水管）中的自由电子可形成电子气（相当于水）。导线中的电子气（由导线中

的自由电子组成）朝向某个方向流动，就能够形电子气流。假如，电子气流动的速度是，吸身

导线的横截面积是，Sgas；而电子气的密度是，Pg”；则在某时间（t）内，流过导线某一横截

面（与as）的电子气的体积（V），可表达为：

V=%as*Sgas*t；

而在时间（t）内流过该导线横截面（Sgas）的电子气的电荷量（Q），

可表达为：

Q=Pgas*匕as*^gaS*t；

其中，

Q.电荷量，量纲，＜［-L«3）T«-l）］＞;

Pgas，电子气电荷密度，量纲，＜［L~（O）T（-l）］＞;

Vgas,电子气的流动速度，量纲，＞［L"（1）T"（-1）］＜;

Sgas，导线横截面积,量纲，＞［L~（2）r（0）］＜

t,时间，量纲,＞［r（0）T'（l）］＜o

显然，单位时间内，可流过该横截面（Sgas）的电子气的电荷就称为，电阻（Rgas）；可表达

为：

Rgas=Pgas*%as*Sgas；其中，

Rgas，导线的电阻，量纲，＞［L*（3）T*（-2）］＜»

更进一步来说，假设电压不变，并且总保持有相应的电子气补充到导线；如果导线的横截面

积（Sgas）是变化的，则相应的电子气的速度（%as）也相应地变化；而电子气的电荷密度

心）是一个常数（不同的导体材料具有不同的常数）；导线的电阻（6公）可表达为：

Rgas=Pgas**^gasl=Pgas*%as2*^gas2=....=Pgas*%asn*^gasn；

这意味着，对导线来说，电阻（Rgas）是一常数。

例如，在导线的横截面积―）变小时，相应的电子气速度（/as）将变快。

此外，当电压（U）变大时，如果导线的横截面积（Sgas）保持不变，则相应的电子气速度（4as）

将变快。

当电压（U）及电阻（Rgas）都保持不变时，电流强度（0as）可表达为：

/gas=萨一；其中，

Kgas

lgas，电流，量纲，

U电压,量纲，＜［厂（3）丁＜1）］＞*＞［!?（）丁（-2）"；

Rgas，电阻，量纲，＞［L"（3）T"（-2）］＜；

这意味着，电流强度（Igas）与电压（U）及电阻（Rgas）有关。

例如一，如果没有电压（U）,电流强度（/gas）将是零。

例如二，如果电阻（6as）无限大，这意味着，导线是断开的，电子气根本无法流动，则电

流强度（/gas）也将是零。电流强度（%as）可简称为电流（I）。

显然，电压类似于水压，电阻类似于水流的粘滞阻力，而电流类似水流。

举一个现实中的例子，

假如，游行队伍从街道的东入口进入，再从西出口离开。单位时间内，可通行该街道（街道

具有宽度）进入的人数，体现为街道的阻力强度（类似于电阻），阻力强度（类似于电阻）

体现为街道的内禀属性；如果选择较宽的街道（路况较好的街道），单位时间内，可通行该

街道的人数将变多，体现为街道的阻力强度变小；如果选择较窄的街道（路况较差的街道），

单位时间内，可通行该街道的人数将变少，体现为街道的阻力强度变大；当街道内某个地方

维修导致不能通行时，则单位时间内，将没有人可通行该街道，体现为街道的阻力强度无限

大。

假如，游行队伍从街道的东入口进入，再从西出口离开。如果要求大家跑步通过该街道，体

现为增加了推动力（相当于电压）。

假如，同一条街道（具有相同的阻力强度），同样的推动力（相当于电压），则街道宽度（横

截面积）可拥有的人数，就体现为人流强度（相当于电流）。

同一条街道（具有相同的阻力强度），将推动力（相当于电压）变大；则街道宽度（横截面

积）可拥有的人数变多，就体现为人流强度（相当于电流）变大。

选择更宽的街道（具有更小的阻力强度），但保持同样的推动力（相当于电压）；则街道宽

度（横截面积）可拥有的人数将变多，就体现为人流强度（相当于电流）变大。

单位时间内，可通行该街道的人数将变多，体现为街道的阻力强度变小；如果选择较窄的街

道（路况较差的街道），单位时间内，可通行该街道的人数将变少，体现为街道的阻力强度

变大；当街道内某个地方维修导致不能通行时，则单位时间内，将没有人可通行该街道，体

现为街道的阻力强度无限大。

值得一提的是，导体中的电子气（导体中的自由电荷组成）发生定向移动时，就能够形成电

流。而单位时间内通过导体某一横截面的电荷量就称为该导体的电阻（内禀属性）；经典的

理论将该电阻错误定义成电流了，导致了混乱。例如，超导在零电阻情况之下，电压是怎么

建立起来的；反之，没有电压，电流又是如何产生的。

此外，在导线中，电子气流入导线的同时，也有电子气流出该导线。可表达为：

I=U/R;其中，

1，电流，量纲，丁（-DD;

U,电压，量纲，＜[L.（3）丁（T）]＞*＞[L~⑴丁（-2）"；

R,电阻，量纲，＞[L'（3）r（-2）]＜；

值得一提的是，电流与物体的速度是完全不同的物理学量，其内涵也完全不同；电流的量纲

是，＜[L"（I）T*（-I）]＞；物体速度的量纲是，＞[r（i）r（-i）]＜o

61力及场强的内涵

对于由N个基本粒子组成的孤立量子体系来说，可表达为：

N*%*C3=耳*资）=（%*储*耳2）*4”=mn*02）*%”.

如果该孤立量子体系是一个球体，则有:

第一种情况，

该孤立量子体系时空弯曲内涵，

P=:必”.其中，

O4E⑵'兴中'

r,距离球体中心的距离，量纲，＞[L'（l）r（O）]＜；

却在球面上的力，相当于广义相对论的时空弯曲，量纲,＜[不（3）丁（0）]＞*＞[1/⑴〃（-3）

第二种情况，

该孤立量子体系引力场强可表达为：

至=峻*%.其中，

Ln47t*r（2），兴卡,

r,距离球体中心的距离,量纲，＞[f（l）r（O）]＜;

En,该孤立量子体系的引力场强，量纲，＞[L71）T-（-2）]＜«

第三种情况，

质量荷的运动强度可表达为：

/皿=署=方2,其中，

Im,质量荷的运动强度，质量荷流强度（相当于电流），量纲，＜[L"（1）T'（-1）]＞!

mn,质量，量纲，＜[L.（3）T~（-l）]＞；

Sn，受阻的面积（背景空间属性），量纲，＞[L/（2）丁（（））]＜.

62雷诺数的内涵

动力粘度（动态粘度，绝对粘度，简单粘度）是指，应力与应变速率之比，其数值上等于面

积为1nf相距1m的两平板，以lm/s的速度作相对运动时，因之间存在的流体互相作用所产

生的内摩擦力。

动力粘度的单位:N・s/m?（牛顿秒每平方米），即，Pa・s（帕秒）；也就是表征液体粘性的内

摩擦系数，可用U表示。

换句话说，粘性系数（U）是指，当速度梯度是一个单位时，流体在单位面积上受到的切向

力数值。根据国际单位制，粘性系数的单位是Pa•So

当流体的流动为层流时，则在层与层之间的内摩擦力（片）分别与液体中定向运动的速度梯

度（及层流切片面积（A）成正比的关系，可表达为：

F=-T］*■*4其中，

F,层与层之间的内摩擦力（当流体的流动为层流时），

量纲，〈［「（3）r（-l）］＞*〉［L〜（l）T~（-2）k；

T）,粘度系数（流体的内禀属性），

量纲，Pa・s,或，＞［L'（2）r（-2）］＜,或＞［LX2）T~（-3）k*＞［L〜（0）TXD"；

V,定向运动的速度（相对于参考系的速度），量纲，＞［L*（1）T'（-1）］＜:

z,距离，量纲，＞［L71）T"（0）］＜；

《液体中定向运动的速度梯度，

A,层流切片面积,量纲,如♦⑵

雷诺数（雷诺准数）是表征流体流动情况的无量纲数。根据雷诺数可区分流体的流动状态（层

流或湍流），此外，也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。雷诺数体现了惯性力与

粘性力量级的比。当雷诺数较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性，流场中流速的扰动会因

粘滞力而衰减，流体流动稳定（层流）；而，当雷诺数较大时，惯性对流场的影响大于粘滞

力，流体流动较不稳定，流速的微小变化很容易发展（增强）形成紊乱及不规则的紊流流场。

雷诺数是判别流动特性的依据；雷诺数越小则粘性力影响越显著；雷诺数越大则惯性力影响

越显著。

=*洪中，

Re，雷诺数（作用于流体微团的惯性力与粘性力之比），量纲，［L'（0）T70）］＜；

V,流体的流速,量纲，＞［L"（1）T"（-1）］＜;

p,流体的密度，量纲，

d,特征长度，量纲,＞［r（i）r（o）］＜,

例如，当流体流过圆形管道，则，d,就是管道直径；

R,粘性系数（流体的内禀属性）,量纲，＞［L"（2）T"（-2）］＜»

对于外流问题，V,d,可取前方来流的速度（P）和物体主要尺寸（d,例如，机翼的弦长或

圆球的直径）；

对于内流问题，可取通道内平均流速（正）和通道直径3）。

根据量子三维常数理论，流体可表达为：

（%*加*野）*〃=w*口刀*An,

显然，〃=呼2）；其中，片，体现为流体的声速（流体的内禀属性）。

从广义的角度来看，当流体相对于背景空间（外界环境，参考系）的速度大于流体内禀的信

号速度（流体内禀的声速）时；则体现为雷诺数较大（惯性对流场的影响大于粘滞力），则

流体流动变得不稳定.

63.扩散系数

扩散系数（D）是指气体（或固体）扩散程度的物理量。具体来说，扩散系数是指当浓度梯度

为一个单位时，在单位时间内通过单位面积的量。

例如，在气体中，如果相距1厘米的两部分，其密度相差为1克每立方厘米，则在1秒内通

过1平方厘米面积上的气体质量，就称为气体的扩散系数。量纲:cm2/$。

菲克第一定律是指，在单位时间内，通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（扩

散通量，J）与该截面处的浓度梯度成正比。这意味着，浓度梯度越大，则扩散通量越大。

菲克第一定律适应于扩散通量（J）不随时间变化（稳态扩散）的场合。稳态扩散是指扩散过

程中，各处的扩散单元的浓度（CD）只随距离（x）变化，而不随时间（t）变化。

菲克第一定律可表达为：

J=-D*嘿;其中，

J，扩散通量，量纲，kg/m'2-s,或，＜[L~⑴/（-2）]＞；

D,扩散系数（与流体温度，粘度及分子大小有关）是表达扩散速度的物理量（流体的内

禀属性），相当于浓度梯度为1时的扩散通量，扩散系数（D）值越大，则扩散越快，

量纲，nT2/s,＞[L*（2）T'（-1）]＜;

CD,为扩散物质（组元）的体积浓度，量纲，（kg/m-3）,或，＜[L.（O）T'（-1）]＞；

手，浓度梯度,量纲，＜[1/（-1）丁（-1）骁;

dx

X,介质中的位置（距离），量纲，＞[1/（1）丁（0）"；

值得注意的是，“-，表示扩散方向是浓度梯度的反方向（扩散单元由高浓度区向低浓度

区扩散）。

这意味着，浓度梯度越大，扩散系数越高（温度越高，流体粘度越小，分子体积越小等），

则，分子扩散的速度就将越快。

菲克第二定律可表达为：

2

ngcp（x,t）,

dt=〃ax⑵,

其中，

CD（x,t）,扩散物质（组元）的体积浓度，量纲，＜[「（0）/

D,扩散系数,量纲，＞[r（2）r（-i）]＜；

t,时间，量纲,＞[L"（o）r（i）]＜；

X,介质中的位置（距离），量纲，＞[不（1）厂（0）"。

这意味着，某点分子浓度的随时间的改变速度与扩散系数及浓度梯度的二阶导数体现为正相

关。解析菲克第二定律，就能知道某点分子浓度是如何随着时间变化。

64宇宙具有核式结构

第一条理由，哈勃红移就是引力红移；哈勃定律就是宇宙空间（宇宙核式结构，无穷大）各

级引力场中不同等势面与测测点之间的光子引力红移。这意味，星系（相对于观测者更接近

于核式结构中心的星系）辐射的光子，都体现为引力红移。

第二条理由，宇宙存在微波背景，而宇宙微波背景辐射温度趋于一致；这意味着，宇宙是无

穷大的，宇宙具有平均质量密度；因此，光子是从宇宙核式结构中心辐射出来的；值得注意

的是，由于宇宙核式结构中心是处于无穷远的地方，因此，通常取相对宇宙核式结构中心（相

对于观观测者距离比较远的核式结构中心）。宇宙核式结构中心就是宇宙的引力中心点，相

对宇宙核式结构中心就是相对宇宙核式结构的引力中心点。

宇宙空间的质量密度可表达为：

D（r）=£T^=-3*47；；其中，

D（r）,空间质量密度，量纲，＜[L~（0）T~（T）]＞；

G,万有引力常数，量纲,＞[r（O）T"（-l）]＜;

C,最大的信号速度（真空中的光速），量纲，＞[L"（1）T-（-1）]＜；

r,为空间内任意一点到极坐标原点（相对的核式结构中心）的距离，量纲,＞[I/（1）T«O）]＜；

□o,真空磁导率，量纲，＞[L"（-2）T"（1）]＜；

真空介电常数，量纲，＞[L«0）丁（1）"。

65全同粒子的内涵

全同粒子是指，具有完全相同的内禀属性粒子。宇宙中存在各种不同的粒子；例如，光子，

电子（或正电子），质子（或负质子）及中子（或中微子）等；此外，还有由基本粒子构成

的复合粒子。每一类粒子都具有特定的内禀属性，例如，静质量，电荷，自旋，磁矩及寿命

等。值得注意的，具有完全相同内禀属性的粒子就称为全同粒子。从另一个角度来看，由于

物质是量子化的，或者说，粒子态是量子化的；所以具有粒子全同性概念。

对于全同粒子组成的多体系的哈密顿量来说，任何两个粒子交换都是对称的。值得一提的是,

全同粒子体系状态的交换对称性，取决于粒子的内禀自旋。量子力学中这种全同性导致全同

多粒子体系波函数对于粒子交换的对称性。对于自旋是普朗克常数（h）整数倍（包含零）

的粒子，例如，“介子（自旋为零）及光子（自旋为h）,其波函数对于任何两个全同粒子

交换都是对称的（不改变正负号），统称为玻色子。对于自旋是普朗克常数（h）的半奇数

倍的粒子，例如，电子，质子及中子（自旋为b/2）,其波函数对于任何两个全同粒子交换

是反对称的（改变正负号），统称为费米子。

全同费米子体系遵守泡利不相容原理。全同玻色子体系允许任意多个粒子处于同一量子态，

而在一定边界条件之下，可出现玻色-爱因斯坦凝聚。

从横向的角度来看，光子可分为：

第一类，

静止的光子，/*。3；静止的光子没有质量，两个静止的光子之间没有万有引力.

第二类，

运动（只有一个维度进行运动）的光子，（玲*/）*。2*九运动的光子具有动质量，m=U*

f;两个运动的光子之间具有相对的万有引力（豆）；

(%)*(%*/)_五*f)

月=(G/2)*等涝=(G/2)r

-^2--0*

_j_1*（%*/）*（“）_i（」[）*（%*/）

41TL（2）4TTEOL（2）

;其中，/1,到共同质心的距离。

第三类，

具有质量荷光子，（/*左）*C2*Ap；普朗克质量可表达为：mp=Vp^fp；两个质量荷光子

之间具有万有引力（声L）；

2

_rrnp*mp_1mp*mp_1fp*mp*mp_1_1Vp^C

LL⑵4HE0乙⑵4TT工⑵47T乙⑵47T£（2）

其中，L,两个质量荷光子之间的距离。从唯象理论的角度来看，类似于交换，4*C3,光子。

对于库仑力来说，可表达为：

3

_1*q/q2_i*fp*q『q2_ifp＜-vp*fp）*（-vp*fp）_ivP*c

E2

4TTE0L⑵41T乙⑵4TTL（2）4nL（）

其中，L,两个电荷之间的距离。从唯象理论的角度来看，库仑力相当于电荷之间交换,4*

C3,光子。

第四类,

相对磁荷光子（二个维度进行运动），［（/*%）*月*［C*4*%］；相对中性磁荷，［（%*左）*

月；两个相对磁荷光子之间具有相对磁力（氏r）；

刈一'*I»

/4$*r-r~-Mi-

第五夫，

磁荷光子，［（4*片）*加*［C*看）］；中性磁荷，［（%*6*加；两个磁荷光子之间具有磁

力（F）.p=1*@p*fp）*fp］*K%*4＞）*fp］_【M*A＞）*fpM*）*fp］_（%*A）*c2

从唯象理论的角度来看，磁力（鼠p）类似于交换，（/*尻）*C2,普朗克能量（光子的普朗

克能量）。

第六类，

相对强力荷光子（三个维度进行运动），｛［（%*&）*&］*门*［4*42）］：相对强力能量-动

量荷，

｛［（%*》）*加*门；两个相对强力荷光子之间具有相对强力（的）；

B｛［（%*左）*%*门*｛［（%*分）*%*门,

FST=-----------------------^3-----------------------*L

第七类，

强力荷光子，｛［（%*片）*%*%｝*心3）;｛［（%*'）*%］*》｝,强力能量-动量荷；

两个强力荷光子之间具有强力任p）；

%=g2^"W3*L=｛［（/*%］*M*L=c3*L。

从唯象理论的角度来看，强力类似于交换能量-动量场，C3o

从纵向的角度来看，

两个光子相互碰撞可形成：

第一类，

静止的正电子及负电子

静止的正电子，（+玲*左）*（C2*/lp）;及，静止的负电子，（一/*务）*（。2*%）。

第二类，

运动的正电子及运动的负电子

运动的正电子，［（+/*6*/］*（（;*;1*%）;

及，运动的负电子，［（一/*左）*月*C*/l*/lp）。

第三类，

静止的内禀自旋的电子，

［（-4*益*%*［。*盾］;其中，

［（-/*左）*M，磁荷。

第三类，

运动的内禀自旋的电子，

｛［（一%*L）*M*f｝*M*端］;其中，

{[（一/*fp）*fp]*/）,相对能量-动量强力荷。

第四类，

强力荷电子，

{[（一玲呜）*加*》}*塔。

值得一提的是，物质的空间荷（具有内禀的刚性）是物质的内禀属性；而空间荷的运动（振

动）是形成物质质量荷的原因。

量子三维常数理论，在一定边界条件下，退化为现有的物理学分支，例如，万有引力理论，

量子力学，相对论，热力学，电磁理论，基本粒子模型及弦论等。这意味着，量子三维常数

理论就是真正的大统一理论。

对于氢原子来说，一个电子围一个质子运动，相当于一个小磁针；小磁针的方向总是随机变

化，磁力的大小也是随机变化的；从统计的角度来看，体现为中性。这意味着，氢原子具有

活性，两个氢原子可形成一个氢分子。氢原子（类似于小磁针）的南极与另一个氢原子（类

似于小磁针）的北极，通过磁力相互吸引，形成一个稳定的氢分子（二个原子组成）

65力矩，能量，功的联系

根据量子三维常数理论，对于一个由N个基本粒子组成的孤立量子体系来说，可表达为：

%*/⑶=（%*给*野）*〃=mn*等）*；1n

m

=n*嗜）*〃+m”*噂）*+mn*嗜）*An

m

=[n*服）]*+{mn*[噂）/泪*4）*An+（mn*%）*[愿）/月*

=Enk*+（i*Un）*+（J*Rn）*及；

Enk=m“*服）,动能，量纲，<[L，3）TX-1）]〉*>[!/（2）r（-2）"；

i*%=佃*lg）,势能,量纲,{<[L"（3）r（-i）]>*>[f（i）r（-2）]<}*>[i/⑴/（o）k；

;*/?„=mn*哈）,旋转能，量纲，{<[L〜（3）T~（T）]>*>[L〜（0）T~（T）]<}*>[]/（2）T

值得注意的是，能量是物体（孤立量子体系）的内禀属性。

功是外界（背景空间）对物体（孤立量子体系）的影响；例如，通过减少外界（背景空间）

能量，去相应地增加物体（孤立量子体系）的能量。

从另一个角度来看，功是物体（孤立量子体系）对外界（背景空间）的影响；例如，通过减

少物体（孤立量子体系）的能量，去相应地增加外界（背景空间）能量。

在没有任何外力作用的情况下，物体（孤立量子体系）总是保持静止，或，匀速直线运动。

值得一提的是，当有外力时，如果该物体（孤立量子体系）受到的推力与阻力大小相等而方

向相反时；则该物体（孤立量子体系）也保持匀速直线运动。这意味着，外界给该物体（孤

立量子体系）输入的功，等于，该物体（孤立量子体系）输出给外界的功；而该物体（孤立

量子体系）的能量（内能）保持不变。

例如，有一只船在水中，有一个人用力推动船以某一速度向前匀速运动；显然，该人对船

的推力正好等于水对船的阻力。这意味着，该人对船作了功，增加了船的能量（内能）；同

时，该船又对水作了功，增加水的能量（内能）；而该船的能量（内能）保持不变（依然保

持匀速运动）。

类似于，直流电对外界作的功相当于对外界输出动能；交流电对外界作的功相当于对外界

输出旋转能（力矩）。

水对该船具有力阻（相当于电阻），可表达为：

^water=#■洪中，

%/iip

Rwater，水阻(类似于电阻)，量纲，<[­(3)T水-1)]>*似于(0)T«T)]C;

吼，该人对船的推力，量纲，<[L"(3)T"(-l)]>*>[L-(l)T-(-2)]<；

%hip,船的速度，量纲，>[L"(1)T"(-1)]<«

值得一提的是，Rwater>水阻(类似于电阻)，取决于水的属性及该船的属性。

第一种情况，

没有外力(或外力的合力为零)作用于某物体(A),则该物体(A)就能够一直保持原来

的状态(静止或保持原来的速度及方向运动)；这意味着，力是改变物体(A)运动状态的原

因。

#=m*翳；其中，

F,物体(A)受到的外力,量纲，<[1/(3)丁(-1)]>*>[L'(D

m,物体(A)的质量，量纲，<[L73)r(-l)]>*；

第，物体(A)的加速度，量纲，>[L-(l)T*(-2)]<»

第二种情况，

在外力作用于某物体(A),同时，该物体(A)又对外界做的功(克服外界阻力所做的功)

可表达为，

W=管齐幽-dx；其中，

W,物体(A)对外界所作的功,量纲，{<[1/(3)丁(-1)]>*〉[厂(1)丁(-2)"}*>[1/(1)丁(0)"；

F„,物体(A)克服的外界阻力，量纲，<[1/(3)丁(-1)]>*>[1/(1)丁(-2)"；

rll

X,物体(A)的位移，量纲，>[L"(l)T"(0)]<.

值得注意的是，F^-dx,之间的乘法称为标量积(点乘，内积)。

第三种情况，

在外力作用于某物体(A),该物体(A)能量(内能)的增加及该物体(A)对外界所做

的功(克服外界阻力所做的功)：即，对于某个物体(A)施加一个外力(尸外力)，则有,

Tffff

F外力=「有效力+?阻力=?有效力一(一尸阻力)；

显然，

E外界提供的能量=E物体(A)增加的能量+W

=C"外力,dx=堂(声有效力+耳且力)，dx

=C'有效力,dx+C"阻力,dx=£%效力.dx+W；

其中,

F外力，外界作用于物体（A）的力，量纲，<[1/（3）「（-1）]>*>[1/（1）丁（-2）"；

产有效力，外界作用于物体（A），导致该物体（A）能量（内能）增加的力，

量纲，<[L~（3）丁丁（-2）"；

产阻力,物体（A）克服的外界阻力（对外作功的力）,量纲，<[L'（3）r（-l）]>*>[L'（l）r（-

2）]<；

E外界提供的能量，外界对物体（A）提供的总能量，量纲，<[r（3）r（-i）]>*>[L'（2）r（-2）]<；

E物体（A,增加的能量，物体（A）本身增加的能量（内能），

量纲，<[L~（3）丁（T）]>*〉[L~（2）丁（-2）]〈；

W,物体（A）对外界所作的功,量纲,{<[L-（3）T"（-1）]>*>[L*（1）T*（-2）]<}*>[L"（1）T"（0）]<；

第四种情况，

对于围绕着支点（0）转动的体系来说；假设在某物体（A）位于支点（0）的左边某点（B）,

施加一个力（尸）；同时，在支点（0）右边某点（C）施加一个相应的阻力（某物体，D）,

让两边的力矩相等，并维持稳定的旋转运动；

则左边的力矩，可表达为：

M=声x兀其中，

M,力矩，量纲,{<[f（3）T"（-1）]>*>[L*（1）T"（-2）]<}*>[L"（1）T"（0）]<；

F,外界的作用力（假设垂直于力臂），

量纲，<[!/（3）1（-1）]>*>[1/（1）「（-2）]<

r,作用点（外界的作用力的作用点，A）到支点（0）的距离矢量，量纲，「（0）"。

右边的力矩，可表达为：

M/,=?右*『右，其中，

京右,力矩，量纲，{<[厂（3）丁（-1）]>*>[L（1）广（-2）]<}*>[L（1）丁（0）";

P右,外界的阻力（假设垂直于力臂），

量纲，〈叮⑶〃（T）]>*>[!/⑴丁（-2）"；

『右，作用点（阻力的作用点，C）到支点（0）的距离矢量，量纲，>[1:（1）厂（0）]<；

显然，前=户乂干=前行=#右X下右;

从另一个角度来看，对于围绕着支点（0）转动的体系，对外界作的功（W）可表达为：

W=Mf=Fx

值得注意的是，Fx市之间的乘法就称为矢量积（叉乘，外积）。

通过类比，根据角动量守恒定律（系统所受合外力矩为零时，系统的角动量保持不变）。

对于太阳（A）及地球（D）组成的孤立量子体系；该孤立量子体系的质心（0）就相当于

支点（0）。

围绕着质心点（0）转动的孤立量子体系（太阳及地球组成）来说；太阳（A）位于支点（0）

的左边某点（B）,具有质量On太阳）；同时，地球（D）位于支点（0）右边某点（C）；以

一定的角速度（3）维持稳定的旋转运动。则有，

m太阳*（1/2）3*点=m地球*（1/2）3*姨

其中，

m太阳,太阳的质量，量纲，<[L/⑶丁（T）]>；

m地球,地球的质量,量纲，<[1（3）丁（-1）]>；

3,角速度,量纲，速摩（O）T'（-l）"；

Oo,太阳到质心（0）的距离，量纲，

、o,地球到质心（0）的距离，量纲，>[L（1）丁（0）]〈；

这意味着，万有引力与两个物体的共同质心（0）有关。

第五种情况，

对于力矢量（F）与位移矢量（dx）来说，

Fdx=F,dx4-FAdx;

其中，

*dH,内积项，做功,量纲,{<[L*（3）T-（-l）]>*>[L"（l）T-（-2）]<}*>[L-（l）T"（0）]<；

加此外积项，力矩，量纲，{<[1/（3）/（-1）]>*>仁⑴T«-2）"}*>[L/（l）T（0）"。

值得一提的是，

对于一个孤立量子体系（属于保守系统）来说，该孤立量子体系具有内禀的能量（E,内

能，拉格朗日量，£）。

因此，该孤立量子体系在同一个做功过程中，保守力所做的功（W）,既等于动能（EQ变

化量，也等于势能变化量的负值（-