复宇宙对称论

翟红军

“也许正如二十世纪初，爱因斯坦的相对论时空理论不需要假定以太的存在一样，我们现有的新理论也不需要假定暗物质和暗能量的存在。”

——作者语

引子：

回顾20世纪初的物理世界，物理学大厦宏伟而又美丽，然而天空中的两片不起眼的乌云迅速笼罩了世界，并瞬间引起了暴风骤雨。当相对论和量子力学出现后，物理学的天空一片晴空大好。同样在21世纪初，也有两片乌云笼罩着天空——决定宇宙命运的暗物质、暗能量的构成成分和作用机理是什么或者它们是否真实存在。也许物理学的现有理论已不足于描述物质间的相互作用，我们需要新的物理理论来探索我们所处的宇宙间的自然规律。在这样的时代背景下，出现了一个试图准确理解宇宙间物质相互作用规律的理论——复宇宙对称论。

正文：

遍观宇宙万物，有阴有阳、有男有女、有正有负、有上有下、有静有动、有对有错等等，这些无不显露出宇宙事物间存在对立统一的自然规律。描述物体运动状态的静止和运动就是一个既对立又统一的整体。取不同的惯性参考系我们可能得到物体处于不同的状态，得到物体的质量也不同。在爱因斯坦的相对论中，物体具有静止质量和运动质量，静止质量是在相对物体静止的惯性参考系中测得的质量，物体的运动质量会随着它的运动速度的增加而增加。从自然的对立统一规律方面说，质量作为物质的本质属性应该既能反映静止状态的属性又能反映它高速运动状态的属性。在此基础上我将质量写成复数的形式

（用大写字母表示复质量），其中用实部反映它静止的属性，称之为静质量；虚部反映它运动的属性，称之为运动质量。

世界是物质的，物质是运动的，运动是有规律的。借用哲学之语（从哲学的源头考虑）我们这个世界是由物质构成的，而物质又有运动这个本质属性。我们希望能找到有关物质运动的规律，静和动只是物质对称性的一个反映，物质的静止和运动本是相对的，微观粒子的波粒二象性就是静止和运动的对称反映。我们可以认为微观粒子间的相互作用，展现了他的粒子属性或者说相对粒子静止的属性。而粒子的波动性，则展现了粒子波动的属性，或者说其运动方面的性质。基于宇宙间的物体有物质的这个属性，从物理角度考虑，认为物质具有质量，物质又有运动这个属性，作为质量的物质的这个内秉属性必然与运动有关。

一个世纪之前，爱因斯坦的相对论，正好反映了物质的运动的规律，他认为一个物体的质量与其运动的速度有关，这便有了这个公式

其中为静止质量，运动和静止在质量这个属性中很好地统一了起来。但笔者认为，相对论虽然能够描述宇宙中事物的一些规律，但它仍然不够好。如反映在有关天体运动的宇宙学问题中，有出现我们无法描述的暗物质及暗能量的问题。基于物质有静止和运动的属性，运动和静止是相互联系且不可分割的整体。我借助数学工具复数来同时描述物体具有静止和运动的这个内禀属性。物体的质量可以写成这样的形式

，也就是说，任何一个物体的质量，都可以写成复质量的形式。其中，反映物体在静止状态的属性，反映物体在运动状态的属性。

1、复宇宙对称论中物质的复质量表达形式

基于麦克斯韦的电磁理论和爱因斯坦的相对论的考察，我认为物体的复质量M的虚部可以写成 的形式，或者也可以写成的形式。而它的实部，我们只需要用一个物体的静止质量代替就行了。所以，任何一个有质量的物体的复质量我们可以写成

或

的形式。

其中，我将物体的复质量用大写字母M来表示，物体的静止质量（或者说站在与物体相对静止的参考系测得的质量）表示为。其中的p表示物体的动量大小，c表示光速，在真空中的，m表示物体的运动质量。在物体的速度较小时，可以约等于，当速度过大不能忽略时，其可写为

相对论质量的形式。

2、复宇宙对称论存在的两个假设

本物理理论我称之为复世界对称论或复宇宙对称论，因为它建立在物质具有复质量的基础上，这是一种假设。假设我们所处世界的物质所具有的质量（包括静止质量和运动质量）恰好可以用自然界最符合对称和完美的数——复数来表述。而且，由此所推出的规律都符合自然规律，这是我这个理论的第一个假设。

第二个假设，假设对于我所提出的复质量体系，牛顿的经典力学理论、麦克斯韦的电磁理论、爱因斯坦的相对论和量子力学的某些结论等仍然适用。我们仅仅需要做的事，是将其的中质量用复质量来表达。当然，物理学的经典理论在某些方面可能需要由复宇宙对称论理论来改进或者更新。

3、复质量对称论质量表达式的说明

（1）光子的复质量表达式：由爱因斯坦的相对论我们知道，光子没有静止质量，或者说等于0，它仅有运动质量，所以光子的复质量表达形式如下。

我们知道，光子有动量p、能量E和频率，且它们之间的关系为

，所以对于光子，其复质量可以写成如上形式。当然，可能有人看到我给其中的虚质量前添加了一个负号，之所以这样添加是为了使本表达式更符合自然规律，这在后续的介绍中再予以讨论。

（2）对于任何物质，包括微观粒子如电子、质子、中子等，其复质量可以写成如下形式：

①

其中实部，反映的是相对于此物体或粒子静止时或者认为站在相对该粒子静止的参考系所测得的质量。虚部 反映的是物体或粒子运动时的运动质量的情况，由以上公式也可看出其大小与德布罗意的物质波的波长有关。特殊地，若物体静止，由虚部等于零可知其复质量M等于物体的复质量完全等价于经典物理学中的质量；若物体或微观粒子以光速c运动，往往其静止质量为零，这时其只有运动质量，虚部

直接反映了其运动质量，这时物体的复质量M数值上完全等价于物体的运动质量，如光子、中微子等。

（3）对于微观粒子，由于其具有明显的波粒二象性效应，而复质量表达式也恰好是自然的这种属性的反映。复质量中的实部是其粒子性的表现，虚部则是其波动属性的表现。因为，根据德布罗意的物质波假设，任何粒子包括宏观物体的动量和波长，都有这样的关系

。所以，物体复质量的表达式在要表现波动的情况下可以写成以下的形式

（4）复质量M的模的意义，我们知道，复数的模可以写成实部与虚部之间的关系，如下：

②

经过和爱因斯坦的能量和动量之间关系的表达式的比较，可以看出，其正好反映了物体所具有的能量动量关系，只需借用爱因斯坦的质能方程

，将其中的m用复数

表示即可，如下：

③

两边同时平方，去掉根号,则为

④

④式正好是爱因斯坦的相对论能量和动量以及物体静止质量之间的关系式，由复质量的表达式能够推出④式既说明了相对论理论和复宇宙对称论的协调性，同时也间接反映出复宇宙对称论的正确性。当然这两个理论既有协调的一面也有不协调的地方，在后续章节我们进行讨论。

4、复宇宙对称论对物体间相互作用的考查

⑴、复宇宙对称论中的万有（引）力定律：本对称论认为任何质点物体包括微观粒子之间的相互作用力皆可用经典力学中的牛顿万有引力来表达，但需要改变的的是将其中物体的质量m用复质量M替换表达即可，如下

⑤

由于引入复数的缘故，上式所表达的力F为复数力，因为其无论是意义还是表现形式皆不同于经典力学中的引力，故我将其命名为“万有力”（比牛顿的“万有引力”仅少一个字）。这个复宇宙对称论中的万有力既有引力的效果也有斥力的作用效果，既有纵向的作用效果还有横向的作用效果，在微观粒子甚或是带电粒子之间也表达了电磁力的作用效果（后续章节讨论）。我们现将物体的复质量

和

代入上式，可得相距为r的两质点物体间的万有力如下

⑥

观察上式的实部可以看出来既有正值的部分

也有负值的部分

，如果我们用正值表示万有力中引力的部分，则负值表示万有力中斥力的方面。这说明复宇宙对称论中的复数力更能完备的反映两个物体间的相互作用，想象一下宇宙间的物体间的电磁相互作用力就既有引力也有斥力作用，而如果物体间的牛顿的经典相互作用力仅只有引力作用显然和电磁理论不协调；另外这也不符合本理论文首提出的自然界的对立而又统一的事物规律。当然此式还有虚部，笔者认为它的物理意义反映的是两个质点物体间的横向作用效果，或者说实部表示的是两质点在他们连线上（纵向）的相互作用，虚部表示的是垂直于它们连线的（横向）平面上的作用效果，由于此力是虚力，虽然其真实存在，但也许在未发生对称性破缺前我们无法测出它的大小和方向。当然，如果这两个质点物体相对于观察者都静止，我们可以认为该质点的动量为零，即

（或速度）,则此万有力中的虚部为0，实部中的斥力项也为0，此复宇宙对称论中的万有力表达式就表现为经典力学中牛顿的万有引力定律的形式，两者描述的宇宙规律也不会有任何差异。从这方面说，也可以认为万有引力定律是复宇宙对称论在质点物体都相对观察者静止时的一个特例或者认为质点物体在低速运动状态下的一个近视规律。

对于万有力复力F虚部的理解，我个人认为这个虚部由于分母含有光速c 因子，而动量中又有速度v，一般的宏观物体通常速度v<<c的情况下可将其忽略为0。从数学中复数的意义来看，复力F的虚部反映的是与引力方向垂直面上的作用效果，这正是微观粒子的波动性方面的反映，或者说测不准原理的存在理由。记得爱因斯坦曾经说他相信“上帝不会掷骰子”，他认为量子力学是不完备的，量子力学只是描述了微观粒子的状态，但没有找出微观粒子波动性的终其原因。复宇宙对称论认为运动物体间的万有力是存在于整个空间中，不仅表现在两物体连线方向的引力和斥力（纵向力），还表现在与连线垂直方面的横向力，这个虚力或者说横向力引起的一个作用效果乃是物体波动性的原因，当然这可能还需要实验验证。当然作为力的一个重要要素是力的方向在横向面的哪个方向上，似乎没有任何特殊的方向存在，这也许就是虚力的一个重要特点或者可能是当对称性破缺甚或是波动性消失后才能表现出其具体方向。本理论的观点和爱因斯坦一致，认为“上帝不会掷骰子”，或者说认为物理学理论不会破坏事物发生的因果性，而更进一步的是复宇宙对称论给微观粒子的波动性或物质波的波动性找到了其存在的推动力——复万有力中的虚力。

⑵、复宇宙对称论万有力定律的一个重要结论：

由上面的万有力关系可以看出两个相对静止的物体之间只有引力作用——牛顿的万有引力，若仅其中之一运动，具有速度v或者动量p，由前面的质量代入可计算出，其间也仅有引力，这也是牛顿万有引力定律能够解决宇宙间大部分行星、恒星乃至星系间相互作用的原因。但对于如宇宙间因牛顿万有引力定律而引出的暗物质、暗能量等无法解释的天体现象。笔者认为宇宙间存在暗物质、暗能量可能正如十九世纪末科学家在宇宙中寻找哪种假定存在的以太的行为。因为牛顿引力理论未能反映出宇宙天体因运动而产生的斥力以及横向力虚力的作用才造成需要假定暗物质暗能量的存在以符合我们观察到的宇宙实际。

复宇宙对称论说明若远离任何天体的两孤立星球（或者微观粒子）皆以很大速度运动时，其间既有引力又有斥力，特定条件下表现为引力特定条件下表现为斥力。下面是这个条件的推导。我们假定有相距r的两个孤立静止质量相同的物体以同样的速度从我们前面经过。如下图

其复万有力为

借用相对论的运动质量和静止质量之间的关系

代入上式得

观察以上结果中的复数的实部可以看出，当 时，其实部的万有力为零，即

,可解得

此时复万有力F变为

由此可得出当物体的运动速度皆达到0.707c时，两运动物体之间在其连线上没有力的作用，但在与连线垂直的面上有此两物体相对静止时万有引力的二倍力的作用，其表现为虚力，将引起此两物体加速呢还是波动呢还有待实验探究。

基于以上内容可推出以下结论，当两物体或者天体皆以大于0.707c的速度运动时，它们之间的复万有力表现为万有斥力，而当其以小于0.707c的速度运动时它们之间的复力才表现为万有引力。这个结论让我想起了交变电流的电压的最大值和有效值之间也有类似的关系

.这两者之间的自然规律有什么彼此相通的秘密吗？也许考虑相对论效应的电子之间的电磁相互作用也符合以上规律，这种猜测还需要论证。

⑶、复宇宙对称论有关暗能量的讨论

我们知道对现今的宇宙探索发现我们所处的宇宙不仅在膨胀着而且在加速膨胀着。如果以牛顿的万有引力理论甚或者是爱因斯坦的相对论来看都无法找到其加速的原因，迫使天文学家们假定有一种我们看不见的暗能量产生了这个斥力的效果，而科学家又无法给出他的具体构成成分和他的作用机理。但通过复宇宙对称论的研究（这可能是检验其正确性的一个例证），我们仅需做以下假定就可以解决宇宙加速膨胀的问题。我们知道哈勃定律告诉我们星系彼此之间以一定的速度互相远离着，而且离我们越远的星系离开我们的速度越大，这充分证明了宇宙大爆炸理论的正确性。我们仍然假定宇宙从一个亿万年前的奇点或者说宇宙中心爆炸而来，假设各星系以球面形式向外围扩散，而现在各星系相对宇宙中心奇点的速度皆大于0.707c，则由复宇宙对称论可知该球面上的星系之间存在斥力关系，星系之间的加速远离完全是宇宙间万有力表现为斥力时的一个作用效果。不过需要注意的是，星系的这个速度并不是相对于我们这个本星系的速度而是相对于宇宙诞生的奇点的速度，由于这个奇点的位置或宇宙中心的不确定使我们可能无法确定或测定星系相对宇宙中心的运动速度。

本复宇宙对称论认为只所以我们无法通过现有的大爆炸宇宙理论完美理解（或解释）宇宙加速膨胀的原因，是由于我们所用的牛顿的万有引力理论并不是宇宙的终极真理，如果将万有引力理论更新为复宇宙对称论的万有力理论，则可完美理解现今的宇宙规则。

⑷、复宇宙对称论对于暗物质是否存在的讨论

同样，暗物质的存在是因为下面的原因。科学家们通过对光度学计算出来的宇宙中的星系质量和经牛顿的万有引力理论中星球运动计算出来的质量比较后，发现引力理论计算出的宇宙质量要远大于经光度学计算的宇宙质量，为了协调这个矛盾科学家假定有一些我们观察不到的星系物质的引力效果造成离星系中心较远处的星球的快速运动。当然宇宙间可能存在一些我们用现有天文仪器和设备无法观察到的星系、尘埃及微观粒子等，但我们不能就此确定暗物质一定存在，或者认为它占据了宇宙的大部分质量是宇宙质量疑难的主要原因。如果这样就如我们中国古代将一些无法解释的现象归功于鬼神。现在用复宇宙对称论的万有力去研究宇宙天体的运动，我们发现这个复万有力的实部由两部分构成，前一部分正好对应于牛顿万有引力理论中的万有引力，而后一部分是负数，与运动相关。如果将现今科学家测算出来的万有引力用复宇宙对称论中的万有力代替的话计算出来的宇宙质量将会大于目前天文学家测算的质量，也许将会发现其符合现有的观察宇宙质量。当然这个复万有力还有虚部的力，其与天体的运动速度相关，且作用于与实部力垂直的横向方面，虽然这个力通常较小，但它也会引起宇宙天体速度的变化进而影响天体的运动轨迹，这也许可以解释星系周围恒星的运动规律何以如此不符合牛顿的万有引力理论。暗物质存在的另一项证据如下，牛顿引力理论认为若可见物质都集中在星系的中心，则星系中心恒星的运动速度应该要远超过外部的恒星，星系自转速度曲线应该随距离增加而递减。然而，大多数星系的自转曲线相当平坦，其外部恒星的运动速度和内部恒星相近一样快或者还略有增加，这就需要有额外的引力场来匹配恒星速度。为了理论能符合这个观测结果和其他证据使我们发展出了存在暗物质的理论。以下是M33星系的自转曲线图

另一方面，如果将此理论用于研究太阳系，我们可能发现每个行星都会因为这个虚力而加速或者进动。而行星的速度如果小则这个虚力小，行星的质量越大虚力的影响也越小。相反地，如离太阳最近的行星水星，由于其质量较小而速度又较大，故虚力对此行星产生的影响最为明显。当然我们知道牛顿的万有引力理论和爱因斯坦的相对论对行星的进动规律有他们各自的理解方式，而我们的复宇宙对称论对行星的进动认为是复万有力作用的结果。

⑸、复宇宙对称论中有关经过太阳附近光线的弯曲问题。

相对论曾经计算了光线在引力场中的偏转问题，但相对论有它描述不清楚的地方。如既然光子的静止质量为零，那么要么太阳对光子的作用力为零要么太阳对光子的运动质量有引力作用，而这个引力作用取决于什么，与哪些物理量有关系显然相对论都没有明确的告诉我们。现在我们通过复宇宙对称论来研究光子和太阳间的相互作用。假定有一束光正好从太阳边缘射过来进入我们的眼睛，借助前面的光子的复质量公式

和太阳的复质量，这束光经过太阳附近时太阳对其的作用力可以用复万有力进行计算。如下

上式中r为光子到太阳中心的距离，m为太阳的运动质量，为太阳的静止质量，v为太阳的运动速度，为所研究光子的频率。从这个公式的实部可以看出来太阳对光子的引力不仅与太阳的运动质量、他们之间的距离有关，还与太阳的运动速度及光子的频率都有一定的关系。当然虚部反映了它们之间除了连线上的引力的作用还有与连线垂直面上的力的作用，一种猜测的结果认为这个力可能会引起光子的红移现象。

未完待续：以上所谓的复宇宙对称论还是一个较为原始而初步的理论，限于本人才疏学浅，难免其中有差错或者纰漏。同时还有一些由此理论所推出的不成熟结论尚未放入其中。另外其是否正确或者由此推出的结论是否正确还需要科学实验的检验和较真。所以我将此初步理论定为复宇宙对称论版本1.0，希望有识之士和我能够在不久的将来将其更新为版本1.1、版本1.2甚至2.0。纵观世界物理学的发展，没有一个绝对的真理或者是永久不变的理论。在互联网+的时代，我希望此理论是一个发展的理论，是一个借助各方力量而不断进步并能够真正准确描述物质相互作用的理论。