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1、关键词 空间热力学 平衡相变 量子自由能 相对论 时间熵场 黑洞宇宙统一场微观物质运动与宏观宇宙运动的自然逻辑关系是不言而喻的，但是作为这两个物理领域的主导理论体系，量子理论与相对论的统一却至今未能实现（1、2）。注意到普遍的物质运动遵从热力学规律，如果相对论和量子理论分别与热力学互洽，它们之间必定统一。设计一个理想的热力学平衡系统，该系统应当满足以下条件：1、允许在系统内（包括系统边界）随机选择任意多的检测点，点的大小是检测手段可能实现的最小范围（点区域）。2、允许以任何可能方式对“点区域”的能量状态进行检测。3、任意两个不同点的检测结果差异都在检测水平之下。如果检测在任意精细的水平上进行，
2、满足上述三个条件的热力学系统是检测意义上的热力学绝对平衡系统。因为热力学第二定律要求封闭系统的熵随时间增大，所以同时设计检测意义上的热力学绝对平衡系统在相当长的时间跨度上的熵增也在检测水平之下，该系统即时间意义上的热力学绝对平衡系统。一个检测意义与时间意义上的热力学绝对平衡系统理论上拥有最大的系统熵，系统在获得最大无序程度的同时在大跨度时间内也拥有最大的系统稳定程度。一个长时间保持系统状态不变的、封闭系统的热力学性质接近上述热力学绝对平衡系统。如果给这个系统输入一个量子的能量，会发生什么？能量介入热力学绝对平衡系统后会引起悖论。首先，输入能量在输入点及其附近导致系统能量状态发生改变，偏离热力学
3、平衡，这个小的区域理论上将形成耗散结构。如果这样的耗散结构不能得到适当的反馈而形成稳定的、偏离热平衡的自组织结构，该结构就是不稳定的，它将在第二定律规定的时间方向上因为耗散而瓦解，并且将耗散能量传播到邻近区域。根据设定条件，系统内任意一个区域与其邻近区域同质、同性，耗散能量的涉及区域也会形成耗散结构，然后瓦解。显然，只要输入能量不对系统做功，在足够长的时间内，这样的过程将遍历系统的任意点以及邻近区域，所以该事件可以被视为全系统事件。现在存在两种可能。一是输入能量弥散至整个系统，最终导致系统内任意点区域的能量增大，系统在相对高的能量上处于热力学平衡状态，属于常态热力学变化。二是系统的稳定性对介入
4、能量发生强烈反应，致使点区域耗散结构瞬间产生又瞬间瓦解，介入能量虽然转变为耗散能量却不能弥散，输入能量不断地进入系统又不断地被系统“反弹”出来。在这种情形下，如果限定输入能量对系统的做功为零，这个能量就将使系统内的点区域乃至整个系统在足够长的时间内偏离热力学平衡，而这种偏离竟然是系统执行热力学第二定律的结果，意味着该定律在某种终极条件下的执行结果是对定律本身的背反。问题是：我们是否可以在彻底地接受热力学第二定律的同时又能对这样的背反行为做出解释？热力学平衡系统P0在输入能量e的作用下形成耗散结构Pe，称该过程为系统P0的激发相变。由于耗散结构不稳定，Pe还原为稳定的热力学平衡系统P0，同时释放
5、耗散能量e，称该过程为耗散结构Pe的相变还原。显然，只要不以任何形式对系统P0做功，输入能量e就会经过一个激发还原过程全部转换为耗散能量。对于下一个激发还原过程而言，耗散能量与输入能量等价并且物理意义相同。如果系统P0完成一次相变还原过程所需要的时间是t，只要t充分小，我们将很难注意到相变过程，而只是看到输入能量对系统P0的似乎连续的影响。而如果限定P0的相变只是点区域事件，我们甚至可以认为e对P0的影响以点或线性形式连续存在。相变对于上述事件在时间轴向上演变的意义在于：无论输入能量是否无限连续，它在系统P0内引起的一系列事件都将被相变“截断”为一个个因果相关但又并非处处连续的激发态耗散结构，
6、每个耗散结构还原时所释放的耗散能量只能是输入能量的量子单位。因此，系统内活跃的只能是量子化能量，而不是连续输入系统的能量流。这种情形与神经系统的生理活动十分类似。向动物神经系统外周感受器施加连续的电流刺激，其在神经系统内的传导是生物电脉冲而不是连续的物理电流，这是因为物理电能在神经元轴突末端突触转换为化学能递质，然后通过化学递质与受体间的作用引起下位神经元的电脉冲。“突触换能器”对于神经系统的意义相当于上面所说的系统“相变”。接下来，只要系统内一系列因果相关的耗散结构的“串联”方向与外部能量介入系统时的初始方向有关，系统内的自由能（系统有序性构造的标志）就是在矢量方向上运动的量子化能量。如果绝
7、对热力学平衡系统的稳定性能够对介入能量做出“相变”响应，系统就可以根据单位时间内相变发生的次数相变频率对介入能量的大小做出评价，或者说该系统内自由能的“量子值”决定于介入能量引起的系统相变频率。根据设定条件，一个绝对热力学平衡系统的能量状态是无法通过实际测量予以评价的，但是可以用P0表示它的恒稳态的“相”，以Pe表示它的激发态的“相”，根据上面的陈述，这个系统的相变可以表示为：Pe=P0+e，e代表介入系统的单位能量。相变在系统内的传布过程表示为：P0+e=PeP0+e=Pe，只要e不对系统做功（比如被系统边界吸收），相变还原过程将无限次地重复进行。若将相变传布的矢量性质考虑在内，则有：P0+
8、e()=P()eP0+e()=P()e。如果介入系统的是单一形式的能量流E，相变使得E转变为量子能量的过程表示为：P0+E()=P0+me()=mP()eP0+me()=mP()e，m为系统内的量子数。系统P0对单位介入能量e()的大小的响应形式为系统的相变频率f，即单位时间t内的相变次数n，f=n/t，而频率的表达与系统P0的状态函数f（P0）有关。即：e()=f()f(P0)=(n/t()f(P0)。表达形式：P0+E()=mP()e=P0+me()=P0+f()f(P0)=P0+(mn/t()f(P0)。因为m、n均为自然数，所以时间是唯一显示系统P0内有序能量运动方向的物理矢量，从中我
9、们可以看到有序能量的“量子值”是如何通过时间与耗散结构在系统P0内的传布方向相联系的。如果时间t变大而n不变，单位量子的相变频率降低，“量子值”变小；反之，如果时间t变小，“量子值”增大。如果e()对系统边界做功（为系统边界吸收），则不能继续引起系统P0的激发，耗散结构P()e的产生和传布随之终止，时间对于P0没有意义。时间是评价偏离热力学平衡的能量结构在传布方向上单位量子能量大小的物理量。时间具有方向。时间对于绝对热力学平衡系统没有意义。现在我们已经能够清楚地看到以光量子为代表的、纯粹的物理能量在物理真空（以下简称物理空间或空间）中的基本行为方式。事实上，物理空间是迄今已知的、最稳定的“物质
10、”实体，关于它的稳定性我们无从测度或评价。相反，无论经验还是理论，空间都是我们评价其他物质形式或构造稳定性的物理背景。量子理论认为物理真空是高度无序的能量质体。因此，我们有理由认为物理真空对于任何具体的物理事实都完全满足所设定的绝对热力学平衡系统条件。那么，物理真空是否存在能量激发下的系统相变呢？实验证实，物理真空具有理想的热力学黑体性质。根据普朗克辐射定律（Plancksradiationlaw），M=C15/exp(C2T-1)，热力学温度T可以通过黑体转换为波长为的量子辐射能量M。如果将热力学温度视为向空间连续输入的能量流E，E将依照该定律通过物理真空辐射量子化能量，这种转换符合物理空间
11、受激相变相变还原机制。空间相变机制对于以下基本物理问题具有重要意义。一.物理空间相变是量子力学理论的动力学基础1.物理空间相变与海森堡的“测不准”原理空间相变使得量子在空间中的运动带有或然性。由于相变是局域空间的能量激发事件而不是发生在确定点上，因此每一个激发态耗散结构生成的位置只能是涉及区域一个概率点。如果激发态耗散结构的传布速度为光速，它的每一个激发位置将不能被精确测定，而一旦引入测定激发位置的附加能量，它本身产生的空间激发必然会改变被测量子在传布路径上的空间状态，从而不能客观地得到被测量子的路径位置。空间相变机制符合海森堡的“测不准”原理。基于物理真空的恒稳态性质，它的系统状态函数f（P
12、0）应该为常数，这个常数就是普朗克常数h=f(P0)=6.6261961034Js。就量子的激发位置而言，普朗克常数可能是一个概率值。对于单位量子：e=ff(P0)=hf，f自由量子频率。2.物理空间相变与自由量子运动的波粒两重性光量子的空间运动路径是由一系列相变“点”构成的。无论对于空间的“稳态相”还是“激发相”，这条路径都不是无限连续、光滑的，但只要相转换速度充分快，光量子的空间路径就是充分连续的，类似于粒子的连续运动轨迹。然而，相变毕竟是局域空间构造的变化过程，会对邻近区域的空间结构产生影响，并且以波的方式扩散，这就使得光量子的运动同时具有粒子波动两种形式。其中，光量子在时间方向上的矢量
13、运动是谓“粒子”运动，而相变对周围空间状态的影响是谓波动。根据相变机制，光量子运动的波粒两重性不可分割。称空间对局域相变产生的低能态响应形式为量子场。这里出现一个问题：如果相变对邻近区域的影响足以使空间结构发生相变，那么一个光量子就会以光的形式在三维空间中没有衰减地扩散，等价于复制出越来越多的光量子本身，违背能量守恒定律。因此，物理真空的相变必定对激发条件提出临界要求，使得相变只能在一个矢量上递进产生，而相变对邻近的其他矢量上空间结构的影响因为不能满足临界条件而形成量子场。这个激发条件本身必须具有单一的矢量性质，它就是光速。光速的时间方向就是光量子的线性运动矢量方向，与确定光量子频率的时间方向
14、同一。即：f()=n/t()=c()（光速），光量子波长，f光量子频率。设想物理真空充满随机分布的点。因为这些点在任何位置出现的概率相等，所以物理空间处于热力学平衡的完全无序状态，可视为能量的均质体，它的任何一个充分小的区域P0状态与整体相同。受到介入能量的激发，区域空间的无序点以某种有序的形式排列，形成局部的耗散结构Pe，称这样的耗散结构为“量子结构”，物理真空相变与量子运动的波粒两重性.为空间的热力学平衡性质所决定，激发区域附近的点也呈现一定程度的有序排列，但不足以产生Pe结构，这样的有序形式即“量子场”。假定“量子场”内每个点平均携带一定的有序能量，随着“量子场”区域的扩大，会有更多的点
15、参与有序能量的分配，而每个点得到的有序能量则减少。所以，以激发区域为中心，相变对附近空间状态的影响随距离增大而减小。作为一种局域不稳定结构，Pe按照热力学第二定律发生耗散而瓦解，但耗散能量的释放具有方向，引起这个方向上下一个P0区域的相变，如此依次传递，形成量子的光速路径。随着Pe结构瓦解，能量点的分布状态还原至稳态物理真空，对附近空间的影响也随之消除。依序发生的、相变对附近区域三维结构的影响消退过程构成完整的量子波动，称量子场的传布为自由量子的本征波动。必须指出，每个光量子能量仅对受激区域的空间相变负责，与附近区域的空间结构变化无关。空间相变引起的波动是由空间的热力学平衡性质所决定的。对于恒
16、稳态物理空间而言，相变不会导致自由量子的能量衰减。原理上，自由量子的单一矢量运动对于维持其在时间方向上的持续存在具有重要的反馈作用，考察自由量子e在恒稳态空间P0中的相变机制可以发现，由于量子结构P()e的矢量性质，它对矢量前方空间的影响可以使那里点排列的有序程度高于其他方向，获得在同一能量激发下优先实现相变的较大概率，乃至主导相变的传递方向。也就是说，量子场的有序形式指向量子的运动方向。称量子场有序形式的方向为“量子势”。量子的矢量运动本身以及量子势是量子在空间中持续运动的反馈机制自反馈机制。正因如此，如果一个光量子恰好通过另一个光量子的本征波动区域，量子矢量方向上的空间状态变化会干扰自反馈机制，它的路径可能因此改变。
