基于质量体数量的变化描述物理理论的体系架构

2019-12-17王忆锋

科技视界 2019年34期

【摘要】從数学角度分析了物理量基本单位的特点，基本单位彼此独立意味着它们彼此之间没有相关性，一个基本单位不是另外一个或多个基本单位的函数，由此将导致一个基本单位对其他基本单位的微分/求导的结果等于零。用工程计算软件MATLAB详细验算了一种流传较广的E=Mc2的计算过程，结果表明在正确使用现有数学工具的前提下，该方法不可能推导出E=Mc2。讨论了物理速度、算法速度和相对运动速度三者之间的区别与联系。从物理量的基本单位出发推导了牛顿第二运动定律。引入质量体的概念，牛顿万有引力定律可以补充完善为：任意两个质量体通过连心线方向上的力相互吸引，引力传播速度就是产生该引力的质量体的运动速度，光速是引力传播速度的极限。牛顿第一定律可以补充完善为：一切质量体在没有受到外力作用或者虽然有外力作用但是外力作用小到可以忽略不计的时候，总保持匀速直线运动或者静止状态。当有且仅有一个质量体时，这是宇宙的初始状态，此时该质量体以光速运动。从质量体数量变化的角度描述了物理理论的体系架构。

【关键词】物理量;基本单位;质量体;牛顿第一运动定律;牛顿第二运动定律;光速原理;牛顿万有引力定律

中图分类号： O572.31 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）34-0008-006

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.34.003

Describing the System Architecture of Physical Theory from the Evolution of the Numbers of Mass Bodies

WANG Yi-feng

（Kunming Institute of Physics， Kunming Yunnan 650223， China）

【Abstract】The characteristics of basic units of physical quantities are analyzed from a mathematical point of view. The independence of basic units means that they have no correlation with each other. A basic unit is not a function of another or more basic units， which will result in the differential/derivative of one basic unit to other basic units being equal to zero. A calculation process of E=Mc2， which is widely spread on the internet， is checked in detail by the engineering calculation software MATLAB. The results show that it is impossible to deduce E=Mc2 by using existing mathematical tools correctly. The differences and relations among physical speed， algorithmic speed and relative motion speed are discussed. Newtons second law of motion is derived from the basic units of physical quantities. By introducing the concept of mass body， Newtons law of universal gravitation can be supplemented and perfected as follows： any two mass bodies attract each other through the force in the direction of the connecting center line， and the velocity of gravitational propagation is the velocity of the mass body generating the gravitation， and the light speed is the limit of the velocity of gravitational propagation. Newtons first law of motion can be supplemented and perfected as follows： all mass bodies will remain in uniform motion in a straight line or at rest when they are not acted by external forces， or when they are acted by external forces， but the effect of external forces is too small to be negligible. When there is one and only one mass body， this is the initial state of the universe， at that time the mass body moves at the light speed. The system architecture of physical theory is described from the evolution of the numbers of mass bodies.

【Key words】Physical Quantity; Basic Unit; Mass Body; Newtons First Law of Motion; Newtons Second Law of Motion; Newtons Law of Universal Gravitation; Principle of Light Speed

0 引言

物理是关于“物”之“理”，是人对物质世界运动规律的理解和概括。首先有“物”，然后才有“理”。“物”有多有少，这里说的多和少是一个数量上的概念，形象地说就是从“一（物）”、“二（物）”直到“万（物）”。人类的物理认识是在“万（物）”已经呈现的背景下形成的。现有物理理论已经涵盖了从“二（物）”直到“万（物）”的范围，例如，牛顿万有引力定律指明了只要有两个物体就有引力存在。如果认同“万物始于一”的观点，那么“一（物）”就是根本，“一（物）”的运动规律问题就是最基本的问题。作为一个完整的理论架构，应该从“一（物）”开始说起。

“物”包括了物质、物体、质点、粒子等一切有质量的东西或者实在。质量是各种“物”概念的共同点，据此作者提出了质量体（mass body）的概念[1]，这里所说的“体”包括了点、线、面、体。质量体包括了两方面的数量含义，一方面是该质量的量值有多少，另一方面是该质量所占的体积有多少;并且这两个数量的取值范围均在无穷小与无穷大之间。质量体是作者在分析过程中提出的仅有的一个新概念。本文将主要使用质量体的说法。

物理理论体系架构可以从不同的视角来考察。本文从物理量基本单位的分析开始，从质量体数量变化的角度描述了物理理论体系的架构。

1 从数学角度看物理量的基本单位

物理量的基本属性称为量纲，它们是物理量的度量单位。在物理学的国际单位制中，將量纲分为基本单位、导出单位和辅助单位。其中基本单位包括质量（千克，kg）、长度（米，m）、时间（秒，s）、电流（安培，A）、热力学温度（开尔文，K）、物质的量（摩尔，mol）和发光强度（坎德拉，cd）等七个物理量。基本单位彼此独立。导出单位和辅助单位均由基本单位组合而成。

从数学角度来看，基本单位彼此独立意味着它们彼此之间没有相关性，一个基本单位不随另外一个基本单位的变化而变化;从函数的角度来看，意味一个基本单位不是另外一个基本单位的（单元）函数，由此将导致一个基本单位对其他基本单位的微分/求导的结果等于零。

以质量和时间这两个基本单位为例，因为不同的量纲可以相除，所以质量可以除以时间，但是一旦要从相除过渡到微分/求导，将出现两个不同的选项。

这是一个“二选一”的问题，具体如何选择反映了不同的物理观。如果认同dm/dt=0，则意味着认同质量不是时间的函数，也就意味着认同质量不随时间变化。

时间只是七个基本单位之一。基本单位彼此独立，意味着质量不仅不随时间变化，也不随其他基本单位而变化，概括起来就是质量不变。不变意味着守恒，即在数值上保持为一个常量。质量不变与质量守恒内涵相同。质量守恒无法证明，只有认同或者不认同两个选项。是否认同质量守恒是不同物理观分歧的起始点。另一方面，如果认同质量守恒，同时又认同可能导致质量不守恒的观点，这在逻辑上是相互矛盾的。

两个基本单位的组合可以构成导出单位。例如，速度等于长度除以时间，

式中，v为速度，L为长度，记t为时间。另外，这里用“≡”表示量纲意义上的等价关系。量纲相同不一定量值相等。本文用符号“=”表示量值或者数值意义上的等量关系。

前面论证了一个基本单位不随另外一个基本单位的变化而变化。进一步地，基本单位彼此独立在逻辑上还意味着一个基本单位不随另外两个或者两个以上的基本单位而变化，这一点从数学上说就是一个基本单位不是另外两个或者两个以上基本单位的（二元或多元）函数。概括起来说就是一个基本单位不随其他一个或多个基本单位的变化而变化。

仍以质量为例，质量、长度和时间都是基本单位，基本单位彼此独立意味着质量不仅不随长度而变化、不随时间而变化，同时也不随由长度和时间定义的速度而变化，即质量不是速度的函数;认同这一推论则意味着要否定质量随速度而变化的观点，例如静止质量、运动质量以及爱因斯坦狭义相对论中给出的质量-速度关系式

式中，m0为静止质量，c为光速。

还有一个类似的概念是引力质量。引力的本质是“力”，另一方面，引力质量本质上还是质量，只是它是与引力相关的质量，换言之，从数学角度来看，引力质量将质量视为引力的函数。从七个基本单位可以看到，其中没有一个是力的量纲;换言之，可以推断力的量纲一定是若干个基本单位的组合，由此一来引力质量必然是若干基本单位的（多元）函数。如果认同前述的一个基本单位不随另外一个或者多个基本单位的变化而变化的观点，那么引力质量就是一个伪概念。

2 用MATLAB验算网上常见的一个推导E=Mc2过程

既然上节中提到了狭义相对论中的质量-速度关系式（3），这里再顺势用MATLAB验算一下网上常见的一个推导E=Mc2的过程[2]，该过程如图1所示，其原始出处作者未能查到，这里只是转引。

在函数记号y=f（x）中，x称为自变量，y称为因变量。定积分的一般形式为■f（x）dx，式中积分下限a和积分上限b均为常数，即■f（x）dx为固定积分限的积分。积分号里面dx之外的部分称为被积函数。如果积分限是变化的，则称为变限积分;变限可以是只变一个积分限，例如■■dx等;也可以是两个积分限同时变化，例如■■dx等。变限积分还有一种比较特殊的形式，即以被积函数f（x）的自变量x作为积分的上限或者下限，例如■f（x）dx等。

MATLAB是一款功能强大的工程计算软件，是科学技术领域应用和影响最广泛的三个计算机数学语言之一。利用MATLAB的符号运算工具箱，可以直接求解一般的微积分计算问题。当然MATLAB不是万能的，对于某些特殊的微积分问题，MATLAB同样无能为力。

式中f'（x）为一阶导数。进一步取f'（x）的导数可以得到二阶、三阶及高阶导数。在MATLAB中，如果函数及自变量已知且均为符号变量，可以用diff（）命令求解给定函数的各阶导数。

表明MATLAB无法直接计算式（8）所示的自变量v为上限的变限积分。

下面换一个角度来看一看图1中的（H）环节即式（8）的计算问题。文献[4]第294-295页给出了一道例题33，为了方便对比，现将该例题及有关证明部分摘录如下：

设函数f（x）在闭区间[a，b]上具有连续的二阶导数，试证：存在ξ（a，b），使得

式（10）中的ξ1在（a+b）/2和x之间。该题后面的证明过程与本文无关，暂略。

具体到式（8）来说，其中的被积函数可以记为

比较一下式（8）和（10），如果再把一阶导数表达式（12）和二阶导数表达式（13）代入，可以看出在图1所示的计算过程中难以从（H）得到（I）。那么（I）是如何得到的？

在MATLAB中输入下列语句

得到这个形式的结果仅仅是因为改变了一下积分上限的符号;换言之，在图1所示的计算过程中，从（F）环节到（H）环节，积分上限均为被积函数的自变量v;等到（H）环节要具体计算定积分的时候，先把v换成另外一个非自变量符号例如w，得到积分结果以后再将w换回v，于是得到了（I）环节所示的结果，即

但是这种处理方式无论是从逻辑还是从数学角度来看都是不正确的，在这种情况下，再讨论后面的处理步骤已经没有任何意义。换言之，在规范使用数学工具和满足逻辑一致性的前提下，按照图1所示的步骤不可能从狭义相对论的质量-速度关系式导出质量-能量关系式E=Mc2。

3 物理速度、算法速度和相对运动速度

作者在文献[5]中指出关于超光速有两个问题需要厘清，第一个问题是物理层面上的与“物”相关或者与质量体相关联的超光速，简言之，就是一定要有一个以超光速运动的质量体，这一层面上的超光速可以称为物理超光速;第二个问题是算法层面上的超光速，算法包括简单的相加或者向量合成等，这时讲的超光速不与“物”或者质量体相关联，可以称之为算法超光速。例如从某一点往相反的两个方向发射两个光子A和B，它们的相对速度为2c，它等效于光子A不动，光子B的运动速度为2c;如果要从光子A上发射一个粒子去追赶光子B，该粒子的运动速度必须大于c。算法超光速只有虚拟意义，例如相对速度为2c并不等于光子A或B的运动速度真的因为一相对就从c变成2c，而要发射一个运动速度大于c的粒子去追赶另一个光子也是不可能的，因为质量体的运动速度不可能超光速。

这里做一个简单的区分，将算法定义为计算过程，不同的算法得到不同的结果。这是为了有别于数字信号处理中所说的算法，在数字信号处理中不同的算法处理可以得到相同的结果。

深入思考一下，可以意识到与物理超光速和算法超光速对应的两个较底层的概念分别是物理速度和算法速度。算法是人想出来的，没有人就没有算法，所以可以简单地将物理速度理解为表面上与计算过程无关、本质上与人无关的速度;反之，引入计算过程得到的速度称为算法速度。从逻辑上说，因为质量体是运动的，光速是一切物理速度的极限，所以在数值上，物理速度的下限大于零，上限是光速;而算法速度则基本上不受此限制。

物理速度属于绝对速度，算法速度基本上属于虚拟速度，位于绝对速度与算法速度之间的是相对运动速度，三者之间既有联系、又有区别。通常所说的质量体的运动速度基本上属于相对运动速度。例如，停驶的汽车是静止的，但是这种静止是相对路面等周围物系而言的静止，不是绝对静止，这是因为地球本身是运动的。

相对运动速度之所以是相对的，主要原因是运动速度量值的确定与所选用的参照体或者参照系有关。相对运动速度一般可以写为（v±a）（v>0，a>0）的形式。对于光子来说，其物理速度为c，其相对运动速度为（c±a）;但是因为一般情况下c>>a，从近似计算的角度来看，光速数值与其他速度数值的加/减相当于一个大数与一个小数的加/减，这时小数被“吃掉”，即c±a≈c，但是在理论分析特别是符号计算中，不能将（c±a）写为c。

从逻辑上说，在同一个计算过程中如果涉及到两个速度，这两个速度的定性应该具有一致性，如果是相对运动速度，那么两个速度都应该取为相对运动速度;如果是绝对速度，那么两个速度都应该取为绝对速度;不能一个取为相对运动速度，另外一个取为绝对速度。具体以图1所示的定积分为例，积分下限取为0，说明积分下限的定性为相对运动速度，这是因为从物理意义上来讲，绝对速度为0的质量体不存在;而积分上限虽然写的是自变量v，但实际上狭义相对论中的v只变到c而不是（c±a），说明积分上限的定性为绝对速度，与积分下限的速度为0所对应的速度定性不一致。

速度的数值本身只有大小、没有方向，属于标量。如果给速度的数值附加上方向性，速度就成了一个向量。根据数学中的向量分析理论，向量可以合成/分解，于是作为向量的速度也可以合成/分解。但是这种合成/分解应该主要从算法的角度来理解，或者从运动方向的变化趋势来理解。不应该理解为有几个速度向量就有几个真实的运动速度，这是因为真实的运动速度与质量体相对应，一个质量体只有一个运动速度，也就只有一个运动方向。

不妨想象一下速度是怎么样成为向量的？或者说速度的方向性是怎么附加上去的？牛頓第一定律指出，一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动或静止状态;反之，在受到外力作用的时候，原来的匀速直线运动或静止状态就要被打破，匀速变为非匀速，静止变为运动，这种运动状态的变化说明产生了速度。力是向量，把相应方向的作用力映射到同一方向上的算法速度，该算法速度就成了向量，从而满足向量运算规则。从根本上说，质量体的运动方向及运动速度发生变化的原因是力的作用、而不是某种算法例如向量运算。

4 从基本量纲关系出发推导牛顿第二运动定律

可以证明，质量、能量和速度三者之间在量纲上存在下列关系[1-7]

能量≡质量×（速度）2（16）

这里用“≡”表示量纲意义上的等价关系。量纲相同不一定量值相等。本文用符号“=”表示量值或者数值意义上的等量关系。

将式（2）代入式（16），有

加速度a的量纲为m/s2。

另一方面，能量是一个物理系统对其他物理系统做功的能力，简单地说就是能量等于功;而功又等于力与在力的方向上通过的位移的乘积，于是在量纲上有

能量≡功≡力×长度（19）

将式（16）代入式（19），则有

因为质量m和加速度a都是确定的，所以式（20）可以从量纲意义上的等价关系过渡到数值意义上的等量关系，即将式（20）中的“≡”替换为“=”，这就是牛顿第二运动定律。

文獻[8-9]从动量的角度推导牛顿第二运动定律。式（17）指出，动量的量纲为质量×速度。一般情况下，将动量记为p，并有

可以看到，这里如果不取dm/dt=0，则推导不出F=ma;要想得到F=ma必须接受dm/dt=0，而接受dm/dt=0又意味着认可质量不是时间的函数，这就是式（1）;由此再往前推，就是质量不变或者质量守恒。

这里的逻辑链是这样：认同F=ma→dm/dt=0→质量不随基本单位时间变化→质量也不随其他基本单位变化→质量同样不随基本单位组合而成的导出单位变化→速度是一个导出单位→质量不随速度变化→狭义相对论中的质量-速度关系式是错误的;换言之，F=ma与狭义相对论中质量-速度关系式在逻辑上是矛盾的。

5 对牛顿万有引力定律的补充完善

牛顿给出的万有引力定律中没有时间量。这一点被解读成牛顿认为引力速度是无穷大[10]，即引力可以瞬间传播至任何地方，不管距离有多远，引力都能瞬间到达[11]。

瞬间意味着时间无穷小，因为速度等于长度除以时间，故与瞬间对应的速度无穷大。在物理层面上，速度无穷大的前提之一是可以超光速。如果认同该前提，那么不停地超光速下去，逻辑上讲就可以让速度趋于无穷大。反之，如果认同光速是一切速度的极限，那么超光速就是不可能的，速度无穷大的前提就不成立，随之相关的瞬间传输、引力瞬间到达也是不可能的。

万有引力定律一直讲到了两个质量体。简单想象一下只有两个质量体的情况，质量体是运动的，如果引力速度是无穷大，因为引力速度远大于质量体的运动速度，那么这两个质量体根本没有时间拉开彼此之间的距离，也就不可能形成目前质量体数量无穷多的宇宙体系。从逻辑上说，只要引力速度大于质量体的运动速度都会出现这种情况。因此最合适的选项为引力传播速度就是产生该引力的质量体的运动速度[12];由于光速是一切物理速度的极限，因此光速也是引力传播速度的极限。

基于上述分析，引入质量体的概念，牛顿万有引力定律可以补充完善为：任意两个质量体通过连心线方向上的力相互吸引，引力传播速度就是产生该引力的质量体的运动速度，光速是引力传播速度的极限。

6 对牛顿第一运动定律的补充完善

一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动或静止状态，该结论称为牛顿第一运动定律，简称牛顿第一定律，又称惯性定律。物体的这种保持原来的匀速直线运动或者静止状态的性质称为惯性，换言之，惯性是一切物体都具有的性质。

作者在文献[5]中指出，有一种情况是牛顿第一定律没有指明的，即物体有外力作用、但是外力作用小到可以忽略不计的情况，显然这时物体还是保持匀速直线运动或静止状态。如果再引入质量体的概念，牛顿第一定律可以补充完善为：一切质量体在没有受到外力作用或者虽然有外力作用但是外力作用小到可以忽略不计的时候，总保持匀速直线运动或者静止状态。

按照补充完善前的牛顿第一定律，光保持匀速直线运动的状态意味着没有外力作用;但是根据牛顿万有引力定律，只要有两个质量体就有引力。所以从逻辑上说，光保持匀速直线运动的状态并不意味着没有外力作用，因为引力本身就是典型的外力，只是在绝大多数情况下这种引力太小、不足以改变光的匀速直线运动状态;换言之，补充完善后的牛顿第一定律具有逻辑上的自洽性。

7 当有且只有一个质量体时，该质量体的运动规律

万有引力定律的适用条件是“任意两个质点/质量体”，如果“只有两个质量体”，万有引力定律显然还是适用的。人类目前所感知的宇宙是由数量无穷多的质量体构成的。什么情况下才可能“只有两个质量体”？形成这一概念的最简单的想法就是画一条直线将整个宇宙分为左右两边，然后分别把左右两边的质量体加在一起，加到最后就是“只有两个质量体”。

在“只有两个质量体”的基础上，很自然地会形成“只有一个质量体”的想法。如果进一步把两个质量体合并在一起，结果就是一个质量体。

应该注意的是，这里讨论的是物理问题。当有且仅有一个质量体时，该质量体的质量就是整个宇宙的总质量，该质量体的能量就是整个宇宙的总能量，并且该质量体以光速运动，三者之间的关系用数学语言描述是

式中，EU为宇宙总能量，MU为宇宙总质量，c为光速，即宇宙总能量和宇宙总质量比值的平方根等于光速，这是作者提出的光速原理。

根据诺特定理，宇宙的总能量和总动量肯定是守恒的，但是诺特定理并没有告诉我们如何计算，也没有指出守恒量具体为多少。光速原理给出了这些问题的答案，具体来说就是在认同宇宙总质量MU不变、同时光速c不变的前提下，宇宙总能量守恒于式（24）。

在式（24）中两端除以光速c可得

PU的量纲为质量×速度，它是动量的量纲。在宇宙质量守恒、光速数值不变的前提下，式（25）表明了宇宙动量守恒。

从逻辑上说，如果认可诺特定理是正确的、普适的，因为光速原理给出的结果满足诺特定理的要求，那么光速原理也可以被认为是正确的。

从分析论证的角度来说，万有引力定律已经说到了两个质量体;如果说两个质量体的问题可以存在，一个质量体的问题就不存在，这在逻辑上说不过去。另一方面，光速原理事实上是迄今为止第一个描述一个质量体运动规律的模型，如果不认同该模型，就需要另外提出某种替代模型来回答有关一个质量体的运动规律问题，并且该模型的结果还要满足诺特定理。

8 如何理解当有且仅有一个质量体时的光子分裂

当有且仅有一个质量体时，该质量体以光速运动，该质量体就是光子。质量体的分裂本质上是因为受到力的作用。当质量体有且仅有一个时，没有碰撞、也没有引力等外力作用，这时它如何发生分裂？这个问题应该这样来理解：光子具有两种自旋状态，可以是左旋、也可以是右旋[13]。自旋产生的作用力同样是力，从逻辑上说，既然是力，它就可以使光子分裂。

合并/压缩是分裂的逆过程。天体星系有一种成团倾向，星系成团本质上是一个诸多质量体的质量合并过程。不久前报道的双中子合并是一个典型的质量体合并事例。宇宙演化是一个分裂与压缩并存的过程，该过程在运动速度的层面上构成光速→非光速→光速…的循环[14-16]，在质量体数量的变化趋势上则为从“一”到“万”、再从“万”到“一”的循环，即所谓万物始于一，万物终于一。

这一过程可以逐步分析如下：

（1）假设有唯一的质量体P1，如图2（a）所示，根据光速原理，P1是一个以光速运动的光子。

（2）假设在某一时刻，质量体P1发生第一次分裂，分离出四分之一的质量，剩下的四分之三质量体记为P2。

（3）假设分离出的四分之一质量体由A、B、C、D四块构成，如图2（b）所示，它们仍然是以光速运动的质量体，属于光子。

（4）由于在相同时间及相同方向上光子存在的唯一性，即在同一条直线上，不可能同时出现两个光子[5]，于是A、B、C、D四个光子的运动方向各不相同。

（5）由于光速相同，它们在相同时间内经历的运动距离相同，如果以该距离为半径画一个圆周，这四个光子均在同一个圆周上，因为该圆周的半径是光子的运动距离，而光子一直在运动，所以该圆周的大小是动态变化的，并且随着时间的推移越来越大。

（6）因为是第一批分裂产生的光子，所以该圆周是最外边的一个圆;换言之，该圆周就是宇宙的边缘，A、B、C、D四个光子位于宇宙的边缘。

（7）作者在文献[5-12]中指出，引力传播速度就是产生该引力的质量体的运动速度;光速是引力传播速度的极限。A、B、C、D和P2的运动速度均为光速，因此源自P2的引力始终追赶不上A、B、C、D，或者说P2的引力对A、B、C、D没有影响;同样地，源自A、B、C、D的引力始终追赶不上P2，或者说A、B、C、D的引力对P2没有影响，A、B、C、D 和P2的运动速度仍为光速。

（8）由于A、B、C、D彼此之间也有引力作用，引力的牵制使得它们的运动速度降低、从光速变为非光速;同时当引力不是太大时，它们的速度也不会降得太多，具体来说就是虽然变为非光速，但还是在光速量级，例如0.8c、0.9c等等;这也就解释了为什么运动速度在光速量级的类星体基本上位于宇宙边缘[12]。

（9）类星体处在宇宙的边缘，实际上已經暗示了其他星体过来的引力速度赶不上它，所以它的运动速度可以维持在光速量级;假如引力瞬间到达，就不会有光速量级的类星体的存在。

（10）除了类星体，还有运动速度虽然不在光速量级、但仍然比地球等八大行星的运动速度高很多的暗物质。这类速度从何而来一直让人困惑不解。基于上述分析思路可以解释这类问题。仍以图2为例来说明，第一批次出现的质量体A、B、C、D位于宇宙边缘;现时宇宙中质量体的数量无穷多，说明此后必然还有质量体P2的分裂，并且分裂形成的质量体散布于宇宙边缘和P2分裂之前所在的位置之间。另外第一批次出现的质量体A、B、C、D还可能继续分裂，由此形成纵横交错的引力作用使得有关质量体的运动速度先从光速变为光速量级的非光速，再从光速量级的非光速大幅降低到一般意义上的非光速，比如降低到暗物质的速度，然后又继续降低到八大行星的运动速度，等等。

9 基于质量体数量变化的视角描述理论物理的体系架构

中国春秋时期的哲学家老子（李耳）在其著作《道德经》中写道：“道生一。一生二。二生三。三生万物。”老子讲的“生”实际上就是分裂，但是老子并没有指出“一”是什么。从某种意义上来说，牛顿一直讲到了“二”;当只有一个质点/质量体时会是一种什么状况、即“一”的问题，牛顿也没有回答。作者提出的压缩宇宙的思想实验[14-17]回答了“一”的问题。当有且仅有一个质量体时，该质量体以光速运动。

从一个质量体开始描绘的物理理论体系架构如图3所示。在认可宇宙总质量守恒以及光速不变的前提下，整个体系在质量体数量的变化趋势上形成从“一”到“万”、再从“万”到“一”的循环。

10 结束语

物理（学）是关于“物”之“理”，是人对物质世界运动规律的理解和概括。“物”是怎么来的不是物理学所能回答的问题，物理学只能回答有“物”之后的问题。

“物”的数量是变化的。单独的一个“物”是一个质量体。人类感知的宇宙是由无穷多个质量体即所谓“万物”构成的体系。万有引力定律指出只要有两个质量体就有引力存在，换言之，牛顿已经想到了“二”。如果认同“万物始于一”的观点，因为从“二”到“一”只有一步之遥，所以事实上牛顿的物理观已经逼近了宇宙的本源。从“万”到“二”是一个合并的过程，再往下走就是合二为一，其逆过程就是老子说的“一生二。二生三。三生万物”。简而言之，如同一枚硬币有正反两面一样，牛顿说的合二为一与老子说的一分为二实际上是同一个过程的两个方面，两者构成循环。故无论从哪一个角度来看，“一”是什么都是一个值得回答的问题。

在认同宇宙总质量守恒以及光速（数值）不变的前提下，作者指出“一”是一个以光速运动的质量体，以此为基础，从“一（个质量体）”开始描绘了物理理论的体系架构，该体系架构的“根”是光速原理和经过补充完善的牛顿第一运动定律，其中的万有引力定律也考虑了引力传递速度的因素做了补充完善。大道至简是该体系架构的特点。

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