<宇宙中心说>第5部分--质量的综述
第五部分 质量的综述
与《时间的综述》一节相对应，本节着重于对经典质量的来源分析，进而确立对质量描述的物理含义，指出质量上存在的缺口。并在宇宙系统内定义相对的质量和与经典数据为参照的质量系数。质量描述的复杂性要比时间更为高，这个更为复杂因素来自于对质量描述的参照系更抽象和更广泛。可以宏观的认为，时间与运动有较密切的相关，而质量与力的关系更为密切。运动一般只被视为一种惯性系，力在经典却有四种。
5．1 经典质量m的来源、定义和质量缺口
时间、空间、质量、力、运动是物理学的5个基础概念。前面已经有较多的对物理时间、空间的统一界定。这一节专门对经典的质量进行深入的分析，并揭示出其自然机理的内涵。然后，用运动场、力场的机理在宇宙参照系内定义统一质量的观念。如果这个质量还必须存在的话。
首先，仍然追溯质量的如下几种经典版本：惯性质量、静质量、重力质量、引力质量、相对质量、SI规定的1kg的现实质量“千克标准原器”。这些质量的定义和来源很容易在相关课本或网上查到，我们不在这里复述，归纳起来讨论三个主要版本。
它们是牛顿对质量的定义和SI规定的量化标准定义和爱因斯坦相对质量的定义。
1）牛顿的质量定义如下：物质的质量是物质的度量，由其体积和密度共同求出。
与定义相应的数学表达式是：
我们可以很明显地看出牛顿所定义的质量在宇宙参照系内存在的不完备。因为，体积的密度与物质所在空间的力场有关，并且与自身的运动也有关。这样，牛顿定义的质量要关乎于外界的力场和运动。而牛顿系质量只是关乎地球系下的相对静态系统理论，也因此默认牛顿定义的质量参照系是地球系统的静态质量。这样，牛顿的这个动力系统就能自恰。也就不存在新的理论xx旧的理论的极端问题。我们应该为过去科学的、严肃的、经典的理论系统寻找合理参照系的问题，而不是简单的、一味地反对，这样既承接了过去、也不伤害了现在、更可以延续将来。即使过去的理论在现在看来是如何的荒谬，我们都还可以寻找出当时科学水平及其相应进化意识水平的参照。给这些相同的事件
很容易通过教科书找出爱因斯坦质量的参照系统是建立在经典理论系统与时空可变两者上的合成推论结果。
3）目前SI规定的1kg的现实质量“千克标准原器”以一定的铂铱体积作为惯性质量的基本单位1kg保存在巴黎度量衡局。这是质量的单位制定。
从上面三种质量的定义可以得出，牛顿的质量源于体积的大小和密度。如果体积的大小我们可以用
从上面3种对质量的描述，我们再来看看质量与那些因素有关。首先是体积，那是代表空间的占有量。其次是密度，密度是物质的存在特性。在文章后述就是其运动组成特性。再看相对质量，是在不同的运动参照系下质量又有所不同。统一场论对质量的解释之一是：质量是物质在宇宙空间与宇宙空间场相互体现的量。而空间含有力场、动态场。因此，质量是描述物质与空间场相互关系程度大小的量化。只有用“米”和“秒”的量子单位来组合描述质量的量纲才具有与目前量子级别的对称性精度。下文也会有详细的描述。
那么，我们就可以很明确地说，那么多质量的区分，主要问题有二个，首先在于参照系选择不统一引起的。其次，没能揭示出质量的实质性机理，也即力的来源、力和运动的对称转化关系。我在这里仍然用运动、力场的实验实证理论来重新定义质量的来源和机理，并指出了这种定义的质量和牛顿的静止质量、爱因斯坦的相对论质量、统一论定义的质量所具有的等价和异同的关系。这种等价是在变换参照系和不同叠加组合下的等同。也就是《参照系算法》中的异系对等。
5．2 质量的相关报道摘录
为了了解目前国际科学界对质量量纲kg定义的进展和对质量定义的艰难，在这里引自网站的几篇科普报道摘要如下：
1） 以铂铱合金制成、底面直径为39毫米、高为39毫米的国际千克原器（圆柱体）的质量被规定为1千克。目前它保存在法国巴黎的国际计量局里。
没有杂质的纯水，在4摄氏度下，1dm3，被视为1kg。该概念是由法国人于18世纪中叶的提出来的。由于国际千克原器不可能保持{jd1}稳定的物理性能，因此人们正在探索更好的定义方法。有人建议使用硅28的原子量来定义千克，事实上，小尺度高精度的质量单位常常标注为原子量，而不是克。（引自www.soobb.com/Destination_Wiki 9084.html）
2）质量单位有误差，科学家尝试给“千克”改名
质量计量是计量学中发展最早的分支之一。公元前221年秦始皇颁布诏书，统一了全国的“度量衡”。其中“度”、“量”和“衡”就是现在所谓的长度计量、容量计量和质量计量。这些古典计量主要是伴随商品交换而产生和发展起来的，至今仍是法制计量的重要内容。
随着现代工业生产和社会经济的发展，特别是近代物理学和信息技术的发展，质量计量的研究内容和手段在不断地扩充和开拓。拿“衡”来说，在微电子技术基础上发展起来的电子衡器，正在逐渐取代传统的机械衡器，其量限可由纳克级直到上千吨，其用途已由单纯的贸易结算而扩展成为生产过程控制或工艺流程控制的重要器件。与“衡”相配的“权”(即砝码)，已利用防锈、防磁的奥氏体钢以激光抛光的方法制成。拿“量”来说，借助激光定向、测长及光学计量法，上万立方米的巨大石油贮罐的容量，也可以直接测量出来。从物理量的导出体系和分类来看，质量计量也是现代计量的基础之一。人们明智地避开了质量理论上的难题，比如物体的质量m和运行速度v的关系m=m0/(1-v2/c2)1/2等，从实用的观点进行研究，从而达到10-9量级的测量不确定度。
在计量长度、重量和容积的度量衡基准中，长度和容积早已实现用光速或原子振动等自然常数来标定，只有质量单位千克仍然是由有形物体（铂铱合金圆柱体）来标定。一个多世纪以来，一千克的质量一直是以封存在巴黎附近国际计量局的三个保险箱中的金属圆柱的质量为准。当科学家需要准确测定这个单位的质量时，便将这块铂铱合金取出来清理一番，称量后用它作为依据。然而，研究人员表示，千克原器作为质量单位基准已经不够xx。它的质量由于污染和清理的缘故而上下浮动，这使得科学计算有可能产生误差。
据2003年出版的《科学》杂志报道，与自然常数不同，人工制成的千克基准会随着时间的推移而发生变化。尽管过去一个世纪以来，一直保存在巴黎国际计量局中的“质量原器K”千克基准的变化不大，但这个千克圆柱体基准是1878年，在当时工业污染很严重的伦敦锻造出来的，由于污染物的影响，可能随时间的推移正在损失其质量基准。同100年前相比，现在的大气中含有更多的水银，由于千克基准是由含铂金的合金制成的，而铂金会吸收水银，这就使质量基准的准确性不可避免地受到了影响。现行人工制造的千克原器受污染和清理的影响波动了2300万分之一克。由于千克的基准不够可靠，一批科学家认为现在应当停止使用一台天平和一块金属来衡量这个单位。他们在一篇论文中呼吁用恒定的自然力确定千克质量。论文作者之一，美国国家标准与技术研究所的埃德•威廉斯说：“千克是七个基本度量单位中{wy}一个没有经过重新界定的。现在也应该用恒定的自然现象来定义千克了。”德国国家计量研究所的工作人员贝克说：“千克是整个度量衡体系白色荚克衫上的黑污点”。
几十年来，全世界的研究人员一直试图抹掉这一污点，采用的方法包括计算1000克物质中的原子数目，以及将质量转换成一种电磁力等。鉴于实物基准固有的缺陷，{zj0}的办法莫过于以基本粒子或原子的质量的倍数来定义质量单位，因为对粒子或原子的稳定性通常是确信不疑的。然而遗憾的是，迄今为止各种原子质量比的测量不确定度仅达1×10-7，以碳-12原子质量的1/12定义的这一质量单位的不确定度，才达约10-6量级。因此可以断言，目前以基本粒子或原子的质量的倍数来定义质量单位，其计量量值的{zg}准确度只能达到百万分之几，远不如目前的实物基准方式。所以，在由实物基准向微观量子基准或自然基准方向过渡的同时，必须继续研究铂铱基准新的保存和清洗方法，进一步完善原器天平，包括隔热、远距离操作、自动化、数字化以及以弹性支撑取代刀口支撑。
英国国家物理实验室的罗宾逊等人正采用“瓦特平衡法”定义千克，试图将千克质量同基本自然常数联系在一起，其精度有望达到一亿分之一，即10-8的精度。如果试验获得成功，他们将能按照长度、时间、引力和普朗克常数，重新定义质量单位。为了达到这一目的，他们设计出了极灵敏的仪器，实验还被安排在建筑物内没有人工作的夜间进行。罗宾逊称，他已将测量精度提高到一亿分之一，但他对发表这一成果持谨慎态度，因为测量值几周后发生了漂移。不过现在他已找到了问题的起因：测量必须xx在真空下完成，xxxx空气浮力的影响。在美国国家标准技术研究院，利用“瓦特平衡法”来定义千克基准也获得不错的成果。1998年，斯特诺等人公布的结果xx到一千万分之一(10-7)。使用改进的仪器，他们也获得一亿分之几的精度。瑞士也有一台原型仪器投入试验，另一台仪器正在法国巴黎建造。罗宾逊说：“尽管这些仪器都采用同样的机理，但美国的仪器和瑞士的仪器，在物理上是不同的。如果他们全都独立地产生同样的测量值，那将表明这种技术是有效的。”
利用原子计数法来重新定义千克基准，则遇到较大的困难。这个方法比复杂的“瓦特平衡法”更为直观，它只涉及到在已知质量中，计量原子的数目。但单独地计数到10的23次方个原子，花费的时间太长，因此人们正在设计灵巧的方法，以加速这一计数过程。目前在一项称为“阿伏伽德罗”的国际合作计划中，科学家正在计量0.012千克碳-12原子的总数。原子质量是以碳12为标准的，根据原子量的定义，应该用碳12复现原子质量。但由于实践上的困难，难以去获得理想的碳单晶体来复现原子质量。于是人们就利用碳的同族元素——硅来测定物质的量，制得xx无缺的硅单晶，用于原子质量的复现。阿伏伽德罗计划涉及到葡萄柚大小的超纯单晶硅球。测量球的直径和硅原子之间的间距，将xx地揭示它们包含多少个原子。问题是硅含有多种同位素，而测出各种同位素的比率十分困难，所以目前精度仅达到一千万分之一，还需要有突破性的进展。罗宾逊说：“使用各种方法重新定义千克基准的研究人员都不能单独发表其测量成果，即使自己已经首先获得测量结果，也必须等其他人获得相同的成果，才能证明自己的结果有效。”科学家们认为，未来几年将用“瓦特平衡法”来裁决。只有最终在“重量和测量大会”上通过这一测量值并且获得国际计量大会认可，才能采用这个千克新定义。
摘自国学论坛http://bbs.guoxue.com/viewthread.php?tid=470327
5.3 统一场论的质量观
从上面几篇文章中，质量定义的艰难可见一斑。在上面的方式方法中，可以看到质量的定义也是企图摆脱外界的一切因素，包括引力对质量的内在影响。计量原子数目的思路就是其中一个方法。然而，即使用原子来定义，除了耗费时间外，也存在着原子随时间的迁移损失和稳定性、一致性等问题。因此就选择碳单晶、硅单晶等。总之，质量是要描述物质其内在自身量的多少。但所有如上的方法定义出质量后，仍然存在不同物质间的等量定量问题。这种不同物质的等量仍然需要以地球的力场媒介为参照才能得到等量的度量。当不同物质在地球有同等质量时，在其他引力系是否一样仍然是有待商榷的。因为，对于一百多种原子或各种分子、化合物、混合物在不同参照系系统内运动的特性差异可能有较大的区别。也因此上面质量的定义可能不一定在整个宇宙系统内都能得到相应等量的转换。最主要的是质量要表达的是原子结构的物质，而任何原子结构的存在都与宇宙同步场分不开的。因此，质量的根源是量子动态与宇宙整体的问题。
鉴于如上原因，在这里，用量子的观点，通过对现代物理实验和科学质量的理解、归纳定义出{jd1}静止质量、相对静止质量和相对运动质量如下：
1）统一论{jd1}、相对静止质量的定义：以物质的粒子为参照系，静止质量是粒子自旋运动（向心运动）或所有粒子（可见性物体）自旋运动的集合在{jd1}空间力场的体现，是内在的、即时的，与外界无关的理想本体力场的体现。相对静止质量是这种运动集合在某个参照系力场的相互体现。
2）统一论相对运动质量的定义：运动质量是在与物质不同的运动参照系对物质粒子的自旋或向心运动的集合力场的体现总和。经典的也可以称为广义质量或相对论质量。
相对静止质量和运动质量分别倾向于牛顿定义的质量和爱因斯坦的相对论质量，但不xx的等同。而{jd1}质量只考虑物体本身运动所产生力场在{jd1}空间的自我体现。由于{jd1}空间的不存在，因此，{jd1}质量只是一个理想概念。如果要近似地发现它，可以认为在无引力场、无运动场的太空中的物质的体现。但即使在无引力的太空空间，也存在着运动场（这一点下文会述及），然而由于人与该物质处在相同的运动场参照系，也即人与该物体无相对运动。所以，太空上失重的人观察到的物体可以近似是一种{jd1}质量的状态。统一论质量的描述的质量就近似这种状态下的质量。由于质量被认为是物质本
体粒子自旋运动所产生力场的体现，由此赋予了质量的有向性。
上述定义了统一论质量（本体质量）、相对静止质量、相对运动质量。
运用参照系的运算法则进行运算得到相应的一系列含非经典参数物理量对质量状态的描述，如：
从如上定义可知，惯性质量、静质量是物质各粒子自旋运动力场本体的总合成。重力质量是大的外力场（如地球引力）的对这些粒子或粒子集合运动的合力场所产生的效果。引力质量是所有力场相互之间力场的总效果。相对质量是在不同的运动系对力场的观测有不同的质量效果。因此，质量和运动参照系有密切的相关。这和爱因斯坦相对质量的观点是一致的。但由于分析的出发点不一样，用普适定理也可以认为是参照系不一样所导出的不同结论。因此质量在等式或称“数学”的表达也是不一样的，有兴趣的读者可以去研究各种质量描述内在的关系，并列出相应的数学关系式。我在这里主要是把精力放在合理的创新理论上，很抱歉不能在这里与你共同分享质量的这种对比所带来的乐趣。
这样，关于质量问题就得到统一性的单个量子定义。用数学表达是：m=
在今天，提出的质量有方向性又将是一个非常抽象和难于接受的观念，因此，关于质量的方向性的进一步描述我们在分析动态速度及统一场论时会给读者有更深入的解释。这里先给出静态、广义（动态）相对质量的基本概念并对此进一步的解释如下。
1）统一论静止质量的释义：静止质量是粒子自旋运动或所有粒子（可见性物体）自旋运动的集合力场在无力场空间中的体现。这种本体力场在外界力场的作用下（如地球引力场），才能放大其作用被人们的感觉阀限所感觉。不同元素的原子有不同的自旋速度和空间排列趋势的规则,不同自旋运动产生不同的向心力场。不同的向心力场所形成的不同的排列规则被我们称为该种物质的固有密度。由固有密度与其相应的体积可以求出该物体的质量。质量的方向性指向是所有原子自旋向心力场的合成方向。质量的另一个描述是由量子观点来确定，即：一定体积物体的原子个数和排列方式决定其质量的大小和方向。质量的大小比较易于理解，质量的方向性与时间的方向性是新的概念，因为这二种方向性在日常方面非常不直观和微弱，而且不具普遍的可视性。因此就逃离于人的感觉视野，使我们忽视了它。然而，大自然还是给我们一个具有极强质量方向的物质，就是磁体和地球引力。本体质量的大小和方向是内在的，与外界相对无关。其本质是力和运动的结构关系，这一点和时间是一致的。然而，质量之间的力场相互作用不仅仅倚赖于质量的大小，也与其方向性有关，磁体对铁含量不同物质的引力不同可以宏观地说明该问题。
由此我们从量子学对质量的解释是：静止质量是粒子自旋运动或所有粒子自旋运动的向心力场的集合体现。这种指向质心的合力场使物体保持静止或惯性匀速运动。这种与外界无关的质量与外界力场的作用等效于牛顿的惯性质量。也是参照系内的质量。当独立的质量体系与外界发生关系，与它之外的物体或力场接触、碰撞后，静止质量将改变其惯性特点，大小、方向均改变。终状态由外力场及外动量决定。也就是说，静止的质量在不同的力场有不同的方向和大小，如在太空，基本上感受不到静止质量的大小，这是因为航天系统内的相互作用力场太小。一个人或一件物在失重的太空的力场微弱到感觉不到，也没有了方向性。但回到地球后，质量的大小和方向就变化非常大。这种质量是在不同的参照系就有不同的大小的一种明显表现。所以质量是相对于参照系的，在这里，静止质量和重量几乎是天壤之别，那是近似于失重的质量和地球上的重量之差别。
那么，在来看看质量的SI规定，它是用保存在巴黎度量衡局的“千克标准原器”的物质来规定1kg的，这种规定仍然是在以地球为参照系的某一点的重力（力场）大小来定义质量的。可以说，这个质量是存在二个参照系的质量，并非统一论的独立系统的静止质量，尤其是把这个千克标准原器拿到太空就一目了然了。统一论的质量是{jd1}的质量。这种质量是非常小的，难于觉察到的，能觉察到的只是它的形体。万有引力是不同参照系物质力场的相互作用的结果，因为物质是运动的，所以力场是以物质存在而存在的，而力场的相互作用就成了当然的万有引力。万有引力是“万有运动”产生力场的根源。而且，运动所产生的力场是有限的、封闭的。而不是万有引力定律无穷远还有无穷小量的倒数平方定律关系。当然，通过参照系变换还是可以给万有引力公式的存在关系。也即给万有引力的正确性连带一个合适的参照系统。再之，牛顿的万有引力并没有考虑质量的多方向性。这也是对万有引力要修正的地方。在相关章节里我将提出“力的乘法定律”来解决这个几百年的、具有局限性的力学问题。对万有引力模型的来源及其本原和机理就能在量子理论框架下和对参照系质量之间的相互关系里得到进一步的理解。
力场在外界力场的作用下才能让我们感到质量的相互分量。否则,一般的独立系统的质量由于原子力场的叠加大部分相抵消，我们一般感觉不到。由此,我们把质量进行质量的参照系分类:把静止、本体参照系统、惯性质量称为独立质量或“{jd1}质量”、“统一论质量”。把2个或二个以上的参照系力场相互作用产生的“引力”作用、沿用习惯称呼为“相对质量”或“相互质量”。这种质量的区分是一种参照系的区分，是在量子理论上的精度上来等效的。虽然我们没有办法进行粒子个数量的参与运算，但这种意识上对精度的理解还是非常重要的。说到这里，我们不得不再复习第9.1节普适相对存在定理参提到过的关于参照系和参照值精度的问题。
在国际SI单位的1m、1s、1kg这三个参量中，从上文的分析我们可以很容易就知道，1m、1s的xx度是居于量子的精度的，而1kg的精度是居于地球力场系统的精度，所以地球的1kg带到太空就没有了正确的标准了。在地球定义1kg，用密度的视角应该是定义1立方米的体积等于1kg的材料，这样更能凸现物质的单位质量的密度标准。也对密度有更好的比较和感觉。但这对于操作和找到这样稳定和准确的物质元素是不可能、也不现实的。好在目前的规定并没给现行生活的计算换算带来更多的困难。但对于科学计算的精度是远远不够的。关于对于这几种精度概念的理解可以给出实证的现象。如：以地球表面和在以失重的太空这两个参照系观察这三个参量值（m，s，kg）的改变就很能说明问题。物体尺寸的变化基本不能感觉到，通话的同时性也极好。唯有SI规定的单位1kg的质量在太空的变化{zd0}。因此，1m、1s作为宇宙参照值的精度远远高于1kg。其它物理参量作为宇宙的参照量纲如果采用1m、1s的组合，会有相应等价的量子精度。
物理学有些量纲，特别是天文学的一些量纲如果用了这一kg量纲，又没有经过跨空间、跨参照系的变换或等效。而直接用来对宇宙普遍事物的量化，那对科学世界的正确量化是非常不利的。它可能把科学的一些量值引入参照量值错误的歧途。
更普遍存在的是，在物理学的历史中，仅经过在地球实验室而推导出的经验公式、量纲、常数甚至被作为定律而用来描述宇宙也将产生较大偏差。在这里并不是否认或排斥实验的正确性。而是认为所有在地球为参照系下的实验经验方程不具备作为检验宇宙物理规律的能力。它们只在地球上相对有效。所有常数、经验方程只能满足一定的参照系。这种局部的描述，不能表达整体。也就是说，其精度不会高于由“米”、“秒”组合的量子精度单位。Kg仅是一个例子。在这里顺便提议或预测，将来的单位可能以“米”，“秒”的组合而会更客观的描述我们的宇宙，关于这一点在下述的统一场论有系统的演绎。当然，不排除还有用“场”或“光”的单位更xx地度量我们宇宙的大尺寸。
虽然用了如此的篇幅来描述质量的机理。但更多的是推论，少有实证性的突破。因为前面已经提到质量的机理是黑体与空间场的相对运动关系。这样的结论所需的验证设备目前是难于制作的，但我们用这种推论可以解释某些现象。几年前有人做了这样的实验：高温状态的金属其质量低于同一体积低温状态下的金属。这样一个实验结论说明质量和运动的关系。因为运动不同，质量就不同。但这种不同于有悖于爱因斯坦的相对论质能关系。而用质量的机理是黑体与空间场的相对运动关系及黑体定律，可以认为，由于金属的粒子相对能量的提高，根据黑体定律的熵增加原理，黑体提供与之平衡的辐射能增加，黑体能量降低，由质能的正比关系可推出由黑体决定的质量按一定的比例下降。
经典质量来源是重力来源的延伸，因为在无重力空间质量彼此的计量转换是难于实现的。即使是用天平定义质量，也是地球力场对二种不同物质作用的衡量。而非物质本体的本质。所以仍然摆脱不了地球力场的关系。可以认为经典质量主要来自于重量的实用性，并由此提出质量的名词。而由于近代科学的发展，可以从上面的网上文摘看到欲对质量本体的研究方向。然而，随着科学的进一步发展，质量的不确定性将使这种科学质量和经典质量的不可调和是注定会存在的。这或许是对“千禧难题”之五（杨-米尔斯存在性和质量缺口的文字解释。
通过上面的分析指出，静态质量是物质量子的运动和力场、速度场在空间的函数关系。是企图描述特定极限量子运动集合的一个名词。而由于运动的动态特性，质量的静态定量将是困难和矛盾的，或这种定量的精度也是动态的。下文将从统一场论的基本出发点，进一步给出相对质量的运用，并提出相对质量系数。并且认为，质量除了有关于运动的相对性外，也存在密度、体积、粒子运动特征、外界力场、空间场的特征等多方面的相对性。也即质量的因素是牵涉到内外因素的一个复杂参量。因此，从那一个角度来定义质量都难于完整体现所有约束质量的因素。但作为与经典质量的运算配合应有下面几种相对性质的质量表达。各种质量一定要在其定义的范围内或进行相应的参照系变换对等，否则，非常容易引起数据上的混乱。这些相对质量的代数表达有：
还可以有其它因素及
时间和质量都是在人类参照系上为了习惯或方便对运动、力描述的抽象表征。在对质量新观念的理解下产生一个新的宇宙观，由此得出宇宙整体尺寸、质量的有限表达及基于量子精度的宇宙常数等一些宇宙的极限参数。并对宇宙的一些具体、抽象物理参量
鼓峰
