在基础科学研究的道路上前进

杨金城专栏 >> 在基础科学研究的道路上前进

杨金城 （127389226@163.com）　2008.04.22 13:24:32

在基础科学研究的道路上前进

杨金城

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第一届全国民间科技发展研讨会，在杂交水稻的故乡——湖南长沙召开；第二届全国民间科技发展研讨会暨首届四川省民间科技创新论坛，在天府之国的蓉城召开，这是民间科学技术工作者的一次盛会，也是华夏儿女向科学技术进军的一次誓师大会，我们表示热烈祝贺！

我们民间科学技术工作者，不是“想骑着自行车登上月球的人”，但中国人有“用柴禾也要把原子弹烧出来”的气慨，中国人有了这种大无畏的精神，人民中国才雄伟地屹立在世界的东方！

在这里，我将自已几十年来在理论物理研究中取得的成果向大会报告，并与朋友们切磋和交流，请大家批评指正。

一 建立了相对论新的时空理论

20世纪晚期，在俄罗斯举行的世纪论战会议上，肯定与否定相对论争论十分激烈；在北美的一个自然哲学联盟，每年都要举行一次批判相对论的会议。在这些会议上，尽管有诺贝尔奖得主加入了反相对论的行列，但是，相对论还是没有被推翻，因为相对论是客观存在的自然规律。

经过多年反复深入地研究，我发现狭义相对论是存在一些缺陷，相对论有缺陷并不等于相对论不存在，相对论是客观存在的自然规律。研究相对论的正确道路应当是，纠正狭义相对论存在的错误，补充和发展相对论。

1 相对论新论的基本原理

什么是相对论 ？研究相对运动系统内，物质运动变化规律的时空理论，就是相对论。

建立相对论，必须具备三个基本要素：第一，要有相对运动的系统存在；第二，相对运动系统都要处于动态平衡状态（爱因斯坦所称的惯性状态）；第三，相对运动系统中要有物质（事件）存在，在此三要素的基础上建立起来的时空理论，才是真正的相对论。

怎样建立相对论 ？相对论的基础和核心是时空变换。什么是相对论的时空变换？就是在相对运动系统中，测量同一事件的时间和空间之间的关系，就是相对论的时空变换。

在相对做匀速直线运动的动态平衡系统中，物体运动变化规律都满足线性迭加原理，描述系统内同一事件的时空关系的数学物理方程，都具有相同的表达形式，这就是相对性原理。我们以相对性原理为基础，光作为信息传递的使者，建立起了相对论新论。并将相对论新论用于宇宙学研究，得到了符合客观规律的结果。

[图1]所示：设有两个相对运动的动态平衡系统Σ^，和Σ，在Σ^，中用τ计时，在Σ中用t计时。当τ=t=O时，Σ^，和Σ重合。在Σ^，相对于Σ以速度V向右做匀速直线运动的同时，从原点射出一光信号。光从原点出发，在相对运动的不同系统中，分别经过不同的时间t和τ到达同一终点P。这是同一事件在相对运动系统中，由于相对论效应导致不同的时空结果。由[图1]得：

----（a） ----（b）

将（a）和（b）两式平方后相加得：-----（※），

对（※）式移项整理得： -------（1）

[图2]是在[图1]相同的条件下，改变光（物质）的传输方向得出的结果。由[图2] 得：

---（c） ---（d）

将（c）和（d）两式平方后相加得：------（※※）

将（※※）式移项整理得： -------（2）

（1）式和（2）式，都是狭义相对论时空变换的一般表达式。它们将纵向相对论，横向相对论，超光速运动相对论的时空变换都包含在其中。对（1）式讨论如下：

A 当α=0时，； B 当α= 时， A和B是纵向相对论的时空变换。

C 当 α= 时； D当时C和D是横向相对论的时空变换

1971年10月，美国为验证爱因斯坦相对论的时间效应，进行了原子钟环地球飞行实验。得到的结果是：“飞行时钟向东飞行时慢了59×10^-9秒，往西飞行时快了273×19^-9秒。”这就通过实验证明了相对论时空效应是客观存在的自然规律，还证明了相对论时空具有方向性的特征。

2 超光速运动相对论的基本原理。

A 当时超光速运动纵向相对论的时空变换

[图3] 所示：设时，系统重合。由于系统的运动方向与光信号的传输方向相同，当系统开始运动的同时从原点射出一光信号，经过t时间0^，^`和光信号同时到达P点。由于V=C，所以O^，和光同步运动，根据纵向相对论的时空变换得：

----------（3）

结果表明，由于运动系统与光信号同步运动，光在运动系统中就没有位移产生，时间为0。t这样决定：

---------（4）

[图4] 所示：当v = 2C时，------（5）

这也是符合客观事实的，光的传播速度总是落后于动系统的运动速度，所以光信号总处在Ó的后面，而且总是在0^，Ó的中点位置。t这样决定：

------（6）

B 当时，超光速运动纵向相对论的时空变换

这里，我们仍然讨论和的情形。

当时，-------（7）

当时，---------（8） 以上结果符合客观事实。

C 当时超光速运动横向相对论的时空变换

当时，，令得----（9）

当时，得 -------（10）

D 当时超光速运动横向相对论的时空变换

光（事件）沿着轴运动，以轴为相对静止参考系，采用Σ相对于向着（）方向运动处理

如 [图9] 和 [图10] 所示：

---------（11）

当时， -------（12）当时， ------（13）

以上结果完全符合客观事实，表明超运动状态下，相对论依然成立而且正确。

相对论时空具有方向性特征，在处理超光速运动横向相对论时空变换时，必须选择运动物体（此处是光）所在的运动系统Σ^，作为静止参考系，就能得到时空变换方程的正确解，如果选择Σ为静止参考系统，时空变换方程就无解。

3 相对论新论的实际应用

相对论有着广泛的用途，尤其是在宇宙研究上更离不开相对论。多普勒效应，天体的红移和兰移，运动粒子寿命的变化，原子钟环地球飞行的结果等等，都是相对论效应时空伸缩导致的结果。加速器中粒子质量的变化，相对论的能量变化等等，就是相对论动力学效应的体现。

A 纵向多普勒效应

1842年，多普勒发现光（声）源与接收器发生相对运动时，会影响谱线的位移，这就是人们常称的多普勒效应。多普勒效应的本质是什么呢？相对论问世之前，没有人能正确的回答这个问题。

声和光传播的是振动，当声波或光波在时空中传播时，如果波源与接收器发生了相对运动，相对论效应就会导致时空的伸缩，从而引起声波或光波波长的伸缩，这就是多普勒效的本质。

[图11] 所示，光源放在Σ^，系统中，接收器放在Σ系统中的P点。设光源的本征波长为OP。周期为T，频率为v；当波完成一次全振动时，Σ^，前进了VT距离。光在Σ^，系统中波长为λ^，，周期为T^，，频率ν^，。由[图11]得到下列结果：

，将代入上式得：-------（14）

当光源离开接收器而去时，则得：-----（15）

相对论原理从本质上解释多普勒效应。利用纵向相对论的时空变换，结合相对论量子力学，还可以自然地导出天体红移或兰移的公式。为了简少篇幅，这里就不陈述了，请参阅“二维时空相对论及其应用前景”。

B 双生子佯谬

双生子佯谬，在相对论学术界争论了几十年，有的人说旅行者变年轻了，有的人说旅行者变老了，有的人说两者年龄一样，但谁也拿不出合理的数学物理方程来阐明道理。直到1966年，在地球上做了μ介子运动实验，得到的结果是运动的μ介子变“年轻”了，才算有了一个实验性的定论。

20世纪末期，在肯定与否定狭义相对论的争论中，双生子佯谬也是争论的问题之一。实际上，双生子佯谬问题，就是相对论时空方向性的问题，时空方向问题解决了，双生子佯谬问题就迎刃而解了。双生子佯谬问题属纵向相对论问题，用纵向相对论处理。

[图12]所示设甲留在地球上，并用t计时；乙在飞船上，并用τ计时。飞船起飞前甲乙两人校准原子钟同步，飞船往返都保持速度v匀速飞行。在忽略飞船起飞和着陆的加速和减速过程的情形下，得：

---------（16）

（16）表明，只要飞船的速度，总存在的结果。也就是说，旅行者乙总比留在地球上的甲变年轻了，而且答案是唯一性的，这就用相对论原理论回答了双生子佯谬问题。

C 直线加速器中粒子的质量变化

用直线加速器可使某些粒子获得高能量，再用这些高能粒子去轰击某些原子，可以产生新元素或探索新的基本粒子。直线加速器的问题，属纵向相对论问题，用纵向相对论处理。加速器加速后粒子的总能量表达式为：

-------（17）

为粒子的静能，为动能。加束器中粒子的静能和动能是什么样的关系呢？由下面的关系式来说明。

---------（18）

（18）式表明，加速器中被加速的粒子要加速到Ⅴ=С，能量要无穷大。因此，要进一步获得高能粒子，只有用提高被加速粒子的质量来达到目的，这就需要建造更大功率的加速器，耗资是非常巨大的。我们再要来看一看，加速器中被加速的粒子的动态质量，究竟能增加速到多大？根据（17）式，质量关系为：

-------（19）

（19）式表明，物质的动态质量，不能增加到无穷大，而是有限制的。根据质量亏损以一半（请参考相对论新时空观在现代物理学中的作用和地位，《相对论再探讨》2003年21——44页）为极限。当时质量为：

------（20）

（20）式表明，加速器中粒子质量增加以为极限，粒子质量不会变成无穷大，这就为设计大功率加速器提供了理论依据。

4 检验真假相对论的两把尺子

相对论，是从一个 (设定为静止的) 系统，去测量另一个运动着的系统中物体运动变化的规律，测量结果由光来传递信息。自然界的各种物理定理和定律，从建立到应用几乎都具有测量性质，不相信测量结果就无法认识宇宙中物质运动和演化的规律。

我们怎样看待这样的测量结果呢？在地球上，人们直接看到太阳与月亮差不多大，这是眼见的事实。天体测量的结果表明，太阳比月亮大很多，这是测量的事实，你认为眼见为实还是测量为实呢？

[图1] 和 [图2] 给出的实验结果明白地摆着，同一事件在相对运动系统中就有不同的时间和长度，我们怎么认识这个问题呢？相对运动系统中，运动物体的时空是相对的还是绝对的？同一事件的光从原点运动到P点，光速与光源的状态又无关，对于同一事件导致不同的结果OP和O^，P，相对论原理把它们解释得清清楚楚的，事实表明相对论是正确。

检验真假相对论的两把尺子，就是：“什么是相对论”？“什么是相对论的时空变换”？相对论的否定者，必须首先搞清楚了这样两个基本问题，再来谈相对论究竟存在不存在。现在社会上出现的这样的相对论，那样的相对论，其实很多都不是相对论的东西，而是一些似驴非马的东西，用这些四不象的东西否定不了相对论。

民间科技工作者，不要再在肯定与否定相对论这个问题上争论不休了。为了振兴中华，集中精力搞科研，迈开步伐搞建设。

二 解决了曲面镜成像正确的作图方法问题

高斯（1777—1855）从薄透镜的傍轴光线成像研究中，得出了薄透镜公式——透镜制造者公式。在过去近200年中，人们都是利用薄透镜公式来处理球面镜成像的问题，在球面镜近似作图中打了100多年的转转。本人经过多年深入地研究，从曲面的几何特性入手，结合费马原理，解决了圆锥曲面镜成像原理及其正确的作图方法问题。

1 球面镜成像原理及其正确的作图方法

事实表明，近轴作图不是球面镜成像的正确作图方法，球面镜成像有准确的作图方法吗？回答是肯定的——有！根据光在同种媒质中沿着直线传输并遵守费马原理，与光在球面上反射的几何特性结合，就可以得出球面镜成像的正确作图方法。

[图13] 所示，给出了凹球面镜的成像原理及其正确的作图方法。

（1）从物A作通过球心C的入射光线ACM，交镜面于M，其反射光线必然是MCA。

（2）从物A作射向顶点O的入射光线AO，其反射光线必然是OP，且有∟AOC=∟POC。

两条反射光线MA和OP的交点A^，既是A的像。

[图14] 所示，给出了凸球面镜成像的正确作图方法。

（1）从物A作射向球心C的入射光线AC交镜面于G，其反射光线必然为GA。GA的反向延长线为GC。

（2）从物A作射向顶点O的入射光线AO，其反射光线必然是Oq， Oq的反向延长线为ON。且有

∟AOS=∟qOS。GA和Oq两条反射光线的反向延长线GC和ON的交点A^，即是A的像。

A 证明 [图13] 所示的作图结果符合费马原理。

过球面顶点O作切线OX，且使OX与AOP在同一个平面内。分别从A和A^，向OX作垂线AT和A^，g，T和g为垂足。令Tg = a ，A到Á的光程为L。则有

-------（21）

对（21）式进行一次变分，并令其结果等于零，求出光程L的极值

------（22）

（22）式实际上就是光在球面上的反射定律表达式，即S i n ∟A0X=S i n∟A^，0X 。结果表明，光在球面上反射时走的极值路程，满足费马原理，作图结果正确。

[图14] 所示的凸球面镜成像作图的结果，一样能证明光走的极值路程，遵守反射定律、符合马原理，证明省略。

B 从[图3]所示的作图结果中，能直接推导出高斯成像公式。

分别从A和Á向主轴作垂线AS和A^，S^，，得相似三角形∆AS0 ~∆A^，S^，0；∆ASC ~∆A^，S^，C。由两组相似三角形和得到：

令上式中物距SO=u ，象距 S^，O=v ，球面半径为R，经过移项整理得到：

由此得： -----（23）

对[图14]采用同样的方法处理，可以得到凸球面镜的成像公式： -----（24）

2 抛物面镜面像原理及其正确的作图方法

抛物面有一个准确焦点，焦点有特殊的光学性质，即平行于主轴的入射光线，在抛物面上的反射光线必然通过焦点F；通过焦点F的入射线，在镜面上的反射光线必然平行于主轴。据此得抛物面成像的正确作图方法：

[图15] 所示的作法如下：

（1）从物A作射向顶点0的入射光线AO，其反射光线必为0q，且有∟A0X=∟q0X。

（2）从物A作平行于主轴的入射光线AG，交镜面于G，其反射光线为GP，且GP必通过焦点F。

（3）还可以从物A作通过焦点F的入射光线，在镜面上的反射光线必然平行于主轴（图上未画出）。

两条反射光线0q和GP的交点A^，即是A的像。实际上任意选取三条反射光线中的两条，得出的交点A^，都是A^，的像^，。

[图16]所示的作法是：

（1）从A作射向顶点0的入射光线A0，其反射光线为0P，而且∟AOX=∟POX，反射光线OP的反向延长线为O（2）从A作平行于主轴的入射光线AG交镜面于G，其反射光线GH，反射光GH的反向延长线GN必通过焦点F。

两条反射光线的延长线Oq和GN的交点A^，即是A的像。

3 双曲面镜和椭球面镜成像原理及其正确的作图方法

根据“经过双曲线上一点的切线，平分这一点的两条焦点半径所夹的角。”与光的直线传播特性，得双曲面镜成像的作图方法如[图17]所示：

（1）从物A作射向另一个焦点的入射光线AG，交镜面于G，其反射光线必通过另一个焦点得GP 。

（2）从物A作射向顶点0的入射光线A0，其反射光线为0M，且∟A0X=∟M0X

两条反射光线GP和0M的交点A^，即是A的像。

[图18] 椭球面镜成像的具体作法是：

根据“经过椭球一个焦点的光线射到镜面上，其反射光线必定通过椭球的另一个焦点，”得[图8] 所示作图方法：（1）从物A作射向顶点0的入射光线A0，其反射光线必为0P且有∟AOX = ∟POX。

( 2 ) 从物A作射向焦点的入射光线AG，交镜面于G, 其反射光线Gq必通过另一个焦点。

两条反射光线0P和Gq的交点A^，即是A的像。为了减少篇幅，凸双曲面镜和凸椭球面镜的成像作图省略了。

三 提出了修正热力学基本公式的观点和理论

热力学的奠基人玻耳兹曼认识到，微观系统处于状态平衡时，系统中粒子的无序化程度最高，能量最低，熵最大，系统最稳定。麦克斯韦研究出了微观系统中粒子的速度分布规律，经斯特恩实验证明麦克斯韦速度分布规律是正确的。麦克斯韦速度分布规律，是建立热力学和统计物理学理论的基矗

对麦克斯韦速度分布规律进行数学处理得：最可几速度，均方根速度，平均速度，它们之间的关系是：

热力学理论建立的初期，科学家还没有搞清楚微观系统处于状态平衡时，系统能量的真实状态是什么，就人为地决定采用统计平均能量来表示，结合牛顿力学的动能表达式来定义热力学的能量、温度、能量均分定理：

能量：----（25）； 压强：---(26)

温度：----（27）

能量均分定理：-----（28）

微观系统处于状态平衡下的能量是最低能量，应当由最可几速度来定义。

凑合系数吗？显然不能，正确的物理学定律，应当从客观事实中自然地推导出来。微观系统处于状态平衡时，系统的真实状态应当是能量最低的最可几状态。正确的能量、温度、能量均分定理应当是：

能量： -----（29）； 压强： ----(30)

温度：----（31）

能量均分定理： -------（32）

由于统计平均能量表达式出现了一个的常数，后来的科学家们定义热力学和统计物理学的温度、压强、能量均分定理，以及相关的各种定律和定理时，都人为地引入一个的常数来抵消的影响。物理学的基本定律和定理，不能随便引进凑合系数来达到某种目的。大家知道，万有引力常数，库仑定律常数等等，都不是随意用人为的常数来凑合给出的。定积分常数都要根据初始条件来定，随意凑入个常数显然是不合理的，现行的热力学和统计物理学，应当根据（30）（31）（32）式进行修正。

四 用新的宇宙学原理阐明宇宙万物生存和演化的自然规律

20世纪三十年代，哈勃在天体观测中发现了天体彼此远离的现象，当时没有引起人们的关注。到了20世纪晚期，随着爱因斯坦广义相对论研究发深入发展，宇宙研究又掀起了一波热潮。有人在解广义相对论的场方程，得出了物质、空间、时间的一组解，基结果是：

时间：秒， 空间：厘米，

物质：克。

人们称它们为普朗克时间；普郎克空间；普郎克质量，宇宙大爆炸宇宙，就是从上述的三个量起家的。宇宙中的天体如此之多，天体的质量如此之大，空间如此之广阔，时间如此之漫长，宇宙就是从这个所谓的量子起伏中产生出来的吗？我不相信，去问你们的上帝吧！

几十年来，全世界不少的科学家，为了消除宇宙起源的“奇点”绞尽了脑汁，有钱的大国在大爆炸宇宙理研究上，大把大把地花钱。在大爆炸宇宙这股潮流中，中国也有一些科学家不甘落后，在各种学术会议上开口西方科学如何如何发达，闭口西方的科学如何如何先进，跟在别人后面左一个宇宙大爆炸，右一个宇宙大爆炸，这些人恐怕也搞不清楚宇宙究竟发生过大爆炸过没有？

我是唯物辩证论者，我认为宇宙就是“物质，运动，时间，空间的总体集合。” “能量最低原理，动态平衡原理，自然选择法则”就是宇宙学原理。我们将用上述宇宙学原理，来回答可观测宇宙中，宇宙万物生存和演化的自然规律。

1 从宇宙学原理看宇宙万物自然选择球形结构的道理

生活在地球上的人们，都能直接看到太阳和月亮是球形；人造地球卫星和宇宙飞船发回的照片也清楚地表明，太阳系的八大行星及其卫星都是球形；将盛有水银的杯子带入太空舱中，水银会自然选择形成球形结构；小朋友们吹出的肥皂泡，自然形成球形；从水下上升的气泡，自然形成球形上升等等。这些事实都证明了，宏观物体为了获得能量最低和动态平衡状态，都自然选择球形结构。因为球形状态是物体能量是低和生存最稳定的状态。

有人做了下面的实验：[图A]所示，将菱形的四条边系于外四边形的四条边上，然后将它放入肥皂液中浸泡一下取出，上面就有一层肥皂膜，用针将菱形图内的肥皂膜剌破，它就会自然选择[图B]所示的最大面积正方形状态。

[图C]所示，一个不规则的多边形系于外框架边上，将它放入肥皂液中浸泡一下取出，上面就有一层肥皂膜，用针将多边形形图内的肥皂膜剌破，它就会自然选择[图D]所示最大面积的圆形状态。

几何原理告诉我们： “在一切表面积相等的物体中，球体具有最大的体积”。 “在一切具有相同体积的几何形体中，球体具有最小的表面积”（蔡宗熹《等周问题》人民教育出版社 1964年5月）。物质结构原理告诉我们：“体积相等的物体中，表面积最小者能量最低，最稳定。”这就是宇宙万物都自然选择球形结构的道理。

2 从宇宙学原理看宇宙万物自然选择动态平衡的道理

在地面上静止的铁环倒在地上，滚动着的铁环不倒；静止的陀螺倒在地上，旋转着的陀螺东奔西跑也不会倒下；地球在绕太阳公转的同时还要不仃地自转，以此来维持自己在太阳系的动态平衡。太阳系的其它行星与地球一样，由公转和自转来维持动态平衡。行星绕太阳公转的轨道大都是椭圆，行星为了自动调节动态平衡，在过近日点时运动得快，地球运行到靠冬季这半年为179天；过远日点时运动得慢，靠夏季这半年为186天，自动调节了状态平衡。其它行星也具有这样的特性，宇宙万物都要自然选择动态平衡的道理就在此。

行星轨道无论是圆形或椭圆形都是稳定的，这是由于行星在轨道上的运动方向总是垂直轨道半径的，没有相对论的时空伸缩，轨道半径不发生变化，这就是轨道稳定不变的道理。

宇宙万物生存状态的标志是物体的能量：

----（33）

（33）式表明，物体的能量由静能，动能，势（位）能三部份构成。宇宙万物，都自然选择能量最低和动态平衡的状态。处在动态平衡系统中的物体，如果处于零势能并保持静止状态时，则物体的能量状态变为

------（34）

V_K是呈载物体m的参照系的运动速度。（34）式表明，宇宙中没有绝对静止的物体，也就不存在能量为零的物

体状态。宇宙万物生存和演化的自然法则是，由高能量状态向低能量状态演化，从有序向无序发展 。

宇宙万物都由原子分子组成，原子状态由原子核外电子的分布来决定。原子核外电子的分布在能量最低原理的

支配下，排列规则是：

1S2 S2 P3 S3 P4 S4 P3 d---

物质的稳定性，元素周期表的排列规则，分子物理学，元素的化学反应等等，都是受能量最低原理支配的结果。用能量最低原理，动态平衡原理，自然选择法则来研究量子力学，是最好而且最有效的方法。

3 从宇宙学原理看超导理论

物体的导电能力决定于两个基本条件：第一，导体能提供的带电粒子的多少；第二，带电粒子在导体中易于定向运动的程度。导体中参与导电的电子是原子中最外层的价电子。在原子中，如果同一个能态上有了两个电子，它们的自旋方向必定相反，这就是泡利不相容原理。泡利不相容原理，实质上就是原子自然选择能量最低状态的体现。

根据交换积分原理，两个电子自旋反向排列结合在一起，它们的交换积分能量就低。当导体的价电子公有化后，电子在能量最低原理的支配下，便自然选择成对地结合在一起形成自旋反向电子对。超导体导电与普通导体导电没有本质的差别，同样是自旋反向排列的电子对在导体中的定向运动的结果。导体与超导体的差别是，一般导体的电子对分布在导体之中，如 [图19] 所示；而超导体的电子对分布在导体的表面，如 [图20] 所示。当外加电压作用于超导体时，自旋反向的电子对在超导体表面畅通无阻地运动，所以电阻率很低。超导体中电子对的产生，是微观系统在能量最低原理，动态平衡原理作用下自然选择能量最低状态的结果，不是什么虚声子作用制造出来的电子对。

超导体为什么具有抗磁性呢？当外加磁场作用于超导体时，超导体的能量状态相应升高，分布在超导体表面自旋反向排列的电子对，为了维持超导体能量最低和动态平衡状态，电子对中一半电子将改变自旋方向，使所有的电子自旋方向一致，产生一个反向磁场，以抵抗外磁场的作用，维持超导体在新的状态下能量最低的状态，这就是超导体的抗磁屏蔽本质。

4 从宇宙学原理看纳米特性

纳米技术，是20世纪80年代末期出现的新技术。将构成物体的物质加工到纳米尺寸大小之后，材料就呈现出许多人们预想不到的、稀奇古怪的的特性。纳米材料特性，用宇宙学原理最好说明。

假设将有一个半径为1毫米的小球，研磨成半径为10纳米的球形颗粒后，表面积就扩大了100000倍，物体的能量大大提高了，物质的活性也就大大地增强了。物质能量状态提高后，就导致了物体的物理、化学、生物、冶炼、---特性的改变。例如：块状金的熔点是1337K，将金颗粒制成2nm大小后，其熔点降为600K；块状银的熔点是1173 K，银纳米化后，熔点降为373K。

金、银、铜、铝等等都是强反光材料，纳米化后，它们都变成了强吸光材料，变成了黑色物质。这就是当光照射到纳米材料时，由于光波波长与晶粒尺寸相当，就容易产生共振吸收，反射很小，金、银、铝也会变成黑色物质。当物质微粒尺寸纳米化后，还容易诱发晶体振荡，导致晶体的晶格断裂，引起声、光、热、电、磁等物理性质变化。

纳米材料由于活性很强，容易产生化学反应，有些纳米材料还可以当催化剂用。任何化学反应，都受能量最低原理，动太平衡原理，自然选择法则的支配。用宇宙学原理来研究化学反应，是最有效的方法。

五 从宇宙学原理看建立数学物理方程的方法

宇宙中大到天体，小到基本粒子，都要自然选择能量最低和动态平衡的状态。人们发现的自然规律，都要用数学物理方程的形式表述出来，才能获得实际应用。数学物理方程正确与否，看它是否符合能量最低原理和动态平衡原理，这是检验数学物理方程正确性的唯一标准。

1 从宇宙学原理看自由落体和变分法

在地球引力场中，物体自由落下的运动规律，满足自由落体运动方程，也就是短程线方程。

-----（35）

如果让物体沿着光滑的软杆下落，在此约束条件下，物体将自然选择地走能量最低和动态平衡的最速降落曲线。

--------（36）

这里的变分，就是求m从A到B的最短时间。函数的函数称泛函，求泛函的极值叫变分。

2 从宇宙学原理看拉格朗日方程

在研究数学物理方程时，人们从能量最低的角度出发，寻求建立满足极值条件下的数学物理方程。在拉格朗日、达朗贝尔、哈密顿、泊松等科学家们的努力下，以动能T与势能U为基础，建立起了一系列的数学物理方程，有力地推动了现代科学技术的发展。

在建立数学物方程时，人们必须根据能量最低原理，动态平衡原理，自然选择法则来进行。比如动能，它就是从相对论的能量出发，利用二项式定理展开自然得出的动能E_K，或者根据自由质点从运动到质点静止下来所消耗的功来定义E_k：

-------（37）

这里的（1 2）不是随意引出来的，是自然得到的结果。

根据牛顿第二定律的质点微分方程，移项得F为主动力，N为约束力的关系式

------（38）

再利用哈密顿原理，结合拉格朗日函数L，就可以建立最小作用量原理积分方程式式。 ---------（39）

最小作用量原理，就是要（39）式的积分为一个极值。这就表明拉格朗日方程，也是建立在能量最低原理，动态平衡原理基础之上的理论。利用拉格朗日函数，就能确定粒子运动轨迹随时间变化的规律，这是一条搞科学研究的顺利之路。

3 数学物理方程与拉普拉斯变换的关系

数学物理方程的求解，是比较麻烦和困难的。拉普拉斯提出了一种变换，将边界条件包含在内的数学变换，使其解拉普拉斯方程的结果再求反演而得到其解，使求解数学物理方程变得简单容易了。限于篇幅，这里就不详述了。

-------（40）

（40）式就是拉普拉斯变换。解数学物理方程时，首先对方程进行拉普拉斯变换，然后求拉普拉斯方程的反演就得到方程的解。数学物理方程的内容十分丰富，这里只是从宇宙学原理，说明数学物理学方程的建立方法的重要意义。

后语

古往今来，许多重大发现和发明，都有民间科技工作者的成绩和功劳。中国的理论物理研究，在世界上处于先进国家的行列，这是举世公认的事实。在许多国际学术会议上，中国学者发表的研究成果，令与会者称赞。近些年来，党和政府提倡和鼓励科技创新，在这样的大好环境下，中国的科学研究出现了生机蓬勃的局面。民间科技工作者，紧跟前进时代的步伐，并取得了许多重大的科研成果，推动了中国科学技术的发展。

民间科技工作者搞科学研究，一不领科学研究经费，二不占工作时间，三对振兴中华做出了贡献。可是，民间科技工作者常常受到一些专职研究工作者的排斥。现在中国的科学研究领域中，有少数人为了维护他们占据那一片领地，巩固自已的权威地位和既得利益，常常拌演内斗内行，外斗外行的角色，压制和贬低民间科研成果。

“勤奋好学，善于思索”是我搞科学研究的基本准则。1978年第一届全国科学大会前夕，我给国家科委主任方毅副总理寄去了《矩行波导场移式隔离器的研究》，全面阐述的微波隔离器件的设计制造原理，作为向大会的献礼的科研论文，并得到了国家科委的回信和鼓励。全国科学大会之后，我迈开了科学研究的步伐，向理论物理学研究进军。我在学校和科技系统开展了相对论、天体物理、电子技术、科技之迷的科学讲座。我多次应邀参加全国各种理论物理研讨会。先后在：全国优秀高校自然科学学报；教育部优秀期刊；中国综合类科技核心期刊；科学中国人优秀论文集；大自然探索；网络电信，通信世界；物理通报，发明与创新上发表了20多篇理论物理专题论文。

民间科技工作者联合起来，加强自身的思想建设和组织建设，不断提高科学研究水平。在科学研究的问题上，我们要相互尊重，相互促进，取长补短，求同存异，共同前进。我们比陆家曦老师幸运得多，我们必须继续努力奋斗，争取在理论物理研究中取得更大的成绩。我们要向袁隆平先生那样搞科学研究，为人类的生存和发展而奋斗，百折不挠地拼搏，从一个高峰攀登上另一个高峰，为振兴中华作出我们的最大贡献！

人类社会发展的历史表明，科学发展的道路从来都不是一帆风顺的，总会碰到各式各样的困难和阻力。但是，人类社会总要前进，我们从来都是在大风大浪中前进的，过去是这样，现在是这样，将来一定还是这样！

参考文献

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[3] 杨金城，狭义相对论再探讨，《第七届全国理论物理前沿基础研讨会论文集》，1993年

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[7] 杨金城，球面镜成像的另一种作图方法，《物理通报》，37—38页，1998年9期

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[9] 杨金城，光通信器件的设计基础，《网络电信》，52—54页，2001年1—2期合刊

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