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从光子到光弦子、光弦膜和膜力（第五种自然基本力）

众所周知，近代物理学的一宗公案，就是光的粒子说与光的波动说的争论，这场争论由笛卡尔在他的《方法论》附录之一《折光学》中提出的两种假说引起：一种假说认为，光是类似于微粒的一种物质；另一种假说认为光是一种以“以太”为媒质的类似波的东西。此后（17世纪）光的粒子说与光的波动说的争论旷日持久，包括牛顿、胡克、惠更斯、康普顿、普朗克、爱因斯坦等都卷入其中。1925年玻恩提出了波粒二象性的统计解释，以及量子电动力学的建立，把光的波动性和粒子性统一联系起来，此后物理学家终于逐渐接受光的“波粒二象性”之说：一方面光具有集中的能量、质量和动量，即光的粒子性；另一方面，光又同时在各处出现，具有一定的几率，据此可以算出它们在空间的分布，这种空间分布即光的波动性。对此，笔者认为有必要指出的是，实际上导致光表现出波动性的原因至少有三种，即光（光弦子）的自旋，发光体（发光点）的位置移动，以及狭缝等其它物质边缘结构对光弦子的扰动（偏折），它们不应该被混为一谈。

随后，科学家又进一步发现，不仅光具有波粒二象性，电子、原子等一切实物粒子也都具有波粒两重性。一个动量为P、能量为E的自由运动粒子，相当于一个波长为λ=h/p、频率为ν=E/h，并沿粒子运动方向传播的平面波（h为普朗克常数）。这种对微观粒子所具有波动性的描述，称为物质波，即德布罗意波。与此同时，光子和电子、原子等实物粒子之间仍然存在着明显的差别。例如，光在真空中的传播速度（光速C）不变，而电子则可以有小于光速的任何速度；电子有静止质量，而光子的静止质量等于零。值得注意的是，当能量超过1.02MeV（兆电子伏特）的光子，在经过另一粒子（通常是原子核）附近时，可转化为电子对；当电子和正电子相遇时，电子对将湮没而转化为两个光子，这表明电子与光子有着深刻的内在相关性，物质存在的结构形式之间可以相互转化。

笔者愿意指出的是，“光子”一词并不准确，它暗含着“光子不占有空间”的意思。有鉴于此，根据弦理论，笔者建议用“光弦子”取代“光子”一词，即光是一种物质弦，或者也可以把光弦子理解成“具有自旋的粒子”，“自旋”的直径即相当于光弦子的“弦长”。与此同时，通常所说的光的波长和频率，实际上可以用光弦子的“自旋周期”和“自旋半径（长轴或短轴）”来解释。

光弦子的运动方式多种多样，形象的说它是“打着滚前行”，既可以横打滚（表现为横波），也可以竖打滚（表现为竖波），或者乱打滚（表现为杂波），以及顺时针打滚或者逆时针打滚（分别表现为电场或磁场）。上述光弦子的滚动式运动，使光弦子看起来更像是“光弦膜”。

显然，“光弦子”一词比“光子”一词可以更清晰的描述出光的波粒二象性。与此同时，由于电子也是物质波的又一种形式，因此也有必要用“电弦子”替代“电子”一词。笔者愿意指出的是，随着物质弦的缩短，物质可以从量子态转变成为粒子态，例如光子变成电子；随着物质弦的加长，物质可以从量子态转变成为空间态，例如光弦子变成引力子（参阅笔者《空间是物质，时间是信息》等文）。此外，所谓光是电磁波，以及电子存在着正负电荷，则可以解释为光弦子和电弦子的“弦”还同时存在着“翻卷运动”，由外向内翻卷或者由内向外翻卷分别表现为负电荷或正电荷。如果这些翻卷运动还存在着多重卷曲（类似生命染色体里的DNA双螺旋的多重卷曲），那么我们就可以用多维空间来描述其结构。

从膜理论的角度来说，光弦子亦可称之为光弦膜，电弦子亦可称之为电弦膜。有趣的是，剑桥大学的保罗·汤森也是把弦理论描述的物质结构称之为“膜”，例如“P－膜”。笔者愿意进一步指出，由于物质膜的普遍性，以及相同物质和不同物质的膜与膜之间都发生着相互作用，因此宇宙中应该还存在着第五种自然基本力，笔者称之为“膜力”。膜力与其它的力都不同，它表现为“近斥远吸”的性质，即距离小到一定范围时彼此排斥，距离大到一定范围时彼此吸引，而这种奇特的不同于其它自然基本力的性质又使膜力具有“弹性”。

事实上，在原子内部，电子与电子之间，电子与质子之间，都同时存在着三种力，它们分别是电磁力、引力和膜力。为什么氢原子里和其它原子里的电子“不肯”落在质子（核）上？可以用电子与质子两者之间存在着膜力来解释；为什么氧原子和其它原子里的电子会分层？也可以用电子之间存在着膜力来解释；为什么会存在光子纠缠现象（两个彼此有距离的光子之间，一个光子的变化，会导致另一个光子发生相同的变化）？仍然可以用两个光子之间存在着膜力予以解释。

有鉴于此，笔者有一种挥之不去的预感，即膜力可以统一其它四种自然基本力（引力、电磁力、强力、弱力），因为只有膜力可以作用于不同的物质结构和所有的物质结构。而且，根据智因进化论，生命与生命智力同时起源，生命智力的最基本的载体结构就是细胞膜智力信息系统，我们的大脑思维正是细胞膜智力信息系统的高级形态，因此膜力也可以解释生命和智慧。与此同时，正是由于膜力的普遍存在和其具有弹性，因此宇宙既不可能无限膨胀，也不可能坍塌成一个无穷小的奇点，而只能在一定范围内周期性的膨胀与收缩。也就是说，盛极一时的宇宙大爆炸假说，实际上是不成立的。

重构文集KX8－2000《从光子到光弦子、光弦膜和膜力（第五种自然基本力）》090427

本文收入《重构电子版丛书》之《科学2009进展》，

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