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质能再论
陈叔瑄

质能论从《物性论》第一条基本的质能关系原理出发，即物质是连续的、可入的（可线性叠加的）、不灭的和运动变化的。而质量与能量分别是物质量与运动量的量度，两者在量值上成正比。其数学表达式：E=mc²，其中E表示某物质系统的能量，m为该系统质量，c²是质能正比例系数。引出如下基本公式：质量线性叠加式为
m。=Σmi
质量不灭表达式
Δm。=ΔΣmi=ΣΔmi=0
质能关系表达式
E。=m。c²=Σmic²=ΣEi
能量守恒表达式
ΔE。=ΣΔEi=0
力的定义和动量守恒式条件
F=dE/dι=dp/dt=0
力矩定义和角动量守恒式条件
M=dE/dθ=dN/dt=0
由矢量定义的能量称为矢能，如平动能mυ²/2、涡旋能Jω²/2、转动能等。J=kmr²为转动惯量，m为涡旋体质量，r为涡旋体半径，k为惯量系数等，由标量定义的能量称为标能，如位能mgl、内能kT、变换能hν/2等。总能通常由这两类能量组成的，如
E。=Ea+Eb
一、两类能量
如果系统提供热量Q，就转化为温度T定义的内能ΔU、物态变换的潜热ΔR和对外做功PΔV，即
Q=ΔU+ΔR+PΔV
为热力学第一定律，也是能量守恒定律的热力学具体形式。
光量子总能量为
E。=mc²=Ea+Eb=mc²/2+hν/2
其矢能比
A²=Ea/E。=1/2
矢能比大于等于二分之一为场物质，因此光量子是场物质的下限，又是稳定物质的上限。当总能全部等于平动能时
E。=mc²=mυ²/2
物质的极限速度为
υ=c√2=1.41c
此时处于极限速度平动的连续场物质状态。根据趋匀平衡原理，平动的各向机会均等，总是存在正反向平动，并变换转化为涡旋运动，即纯平动是不稳定的物质状态。
二、场的时空
对于参照系设在光源上光量子（场质）与场速度一致，但相对光源以速度υ运动的参照系，光量子（场质）运动速度或平动能，甚至变换能不变的。而参照系或场平动能量的量度少了一项座标相对运动引起的动能mυ²/2，如果变换能hν/2=mc²/2=m(dι/dt)²/2也不变，那么
m(dιˊ/dtˊ)²/2=mc²-hν/2-mυ²/2=mc²-mc²/2-mυ²/2
=mc²/2-mυ²/2=mc²(1-υ²/c²)/2=m(dι/dt)²(1-υ²/c²)/2
dιˊ/dtˊ=(dι/dt)√(1-υ²/c²)
当dtˊ=dt， dιˊ=dι√(1-υ²/c²)
当dιˊ=dι dtˊ=dt/√(1-υ²/c²)
此关系等效于相对论的时空关系或罗洛兹变换。表明相对论的时空是场的时空。
三、介质对量子运动影响
再说光量子通过介质，因为交换作用部分平动能转化为交换能，平动能变为mυ²/2，量子总能为mc²，λ=υτ=υ/ν式中量子变换相邻峰值间距，又称为波长λ，周期τ，频率ν，速度υ，动量为p=mυ=h/λ,则得
mυ²/2=υh/2λ=hν/2
表明量子在介质中运动平动能等于变换能。而交换能等于总能减去变换能和介质中运动平动能
Eb=mc²-hν/2-mυ²/2=mc²-mυ²/2-mυ²/2=mc²(1-υ²/c²)
=(hν)(1-υ²/c²)=hνβ²
或者交换能用交换频率差表示
Eb=(hν。-hν)=hΔν
表明光量子交换能量或频率的下限是变换能或变换频率。说明交换能大小决定于交换频率差或总能与平动、变换能量差，还决定于量子质量与速度平方差。
对于一般粒子来说，比光量子运动更加复杂，总能中除周期变换能，平动能外，还有自旋能、电磁能，甚至交换能等。如果周期变换能仍然hν/2，而且粒子周期变换相邻峰值间距之波长仍然由式λ=υτ=υ/ν定义的，υ为粒子运行速度，τ为变换周期，ν为变换频率。动量p=mυ=h/λ，即满足德布罗意波。平动能为
Ea=mυ²/2=hυ/2λ=hν/2
表明粒子变换能等于平动能。交换能
Eb=ΔE≤E。-2Ea=mc²-mυ²/2-hν/2=mc²-mυ²=mc²(1-υ²/c²)
=mc²β²=hν。β²
或 Eb=ΔE≤mc²-mυ²=hν。-hν=hΔν
表明质量愈大，交换频率愈高（而且频率范围愈宽），变换速度愈低，则交换能愈大。宏观物体不仅频率高，而且交换频率宽，以致失去周期性或波动性。
四、粒子交换作用
对于微观粒子交换频率低而且窄，因此具有周期性或波动性运动。粒子或量子周期性变换，使其运行的途径上状态具有波动性。大量同类粒子或量子同一方向运动而相位与方位是随机的，它们之间处于不同步的不相干状态。但入射到光滑介面时，动能改变量ΔE愈大，与介面交换所需时间Δt愈短，反之动能改变量ΔE愈小，与介面交换所需时间Δt愈长。即
ΔEΔt=ΔpΔι=ΔNΔθ=h/2π
也可用动量改变量Δp与位移Δι，或角动量ΔN与角移Δθ间关系表示，起了相位与方位调整作用，使它们处于同步运行状态。ΔE可以由相位或方位差别引起的动能改变量，也是与介面交换能，也可以由质量、变换频率、交换频率、运动速度等差别引起的。
微观粒子不仅具有周期变换，还具有周期交换，而ΔE包含能量差或交换频率差或质量乘以速度平方差，那么粒子愈轻，即质量愈小，交换强度愈弱，而交换时间Δt愈长，正如强（交换）作用、电磁（交换）作用、弱（交换）作用间的关系。强作用产生于重粒子之间交换，质量大交换作用强而交换时间短。弱作用产生于轻粒子之间交换，质量小交换作用弱而交换时间长。电磁作用产生于重轻粒子之间交换作用，质量和交换时间介于两者之间。这样可将三种作用统一于交换观念之中，而万有引力属于涡旋运动浓缩质量引起的作用，性质不同。它只有与电磁辐射合起来，才可以看成另一类交换的方式，在微观粒子中又太小，可忽略。如下表所示

相互作用类型 （交换）强度比值 （交换）特性时间（秒）

强作用 1 10&sup-23∽10&sup-22
电磁作用 1/137 10&sup-20∽10&sup-18
弱作用 10&sup-14 10&sup-10∽10&sup-8

交换特性公式的三种类型可分成：粒子入射介面交换作用所引起的相位调整；粒子之间交换作用因质量（包含交换频率、相位方位）等差异所引起的同元素原子线光谱存在一定的宽度（即所谓测不准关系）和形成上述强、弱、电磁三类作用统一表达式。强度比值是由强作用公式2πf²/hc≈1和弱作用公式2πg²/hc，以及电磁作用公式μce²/2h=1/137等计算得到的，f、g‘荷’实际上是强、弱交换场质总量，称为强、弱交换荷，相当于电荷是电场质总量类似，可以用交换场散度描述。电磁交换是重轻粒子间的交换，又与电场与磁场联系起来的公式，比较特殊，但仍跟电荷平方有关，即强、弱场质交换描述参量。如果改写成相应关系式，则
2πě²/hc=μce²/2h
ě²=μc²e²/4π
其中ě可以看成电磁交换荷或称电磁交换荷。
粒子包含本身周期性运动与周围场质周期性交换两方面，粒子之间交换需要同步才能有效地交换作用或相当于驻波波节的允许轨道上运动才是稳定的，即单一原子壳层粒子轨道是一定的。存在能量差或交换能ΔE。粒子间不仅有相位、方位差异，而且还存在频率或质量差异，使ΔEΔt≥h/2π。可解释为同类粒子因质量差异与粒子周期性变换和交换差异，即量度具有统计性质，使得能量与时间不能同时测准的
h/2π≤ΔEΔt≤m(c²-υ²)Δt=(hν。-hν)Δt
此式是微观粒子交换特性公式。
宏观物体质量m大，运动速度低，相应能量ΔE非常大而作用时间非常短，几乎瞬时发生的Δt≈0。宏观物体交换时间短促，时间测量可以达到相当精确，但交换能或交换频率太杂，无法确定，意味着宏观物体失去波动性。光速时交换能为零，交换时间无穷，意味着不起作用，即不相干。同类粒子由于形成环境条件存在差异，粒子间质量不可能完全一致，也使粒子间轨道存在差异，因此粒子质量及其轨道是指其统计平均值。在平均值附近的同类粒子占绝对优势，使得宏观测量粒子状态参量难以同时精确。可见测量准确性决定于交换作用情况，粒子介于宏观物体与量子之间，交换频率不太杂，可以呈现波动性，也可以测量。愈精确捉住一个粒子，即愈准确测量粒子能量、动量，所需要时间、空间范围愈宽。它等价于海森伯测不准关系。
典型的原子核与壳层粒子电磁交换作用，而原子核集中了绝大部分原子质量，运动重心在原子核上，壳粒绕核运动。微观粒子交换频率较窄较单纯，壳粒绕原子核交换频率或电磁交换荷整倍数所在位置或运动的轨道上才能有效地同步交换，即定态波函数或交换场质所构成驻波的波节的轨道上运动。一个粒子或壳粒本身周期性变换，而又有周围场质周期性交换，量子力学波函数是等价地表示粒子（壳粒）变换状态函数或处于该状态的粒子出现的几率密度，而交换场质用位能表示，愈外层次愈多一项旋转能或愈高的位能，往里跃迁则辐射量子。
五、生化递传质量问题
对于生化领域来说，一生命系统总是有物质输入和输出，其差是该系统‘生长’或递传量，可以用质量差Δm表示或一系列质量差Δm¡之和表示，正号表示为生长，负号表示为衰亡。
Δm=Δm1+Δm2+┉+Δmn=ΣΔm¡
输入质量加上原系统质量等于递传后系统质量加上输出质量，质量不灭性在生化领域中的反映。其对系统总质量之比，可以用于表示某局部的地位，比重愈大通常表示其重要性，称为质比
Δm/m=Δm1/m+Δm2/m+…+Δmn/m=ΣΔm¡/m
输入到输出时间为Δt，各个局部一系列入出时间为Δt¡，它们没有线性之和关系，因为各局部可前后发生，也可能同时发生，甚至统计性质发生等复杂关系，从而生长率或递传率通常具有统计性及其平均值表示
Δm/Δt=ΔΣm¡/Δt
如果质量是一个空间分布和时间的连续函数，那么递传率或生长率可以用微分表示
dm/dt=dΣm¡/dt
当递传率等零时，表示系统处于交换或递换平衡状态，进出保持一致。如化学反应平衡的过程，以及催化反应过程，催化剂就是起了帮助快速递换传输过程而本身不变。又如生命体生长到一定程度会出现没有明显生长和衰亡相当一段处于大体平衡的过程。
参考文献：
1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著 厦门大学出版社1994年12月出版
2、《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著 香港天马图书有限公司2002年12月出版
3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》 陈叔瑄著 福建教育出版社1994年6月出版
4、《质能论-非相对论前提的质能理论》 陈叔瑄著 《湛江科技》1986年3期