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关于虚物质的设想和思考李友松1 石益祥 2（1. 哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001； 2. 浙江海洋学院，浙江 舟山 316004）摘要：回顾了虚物质概念的提出过程，并从对立统一角度再次提出（纯）虚物质概念。

给出了虚物质的基本特性，并用科学的事实论证了虚物质的存在。

叙述了虚物质概念的基本涵义，找出了相对论和量子力学的适用范围，并提出了协调相对论和量子力学的方法。

关键词： 实物质 虚物质 虚数 非定域性 超光速 相对论中图分类号：N031宇宙——物质的系统是一个对立统一体，复数系统也是一个对立统一体，两者有着对立统一的相似[1]。

人们已从物理学的发展史发现，对于经典物理学“实数就是一切”，而对于现代物理学则“离不开复数”。

从两个对立统一体的相似，我们推出了结论 “实数是空间的数量关系，纯虚数是时间的数量关系，复数则是时空的数量关系”。

[2]这是复数关于时空的本体论意义，而复数关于物质的本体论意义是，复数系统是物质系统的对立统一影子。

从两个对立统一体的相似进一步推出以下结论：第一，复数系统有实数和纯虚数的对立，物质系统应该有实物质和虚物质的对立；第二，数系因引入虚数而得以完备，物质系统也应该因引入虚物质而完备；第三，虚数的引入解决了许多在实数范围内解决不了的问题，如代数基本定理等，同时也使数学理论变得简单和完美，虚物质概念的引入也将能够解决当今物理学存在的许多谜一样的基本问题，如相对论和量子论的协调问题；亚光速和超光速的对立，或局域性和非局域性的对立问题等等，同时也将使物理理论变得简单和完美。

然而，人类习惯于将自己的思维方式局限在实的、可见的、可测的物质上，而对虚的、不可见的、不可测的物质很少表现出兴趣。

虽说虚物质概念已在六十年代引入了，但迄今为止，很少有人注意、研究它，更不用说用它去解决实际问题了。

科学界这种重实轻虚的倾向，造成了物理学对物质的研究总是囿于实的局面。

事实也确实如此，相对论研究实物质的运动，量子论的波函数虽然是复变函数，但至今仍用实物质的东西作解释，如对波函数)sin()cos(),(t kx i t kx t x p ωωψ-+-=最新解释：虚部表示看不见的实的平面波。

[3] 同时，实物质概念缺少了对立方，造成了物质系统的概念体系的不完备，使得人们无法运用对立统一这个根本规律去思考问题，从而使当今科学留下了许多谜一样的问题。

1虚物质概念的提出虚物质概念可以溯源到科学家们对光速最大结论提出的挑战。

Eienstein 在论文“论动体的电动力学”[4]中对公式因子221c v -加了一个人为限制：不允许其取纯虚数值，于是得到c v ≤，光速最大了；如果允许公式因子取纯虚数值，那么应有c v >，光速就不是最大的，超光速运动概念诞生了。

最早提出超光速运动的是ShoTanaka ，1960年，他写出了第一篇讨论超光速量子场论的文章 。

[5] 1962年，Bilaniuk 发表文章[6]，认为超光速运动同狭义相对论是相容的，并试图在狭义相对论的基础上建立超光速理论。

1967年，Feinberg 指出狭义相对论不禁止那些一开始就以超光速运动的粒子的存在，并起名为快子。

[7]我们总是把运动粒子的质量看成是实数，这样按照狭义相对论的动静质量转换公式，在超光速运动状态下的粒子——快子的质量应该是纯虚数；慢子（亚光速运动的粒子）的静止质量为实数；光子的静止质量为0。

按20m （0m 是粒子的静止质量）的大小，物质大体可分为下列三种[8]：a)020>m 0m 为实数 c v <； b)020=m （0=m ） c v =; c) 020<m (0m 纯虚数) c v >。

满足020>m 的物质为实物质，020=m 是光，020<m 是虚物质。

虚物质概念因静止质量为纯虚数而得名。

虽然实、虚两种物质被认为能在一定条件下变换身分，即从实物质变到虚物质和从虚物质变到实物质，但却被认为不能通过加速或减速而改变其形态。

通过将复数系统的对立统一的形式结构相似移植进物质系统，我们提出了纯虚物质概念。

它是纯虚数的背景，而纯虚数值则是纯虚物质的“度量”。

从虚物质得以命名的原因可知，物理学中的虚物质概念实际上就是我们提出的纯虚物质概念。

我们从不同角度提出了虚物质概念。

下面，我们不加区分地使用它们。

2虚物质的基本特征虚物质概念提出来了。

但虚物质是什么，我们除了知道它的质量为纯虚数外，其它的便一无所知，更不用说寻找它的基本特征了。

幸好我们有纯虚物质的影子纯虚数，在它那里保存着纯虚物质的最基本信息。

把它挖掘出来，相似移植纯虚物质上，就是纯虚物质的基本特征。

2.1 实物质的特性：1) 同质性 实物质概念从实数相似移植过来，而实数可以比较大小，故实物质也可以比较大小。

实物质的可比性意味着实物质的同质性（注意：此处的质，不是实物质的“肉”质，而且那个能产生引力的东西），倘若不然，实物质之间就不能比较大小。

实物质含质的数量就是质量。

2) 形体性 有大小的物质必然有形体。

3) 有限性 有形体的物质必然有限。

4) 离散性 有限的物质必然离散。

5) 局部性 有限、离散的物质具有局部性。

6) 可见性 有形体的物质必然具有可见性。

7) 可测性 可见意味着可测。

可测性也可从实数对应过来，因为实数是度量数。

8) 有序性 可比较大小的东西有序。

9) 实背景性 宇宙中看上看去形形色色的实物质是实数存在的背景。

2.2 纯虚物质的特性：1) 异“质”性 纯虚物质从纯虚数相似移植过来，而纯虚数不能比较大小，故纯虚物质也不能比较大小。

不能比较大小的物质必然“异”质。

倘若不然，不同物质之间就可以相互比较。

纯虚物质的异质性能从物质所展现的不同信息获知。

2) 无形体性 没有大小的物质必然没有形体。

3) 无限性 无形体的物质必然无限。

4) 连续性 无限的物质必然连续。

5) 整体性 无限、连续的物质具有整体性。

6) 不可见性 没有形体的东西必然具有不可见性。

7) 不可测性 不可见意味着不可测。

不可测性也可从纯虚数对应过来，因为纯虚数不是度量数。

8) 无序性 不能比较大小的东西无序。

9) 虚背景性 信息，场和真空是纯虚数存在的背景。

以上实、虚物质的特性都是从实数和纯虚数相似移植过来的。

因虚物质与实物质对立，故我们还可以根据实物质的基本特性对立出纯虚物质的基本特性，如实物质有局域性，纯虚物质有非局域性等等。

2.3 实物质和纯虚物质的关系纯虚数可表示为yi ，其中y 是实数，1-=i 是纯虚数单位。

由纯虚数的表示式可知，纯虚数是实数和纯虚数单位的乘积。

因i 是虚的，没有“形体”，故i 附在实数上，可见，实数是i 的载体。

类似地，也可以说纯虚物质以实物质为载体。

3虚物质存在的科学证据如果不用科学的事实说明虚物质的存在性，那么，第二节所列的虚物质的基本特征将失去意义。

3.1 在狭义相对论中，空间是实的，时间是虚的。

因时间和空间是物质存在的基本形态，故虚时间的存在表明虚物质的存在。

虽说Einstein 对闵可夫斯基在狭义相对论中引入虚时间不理解，但他在十分肯定实物质和能量的运动速度不超过光速的同时，对于信号传递是否可能超光速则不是非常肯定（“基本上”不能超光速）。

[9]这说明在Einstein 心里信号传递不完全等同于物质和能量的运动。

实际上，物质和能量是实质的运动，信号的传递则是虚质的传播。

3.2 被Einstein 称为“鬼波”的ψ函数，是量子论的基础。

量子论选用复变函数作为波函数，决不仅仅是为了方便。

从解决具体问题的角度看，用实变函数作为波动函数无法解释电子衍射现象和干涉现象，而复指数函数恰好解释了，这说明波中有虚的成分；运用抽象的理论分析，2ψ表示在某处粒子出现的几率，它反映出随机现象同波函数相联系。

由实事物的确定性可知，出现随机现象的根原不在实事物，而在虚事物，即ψ函数的虚部。

因随机现象是客观存在的，故虚物质也是客观存在的。

3.3 自1992年至2002年已有12 个档次较高的实验证明超光速运动的存在，如两路光子或光脉冲、电脉冲赛跑实验，王力军的反常色散实验等等。

狭义相对论已经证明有实数静止质量的物质的运动速度小于光速，而光子的静止质量为零，运动速度即光速，故能以超光速运动的物质只能是静止质量为纯虚数的物质。

如果我们把物质按照静止质量为实数、零和纯虚数分成三类，那么，光处于实、虚的分界面上。

站在光界上的观察者会发现，一边是运动速度为亚光速实物质，另一边是运动速度为超光速虚物质。

这样的划分在逻辑上是完美的。

另外，在光进入超光速运行时，光总是处于消失态，[10]这说明虚物质的不可见性对理解超光速的消失态是重要的。

3.4 1935年，Einstein ，Podolsky 和Rosen 合写论文，简称EPR 论文，用来否定量子力学的完备性。

EPR “以一切物理理论必须满足定域性要求为基础，即狭义相对论关于一切物理作用的传播速度不能超过光速这一推论。

……面对EPR 的挑战，玻尔以量子现象中的宏观条件与微观系统的整体性捍卫量子力学的完备性，这实际上是以非定域性要求反驳定域性的要求”。

[11] 于是，N ．Bohr 和Einstein 开始了旷日持久的辩论。

当然，根本之点是J ．Bell 在1965年提出了著名的不等式（Bell 不等式）判据[12]。

1982年～1985年间出现的A ．Aspect 的著名实验，[13]使得绝大多数科学家承认那场历史性辩论（Einstein —Bohr ）有了结果—Einstein 错了，量子力学的非局域性（non —locality ）是站得住脚的理论观念。

最近的实验：1998年，美国加州理工学院（CIT ）的科学家利用纠缠态，使两个相距甚远的微观粒子竟如孪生，相互影响；2001年9月27日，《Nature 》杂志发表了引人注目的文章“宏观物体的量子纠缠态”，报道了丹麦物理学家把两个宏观物体（有数亿万个原子）形成纠缠状态；2001年，中国科技大学郭光灿研究组取得了普适量子克隆实验成果等等，都表明了非局域性现象的存在。

对于非局域性现象（量子缠结现象）J.Bell 这样说过，“缠结的量子系统表现出经典世界所不可能具备的行为，……，经典世界也不可能具备缠结量子系统的行为。

”[14]这就是说：“在实物质范围内我们无法解释量子的缠结行为”。

这意味着在实物质之外还存在其它物质——纯虚物质，这就像实数系外还有纯虚数的存在一样。

3.5 1998年才出现在天文学领域里的暗能量，据计算占宇宙总能量的三分之二。

按照现有的说法，暗能量“自身不仅不能发光，而且也不会反射、折射或散射光，亦即对各种波长的光，它们都是百分之百的透明体！”[15]如果这样的能量存在，那么，就具有不可见性。