图1用方形,图.2用棱形,示意类圈体一侧表面的两种转座子的网格。两图的上下方设为类圈体的两极;左右运动为面旋,上下运动为线旋。图1的方形既能左右运动又能上下运动,这属于平凡线旋。 而图2的棱形既不能上下运动也不能左右运动,因为这种横竖运动就是尖尖对,两斜边同时都受到压力,无法整齐运动下去,只能作属于不平凡线旋的斜向运动。这种网络图形的形状和摆布的锁定性,正是作为室温常压超导和生物超导机制分析的一个技术基础。 因为如果转座子要是像水磨石地板现着的米花石那样形状不一、随意摆布的图案,是根本不能进行有序运动的。而分析超导机制的诀窍,就在于说明超导材料的晶络有何意义?根据上面对三旋转座子的最佳网络为方形或棱形的研究,寻找室温常压超导体首先应该注意层次斜方晶格一类的材料,因为它们接近于一种理想的宏观量子效应。 如果电流是通过这种晶面,那么和外电路接通后,就构成了圈态,而在这段物质的电路上就易于形成不平凡线旋。不平凡线旋已结合了面旋和线旋,这正是通过电和磁的宏观量子现象显示出来的。其次体旋,粗略地讲是一种翻动,它和宏观的温度效应相连;温度越高,碰撞、翻动越大,这不利于电子对的贯注与配合协调。所以室温常压超导,从宏观来说,要选择不利于翻动的晶格。三角形网络在面旋、线旋上不如正方形运动有序已被排除在外,而正方形和其它正多边形相较,它的趋圆性最小,所以不易翻动,因此从三旋的宏观数理分析来看,层状斜方晶体对室温常压超导占据优势地位。 但如果说方形的转座子图案一定作平凡线旋运动,棱形的转座子图案一定作不平凡线旋运动,那也不对。因为,如果方形照棱形那样摆布──上下左右角对角,也只能作斜向运动;但它们是否就是不平凡线旋呢?不一定!因为区别平凡线旋与不平凡线旋至关重要的是环绕数,即斜向网格的连续边线至少是要绕环圈一周的封闭线。 一般地说,方形网块的一边是平行于类圈体内中心圈线的摆布,就只能作平凡线旋,也能单独作面旋。棱形网块或方形是斜向摆布,是否是作不平凡线旋,就要检查是否有环绕数;但有一点是肯定的,它们不能单独作面旋,它的面旋是同线旋结合在一起的。 现在来给不平凡线旋下一个定义:如果把一组运动方向各异的转座子链首尾相接,存在至少一个以上环绕数的封闭曲线的旋转,就叫做不平凡线旋;反之,不存在有环绕数,只绕类圈体内中心圈线的旋转,叫平凡线旋。研究超导的机制问题是采用避实就虚的办法,这当然要抓住真实材料中晶格结构最本质的特征──宏观是联系微观,靠成千上万个原子和电子的振动、自旋、移位这个最活跃的三旋因素,反过来表达宏观的超导现象的。而三旋转座子动态结构模拟也有这样的特征,并且是把成千上万的原子、电子运动节并到人能观感的既定程式来演示;这不是一种貌合神离的协调,而是大家都可以作试验的智力特征。根据前面对三旋转座子的最佳网格为方形或棱形的研究,寻找室温常压超导首先应该注意层状斜方晶格一类的材料。 几何对称性可理解为一种运动,通过这种运动,图案或物体形状可保持不变。物理理论也具有类似的对称性,但在物理理论中,经过变换后保持不变的不是图案或物体形状,而是该理论本身的数学形式。 例如物理图象是物理学家对某些现象或问题的物理本质及其演化运动规律作的轮廓性认识。昂尼斯1914年做的超导实验,早被看作是一种典型的三旋图象。即三旋量子数,体旋对应温度,面旋对应电流,线旋对应磁场。进一步利用三旋图象认识从低温到高温、从无机到有机的超导材料晶格形态及转换的统一机制,载流子对(电子对或空穴对)其本质是一种小三旋圈,而导致载流子配对的是晶格中的大三旋圈。这类似玩飞圈的游戏,飞圈飞出去又飞回,要有自旋和抛掷力。电子对实际是形成的小三旋圈,而声子是产生它并抛掷它的原动力──这是低温超导的情况。室温常压超导,情况要复杂得多。 然而三旋图象都能与之相沟通,并对诸多超导难题给出完整而自然的阐释。三旋从唯象上说是一种两群谛合结构,即它包含类圈结构(ψ)和自旋结构(Ω): Ψ=ψΩ (1.1) 从电磁波的吸收实验证明,超导体的电子能谱具有能隙,按照BCS理论,其超导基态从哈密顿函数,也包括到铅磷灰石加铜实验解超导说使用密度泛函理论(DFT)和GGA+U等方法进行的计算。 最后求得与BCS理论很相似的超导能隙方程,当外部磁场以称为通量线的一条条线束的形式穿透超导体时,就可能出现电阻。 由于通量线是由一些电流旋涡组成,所以经常将通量线称为涡旋。在三旋中,涡旋属于线旋,因此弄清这些线旋在各种各样温度和磁场条件下如何运动和如何自动排列起来的过程,对于控制这种现象和保持超导电流流动状态来说将是极其重要的。 实际上科学家们已经发现这些线旋在室温常压超导体内能形成一些奇异的新型物相,不得不放弃原先所持的看法并根据凝聚态物质物理学的一些现代概念作出一些新的假说。而正是三旋图像,可说是首开梁竹兴与儿子梁毅2004年聊天──聊起磁铁旋转时的磁场转动,磁场不会跟随磁铁一起共转数学证明的先河。 例如,仅以环面的平凡线旋,对应圆柱磁铁绕轴线转动,作磁场不会跟着一起转动的实现推论是非常直观明显的,即:即使圆柱磁铁的磁场磁力线,绕圆柱磁铁的轴线转动,与它们本身在圆柱磁铁不动时,事先因圆柱磁铁的磁场磁力线转动就形成有的圆环面,其内的环圈轴线与圆柱磁铁的轴线,虽然不在同一个平面内,其两个平面相互垂直,但只要圆柱磁铁的质心位置不变,那么圆柱磁铁绕轴线转动,其磁场磁力线绕圆柱磁铁的轴线转动图像变化,是区别不出了的。即使圆柱磁铁作平动,以及体旋、面旋,磁场磁力线绕圆环面轴心的线旋转动图像,也是一样的。证毕。 2、光子体旋翻转是最简单的自旋联系质量的例子 质量的起源,是当代粒子物理学中公认的难题。而光子体旋翻转,是最简单的自旋联系质量的例子。证明很简单:光子是没有质量的,由于光子的速度是有极限的,所以光子的手征性是守恒的。 反之,由于一个球粒子的运动不能超过光子,对这个球粒子的自旋观察,它的手征性会自发破缺,所以粒子的手征性不守恒也是质量的起源因素之一。即光子的手征性相同,而静止质量为零的事实,我们可以判定,在粒子系统中,无质量的亚光速粒子,至少含有一种是体旋和面旋态复合的类圈体结构。由此联系有时夸克和轻子内质量“奇迹般”相消的情况,就是提供的这种可能的解释机制:发现关键就在于利用粒子的自旋特征。这在类圈体模型身上,显得更加突出。 把一个全对称的理想类圈体同类点体比较,在质心不动的情况下,能不相矛盾列出具有的62种自旋状态。如果前夸克是一种类圈体模型,它就定量地结束了粒子结构单元所处的无限可分的猜测阶段。即这当中的单动态和双动态中仅存面旋或体旋一种的类圈体,可以看出仍遵守手征性守恒规则外,其余的都打破了这种手征不守恒性。 证明是这样的:仅取手征分析为例。类圈体描述粒子性的主要是面旋和体旋,而全部多动态和在双动态中都有同时涉及这两种旋的组合。我们如果把面旋当作观察者主要判别考虑的自旋方向,并改电子为类圈体,以及设面旋和体旋的角速度相同和不会因时间而改变,那么当观者在类圈体后面,注意到类圈体的自旋(面旋)和运动方向是用右手规则联系的话,现当观察者加速超过了类圈体,他回转身来观察类圈体时,由于类圈体存在体旋,他总可以发现体旋有使类圈体翻了个面的时候,即在观察者的参考系中,规定的类圈体自旋测定判别的面旋,方向已改变了。结果,它的运动仍然是右手规则的描述,而出现手征性是守恒的。如果他反复通过如此实验测定,会进一步发现一个有趣的现象,或许两种手征性的概率统计是一样的。 这是因为体旋和面旋的角速度前后没有发生变化,因此出现的机会是相等的。这也更加清楚地说明,类圈体的手征性中有一个独立于观察者参考系以外的不变性质。即自旋破坏粒子质量守恒,是因为存在着一类粒子,实验证明对它们并不适用,这就是无质量粒子。 因为一个无质量粒子必定总是以光速运动,决不会有比它运动得更快的观察者。因而,无质量粒子的手征性是一个独立于观察者参考系的不变性质。并且自然界中没有一种已知的作用力,能改变粒子的手征性。因此,如果世界仅仅是由无质量粒子组成的,就可以说这个世界是具有手征对称性的。如高中物理教材和物理学中,对光子质量的定义是“光子在静止状态下质量为0”,那么它有质量吗? 有人说:粒子是物质,物理学界已经确认包括光子在内的基本粒子的波粒二象性,就都必须包含质量与能量这两个方面,无论它的质量有多小,即光子是有质量的,但不是我们所熟悉的物体的静止质量。有质量物体有动能E=mv2。没有质量的物体有动能E=hv。 如光子是有动量的,动量等于物体的速度乘以物体的质量,而光子的速度是C,光子的光子是极端相对论粒子,E = m(c^2) = hv,可以得到单个光子的质量。其中“^2”表示平方,h是普朗克常量,v是光子频率,c是真空中光速,m就是光子的“质量。 假设光子没有静止质量,不同跃迁的光子对应一个固定的光谱,这与观测结果一致。根据普朗克公式E=hv,得出有最小的能量,最小的长度,最小单位的时间以及最小的质量。但这些数据太小,似乎可以忽略不计。但缘于2003年罗俊院士通过动态扭秤调制实验,成功测量了光子的相对静止质量,将光子静止质量的上限确定为1.2×10⁻⁵1g。2006年罗院士再次测量光子,又将光子静止质量上限数值提高到1.5×10⁻⁵2g,作为电磁学及量子力学研究的重要参考。 总之,罗俊院士实验尽管它们越来越精确,以及目前所有的研究结果都在不断刷新光子静止质量的最低上限,这并不意味着确定光子拥有非0质量。无论“光子静止质量不为0”的结论是否成立,都不影响任意子对现代物理学理论的不断完善,科学也将继续前行。
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