解析物理学结构
胡良
摘要，通过量纲分析（定性）及物理常数（定量），揭示了微观与宏观的内在本质，建立了物理学定律之间的联系。采用研究结构的方法来代替复杂的数学方程计算，提出了一个新思路.光子是最基本的基本粒子；在一定边界条件下，光子相互碰撞可形成其它基本粒子（电子，质子及中子等）；然后，由基本粒子形成原子（或分子）；再形成宏观的星系等。
关键词：光子,电子，质子，中子,量子化，对称性
作者，总工，高工，研究生（全日制）
中图分类号：0572.3
1，引言
物理学是一种自然科学，主要研究物质、能量、空间及时间等属性；并进一步揭示，各自的属性与彼此之间的内在联系。通过物理学可揭示，物理现象、物质结构、物质相互作用及物质运动规律
2，物理学的分类
物理学可分为，牛顿力学(Mechanics)及理论力学(Rational mechanics)，主要研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律
电磁学(Electromagnetism)及电动力学(Electrodynamics)，主要研究电磁现象，物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律
热力学(Thermodynamics)及统计力学(Statistical mechanics)，主要研究物质热运动的统计规律及其宏观表现
相对论(Relativity)，主要研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律
量子力学(Quantum mechanics)，主要研究微观物质运动现象以及基本运动规律
此外，还包括，粒子物理学、原子核物理学、原子与分子物理学、固体物理学、凝聚态物理学、激光物理学、等离子体物理学、地球物理学、生物物理学及天体物理学等等。
3，物理学的公式
对于物理公式来说，具有如下特点，
第一，客观属性
物理学理论及实验揭示了自然界的内禀属性，并反映物质运动的客观规律。
第二，统一性
牛顿通过三大定律及万有引力定律将天上及地上所有宏观物体统一了。麦克斯韦电磁理论的建立，将电及磁实现了统一。爱因斯坦质能方程将质量及能量建立了统一。相对论将时间及空间统一。波粒二象性理论将粒子性及波动性实现了统一。
第三，简洁性
物理规律可用数学方程表达，具有简洁性。例如，牛顿第二定律，爱因斯坦的质能方程，法拉第电磁感应定律。此外，通过简约的物理实验，可使得物理现象更加明显。
第四，对称性
对称性是指客观规律的对称性。例如，竖直上抛运动、简谐运动、波动镜像对称、磁电对称、作用力与反作用力对称、正粒子和反粒子、正物质和反物质、正电和负电等。
第五，预测性
物理理论能解释已观测到的物理现象，也能预测当时没有探测到的物理现象。例如，麦克斯韦电磁理论预测电磁波存在；卢瑟福预言中子的存在；菲涅尔的衍射理论预言圆盘衍射中央有泊松亮斑，狄拉克预言正电子的存在。
4，光子结构的公设
物理学常数体现了物理学的核心本质；相对论的核心是真空中的光速是一切信号的最大速度；量子力学的核心是普朗克常数；量子化，对称性，相位因子，背景空间及因果律等是物理学的核心内涵。
物理学常数体现了物理学的核心本质；相对论的核心是真空中的光速是一切信号的最大速度；量子力学的核心是普朗克常数；量子化，对称性，相位因子，背景空间及因果律等是物理学的核心内涵。
物理学理论的核心逻辑是，第一条，公认的实验事实；第二条，通过量纲定性及常数定量；第三条，量子化，对称性，相位及背景空间；第四条，严密的数学推导。
科学的发展就是对于光子的理解及应用的过程。光子具有光电效应及散射等属性；这意味着，光子具有粒子属性。光子具有经典波的折射,干涉及衍射等属性；这意味着，光子具有波动性。
更进一步来说，光子可描述成为粒子；其理由就是当光子从物体表面反射时，就像一个弹球（刚性的小球体），它接近反射面的夹角等于它弹出去的角度。高能光子射向材料，可预测碰撞出来的电子的散射角度，揭示了光子具有粒子性。
一块棱镜可将一束白光折射成缤纷的彩虹颜色。当光子通过第二个棱镜并再次折射时，就不再进一步分裂，彩虹的颜色将保持不变。白光是由许多不同频率的微粒（刚性的空间荷）组成来解释。红光是由振动频率较小（振动波长较长）的微粒（刚性的空间荷）组成的，而紫光是由振动频率较大（振动波长较短）的微粒（刚性的空间荷）组成的。而光子振动频率大小的差异导致了微粒（刚性的空间荷）以不同的速度通过玻璃，就使它们分散开来，并产生不能被第二个棱镜进一步分解的彩虹。这意味着，光子具有粒子性（含有空间荷，具有刚性）。
当光子穿过一个小孔时，光子将像水中的波纹一样扩散开来。对于双缝干涉实验来，将一束光通过两个并排的小孔，光子通过小孔后将会形成有规律的图案。在有规律的间隔中，从两个孔中产生的交叠波纹（相互结合产生更亮的光或相互抵消掉）。这意味着，光子体现为波动性（场）。
量子力学的核心逻辑是普朗克常数（h），体现了量子化属性。相对论的核心逻辑是真空中的光速（C）保持不变，真空中的光速（C）是最大的信号速度（物理学常数）。
显然，h*C，也是一个物理学常数，满足洛伦兹变换。
普朗克空间（Vp）是一个物理学常数（最小的空间荷），体现了量子化属性；三维空间速度（C^3）,能量-动量场,是一个物理学常数，体现了对称性。
显然，Vp*C^3也是一个物理学常数。
通过实验观测及量纲分析，可知，光子可表达为：h*C= Vp*C^3；
可揭示量子力学与相对论的内在联系。
此外，光子是由空间荷（粒子性，体现为信号速度）及相应的场（波动性，体现为超距，纠缠）组成的。这意味着，光子具有波粒二象性。
假设，光子的结构是，h*C= Vp*C^3；
其中，
Vp，最小的空间荷（普朗克空间），刚性的圆球体，量纲，<[L^(3)T^(0)]>；
C，最大的信号速度（真空中的光速），量纲，>[L^(1)T^(-1)]<;
C^3,能量-动量张量（能量-动量场），
量纲，>[L^(3)T^(-3)]<，或，>[L^(2)T^(-2)]<* >[L^(1)T^(-1)]<。
光子（最小的孤立量子体系）的内禀属性体现为洛伦兹变换（与参考系无关），光子是量子化的。
值得注意的是，符号，<A>,表示该物理学量（A）含有空间荷，体现为定域性（信号速度）。
符号，>B<,表示该物理学量（B）具有场属性，体现为非定域性（超距，纠缠）。
换句话说，光子是由荷（普朗克空间荷，质量荷，普朗克质量荷）及相应的场（能量-动量场，质量场，普朗克质量场）组成的;光子定性表达式是：<A>*>B<.
这意味着，光子可表达为：
Vp*C^3=(Vp*f)*C^2*λ=m*C^2*λ=E*λ=（Vp*fp)*C^2*λp=mp*C^2*λp
=h*C=(h*f)*λ==(h*fp)*λp
其中，
<Vp>，普朗克空间（最小的空间荷），量纲，<[L^(3)T^(0)]>；
>C<，最大的信号速度（真空中的光速），量纲，>[L^(1)T^(-1)]<；
>C^3<，能量-动量场，量纲，>[L^(3)T^(-3)]<；
<(Vp*f)>，质量荷（电矢量，动质量），量纲，<[L^(3)T^(-1)]>；
>C^2*λ<，质量场（电通量，辅助磁通量），量纲，>[L^(3)T^(-2)]<；
<（Vp*fp)>，普朗克质量荷，量纲，<[L^(3)T^(-1)]>；
>C^2*λp<，普朗克质量场，量纲，>[L^(3)T^(-2)]<；
<Vp>*>C^3<，光子，量纲，<[L^(3)T^(0)]>*<[L^(3)T^(-3)]>。
通过物理学的基本公设，借助量纲分析（定性）及物理常数（定量），揭示了微观与宏观的内在本质，建立了物理学定律之间的联系。采用研究结构的方法来代替复杂的数学方程计算，提出了一个新思路。
第一条：光速不变原理，
真空中的光速（C）与光源的运动状态无关，最大的信号速度，量纲，>[L^(1)T^(-1)]<。
第二条：普朗克空间
普朗克空间(Vp)是最小的三维空间荷，量纲是，<[L^(3)T^(0)]>。
第三条．物理实验依据
物理实验依据之一：
光在真空中的速度（C）是恒定的，不依赖于光源的运动状态；真空中的光速是最大的信号速度。实验依据，迈克耳孙-莫雷实验及各种粒子的加速实验等。此外，从麦克斯韦方程组可推导出，光子的速度在真空中保持不变，其数值恒等于光速。
实验依据之二：
光子是量子化的，具有普朗克常数（h）。实验依据，黑体辐射，光电效应，电子衍射，X射线谱及宏观量子效应等。
实验依据之三：
康普顿散射及拉曼散射，体现了两个基本事实。第一，光子是量子化的；第二，光子的能量随着光的频率变化而变化。
5结论
本文给出了光子的公设，h*C= Vp*C^3
其中，
Vp,最小的空间荷（普朗克空间），刚性的圆球体，量纲，<[L^(3)T^(0)]>；
C,最大的信号速度（真空中的光速），量纲，>[L^(1)T^(-1)]<;
C^3,能量-动量张量（能量-动量场），量纲，>[L^(3)T^(-3)]<。
光子（最小的孤立量子体系）的内禀属性体现为洛伦兹变换（与参考系无关），光子是量子化的。
值得一提的是，普朗克在研究物体热辐射的规律时，提出了普朗克常数（量子力学的核心）。但是，没有人愿意接受这个假设。
后来，普朗克说过一句关于科学真理的真理，“一个新的科学真理取得胜利并不是通过让它的反对者们信服并看到真理的光明，而是通过这些反对者们最终死去，熟悉它的新一代成长起来。”这一断言被称为普朗克科学定律。
爱因斯坦提出了相对论（光速不变原理），也经过了几十年，才被大家认可。
本论文尝试通过光子的公设，建立量子力学与相对论的联系；提出一个真正原创的全新思路，希望能抛砖引玉。