物质世界的最基本结构单元是一个亘古不变、极具魅力的话题。自从人类有了思维，人们就开始不停地求索。古希腊哲学家泰勒斯（Θαλ?? Thales，约公元前624年～公元前547年，米利都派创始人）提出：水是万物的始基；赫拉克利特（?ρ?κλειτο? Heraclitus，约公元前540年～公元前480年，爱非斯派创始人）认为：火是万物的本原；德谟克利特（Δημ?κριτο? Democritus，约公元前460年～公元前370年）则宣称：世界万物都是由不可分割的颗粒（原子）和虚空所组成。近代科学意义上的原子分子论由罗蒙诺索夫（Lomonosov，1711～1765）复活；1803年英国人道尔顿（Dalton，1766～1844）提出原子论，1811年意大利人阿伏伽德罗（Avogadro，1776～1856）提出分子论，正是他们使原子、分子由原来的推测而变成了科学概念；现代科学上占统治地位的是夸克理论。而按照中国学者甘永超所揭示的“π型三重波粒二象性”，“太极粒子波”则是构成我们世界的最基本的物质单元。鉴于原子、原子核、基本粒子已有不少科普介绍，我们在这里主要基于“波与粒子的统一”而介绍一下“太极粒子波”。

相对论虽然是爱因斯坦（Einstein）的原创，但他本人除了认为“上帝不会掷骰子”之外，实际上还认为相对论也只是暂时的理论，必须建立场（波）与实物（粒子）并存的统一理论。他终身思考光学的问题，可是却一辈子也没有搞清楚光子是个什么东西。在1951年12月12日致老朋友贝索（Besso）的信中爱因斯坦写道：“整整五十年的自觉思考没有使我更接近于解答'光量子是什么’这个问题。的确，现在每一个不老实的人都相信，他懂得它，可是他在欺骗他自己。”前苏联科学家瑞德尼克在他的《量子力学史话》一书中更是一针见血地指出：“今天，决定微观世界统一体的最深刻本质的全部问题，就是物理学所面临的尚未征服的山峰中的最高峰：物质的两种基本形式——实物（粒子）和场（波）——之间的相互关系。”可见，“波粒二象性之谜”、“光的本性之谜”、“粒子与场的关系之谜”以及“物质世界的最基本结构单元之谜”乃是当今科学前沿的四大疑难问题。当然，在这些方面，人类已经进行了一些有益的探索。

早在1905年，爱因斯坦就揭示了第一种波粒二象性（光的波粒二象性）并由密立根（Millikan）1916年用实验加以验证，分别获“理论（1921年）”与“实验（1923年）”两个诺贝尔物理学奖。这种波粒二象性揭示了微观客体可以弥散形态（波）或凝聚形态（粒子）这样两种不同的物质形态而存在（如图中π的左、右两个部分，其中的“波”与“粒子”都是客观实在，但它们在存在的时间上却相互错开，满足一定条件时还可以发生相互转化。但爱因斯坦当年并没有领悟到这些而是给后人留下了诸多悬念）。

第二种波粒二象性——“实物粒子的波粒二象性”由德布罗意（L. de Broglie）1923年揭示、戴维逊（C. J. Davisson）和小汤姆孙（G. P. Thomson）1927年用实验验证，分别获得“理论（1929年）”与“实验（1937年）”两个诺贝尔物理学奖。它揭示了当微观客体以“粒子”的形态存在时，“粒子”在运动上具有波动性（第二种波粒二象性，见图中π的右半部分：其中的“粒子”与“波”虽然同时存在但它们存在的形式却是一“实”一“虚”，“波”是“粒子”存在的反映——说明“粒子”在运动上具有德布罗意波动性，两者不能互相转化。但德布罗意当年并没有领悟到这些而是给后人留下了诸多的悬念）。

第三种波粒二象性——“经典电磁场在结构上具有粒子性”由中国学者甘永超1994年用严谨的数学推理揭示（将狄拉克（Dirac）1927年所做的“经典电磁场按模式分解”进一步推进到“经典电磁场按光子对应分解”，从而在“经典电磁场”与“量子电磁场”之间建立起了一种“基本单元”的对应关系——使每一个“电磁基波”的能量、动量、角动量都能与一个同频光子的能量、动量、角动量分别对应相等）。它揭示了当微观客体以“波”的形态存在时，“波”在结构上具有粒子性（第三种波粒二象性，见图中π的左半部分：其中“波”与“粒子”虽然同时存在但它们存在的形式却是一“实”一“虚”，“粒子”是“波”存在的反映——说明“波”在结构上具有粒子性，两者不能互相转化）。而在此之前经典电磁场却一直是连续的、根本没有分立的概念。

过去，由于人们把本质不同的“光的波粒二象性”与“实物粒子的波粒二象性”混为一谈，所以“波粒二象性”的迷雾一直就像一个幽灵飘荡在物理学的上空。今天，当我们把这两种本质不同的波粒二象性加以区别并补充上“第三种波粒二象性”之后，三种波粒二象性之间的π型结构关系就变得十分清晰而明了：“第一种波粒二象性”是本质上的波粒二象性，它的“波”和“粒子”都是客观存在（真实的物质），但在存在的时间上却相互错开，在一定条件下还可以发生相互转化；“第二种波粒二象性”与“第三种波粒二象性”都是现象上的波粒二象性，它们的“波”与“粒子”只有一个是真实的存在（客观的物质），而另一个却是虚假的存在（非物质），是“真实存在”的“反映”，就像树的“影子”反映“树”的存在一样（“树”是真实的存在，而“树的影子”却是一种虚假的存在，是“树”这种“真实存在”的“反映”）。在“第二种波粒二象性”和“第三种波粒二象性”中，尽管“波”与“粒子”都是同时存在，但它们却是一“虚”一“实”或者一“实”一“虚”，“波”与“粒子”之间无法相互转化。当这三种波粒二象性搅和在一起的时候，“波”与“粒子”就上演了一幕“波粒相伴、真真假假、虚虚实实、同时异态、同态异时、亦波亦粒、非波非粒、波中含粒、粒中含波、模棱两可、扑朔迷离”的所谓“波粒二象性”，把我们弄得眼花缭乱，不知所以。可是，当我们排除了上述两种现象上的（第二种和第三种）“波粒二象性”之后，真正的“波粒二象性”就只剩下一种了，那就是爱因斯坦1905年所揭示的“第一种波粒二象性”。

如此，在我们面前就呈现出了一幅美妙的“三种波粒二象性”的有序重叠图景——“π型三重波粒二象性”：粒子就是粒子，波就是波，看得见，摸得着；粒子在运动上具有“波动性”——第二种波粒二象性，波在结构上具有“粒子性”——第三种波粒二象性；在一定条件下，真实的“波”与真实的“粒子”还可以发生相互转化——第一种波粒二象性。至于真实的“波”与真实的“粒子”（例如“电磁波”与“光子”）之间的转化机理由于涉及到真空的问题，还是比较复杂的，在这里只能做一些简单的阐述。

现代物理学认为，真空并非空无一物，而是存在大量的处于基态的量子场（这其中当然也包括了处于基态的量子电磁场）。由于基态的量子电磁场充满整个真空，所以，经典电磁场（可以按光子对应分解成为一系列“电磁基波”的叠加）的基本单元——“电磁基波”满足一定条件时可以在一瞬间被处于基态的量子电磁场完整吸收，从而使量子电磁场从基态跃迁到激发态。而处于激发态的量子电磁场很不稳定，可以在非常短的时间内随机的于真空的某一处放出（吐出）一个与被吸收“电磁基波”频率相同的“光子”而从激发态跃迁回基态。如此，就完成了真实的“电磁基波”向真实的“光子”的转化。而在此转化过程中，真空中的基态量子场只是起到了某种媒介作用——经历一系列变化之后又回到了原来的状态。这就是“经典电磁场量子化过程”的物理本质。当然，在另外一种条件下也可以发生相反的过程：基态量子电磁场吸收一个“光子”，从基态跃迁到激发态，由于激发态很不稳定，处于激发态的量子电磁场又会在非常短的时间内向真空中发射一份与该“光子”同频率的“电磁基波”而从激发态回到基态，从而完成“光子”向“电磁基波”的转化。这些就是“π型三重波粒二象性”对爱因斯坦所揭示的“第一种波粒二象性”中“波”与“粒子”之间相互转化过程的物理机制的补充说明。

显然，在这幅美妙的“π型三重波粒二象性”图景中，真实的“波”与真实的“粒子”是完全平等的。正是基于这样一幅物理图景，中国学者甘永超预言：“太极粒子波”是构成我们世界的最基本的物质单元。“太极粒子波”与现代物理学中的“原子”或者“夸克”完全不同，它既可以从“无穷小”的“粒子”变成“无穷大”的“波”，又可以从“无穷大”的“波”变成“无穷小”的“粒子”；当“太极粒子波”以“粒子”的面目出现时，“粒子”在运动上具有（德布罗意）波动性；当“太极粒子波”以“波”的面目出现时，“波”在结构上具有粒子性。比如“太极光子波”，当它表现为光子的时候，光子在运动上具有（德布罗意）波动性；当它表现为电磁波的时候，电磁波在结构上又具有粒子性；在一定条件下，电磁波与光子之间还可以发生相互转化。如此看来，“太极光子波”才是对“光”的比较全面的描述，而“电磁波”与“光子”却只是瞎子摸象的结果——对光的本性的片面描述。我们认识“太极光子波”（包括“光子”与“电磁波”）就像孙悟空认识“白骨精”而唐僧、八戒、沙僧却只能认识由“白骨精”变化成的“村姑”、“老媪”与“老翁”一样。至于“太极电子波”，也应该与“太极光子波”类似，具有三重波粒二象性，只是我们目前还只认识了它三面中的一面——“第二种波粒二象性”（电子的德布罗意波动性），但我们预言：“太极电子波”还应该具有“第一种波粒二象性”和“第三种波粒二象性”。这些最现代的科学与最古老的东方哲学其实殊途同归、血脉相连，具有共同的本质，它是追求和谐与统一的古老东方文化的发扬与光大！该理论如果被证伪，也会像古希腊的“原子论”（尽管已经被证伪）一样而名垂青史；如果被证实，那更是万古流芳，是中国科学家为人类文明所做出的历史性贡献。

值得指出的是：类似爱因斯坦广义相对论所做出的三大预言（水星近日点的进动、光线的引力偏折、光谱线的引力红移）被验证就奠定了它在科学界的坚实基础，我们的“π型三重波粒二象性”也可以做出三大预言：①不借助任何量子假设而仅仅依靠经典理论就能够直接导出光能量的量子化（已被中国科学家佘卫龙所证实，见Proc. of SPIE, 2007, 6664: 66640A或Chinese Physics, 2005, 14(12): 2514-2521）；②不借助任何量子假设而仅仅依靠经典理论就能够直接导出普朗克的黑体辐射公式（已被英国科学家T W Marshall所证实，见Phys. Rev. D, 1981, 24(6): 1509-1515）；③“波”与“粒子”是平等的，“光的量子理论”与“光的经典电磁理论”是两个独立、平行的理论，光的量子理论不能包含光的经典电磁理论（第三大预言直接挑战“占据统治地位、写进教科书中且已经流行了80年的主流理论——光的量子理论能够包含光的经典电磁理论”。可令人遗憾的是：该主流理论80年来却根本找不到一个过硬的实验证据，这也就是说，近80年来我们还不能给出一个否定“π型三重波粒二象性”的实验证据，而只要给出一个正面的判决性实验证据（该判决性实验早就设计好了）就可以大功告成，参见Proc. of SPIE, 2009, 7421: 74210U）。可见，“π型三重波粒二象性”离成功并不遥远。

利用伽利略（Galileo）推翻亚里士多德（Aristotle）“物体越重下落速度越快”的归谬法，我们还可以用逻辑的力量来宣判“光的量子理论能够包含光的经典电磁理论”的死刑——如果“光的量子理论能够包含光的经典电磁理论”，那么，我们就可以用光的量子理论一统天下而消灭电磁波，从而使得“经典电磁理论”和“电磁波”都退出历史舞台。可是，电磁波作为一种真实存在的物质又不可能被消灭，所以，传统理论不符合逻辑。这也就是说，实施那个判决性实验只不过是一种形式，走走过场，其判决实验结果一定是“光的量子理论不能包含光的经典电磁理论”（经典条件下光的量子理论不会比光的经典电磁理论更为精确）。这将直接验证我们的第三个预言，从而，使“第三种波粒二象性”与“π型三重波粒二象性”取得最后的胜利。

纵观物理学发展史，我们可以清楚地看到：物理学已经成功地进行了五次大的综合，而第六次大的综合则正在酝酿之中……

第一次大综合：17世纪，伽利略研究地面上物体的运动，打开了通向近代物理学的大门。牛顿在此基础上把地面上物体的运动和天体运动统一起来，揭示了天上地下一切物体的普遍运动规律，建立了经典力学体系，实现了物理学史上的第一次大综合。

第二次大综合：18世纪，经过迈尔、焦耳、卡诺、克劳修斯等人的研究，经典热力学和经典统计力学正式确立，从而把热与能（能量转化和守恒定律）、热运动的宏观表现与微观机制统一起来，实现了物理学史上的第二次大综合。

第三次大综合：19世纪，麦克斯韦在库仑、安培、法拉第等物理学家研究的基础上，经过深入研究，把电、磁、光统一起来，建立了经典电磁理论，预言了电磁波的存在，实现了物理学史上的第三次大综合。

第四次大综合：1905年，爱因斯坦在分析当时有关光速测量方面出现的种种矛盾的基础上，创立了狭义相对论，把物理学扩展到高速运动领域，建立了新的时空观(物质、运动、时间、空间相互关联)，这是物理学发展史上的第四次大综合。

第五次大综合：20世纪，普朗克在解释黑体辐射的实验规律时提出了量子论假设，经爱因斯坦、波尔、德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克等人的努力，发展了量子力学，把物理规律扩展到微观领域，完成了物理学发展史上的第五次大综合。

最后，我们不妨心潮澎湃、豪情满怀地对即将来临的物理学第六次大综合作一下深情的展望：在不久的将来，物理学家将会破解现代科学的四大疑难：①波粒二象性之谜、②光的本性之谜、③粒子与场的关系之谜、④物质世界的最基本结构单元之谜，完成物质的两种基本存在形式——实物与场（或者粒子与波）——之间的统一，从而实现物理学的第六次大综合。到那时，展现在人们面前的将是一幅全新的世界图景。而随着我们对物质世界基本结构单元认识的进一步加深，人类必将从必然王国走向自由王国，从控制、利用原子与原子核发展到控制、利用基本粒子乃至“太极粒子波”。根据现有的“π型三重波粒二象性”与“太极粒子波”理论，我们有望把一份巨大的“弥散能量（波）”通过某种途径集中起来而转化成为一个高速（甚至接近光速）飞行的“巨粒子炮”，例如，可以把现在的激光武器改造成为“巨光子炮”——以光速飞行的“一颗巨大的光子”（根据“三重波粒二象性”的内在关系，我们把“激光谐振腔内输出的受激辐射”不是展现成为数额巨大的多“光子”，而是设法转化成唯一的以光速飞行的“巨光子炮”——它在空中飞行几乎没有衰减，用来拦截导弹简直就是瓮中捉鳖）。 相信“巨光子炮”这种超级武器一定会引起军方乃至世界和平组织的极大兴趣。因为核武器可以毁灭人类，而“巨光子炮”却可以拯救人类。

目前，我们已经达到了控制、利用原子与原子核的时代，纳米技术、放射性与核能早就得到了广泛的应用。我们期盼着人类有效控制、利用基本粒子乃至“太极粒子波”的时代早日到来，以犒劳人类数千年来对于“世界本原”——物质世界基本结构单元的不懈求索！

参考文献：

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《为“中国公式”叫好，把它传遍全中国，把它传遍全世界！》（http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-69650）

《中国顶级媒体关注“第三种波粒二象性”》(http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-53592)

《物理学究竟有哪几大核心公式（物理科学与物理史学的新篇章）？》（http://blog.tech110.net/index.php?uid-1126-action-viewspace-itemid-66957）

《晒一晒甘永超原创成果的科学价值与文化意义》（http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-70145）登上了央视华人频道与国家科技成果网首页啦！

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《[科学界]星光大道：中国顶尖(诺贝尔奖级)科学成果大比拼》（http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-68641）

《科学史上一份最简、最牛的科研总结》（http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-64302）

《【今日科苑】执着追求 誓把“甘永超公式”写进大学教科书中》(http://blog.tech110.net/index.php?uid-1126-action-viewspace-itemid-68062)

《热烈祝贺量子力学两大开山之作（最基本假设）被中国学者统一》(http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-65623)

《大科学家梦寐以求而小科学家想都不敢想的事情：自己的公式、模型被写入教科书中》（http://bbs.tech110.net/viewthread.php?tid=24067）

《寻求“振兴中华重大项目”的立项与支持》（http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-68426）

《“甘永超公式”与世界上最伟大的“十大科学公式”之比较》（http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-68974）

《钱学森之问（续集）得分知多少？》（http://bbs.tech110.net/viewthread.php?tid=26033）

《央视助推我的中国梦》（http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-68317）

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物质世界的基本结构单元：原子、原子核、基本粒子与“太极粒子波”.doc(362 KB)

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