錢維宏

北京大學(xué)物理學(xué)院

在科學(xué)探索中，跨學(xué)科的碰撞往往能激發(fā)出新的靈感和理論。正交碰撞理論就是這樣一種全新的理論框架，它試圖將天文、氣象和地質(zhì)現(xiàn)象背后的物理機(jī)制聯(lián)系起來，為我們理解自然現(xiàn)象提供了一個(gè)統(tǒng)一的視角。本文將探討正交碰撞理論如何揭示宇宙、氣象和地質(zhì)現(xiàn)象背后的統(tǒng)一機(jī)制。

1、 科學(xué)與藝術(shù)的碰撞：從斗牛圖說起

科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合常常能擦出意想不到的火花。物理學(xué)家李政道先生曾邀請(qǐng)畫家李可染先生創(chuàng)作一幅斗牛圖，以表達(dá)重離子對(duì)撞生新態(tài)的前景，這幅畫被放置在清華大學(xué)科技園內(nèi)。畫中兩頭牯牛猛烈相抵，迎面相撞，力量感十足，不僅展現(xiàn)了藝術(shù)的魅力，也隱喻了物理學(xué)中碰撞的奇妙力量。這種跨界的思考方式，或許能為科學(xué)理論的發(fā)展提供新的啟示。

2、 碰撞的思考：楊振寧的啟示

物理學(xué)家楊振寧先生曾對(duì)我國(guó)計(jì)劃建設(shè)100公里長(zhǎng)地下隧道的電子加速器和對(duì)撞機(jī)提出不同看法。他建議中國(guó)高能物理學(xué)界探索新的研究方向，如尋找創(chuàng)新的加速器原理和美妙的幾何結(jié)構(gòu)，以更高效、更經(jīng)濟(jì)的方式推進(jìn)高能物理研究。這種思考方式為我們理解碰撞的意義打開了新的大門。科學(xué)不僅僅是實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，更是思想和理論的碰撞。這種跨學(xué)科的思考方式，也為正交碰撞理論的提出奠定了基礎(chǔ)。

3、 宇宙的膨脹：哈勃的發(fā)現(xiàn)

天文學(xué)家哈勃通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，宇宙中的天體并非靜止不動(dòng)，而是在加速膨脹。這一宇觀現(xiàn)象讓我們對(duì)宇宙的起源和發(fā)展有了更深入的思考。正交碰撞理論認(rèn)為，宇宙大爆炸可能是兩個(gè)舊物質(zhì)正交碰撞時(shí)的前景。這次碰撞時(shí)的爆炸產(chǎn)生了巨大的初始能量密度，形成了大量粒子組成的新物態(tài)。其中的每個(gè)新粒子都在加速運(yùn)動(dòng)，形成了整個(gè)宇宙的膨脹，而它們的目的地分別是太陽、地球和月球的中心，以及其他天體的中心。這種膨脹力，正是我們通常所說的萬有引力。

4、 氣象的奧秘：上拽力的提出

1983年，江蘇省氣象局原總工程師王式中在第2屆亞洲流體力學(xué)會(huì)議上提出了“上拽力”的概念，認(rèn)為龍卷風(fēng)、冰雹、暴雨等強(qiáng)對(duì)流性極端天氣的形成，是因?yàn)榇髿庵谐霈F(xiàn)了上拽力，使得空氣產(chǎn)生了垂直加速度。正交碰撞理論為這一現(xiàn)象提供了解釋：在對(duì)流層的低層，兩股相對(duì)氣候態(tài)參考大氣的水平擾動(dòng)濕水汽氣流以近似90度的夾角正交碰撞，會(huì)在碰撞點(diǎn)產(chǎn)生異常的能量密度和垂直加速度運(yùn)動(dòng)，即形成了上拽力和下拽力[1,2,3,4]。這正是龍卷風(fēng)漏斗云旋轉(zhuǎn)下沉加速運(yùn)動(dòng)的原因，也是雷達(dá)回波顯示積雨云頂?shù)竭_(dá)十多公里高度的原因。

5、 地質(zhì)的變遷：地應(yīng)力的發(fā)現(xiàn)

李四光先生通過長(zhǎng)期的地質(zhì)研究和理論探索，提出了地應(yīng)力在地質(zhì)構(gòu)造中作用的思想，認(rèn)為像青藏高原這樣的高大山脈，需要巨大的地應(yīng)力才能將位于海平面高度的地殼向上抬升到幾千米的高度。正交碰撞理論也為地質(zhì)現(xiàn)象提供了新的視角：在地球地質(zhì)演化的早期，地核與巖漿圈層的角動(dòng)量交換，使得表層巖漿流體長(zhǎng)期向東和向赤道運(yùn)動(dòng)。這種表層巖漿流體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)了位于兩個(gè)半球中高緯度的較厚原始地殼發(fā)生分裂，同時(shí)推動(dòng)分裂的地殼板塊在近赤道附近發(fā)生水平輻合帶上的正交碰撞，形成了青藏高原及其西側(cè)的一系列山脈[5]。

6、 正交碰撞理論：一個(gè)全新的視角

正交碰撞理論認(rèn)為，當(dāng)兩個(gè)水平質(zhì)量力以90度夾角碰撞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的垂直矢量，而其模（質(zhì)能密度）與兩個(gè)水平力之間碰撞夾角的正弦函數(shù)值成比例[2,3,4]。這種碰撞會(huì)產(chǎn)生宇宙學(xué)中的膨脹力、氣象學(xué)中的上拽力和地質(zhì)學(xué)中的地應(yīng)力。

這種理論試圖將天文、氣象和地質(zhì)現(xiàn)象聯(lián)系起來，提供一個(gè)統(tǒng)一的解釋框架。對(duì)于兩個(gè)力的迎面碰撞，它們的夾角為180度，新形成的矢量模為0。只有當(dāng)碰撞夾角是90度時(shí)，形成的矢量模或質(zhì)能密度最大。當(dāng)然，高速迎面碰撞的兩個(gè)體塊也會(huì)被撞碎成較多的碎片。這可能是楊振寧先生提出的，對(duì)撞機(jī)有待幾何研究的思考。

兩力“正交碰撞生新態(tài)”的結(jié)果，無論在數(shù)學(xué)表達(dá)、物理解釋還是幾何圖形上，都是簡(jiǎn)潔而美麗的。人造對(duì)撞機(jī)的目標(biāo)是通過舊粒子碰撞發(fā)現(xiàn)新粒子（新物質(zhì)），“正交碰撞生新態(tài)”是最為經(jīng)濟(jì)和高效的做法。

正交碰撞理論不僅為我們解釋了宇宙的起源，還為我們理解氣象和地質(zhì)現(xiàn)象提供了新的思路。在氣象領(lǐng)域，龍卷風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣的形成可以用正交碰撞理論來解釋[2,4]。在地質(zhì)領(lǐng)域，地球地質(zhì)演化早期過程中的造山運(yùn)動(dòng)也可以通過正交碰撞理論來理解[5]。這種統(tǒng)一的視角，讓我們看到了多科學(xué)之間的內(nèi)在聯(lián)系，也為我們提供了多學(xué)科的新研究方向。

7、 從理論到實(shí)踐：碰撞的驗(yàn)證與應(yīng)用

正交碰撞理論的提出，不僅是一個(gè)理論上的突破，它還為科學(xué)研究提供了新的方法和工具。在天文學(xué)領(lǐng)域，通過哈勃望遠(yuǎn)鏡和其他大型天文觀測(cè)設(shè)備，科學(xué)家們可以尋找宇宙大爆炸的痕跡，驗(yàn)證正交碰撞理論的科學(xué)性。在氣象學(xué)領(lǐng)域，通過計(jì)算機(jī)擾動(dòng)方程組的模擬[6]和氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，科學(xué)家們可以重現(xiàn)極端天氣的形成過程，驗(yàn)證正交碰撞理論在氣象領(lǐng)域的適用性。在地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域，通過地質(zhì)勘探和地震波分析，地質(zhì)學(xué)家們可以尋找地球內(nèi)部碰撞的痕跡，驗(yàn)證正交碰撞理論在地質(zhì)領(lǐng)域的正確性。在其他學(xué)科領(lǐng)域，只要牽涉到與物質(zhì)或者粒子碰撞有關(guān)的研究方向，從宇觀到宏觀和微觀，都可以考慮物質(zhì)或粒子運(yùn)動(dòng)速度和方向的變化做碰撞對(duì)比分析，驗(yàn)證正交碰撞理論廣泛應(yīng)用的普適性。

8、 碰撞的哲學(xué)思考：從混沌到有序

正交碰撞理論不僅是一個(gè)科學(xué)理論，它還引發(fā)了我們對(duì)宇宙、自然和生命的哲學(xué)思考。從宇宙的起源到生命的誕生，從人類社會(huì)的發(fā)展到自然現(xiàn)象的演化，碰撞的力量貫穿其中。這種從混沌到有序的轉(zhuǎn)變，是自然界中常見的現(xiàn)象。正交碰撞理論或許可以為我們提供一種新的思維方式，讓我們更好地理解自然現(xiàn)象背后的統(tǒng)一機(jī)制。

9、 討論：創(chuàng)新需要思想碰撞

對(duì)自然規(guī)律和物質(zhì)的新發(fā)現(xiàn)需要科學(xué)家們的思想碰撞。例如，楊振寧和李政道兩位先生年輕時(shí)的思想交流，為粒子物理領(lǐng)域“宇稱不守恒”理論帶來了突破性的貢獻(xiàn)，獲得了物理學(xué)界的最高榮譽(yù)——諾貝爾獎(jiǎng)。楊先生與中國(guó)高能物理學(xué)界對(duì)如何建造對(duì)撞機(jī)的幾何思考，也是他持續(xù)的思想碰撞。各行各業(yè)，甚至社會(huì)團(tuán)體和國(guó)家的進(jìn)步，都需要不斷地思想交鋒與對(duì)話。任何封閉的和相互脫鉤的做法都不利于社會(huì)的發(fā)展。

10、 結(jié)語：碰撞的未來

正交碰撞理論為我們提供了一個(gè)全新的視角，讓我們重新審視宇宙、氣象、地質(zhì)現(xiàn)象，甚至社會(huì)發(fā)展。它不僅為我們解釋了許多自然現(xiàn)象，還為我們提出了許多新的自然和社會(huì)問題。這種理論的提出，不僅是科學(xué)的進(jìn)步，也是人類思維方式的突破。在未來，正交碰撞理論或許會(huì)成為我們理解自然萬象的關(guān)鍵，為我們打開通往未知世界的大門。讓我們期待，在碰撞的世界中，我們能夠發(fā)現(xiàn)更多學(xué)科中的奧秘，探索更多的未知。

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來源: 錢維宏