摘要　通过对各种物理现象的分析，我认为自然界大量存在着另一种状态的物质——无形态物质。无形态物质是光的传播媒质，无形态物质是物体一切运动规律依赖的基础。在此基础上，我们对大量物理实验都给予了很好的解释。无形态物质是另一种状态的有质量的实实在在的物质，无形态物质是自然界更深层次的存在，它将使人类对自然的认识更加深入，将使物理学更加客观、自然、符合逻辑。

　　关键词　形态物质 ，形态物质 ，物质空间 ，数学空间 ，真空

　　1．无形态物质简介

　　无形态物质

　　自然界中除了我们所认识的各种物质外，还大量存在着另外一种状态的物质 —— 无形态物质。

　　对应于无形态物质我们把常见的物质叫做形态物质。

　　形态物质是可见的；无形态物质是不可见的。

　　形态物质是有结构的，是有形态的；无形态物质是没有结构、没有形态的。

　　原子、电子是形态物质；打个比方，如果把电子比作一棵大树的话，无形态物质就好比是空气，它可以在树枝间任意流动。无形态物质是比常态物质微小得多的另一种状态的物质。

　　——形象一点说，无形态物质可以像幽灵一样穿过形态物质。

　　整个宇宙空间就是充满无形态物质的巨大海洋，各种形态物质处在无形态物质的海洋之中。

　　由于无形态物质是弥散状态存在的，我们用密度来描述它，用来代表它的密度。（密度的国际单位是 ）

　　我们举个常见的例子，在甘油中我们拉动一个和甘油有亲附作用的小球，在小球表面的甘油会被小球带动，紧挨着小球表面的甘油被小球完全带动。

　　如果小球换成篮球，换成地球，它们的影响力是不同的；物体越大影响力越大。

　　同样，由于形态物质和无形态物质之间也有着某种亲和力，形态物质运动的时候也会带动无形态物质。

　　形态物质越大，对空间中的无形态物质的影响力越大。离物体越近，物体对该空间的无形态物质的影响力越大。

　　地球无形态物质

　　那么，我们宏观来看一下地球；地球处在无形态物质的海洋之中。地球的运动会带动它附近的无形态物质。在地球表面无形态物质完全被地球带动着；离地球较远处；无形态物质就完全不被地球带动了。

　　换一句话说，在地球表面，无形态物质相对于地球的速度

　　为零；在远离地球表面处，无

　　形态物质相对地球的速度就是

　　地球的轨道速度 。

　　如图1.1 所示 ，随着到

　　地球的距离不同，无形态物质

　　相对地球的速度是由零逐渐变

　　化到 的。

　　这是我们只考虑平动情况，地球的转动也会带动无形态物质，会使无形态物质形成一个漩涡。

　　整个宇宙空间中各处无形态物质的密度是否都相同呢？

　　不是的，由于形态物质和无形态物质之间也有着某种亲和力，形态物质非常聚集的地方无形态物质的密度相比较而言会大一些。

　　也就是说在地球表面无形态物质的密度比在远离地球表面宇宙空间的无形态物质密度要大一些。

　　无形态物质是可叠加的，空间中某点总的无形态物质密度等于各部分无形态物质密度在该点的代数和。

　　 （1.1）

　　我们进一步由浅入深地看问题。

　　我们说在地球表面，无形态物质被地球完全带动着。那么一辆火车从我们身旁驶过的时候，我们所在位置处的无形态物质会不会被火车有明显地带动呢？

　　我们说火车和地球相比真是太渺小了！火车存在和火车不存在，对我们所处的空间状态没有什么影响，火车对我们所在位置处的无形态物质影响完全可以忽略。

　　在车厢内也是同样的道理。

　　 但是，在物质的内部，如水中、玻璃中，这时由于离分子、原子距离非常近，已经是另一个层次的问题了，物体在该处的无形态物质密度就不可忽略了。

　　在水中，无形态物质的总密度是地表真空中的无形态物质密度与水所对应的无形态物质密度的叠加

　　我们知道探讨物理问题都要建立空间参考系，形态物质相对于某个空间参考系有速度，同样，无形态物质相对于某个空间参考系也有速度。

　　总无形态物质相对于某个空间参考系的速度等各部分无形态物质相对于该空间参考系速度与密度的全权叠加。

　　 （1.2）

　　 我们还是以水流为例，假如水相对于地表空间参考系速度是，我们来看一下在水中总无形态物质相对于地表空间参考系的速度。

　　地球对应的无形态物质相对于地表的速度为0；水流对应的无形态物质和水

　　流一起运动，相对于地表的速度为，所以，总无形态物质相对于地表的速度为

　　真空

　　 现在我们再来看一下真空。

　　人们以前一直认为理想的真空中什么也没有，其实不然。真空只是没有了空气分子，真空中有大量的无形态物质存在着。——真空容器的器壁对无形态物质不会有任何的阻挡。

　　如果真空是在地表，真空中弥漫的就是对应的地表无形态物质，真空中的无形态物质密度就是地表的无形态物质密度；如果真空是在宇宙空间中，真空中弥漫的就是对应的宇宙空间中的无形态物质，真空中的无形态物质密度就是该宇宙空间中的无形态物质密度。

　　物理规律

　　无形态物质具有非常重要的物理性质。

　　无形态物质就是光的传播媒质。——无形态物质之所以不可见，恰恰因为它是光的传播媒质。

　　无形态物质存在的空间叫无形态物质空间，或简称物质空间。

　　对应于无形态物质空间，我们把传统物理中空虚的、平直的空间叫数学空间。

　　无形态物质会相对于某个数学空间参考系运动，也就是说物质空间会相对于某个数学空间参考系运动。

　　但是，物体的一切运动规律不是依赖于绝对的数学空间，而是依赖于物体所处的总的无形态物质空间。

　　我们举一个浅显的例子，鱼在水中游，水相对于河岸流动。那么鱼的受力和运动规律是与什么有关呢?

　　鱼的受力和运动规律是与水流密不可分的，而不是与岸边的数学参考系密不可分的。

　　物体好比是鱼，无形态物质好比是水；物体的运动规律依赖于它所处的总的无形态物质空间，而不是直接依赖于数学空间。

　　相关知识

　　我是1991年创建的《 新物理 》 ，当时我还没听说过暗物质。现在, 国际上有很多物理现象已经证实, 宇宙中大量存在着另一种状态的物质, 并称其为暗物质。

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　　现在国际上最热门的物理实验领域是对“玻色-爱因斯坦”凝聚态的研究。这里简要描述一下实验现象：

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　　当原子冷却到极低的温度时，会发生不可思议的变化。原子的尺寸会增大几千倍，原来像镜面一样清晰的表面变得模糊不清了，彼此可以像幽灵一样一穿而过，而不发生任何偏转。（这和常态物质的性质已经完全不同了，常态的原子如果可以相互穿过的话，我们都可以穿墙而过了。） 成千上万个原子可以重叠成一个较大的球体，该凝聚体有很多奇特的性质……

　　科学家们让光穿过这种凝聚体，发现光在这种凝聚体中的传播速度只有十几米每秒，几乎和自行车的速度相仿……

　　通过这些介绍希望各位对无形态物质的存在状态能有深刻的理解。可以说这种凝聚体也许就是形态物质转化成无形态物质的一个过渡状态。

　　2．无形态物质是光的传播媒质

　　了解了无形态物质，我们会对光以及其它物理基本规律有个深

　　刻认识。

　　光和其它的波动没有本质的区别。它具有波的一切特征， 无形态物质是光的传播媒质。

　　在此基础上，原来经典物理中所有相互矛盾的实验、现象都会变

　　得非常自然、融洽！

　　2.1 光 的 传 播

　　 在剖析各种物理规律之前，我们先把物理学最基本的观念明确一下。

　　牛顿说：“绝对空间，它永不改变，永不移动。此乃空间的本性。它独立自我存在，不与身外事物相干。”

　　“绝对的、真实的或数学的时间，它的本身，而且就其本质而言，总是于任何外界事物无关地均匀地流逝着。”

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　　时间、空间是人们认识世界的标准和尺度 ，是物理学不可动摇的基石 。

　　我的时空观与牛顿经典物理的时空观是一致的。

　　时间是客观存在的，总是与任何外界事物无关地均匀地流逝着。

　　数学空间在其本质上与外界任何事物都无关，永远保持其为等同的、恒定的。

　　速度遵循伽利略叠加原理，质量（引力质量）是守恒的，能量是守恒的，它们不能相互转化。

　　与牛顿经典物理唯一不同的是——我认为物体的一切运动规律不是依赖于绝对空间，而是依赖于它所处的总无形态物质空间。

　　——前面我们打了个鱼在水中游的比方。

　　无形态物质是光的传播媒质，光相对于无形态物质空间的传播速度是衡定的。

　　由波动学可知

　　波的传播速度为： 或 或

　　其中，为固体的切变模量，为固体的弹性模量，为液体或气体的体积模量，为媒质的密度。

　　总之，不管波是在固体还是在液体中传播，波的传播速度都与媒质模量的二分之一次方成正比，都与媒质密度的二分之一次方成反比。

　　由于无形态物质是光的传播媒质，所以可以得出光速 与无形态物质密度的关系式为

　　 (1.3)

　　其中，为无形态物质的模量， 为无形态物质的密度。模量的量纲是（即）。

　　大家都清楚，光在玻璃、水等物质中的传播速度小于真空中的光速。而光在玻色-爱因斯坦凝聚体中传播时，光速已小到十几米每秒。

　　那么这些事实该如何理解呢？

　　我们从无形态物质的角度来理解就非常容易了。

　　在地表真空中，无形态物质的密度就是地表的无形态物质密度 。在地表真空中的光速

　　 （1.4）

　　在水中，无形态物质的总密度是地表真空中的无形态物质密度与水所对应的无形态物质密度的叠加，，水中的光速为

　　 （1.5）

　　由于在玻璃、水等物质中，无形态物质的密度比地表真空中无形态物质的密度大了，光在玻璃、水等物质中的传播速度自然要小于真空中的光速。

　　2.2：《新物理》对著名物理实验的解释

　　经典物理非常自然、和谐，那么，为什么会产生相对论呢？

　　这是因为有一些实验和现象使经典物理非常困难，甚至是产生无可调和的矛盾了，才产生的相对论。

　　这些实验和现象主要有：双星现象、光行差现象、斐索实验、艾里实验、迈克尔逊-莫雷实验。

　　下面我们就从全新的角度来理解一下这些实验和现象。

　　2.2.1 斐 索 实 验

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　　1851年，斐索做了一个非常巧妙的实验。它反映出水可以带动光，然而不能完全带动光，而是以较慢的速度前进。

　　斐索实验测量出在水中传播的光相对于地表的速度是

　　 （1.6）

　　式中 是水流相对于地表的速度，是水的折射率，“+”表示光顺着水流的情况，“-”表示光逆着水流的情况。

　　其中，曳引系数 ，比1小。

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　　如何理解斐索实验呢？为什么水可以带动光呢？

　　因为水带动了无形态物质，所以水可以带动光。

　　在地表真空中，总的无形态物质相对于地球没有运动，而且，总的无形态物质的密度是均匀的，我们用 表示。

　　在水流内部，由于与水分子的距离十分小，水的无形态物质密度就不可忽略了，总无形态物质密度就等于地表无形态物质密度与水流无形态物质密度的叠加。

　　地球的无形态物质相对于地表的速度为0，水流的无形态物质相对于地表的

　　速度为 ，由（1.2）式可知，总无形态物质相对于地表的速度为

　　令 则

　　 （1.7）

　　光在水中传播时相对于这个运动的总无形态物质空间的传播速度是，光相对于地表的速度为

　　 (1.8)

　　因为水带动了无形态物质运动，所以水带动了光。这很好地解释了斐索实验中水对光的曳引现象。

　　下面我们定量地计算一下水的曳引系数。

　　前面我们说过，当光在地表的真空中传播时，光速为

　　 (1.9)

　　当光在水中传播时，光速为

　　 (1.10)

　　把（1.9）式和(1.10)式两边平方然后相除得

　　由于 ，又 ， 代入后得

　　 (1.11)

　　我们知道水的折射率 ，理论上我们来计算一下水的曳引系数。

　　=

　　实验中斐索测得的水的曳引系数 .

　　可见，理论值与实验值非常吻合。

　　2.2.2迈克尔逊-莫雷实验

　　2.2.2.1在 地 表

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　　1876～1887年间，迈克尔逊和莫雷两人做了一个实验，用迈克尔

　　逊干涉仪想测量地表上的“以太风”速度。

　　结果地表上根本没有“以太风”。

　　也就是说，在地表，光是各向同性的。

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　　这个实验如何理解呢？

　　无形态物质是光的传播媒质，光相对于无形态物质空间是各向同性的。

　　在地球的表面空间，总无形态物质相对于地表的速度为零，所以，在地表测量，光显然是各向同性的。

　　2.2.2.2在威尔逊山上

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　　1904年，密勒和莫雷在地表用更精密的仪器做迈克尔逊-莫雷实验，实验结果比1887年迈克尔逊和莫雷所得值更接近于零。

　　后来，密勒超出了地表空间，得到了不同寻常的结果。

　　1921年密勒把实验装置安在威尔逊山上进行，所用方法和以前一样，但实验发现有的正效应，也就是说光相对于地球在以的速度做漂移运动。

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　　可以说密勒实验对相对论是否定的。

　　那么，对这个实验事实该如何理解呢？

　　前面我们分析了，由于高度的影响，在高山上无形态物质已经不被地球完全带动了，也就是说在高山上无形态物质相对于地球已经有一定的速度了，所以在高山上做迈克尔逊-莫雷实验会发现干涉条纹有漂移。

　　2.2.3 光 行 差 现 象

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在地球上，用望远镜观测遥远的任意一颗恒星，发现在地球轨道的不同位置上，我们用以观测的望远镜方向在一年内有周期性的变化。

　　在实际观测中，这个最大的角约等于弧度。

　　物理学家们用“以太”的思想来解释光行差现象，得出的结论是地球相对于“以太”的海洋以 在运动，也就是说地表上有的“以太风” 。

　　这和地表上的迈克尔逊—莫雷实验的零结果是完全矛盾的。

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　　现在我们能很自然的理解光行差现象。

　　如图1.2，假如恒星发出的光以速度 垂直于地球的轨道平面射来；地球带动着它表面的无形态物质相对于宇宙空间以速度运动。

　　当光在远离地球的宇宙空间中传播时，地球的运动对远处的总无形态物质影响非常小，可以忽略。恒星发出的

　　光在宇宙中将依然以速度垂直于地

　　球的轨道平面射来；由于地球相对于

　　宇宙空间以速度运动，在地球上观

　　察，光相对于地球有个反相的速度；

　　所以，在地球上观察，光是从向前倾

　　斜a角的方向射来的。

　　从图上可以看出，观测方向与原

　　传播方向夹角a 的正切值为

　　把地球的轨道速度和光速带入，会得出这个最大a 角约等于 弧度。

　　以上解释与观察事实符合得很好。

　　2.2.4 艾 里 实 验

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　　既然水可以带动光，那么把望远镜中灌满水，人们推断将会看到与无水时不同的光行差现象。

　　在1871年，艾里在望远镜中灌满了水，可是艾里仍然观察到与无水时一样的光行差现象。

　　在以太的框架下，艾里实验和光行差现象、斐索实验等又产生了矛盾！

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　　现在我们能很自然的理解艾里实验。

　　如图1.2，当把光行差实验的望远镜中灌满水后。

　　注意，因为水并没有相对地球运动，水的存在只是使望远镜中总无形态物质密度比无水时大了，总无形态物质相对于地球仍是静止的。

　　光进入地表附近的物质空间后，水的存在并不会影响它的传播方向。所以仍能观测到与无水时相同的光行差现象。

　　2.2.5 双 星 现 象

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　　人们通过对遥远的恒星进行观测，

　　来判断光速是否依赖于光源速度，发

　　现双星系统都很正常，从来没有看到

　　过“魅星” ，进而判断出光速与光

　　源的速度无关。

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　　我们说无形态物质是光的传播媒质，光速与光源速度无关。

　　下面我们来分析一下双星现象。

　　如图1.3，在星球附近，总无形态物质会受到星球运动的带动；所以，当光在星球附近传播的时候，从a、b点发出的光相对于宇宙空间的速度是不同的，但是光在星球附近传播的时间很短。

　　在遥远的宇宙空间，总无形态物质不会受到星球运动的影响；当光在辽阔的宇宙空间中传播的时候，从a、b点发出的光相对于宇宙空间的速度是相同的。

　　所以我们观测的双星系统都很正常。

　　2.2.6电 磁 波 的 延 迟

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　　地球上的观察者使电磁波从离开太阳最近的表面（）往复传播，也使电磁波从离开太阳较远的空间（）往复传播，（发射到太阳系内的行星水星或金星上，然后反射回来。）在地球上计量它们往返时间的时间差，发现在太阳附近传播的光在时间上会延迟。

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　　为什么会这样呢？现在我们很好理解。

　　由于太阳附近的无形态物质密度较大，电磁波在太阳附近通过时速度较慢；

　　在离太阳较远的空间，无形态物质密度较小，电磁波的速度较快。

　　所以，在太阳附近传播的电磁波在时间上会延迟。

　　2．2．7 萨格纳克效应（sagnac效应）

　　1911年，Sagnac发明了一种可以旋转的环形干涉仪。实验原理如图1.4所示。将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉。

　　萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪的角速度和环路所围面积之积成正比。

　　经典理论对萨格纳克效应有很好的解释。

　　下面我们对萨格纳克效应解释一下。

　　为简单起见，我们不妨假定该环路是半径为的圆，并假定干涉仪是作顺时针方向的定轴转动，角速度为. 由于干涉仪的运动不会影响地表总的无形态物质的状态，总无形态物质相对于地表是静止的，这两束光在地表参考系中的速度都应当为 .

　　环路本身的线速度为 ，从干涉仪所在的转动的参考系中看，根据伽利略的速度合成原理，顺时针方向和逆时针方向的两束光的线速度就应当分别为

　　 环的周长为，因而两束光在环中所用的时间分别为

　　两者的时间差为

　　略去二级微小量，得

　　环路包围的面积是 ，因而上式可改写成

　　 (1.12)

　　光程差为

　　因而与上述的光程差对应的条纹移动数目是

　　该式虽是用圆形环路导出的，但对任意形状的环路都适用。

　　我们很好的理解了萨格纳克效应。

　　萨格纳克效应已经得到广泛的应用，光纤陀螺已成功地用于航空、航天等领域，是近20年发展较快的一种陀螺仪。

　　对于光纤陀螺仪，光在介质中传播，其传播速率与介质的折射率有关，也与介质的切线速率有关。这时我们如何理解萨格纳克效应并得到符合事实的（1.12）式呢？

　　如图1.5，设光纤线圈半径为R，光源

　　和探测器均置于A 处。装置相对地表空间

　　以角速度沿顺时针转动，环路本身的线

　　速度为 。

　　光纤会带动其内部的总无形态物质顺

　　时针转动，根据斐索实验中所探讨的公式

　　可知，总无形态物质相对于地表的线速度

　　为

　　从干涉仪所在的转动的参考系中看，光纤内总无形态物质是逆时针转动的，总无形态物质相对于干涉仪的线速度为

　　所以，顺时针传播的光相对于干涉仪的线速度为

　　逆时针传播的光相对于干涉仪的线速度为

　　两者的时间差为

　　略去二级微小量，得

　　环路包围的面积是 ，因而上式可改写成

　　 (1.13)

　　所得结果与真空中的表达式（1.12）相同。

　　对应的相差

　　式中， 为激光波长， 为激光在介质中的波长，为激光在介质中的速度。

　　如果光纤圈绕有N匝，其相移变化为

　　因此，利用光的干涉原理测出后，即能求出转速 之值。

　　我们很好的理解了光纤陀螺仪的萨格纳克效应。

　　朋友们，我们只要站在客观、自然、务实的基础上，重新认真审视物理规律，那么所有实验都变得非常自然、和谐、融洽了！

　　 齐 绩

　　 1991年11月初稿

　　 其后多次润色

　　参考文献：

　　[1] 倪光炯、李洪芳编. 近代物理. 上海科学技术出版社，1979年。

　　[2] 谭树杰、王华编. 物理学上的重大实验. 科学技术文献出版社，

　　1987年。

　　[3] 郭弈玲、沈慧君编. 著名经典物理实验. 北京科学技术出版社，

　　1991年。

　　[4] 《爱因斯坦全集》湖南科学技术出版社，2002年。

　　[5] 蔡伯濂编. 狭义相对论. 高等教育出版社，1991年。

　　[6] F. 因曼, C. 米勒. 今天的物理学. 北京. 科学出版社. 1981年。

　　[7] 马文蔚改编. 物理学. 高等教育出版社，1999年。

　　[8] 张元仲.狭义相对论实验基础.科学出版社，1979年。

　　[9] 黄德民.论物理现象的本质.陕西科学技术出版社，2001年。

　　[10] 雷元星.时空大乱.四川科学技术出版社，2001年。

　　[11] 杨建邺,止戈. 杰出物理学家的失误.武汉 华中师范大学出版社.

　　1986年。

　　[12] 刘启新，《如何解释检测以太风的三种不同结果》.2003 年。

　　[13] 《世界科学译刊》

　　[14] 《自然科学哲学问题丛刊》

　　[15] 《 Scientific American 》 期刊

　　[16] 《物理学报》

A NO-SHAPE-SUBSTANCE IS THE PROPAGATING MEDIUM OF LIGHT

　　——The First Part of New Physics

JI QI

　　( School of Electronic Engineering ,Daqing Petroleum Institute ,

　　Daqing 163318,China.E-mail: qiji8111@163.com）

　　[Abstract] Through analyzing a variety of physical phenomena ,the author proposes that there exists a special kind of substance — No-Shape-Substance . The author believes that this matter is the medium through which light propagates and the foundation on which all laws of motion can be built . On the same foundation we can explain a great many physical experiments as well.

　　The No-Shape-Substance is an actual substance with mass in another state. The No-Shape-Substance is a more profound element in the nature ,which can make people know the nature more thoroughly ,as well as make the physics more objective ,more natural and more logical.

　　Keywords: the No-Shape-Substance, the Shape-Substance, the No-Shape-Substance Space, the Mathematics Space , Vacuum