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序    言

交换平衡力学是一门新的力学体系，同牛顿力学、麦克斯韦电磁学、爱因斯坦相对论力学一样，也有自己的适用范围。它试图建立一种能说明基本粒子运动及宇宙宏观天体运动的新统一理论。交换平衡力学有两个特点：一是自主原创特点非常鲜明；二是观点特别“另类”。它从开放体系“新陈代谢”，即同环境进行物质和能量交换的角度来揭示基本粒子、宏观天体运动之间的统一性。如把地球等与生物相对比，提出地球有“吸收器官”—“进口”，有“排泄器官”—“出口”，提出了地球的“血液循环系统”，从这个理论出发讨论了地质运动新的动力来源；又如海洋决定了海洋生物的特点，沙漠决定了沙漠生物的特点，因此不同生物对环境是有选择性的，环境决定生物的存在方式，而元素与环境的关系也是如此，由此提出了元素宏观分布规律。等等。

交换平衡力学把整个物质世界，从太阳系到地球，从原子到光子，都视作开放体系，以环境交换规律、进出口结构理论和交换流理论为基础，如同用一根新的线把物质世界过去看似互不相关的一些现象和性质重新归纳相连，找出它们之间的联系，探讨开放体系同环境的交换关系和适应性变化。如传统的对地球研究方法，存在非常明显的孤立现象，地磁学只简单地研究地球的磁场；地质学不注重宇宙环境交换的影响；地形地貌成因没有跟月球、金星等进行类比。而交换平衡力学则是当前唯一能够把地球、月球的元素构成、磁极结构、圈层结构、地形地貌、地质运动联系起来，用一种理论进行解释的自然科学理论。

本书力求创新与发展，主张放弃某些观点，努力简化物理、化学和天体运动理论，希望建立一种常人容易理解，贴近普通百姓日常思维形式，甚至日常生活中也能见证的理论。提出的许多新观点与传统观点有很大不同，它的完善需要很长的一个过程，不可能一步到位，但目的是提出一种新的分析方法，能够给广大科学工作者带来新的思路。热忱期待大家的参与、批评、指正。

书中多处引用了已故院士陈国达的部分研究成果，在此表示感谢。

绪    论

0．1  基本概念和观点

1．基本概念

交换平衡力学是一种崭新的统一观点的力学。近代以来，物理界已经有许多大师从不同角度，试图建立一种统一的物理理论。与其他力学相比，交换平衡力学统一理论最明显的特征和切入点，就是强调任何物质都必须与外部环境进行物质和能量交换。从这一共性出发，试图建立一种能说明微观粒子运动及宏观天体运动的统一的力学理论，如用新的观点阐释了重力、万有引力、电磁力的成因，探讨了太阳、地球、原子、电子等宏观、微观开放体系持续运动的动力来源，分析了地球交换结构对地壳运动的影响。由此，对许多物理、化学、天文、地质现象提出了非常独特的观点。

因此，交换平衡力学是研究自然界中各种开放体系与外界环境进行物质和能量交换时的运动、变化和发展规律的一门新的力学。

2．基本观点

宇宙中各种体系或系统，不论是有生命的，无生命的，无一不是与周围环境有着相互依存和相互作用的开放体系。不存在与其他体系没有任何联系的，与环境没有任何物质和能量交换的系统，所有系统都必定与外界环境进行交换，这是系统的开放性。

强调这种观点的理论很普遍，如热力学理论就强调开放体系与环境的交换关系。但交换平衡力学的观点是不同的，如：

（1）关于交换量的观点

不同开放体系具有不同的交换量，如较低周期元素的交换量较小，较高周期元素的交换量较大。

（2）关于交换力的观点

从交换角度对物质世界的力进行了划分，认为物质世界的任何力都是开放体系交换过程中直接或间接产生的。物质世界的力可分两类：交换力与非交换力。与交换直接有关的力可叫交换力，如万有引力、电磁力、重力等。与交换无直接关系的力可叫非交换力。如爆炸产生的冲击力。

（3）关于交换结构的观点

为了交换的需要，开放体系会产生与之相适应的结构。如开放体系会形成两极式、混合式、交变式等进出口结构。

进口产生的吸收流和出口产生的释放流，会有明显的运行路线。如在宏观交换流中，地壳的海岭是出口，形成的海底扩张运动，产生了明显的洋壳流运行路线。

吸收流和释放流产生的力作用，会在开放体系体表形成鲜明特征的结构。如地球北冰洋就是吸收流形成的凹结构，南极洲就是释放流形成的凸结构。

（4）开放体系与环境的关系

特定环境对其内部开放体系的运动方式和存在形式具有决定性；反之某种特定开放体系对其生存环境具有选择性，不同开放体系在同一存在环境中的存在几率是不同的。如较低周期元素属较轻的元素，交换量较小，对环境供应的物质和能量需求量较小，所以在物质和能量密度较小的环境存在的几率较大；而较高周期元素属较重元素，交换量较大，需要环境供应较多的物质和能量进行交换，所以在物质和能量密度较大的环境存在的几率较大。

（5）开放体系对环境存在适应性变化

开放体系的运动变化同其存在环境有密切的联系。当存在环境发生变化达到一定程度时，开放体系会产生适应性的变化，且这个变化过程是可逆的。如当环境的物质和能量密度由大变小，不断递减到一定程度时，元素交换量就会随之发生递减，由较重元素向较轻元素转变；当环境的物质和能量密度由小变大，不断递增到一定程度时，元素交换量就会随之发生递增，由较轻元素向较重元素转变，以适应环境的变化。

同时，开放体系运动方式、进出口结构、交换量、交换流等都会随着环境的变化发生适应性变化。

0．2  基本结论

1．开放体系与环境存在对应关系

物质世界最大的统一性，就是物质与环境存在交换性。交换平衡力学进一步认为，物质世界交换统一性的具体表现和要求，就是在物质、化学、天文、地质研究中，应当注意开放体系交换力、进出口结构、体表特征等与环境的对应统一性。

如狮子生活在草原上，以捕食动物为生，一次吃得很多，力气很大，跑得很快，皮毛有伪装色；而人由于以熟食为主，一次吃得较少，力气较小，跑得较慢，皮肤没有伪装色。这是由于不同的生存环境，使狮子和人分别对应了不同的食量、运动特点、生理结构和生存方式。这就是生物与环境的对应性。

同理，开放体系的交换量、交换力、交换结构与环境也存在类似的对应关系。根据交换平衡力学理论，在太阳系中，较重的元素由于交换量较大，适合存在于物质和能量密度较高的环境，构成的行星距太阳较近。同时，由于产生的交换力也较大，由此可突破太阳较大的斥力，也能够前进到距太阳较近的区域；由于获取交换流较容易，只须形成比较简单的进出口结构。

而较轻的元素由于交换量较小，适合存在于物质和能量密度较低的环境，构成的行星距太阳较远。同时，由于产生的交换力也较小，受太阳斥力的影响，也只能在距太阳较近的区域存在；由于获取交换流较困难，必须形成比较复杂的进出口结构。

如距太阳较近的类地行星由较重元素构成，密度较大，但磁场较小；而距太阳较远的类木行星，由较轻元素构成，密度较小，但磁场却都非常明显。

从开放体系与环境的对应关系出发，如果已知存在环境的特点，就可推导出存在于其中的开放体系交换的结构、力学特点、化学构成、运动速度等等。反之亦然。

2．对物质世界的力有了新的认识

交换平衡力学不仅考虑开放体系的外部力作用，而且主要考虑自身在交换过程中产生的力作用。如：

当开放体系与环境处于交换状态时，吸收和释放的流，产生吸收力和释放力，因此开放体系在交换的过程中能够自身产生力作用。

不仅考虑单个开放体系运动的动力因素，而且考虑大量开放体系在宏观环境中分布、排列的动力因素。如星际分子、八大行星在宏观环境中分布的动力因素来源于开放体系对环境的适应性变化。

3．宇称不守恒是普遍规律

认为宇称不守恒并不是微观世界的一种特殊现象，而是物质世界的一种普遍现象。一个开放体系的质量和能量不存在一个恒值，当状态不同时，对应不同的质量，如：

同一开放体系，在相同的环境中，进出口结构不同时对应的不同质量。

同一开放体系，在不同的存在环境，由于交换特点发生变化，对应不同的质量。

当特定的力离开特定的产生环境和开放体系时，这种力就会消失。如太阳系、原子内部、原子核内部是三种不同的环境，所以尽管太阳对行星的万有引力、核对电子的电磁引力、核内部的核力都是由交换直接产生的的力，但它们是三种不同性质的力。

4．开放体系存在丰富的适应性运动变化

传统观点认为，当粒子的运动速率小于光速时，其运动可以用牛顿运动定律来描述；当粒子的运动速率接近光速时，其运动就必须用爱因斯坦的相对论来描述。从交换平衡力学的观点来看，仅仅从速度来看物质运动是非常狭窄的。物质世界最基本的运动就是为了存在的需要，物质世界的运动除了速度，还存在对环境的交换性适应性变化。

环境决定开放体系存在形式、运动方式，开放体系对存在的环境有适应性。开放体系可通过进出口结构、交换量、存在方式、运动方式、交换方式等许多种方式适应环境，而运动速度只是其中的一种适应方式。

0．3  研究方法的特点

当前的各种自然科学理论，越来越繁难，动不动就是大量复杂的公式推导，提出的各种理论，与现实感受差别太大，大量的专业人士都难以看懂，更让普通人越来越难以理解。而科学仍将不断向前发展，那么发展到一定程度时，是不是科学会成为只能极少数人才可以明白的事物？

交换平衡力学则对自然科学进行了极大的简化，通俗易懂，用普通人容易理解，日常可以看到的现象去推导整个物质世界的现象。比如用百姓都看得到的生物新陈代谢的基本特点去看地球、月亮的“新陈代谢”。

整个物质世界愿意让普通百姓了解它，不要让科学研究关上这张大门！

1．宏观环境递变统计方法

传统的多数力学，如牛顿力学、电磁力学、量子力学、相对论力学等，最大的局限性就是物质与环境的关系联系得不够。当然，也有许多力学，如热力学等，都非常强调开放体系与环境的关系，也采用宏观统计方法。但是交换平衡力学把开放体系与环境联系起来的方法有它非常鲜明的特点。

我们知道，任何物质，在性质上均普遍存在递变关系，如我们可以把人按体重，由大到小排列出来，元素可以按电子数的多少排列出来。同样，环境也存在递变关系，如太阳系，随着与太阳距离的扩大，环境物质和能量流的密度不断递减。

交换平衡力学在强调开放体系与环境的关系时，最大改进就是在宏观统计的基础上，把开放体系的递变性质，按环境的递变关系对应地归纳出来，从而大量地发现了物质世界的新的运动规律。

如结合存在环境的物质和能量密度特点，把星际分子的元素构成次数与地壳构成元素的比例进行对比，发现元素对环境的适应几率是不同的。以这一发现为基础，推导出开放体系的各种环境适应性规律。

2．生物类比法

中国自古以来就“天地人合一”的辩证哲学思想。

不论是生物还是非生物，不论是太阳、地球、原子、电子都必须与外部环境进行物质和能量的交换。生物和太阳、原子等非生物的各种运动都服从于交换的需要，那么生物与非生物在交换运动方面肯定存在许多类似的方面。因此，可以通过生物的交换特点，去推导非生物的交换特点。比如：

生物必须通过吸收器官从外界吸收物质和能量，通过排泄器官向外界释放物质和能量。那么开放体系为了交换，是不是也会产生相应的“器官”，由此提出了开放体系的“进出口结构”理论。

动物吸收营养后，产生了运动的力量。同样，太阳、地球通过与外界交换时，产生吸收流与释放流，对应地产生吸收力与释放力。

人体内存在血液循环系统。地球内部也存在有序的物质和能量运动路线，并对地形地貌产生了决定性的影响。

0．4  主要理论

交换平衡力学主要有进出口结构理论、交换流理论和环境交换规律等三大基本理论。

鉴于交换平衡力学是一门新的学科，为了便于理解，可根据生物与太阳、地球、原子、电子等都是物质的一种存在形式，都是开放体系的共性，进行对比。

1．进出口结构理论

（1）进口与出口

生物必须通过吸收器官从外界吸收物质和能量，通过排泄器官向外界释放物质和能量。普通的力学都讲究力的结构、物质的结构，而这里则强调交换的结构。

地球、原子等开放系统为满足与外界的物质和能量的交换，也存在“吸收器官”和“排泄器官”，可产生在时间上、空间上或功能上有序的“进口”与“出口”这种交换结构。开放体系通过“进口”从外界环境吸收物质和能量，通过“出口”把内部的物质和能量释放出去。如地球的北极是进口，南极是出口。

（2）进口与出口的类型

正如生物为适应不同环境的需要，吸收器官和排泄器官存在不同的区别。太阳、地球、原子等开放体系的进出口结构也存在不同类型，可分为两极式、混合式和交变式三种基本类型。不同类型进出口结构的交换流、交换力性质不同，对环境的适应性也不同。

2．交换流理论

（1）吸收流与释放流

人吃进东西，排泄废物。太阳、地球等同样“吃进”物质和能量，“排泄”物质和能量。可把它们进口吸收的物质和能量叫做吸收流（可用J_－表示），出口释放的物质和能量叫做释放流（可用J_＋表示）。吸收流与释放流可合称交换流（可用J表示）。

交换流存在微观流与宏观流之分。如原子的吸收流和释放流都电磁波，属微观流。而地球的海岭是出口，它释放的岩浆属宏观流，向两边扩展，推动洋壳产生有序运动。

（2）交换力

人吸收营养后，产生了运动的力量。同样，太阳、地球通过与外界交换产生运动的动力。可把吸收流产生的力叫做吸收力（可用F_－表示），释放流产生的力叫做释放力（可用F_＋表示）。吸收力与释放力可合称交换力（可用F_J表示）。根据交换流与交换力的对应因果关系，提出了交换流与交换力的关系式：

J F_J

认为释放力和吸收力相互作用形成了物质世界的各种力，并提出交换力公式：

F^－＝F_＋－F_－

根据交换力公式，结合进出口理论，对万有引力、重力的交换成因、八大行星的运动规律及部分电磁理论进行了新的阐释。

（3）物质和能量内、外循环系统

人存在体内的内循环和与环境交换的外循环两种循环系统。地球也一样。

①内循环系统。人吸收的营养都在血液循环系统中运行。血液循环系统又分主血管循环和毛细血管循环。由于地球的南极是出口，北极是进口，构成了地球最大的物质和能量循环系统。交换流在地球有序的物质和能量流循环系统中运行，产生的力作用能形成各自具有明显特征的地质结构，如形成了南极洲这种凸结构和北冰洋这种凹结构。同时，推动地壳物质形成有序的地质运动，如推动大陆作自南向北漂移，对地形地貌产生了决定性作用。

同时，通过对洋壳流运行路线的分析，得出了地球的毛细循环系统基本路线。

②外循环系统。人通过吸收器官和排泄器官与外界进行交换，形成了外循环。而地球、月球从外界吸收流和向外界释放流时，当考虑地球、月球的正面为进口，背面为出口时，进口产生的吸收流与出口产生的释放流相互作用产生万有引力。

3．环境交换规律

环境决定生物的存在方式，不同生物对环境是有选择性的。如海洋决定了海洋生物的特点，沙漠决定了沙漠生物的特点。开放体系与环境的关系也是如此。

如在我们周围的环境，既有大量的氧元素，也有极微量的放射性元素。不能因为都存在同一个环境，就认为它们的存在几率是一样的。

环境决定元素的存在方式，元素的存在形式、运动方式对环境有选择性。轻元素由于与环境物质和能量交换量较小，适合存在于低密环境；较重元素由于与环境物质和能量交换量较大，适合存在于高密环境，提出了元素适应性运动变化方向规律，由此进一步提出太阳能量来源新说，认为太阳的能量不是来源于重氢的聚变，而是来源于轻氢的衰变。

结合交换力公式，讨论了八大行星等宏观开放体系对环境的适应性变化，并提出开放体系与环境关系式：

J＝vρ

交换平衡力学涉及到从微观到宏观的广阔的物质世界，本书的研究绝对难以概括这个复杂的领域中的一切问题，而只能是对这个领域中的一些问题进行了初步的探讨。本书一些新的认识主要是在对前人的理论进行分析、综合和归纳而取得的。研究的成果虽然初步总结和提示了自然界一些运动过程的交换规律，但定性认识居多。交换平衡力学要作为一门分支学科还有漫长的距离。笔者的水平有限，文中的缺陷和不足之处难免不少，同时，虽然发现交换平衡力学理论应用的范围可以不断扩大，但个人研究精力毕竟是有限的，本着抛砖引玉之心，我们期待着专家学者们的批评指正，更希望更多的同行们通过对这一学科在理论和应用上的研究，使其不断地发展和完善，期待催生出更丰硕的理论和实验成果。