（11月24日是李政道先生95华诞，谨以此文祝贺。）

2006年3月李政道先生在回答《科学时报》记者的提问中谈到：20世纪的基础科学研究方法，主要特征是“简化归纳”。21世纪对科学的最大的挑战，已不仅是那些已知的物质，还有暗物质、暗能量。所以，我们要立足新的基础科学前沿，一定要将小的与大的联系起来，这个方法可称为“整体统一”。如何在“整体统一”方向着手，我们必须研制出新的、更为精密的实验仪器，必须创造更严格和更广义的理论。

其实早在1985年之前，李政道先生在“真空并不是什么都没有，真空是一种实实在在的东西，是具有洛伦兹不变性的一种介质，它的物理性质是可以通过基本粒子的相互作用表现出来的”［1］提议中，就已经内涵了他的“整体统一”方法。“真空是一种实实在在的东西”指出了真空中存在物质，而真空物质的“物理性质可以通过基本粒子的相互作用表现出来”，就是要我们将“小的”基本粒子与“大的”真空物质进行整体统一的探索、将“小的”粒子形态的基本粒子与“大的”非粒子形态的真空物质进行整体统一的探索、将分散状态的“小的”基本粒子与聚合状态的“大的”真空物质进行整体统一的探索。

将上述进行梳理，与基本粒子产生“整体统一”相互作用的真空物质的基本性质：真空物质是非粒子形态、相互之间具有聚合能力的物质。

自然界中有这样的真空物质吗？我们来看天文学家对暗物质的一个观察结论：“星系是由原子和分子、质子和电子、星体等构成的，在过去几十年里，天文学家得出的结论是，所有这些物质都叠加了一层不可见的‘暗物质’的阴影，正是这种不可见的暗物质的引力决定了星系的结构。换句话说，暗物质是星系间一种神秘的物质，它构成了宇宙物质的四分之一，并通过自身引力将星系内物质聚合在一起。”［2］根据星系在宇宙中的结构与运动规律，我们将天文学家的这一观察结论深化为：在与费米子粒子相互作用的这个层面上（这里不考虑带正负电费米子之间的相互作用的因素），非粒子形态、具有自身引力即自身聚合能力的暗物质，宏观上与星系同为一体、微观上则围抱着星系中粒子形态、相互排斥或相互分散的费米子粒子。为此，我们需要先对暗物质和费米子进行认识。

对暗物质的认识与探索

当前物理学和天文学主流将暗物质作为“粒子形态”的物质去寻找，并为暗物质候选了几种能够穿过物体的、粒子形态的粒子，但是这些粒子形态的暗物质至今都没有得到实验的验证。“粒子形态”暗物质带来的质疑是：如果能够参与引力作用的暗物质是粒子形态的，则每个暗物质粒子就必须或大或小的具有引力质量，当它穿过物体时必然与物体中具有引力质量的重子产生引力作用，终究会或多或少地被重子吸引住而不断地增加物体的引力质量（例如不断增大引力质量的地球将使我们人类在地球上的重量越来越大），这与事实是不符的。而非粒子形态、具有自身引力的暗物质能够更好地解释星系内原子、星体之间的引力作用。

暗物质是对我们目前还未探明的参与星系内和星系团中引力作用的物质的总称。星系是宇宙的组成与运动的基本单元，它的结构和运动特点与星系团的结构和运动特点存在很大差异，因此需要将星系内的暗物质与星系外的暗物质分开进行探索。我们所探索的暗物质是星系内的暗物质。

但是与暗物质产生相互作用的基本粒子又是哪些?它们的特性又怎样呢？

对费米子的认识与探索

费米子是组成原子与物体的粒子，它由重子中的质子与中子、轻子中的带电轻子与中微子组成，它们是直接与暗物质作用的物质。

费米子的粒子之间是相互排斥的。

对于重子即质子和中子与轻子是相互排斥的观点，可以从“现在公认，原子核由质子及中子组成，核中不存在电子”［3］P539，和从便携式中微子探测器的探测结果：“低能量的中微子与原子核内所有的核子发生散射”［4］的物理实验，和高能量的电子中微子能穿过整个物体（例如地球）而不与原子核产生引力作用的实验中得到证明。

对于重子粒子之间是排斥的观点，可从处在同一个原子核内的重子粒子之间存在排斥性的强相互作用力中得到证明。

而不带电的中微子之间不产生聚合作用可作为轻子粒子之间是排斥的证明。

我们讨论的费米子是在与暗物质的直接作用这个层次上的费米子。夸克不与暗物质直接作用，夸克只在重子粒子内的胶子中存在，它与胶子直接作用，它们是比费米子与暗物质更深层次的作用，因此我们未将夸克划分在费米子的范围内。

通过以上对暗物质和费米子的认识，对它们之间相互作用的探索，我们有理由认为真空物质就是已被一部分天文学家通过观察已得出结论的暗物质。经过以上对暗物质和费米子的认识与探索，我们可进一步推理得到费米子与暗物质相互作用的三个规律，即“费米子与暗物质是对立排斥的；暗物质相互聚合而费米子则相互分散；费米子是运动的主动者、暗物质是运动的从动者”。我们可将这三个规律用于对暗物质的性质、对重子的引力场与质量、原子的力学体系与电磁体系、星系内各个层次的惯性系与整个星系结构的探索，用于建立一些物理学新观点和新概念。还可将这些探索与为什么粒子形态的暗物质和引力玻色子至今未找到、与对相对论的完善等结合起来进行。

例如，在地球表面用新的惯性系概念，可解释斐索实验、光行差效应与相对论之间存在的问题，解释迈克尔逊-莫雷实验所出现的零漂移结果，解释非惯性系物质相对地球表面空间运动将产生相对论中所提出的有关效应。

处在科学变革阶段的今天，将哲学与物理学进行融合是一种趋势。“整体统一”方法体现了这种趋势，它是指导我们对基础物理进行突破的方法论，可作为对基础物理进行原始创新的新范式。

参考资料：

［1］蔡华文等编《诺贝尔奖金获得者传》（三）［M］.湖南科学技术出版社，1985年.

［2］中国经济网：方陵生/编译.执著探索"科学狂人"丁肇中与空间站的贵宾之名词解释：暗物质 [EB/OL].2011.5.

［3］陈鹏万.大学物理学手册［M］.山东科学技术出版社, 1985年.

［4］百家号：2017年十大科学发现之首幽灵粒子手携探测器.[EB/OL].