【置顶】 从无穷小到无穷大探索物理之谜

从无穷小到无穷大探索物理之谜

中铁16局集团 杨长顺

摘要本文假设宇宙间万物皆由正负粒子组成,正负粒子构成了从无穷小到无穷大的一切物质。试用非传统观念对波粒二象性进行探讨,以既遵守传统物理学定律又不拘泥于传统观念的思路,研究了测量光速与观测光速,指出了粒子群媒介与波粒二象性的关系,介绍了媒介、能量、质量与各种极限速度的关系;根据物质辐射与接受能量的特点,分析了粒子的接受与排斥和引力的关系,设想了不同于传统的新的引力观念;用新的理解与新的思路探讨磁电关系及电流运动,提出了电流不是自由电子的移动,建议在遵守既有定律的前提下,用新的观点去认识电流;通过了解原子结构模型发展史,对核力进行探讨,试图在不违背被广泛认可的物理学定律的前提下,重新认识原子结构;根据天文学家的各种研究成果,得出了宇宙的膨胀与塌陷并存的结论,引出了广义宇宙与宇宙轮回的观念。

关键词粒子;波粒二象性;光速;媒介;引力;电磁;电流;原子结构;宇宙

中国图书分类号:O4-0                              文献表示码:A

1 引言

“易有太极,是生两仪,两仪生四象,四象生八卦。”这是易经八卦给人最基础的概念,如果用阳爻来表示1,阴爻表示0,这概念恰巧就是计算机采用的二进制。天文学家在探测浩瀚无垠的宇宙,物理学家在研究神秘莫测的粒子,在我看来,中国古代的易经八卦早已点破其中玄机,一阴一阳包罗宇宙万象,一阴一阳粒子皆在其中。

可以说,一切物质都由一阴一阳或称作一负一正的两种基子组成,这一负一正两种基子是无穷小,就好比是1和0两个数可以构成无穷无尽个数一样,这两种基子构成了无穷大;也构成了无边无际无穷大的宇宙,构成了磁与电,构成了光明与黑暗,构成了冷与热,构成了引力与斥力,构成了所有看得见摸得着的物质与看不见摸不着的物质。一阴一阳的各种组合构成了世间万物,是物皆有量,所谓质量为零,只是它隐藏了量而你又没有掌握检测到量的手段而已。

人们可能永远也捕捉不到这一阴一阳的无穷小,但人们却要孜孜不倦的探索,通过层层剥皮,探索与发现,才能向这无穷小靠近,才能在研究中有所发现,有所前进,才能推动学科的发展,才能推动自然科学的进步;同样,由一阴一阳组合的宇宙无穷大也是永远找不到边际的,但人们只有积极的探测,才能大步向这无穷大走去,向更深的层次发展,才能推动天文学的进步,才能不断地了解认识这个世界,才能把宇宙演变的命运掌握在人类的手中,才不至于使人类文明在宇宙灾难中消失。

纳米科技以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界,通过更深入的研究,我们一定可以揭开原子、粒子的真面貌,通过对分子、原子、粒子的静态及动态的直接观察,完全可以改变传统的认识,建立新的模型,开始全新的探索。探索需要过程,认识同样需要过程,在这个过程中存在着不同的认识、不同的观点,存在着争议。要允许不同的学术观点同时存在,要百花齐放,百家争鸣,今天的谬论可能是明天的真理,今天的真理可能在明天成了谬论。有人质疑宇宙大爆炸,有人质疑万有引力,又经常有超光速的说法,好啊!有了挑战,有了争论,就有了新的探索与发现,就有了前进的动力。挑战胜利了,就有了新的定律、新的理论;挑战失败了,则巩固、推动了既有理论的发展与进步。

2 测量光速与观测光速

2.1动钟缓慢公式

提起狭义相对论,很多人马上就想到钟表慢走和尺子缩短现象。许多科学幻想作品用它作题材,描写一个人坐火箭遨游太空回来以后,发现自己还很年轻,而孙子已经变成了老头。其实,钟表慢走和尺子缩短只是狭义相对论的几个结论之一,它是指物体高速运动的时候,运动物体上的时钟变慢了,尺子变短了。钟表慢走和尺子缩短现象就是时间和空间随物质运动而变化的结果。

相对论通常是这样进行描述的,当静止参照系中的钟表走时为t0时,在观测参照系看来,运动参照系的钟表的走时为t0假定有一辆高速匀速直线行驶的列车驶过月台,在月台与列车上装有两只完全相同的光钟。根据侠义物理规律不变原理,火车上的人看火车内的光钟,与他在站台上所看到的月台光钟走的一样快,光在两镜之间走一个来回所用的时间,即光钟的周期t0=2h/c。

  当观测者在站台观察火车钟时,由于列车向前运动,光的轨迹沿一等要三角形传播(见图1),传播距离2L,按照相对论观点:2L=ct,,其中L是腰长,t是观测者在站台测得的火车钟的光束走一个来回所用的时间,如果2L=ct,成立的话,显然,t=2L/c>t0,也就是观测者发现火车钟慢了。按照相对论观点:设列车作匀速直线运动的速度为v。


   这可以说是狭义相对论的重要结论之一,由此得出了时钟缓慢因子式√1-v2/c,时间膨胀因子式√1-v2/c2,还有所谓的“双生子佯谬”,这就是所谓的钟慢效应。对此,可以通俗的理解为,运动的钟比静止的钟走得慢,而且,运动速度越快,钟走的越慢,接近光速时,钟就几乎停止了。钟慢和尺缩的原理就是时间进度有相对性,也就是说,时间进度与参考系有关。这就从根本上否定了牛顿的绝对时空观。相对论认为,绝对时间是不存在的,然而时间仍是个客观量。按照相对论的时间观,假设哥哥乘飞船去遥远的星际旅行,弟弟留在地球上,弟弟看到飞船中的时钟缓慢,因而哥哥比弟弟年轻;反过来,哥哥将看到地球上时钟缓慢,弟弟因而较哥哥年轻。究竟谁年轻呢?这就是人们百思不得为其解的“双生子佯谬”,又称时钟佯谬。

2.2质疑动钟缓慢

按照狭义相对论,一个运动的物体看起来将沿运动方向缩短为原来的√1-v2/c2倍,乘在高速飞船中的一个旅客向窗外看去时,见看到球形物体缩成一个椭圆体。可是本罗斯已经证明,一个球形的图像始终保持圆形的轮廓,即使对很大的视角也是如此。戴勒尔早已纠正了相对论带给人们的偏见,按照戴勒尔的分析,缩短的观念肯定是错误的。

根据侠义相对论关于动钟缓慢的论述及公式推导,当观测者与标准钟相对静止时,光在两平面镜间走一个来回的距离为2h;当观测者在站台时,测得火车钟的光束走一个来回的距离是2L。已知光在两镜面间走一来回时,列车上观测列车相对月台的车速为v0,在月台观测列车车速为v,在车上计算列车运行距离,即等腰三角形的下边长为v0t0,在月台计算列车运行距离为vt;因为无论在月台还是在车上观测到的运行距离及车速不变,所以运行距离vt=v0t0,运行速度v=v0,并由此得出时间t=t0。这就证明了相对论关于t>t0的结论是错误的.。光在静止的两镜面间运行2h的速度是光速,因为列车在高速行驶,通过合成列车运行的距离,得出的光在运动中的两镜面间运行距离2L(轨迹),因为2L>2h,t=t0,所以其速度必然大于光速。但如果这样理解的话,动钟缓慢的公式就错了,有关的科幻梦也可以终止了。

狭义相对论的基本原理是光速不变,其结论是:在任何惯性系里观察,光速都不变。有人认为,像激光测距一样,光速不变指的的是在接受与发射(光源)两物体之间光走一个来回的平均速度,因为激光测距在广泛应用,这是一个毋庸置疑的客观存在。在不同的参照系中,不同的观测者观测的是相对于他本人的运动,描述的是相对于他本人的运动轨迹,但观测者无论是乘飞船还是坐汽车都不可能改变激光测距的结果。在这个客观事实的基础上,对于观测者来说,所选取的参照系不同,激光运行的轨迹也就不同;观测者描述实际上已超光速的轨迹及速度必须尊重客观事实,因为观测者不可能改变激光测量的数据与结果,也不可能改变行驶列车中两镜面间的光速。动钟缓慢公式的推导者既然通过速度叠加描述了运行轨迹,就是承认了叠加,既然叠加了,怎么还是光速呢?难道两镜面间的光速也被压缩了不成?这是什么逻辑呢?

对于不同的参照系来说,把斜坡道路看成了平路,自有他的道理,但这却不能改变上坡加油门,下坡踩刹车的事实;在不同位置、不同角度的观测者,可以把一个正方形的桌面描画成不同的平行四边形,但却不能改变桌面的实际形状;视差是不能替代客观存在的。我们可以站在不同的角度去描述测距激光的运行轨迹,但却不能改变激光测距的结果。我们可以承认光速不变的原理,但有极限的光速指的是光在媒介的波动速度,测量者也只能是接受或发射者。对于发射与接收者来说,因为传导媒介的性质、光束发射与运行的特点,通过这些家伙的自我调节与平衡抵消了发射或接收者的运动因素,“测量光速”是不变的。“测量光速”不变,与多普勒效应相关,本来是很容易解释的,但其被相对论曲解后,变得复杂化了。

2.3测量光速与观测光速

“测量光速”的定义:发射(光源)与接收之间光束走一个来回的平均速度是“测量光速”,但我们不能把简单的将其定义为平均速度,“测量光速”的实质是光在媒介的传播速度。因为光速c是光相对媒介的运行速度,与光源及接收者的运动无关,所以“测量光速”不变。对于站台上的观测者来说,列车照在车外地面的的灯光属于“测量光速”,在光束的接收与发射者运动时,相对运动者的光速通过自我调节与平衡,来实现“测量光速”不变的目的。对于单向光路实验来说,可以把“测量光速”理解为光相对于媒介参照系的运行速度。因为地球自转拉动光波传递所依赖的媒介,媒介相对地球近似静止,所以对地球来说媒介参照系也就是地球参照系。

例如:当高速匀速直线行驶的列车车头照明灯光正对着地面接收者的镜面相互接近时(发射与接收连线与列车运行方向平行),保持“测量光速”来回不变的条件是:相对列车的光速在光照出时(光源向观察者)c1=c-v,在光折返照回来时(观察者向光源),c1=c+v,v是发射与接收者相互接近的运行速度;当列车车尾灯光正对着地面接受者的镜面,二者远离时,对于列车内的观测者来说,在光照出时(光源远离观察者)c2=c+v,光折返后转换为(观察者远离光源)c2=c-v,v是发射与接收者相互远离的运行速度。加减之变化是针对运动的光源及观测者的调节与平衡,无论光源还是观察者只要不动,观测到的光速c就不变。

光相对运动的光源或观察者的速度有叠加,但不可随意叠加,而是按需叠加,叠加是为了保持“测量光速”不变,也就是相对媒介参照系光速不变。“测量光速不变”和多普勒效应是相关的,媒介按多普勒效应调整频率平衡发射与接收者的运动对测量光速的影响,使其达到“测量光速”不变的目的。“测量光速”不变,符合相对论理论所依靠的有关光速不变的所有正确实验结果,也符合来回光速的平均值保持光速不变的测量常识。“测量光速”不变符合多普勒效应,而相对论的光速不变与多普勒效应是矛盾的,这中间肯定有一个错了,正与错不可混淆,二者必选其一,我选相对论错了。

“观测光速”的定义:观测者在不同的参照系,观测光束的运行速度,“观测光速”也包含了“测量光速”。观测者相对媒介静止时,观测光速叠加速度为0,与“测量光速”同样与都是c。对于置身发射与接收事外的的观测者来说,你是光束运行的局外人,只是个旁观者而已,你的伪气功还没有练好,发不出能量去管人家,也只能随人家按自身规律运行了。因为没有了发射与接受间波动条件的限制,所以,“观测光速”是可以叠加的,也就是可变的。例如:对于站台上的观察者来说,固定在高速匀速行驶的列车上的两镜面间的光速属于“观测光速”,是可以叠加的。事实上,“观测光速”超光速无处不在处处在,可举的例子很多。

我们承认有关光速不变的大量精确实验,但必须看清楚,实验支持的是“测量光速”不变。长期以来,因为一些研究者忽略了媒介的存在或媒介的性质,误解了光速不变实验结果,把“测量光速”与“观测光速”混淆,用错误的认识、错误的方法,推导出了那个错误的时钟缓慢因子式。并由此导致了许多人对相对论的质疑,对光速不变的质疑。有很多人举例驳斥光速不变,例如:假设飞船和地球同时以光速向相反的方向运动,那么以地球为参照物,飞船就是以2倍光速在飞离地球。同样以飞船为参照物,地球也在以2倍的光速在飞离飞船。在这个例子中,因为飞船与地球之间没有光束接收与发射的因果关系,所以,光速是可以叠加的。

狭义相对论的公式来源于为解释迈克耳逊—莫雷实验结果所做的各种尝试,最早提出收缩假说的是洛伦兹,爱因斯坦发扬光大了这种假设,形成了罢黜百家,独尊收缩的局面。原本基于一个错误理念的理论及公式,经过多年的修修补补,误打误撞,竟然成了曲线拟合,居然成了可以解释一些实验数据和自然现象的近似曲线。这也成了尽管很多人认识了其错误的一面,却很难将其撼动的原因之一。

相对论的光速不变理论出自对有关实验结果的片面理解,面对众多的质疑,一些相对论的捍卫者们不是认真反省,而是不断地发展类似于“白马不是马”的诡辩论,努力自圆其说,想法设法否认“观测光速”超光速的事实存在,其结果是越抹越黑。我认为,科学研究要依据实实在在的数据,我们需要的是承认客观事实,正确理解“测量光速”不变的实验结论,合理的运用实验结果去充实有关理论,但不要“张冠李戴”,不要是陷入诡辩术的怪圈,不要咬着屎橛子打滴流,争议不切合实际的不变速度。

3 关于波粒二象性

3.1对媒介的认识过程

上个世纪科学家通过对光的研究,作出了极具意义的贡献,其中之一,就是玻尔发现的波粒二象性。量子力学将这一理论描述得很详尽,简而言之,就是粒子的运动具备着既是粒子单体同时也是一种运动波的两象属性。

在相当长的时期内,人们将波理解为某种媒介物质的力学振动。这种媒介物质被称为波的荷载物,如空气就是声波的荷载物。那么粒子波的荷载物是什么呢?上个世纪一些科学家认为空间不可能是空无所有的,它被以太这种媒介物质所充满。以太虽然不能为人的感官所感觉,但却能作为荷载物传递光波,传递磁力和月球对潮汐的作用力。但在狭义相对论确立以后,以太被物理学家们所抛弃。人们接受了电磁场本身就是物质存在的一种形式的概念,而场可以在真空中以波的形式传播。

现代物理学认为,光是一种电磁波,电磁波是电磁场自身的运动(变化),它不需要任何介质传媒,电磁波和机械波具有相同的性质,即能发生反射、折射、干涉、衍射等;又具有不同特点,如机械波传播需要有介质,电磁波传播不需要介质。物理学家认为,既不可能把光当成宏观观念中的波,也不可能把光当作宏观观念中的粒子,光应是大量粒子运动的概率波。

只要振荡电路有足够的振动频率,开放的LC电路就可以有效的向外界发射电磁波,振荡电路中的自由电子运动产生无线电波。在没有媒体的情况下,无线电波也应该是粒子运动的概率波,若粒子在空间没有媒介传播,虽然表现出波的性能,但很难形成横波,传播距离越远粒子间距越大,在足够远时,接受没有媒介的粒子波还是困难的,只怕是要到处移动接受设备才能设法收到。事实上电磁波被定义为横波,我认为这是由粒子的纵波引起的横波,这就是说,电磁波的传播在空间还是有媒介的;电话线中如果不通电,话是送不出也接不到的,在电线中,电流就是电磁波的媒体。可以说,机械的以太论虽然死亡了,但以太概念的某些观点如:不存在超距作用,不存在绝对空虚意义上的真空仍然活着,并具有旺盛的生命力,以太不存在,但媒介不能否。

人们的认识是在不断发展的。到20世纪中期以后,人们又逐渐认识到真空并非是绝对的空,那里存在着不断的涨落过程(虚粒子的产生以及随后的湮没),这种真空涨落是相互作用着的场的一种量子效应。又何止这些呢?人们研究的各种粒子不都在空间穿行吗?来自四面八方的粒子在空间高速运行时,必然有碰撞、有湮没也有反弹,可以说,空间不空粒子横行。这些粒子有以光速运行的,也有漂浮游荡的;有带电粒子,也有不带电粒子;有明物质,也有暗物质;有已知的粒子,更多的还是未知的粒子;加上虚粒子的产生及随后的湮没,以及电、磁、等离子体,还有原子、分子等,各种各样的粒子、离子、还有原子、分子,它们虽然相互分离,但又相互作用、碰撞、吸引、结合演变,形成了粒子群空间,形成了粒子与场的互相对应。各种粒子活动时所辐射的电、磁与其他宏观物体辐射的电、磁一样,是一种正负超微粒子的组合,活动的以及耗尽能量不活动的正负超微粒子遍布太空。

可以认为,任意两个物体之间都存在着相互作用的粒子及微粒子流,这种或明或暗的物质又充当了这两个物体之间交换能量、传递信息的介质;可以把这个不同于固体、液体、气体,随机变化的概率介质称为“真空”或命名为“粒子空间”。这种“真空”介质不是绝对静止的以太,是相互作用、相互转化,杂乱无章变化、静止、游荡、运动的粒子及微粒子,所谓的宇宙空间就是这样的粒子空间。

“真空”媒介受物体引力作用,有流向强引力源的趋势,可以随大气层同步运动,可以被黑洞吞噬,可以被物体运动带动,可以随星球自转运动,是实实在在的微物质。媒介受引力作用的效应运动,但随着与引力源的距离增加被带动的效应层层减弱。正因为如此,地球相对媒介的近似静止并不影响太阳相对媒介的近似静止,并不影响对光行差现象的解释。因为每一个物体都存在和它四周所有的其它物体互相交换能量的关系,它们互相发射、接收对方的礼品,激活了彼此间的“真空”媒介;所以,在一定的距离内,媒介近似均匀、各向同性,无论用任何参照系,“真空”媒介都能公平的服务。

3.2光速与媒介的关系

根据真空存在粒子群媒介这一事实,大量粒子的运动不可能是孤立的、不可能不对其它粒子产生影响,影响包含着演变、激活等已知和未知的复杂过程,这种影响的结果伴随着相互扰动,扰动的结果就是波,扰动波的频率、波长、波速与粒子运动的能量及概率有关。可以说,粒子激发波动,波助粒子运动,粒子随波逐流,波粒二象性就是运动的粒子及受其干扰的媒介物相互作用形成的,没有媒介就没有波动。可以认为,如果发射源的辐射或振动能量不足,运行的粒子不能激活媒介,远低于波动光速运行的粒子束则具有明显的粒子性能。

由于媒介受引力作用,有流向引力源的趋势,在大引力源附近必然弯曲,远距离的媒介不是绝对的各向同性。雷达波回波延迟是因为“真空”媒介受太阳引力作用的流向趋势,引起传播“渠道”的各向不同性或称弯曲所致,这种弯曲也包含了同样被引力作用的“波粒二象性”的粒子。在宇宙空间,光及运动波粒的轨迹与引力或斥力相关,所谓的引力场中的光速变慢和光线偏移,是“真空”媒介流向引力源的趋势及运动粒子被引力吸引的表现,而不是相对论的钟慢尺缩效应。

光波与声波同样具有多普勒效应,充分说明了光的波动对媒介的依赖性。在太空活跃与隐藏的各种粒子、电、磁、以及虽然沉寂但随时可以被激活的正负超微粒子构筑了“真空”媒介,其特点是单位时间内传播的波速是光速,各种粒子纵向(不含绕行)运行速度的极限是光速,也就是:C=λf(光速=波长×频率)。光速不变(测量光速),变动的是波长与频率,不变规律证实了媒介的存在,但如果忽视了媒介,就会将“测量光速”与“观测光速”混为一谈。物理学的正确定义与公式应符合特定条件下“真空”媒介限制光速的客观规律,同样,对“测量光速”超光速的探讨也离不开媒介。

像激光测距一样,光速不变指的的是接受与发射两物体之间的速度,也就是“测量光速”因为激光测距在广泛应用,这是一个毋庸置疑的客观存在。在这个客观事实的基础上,观测者所选取的惯性系不同,对于观察者来说,激光运行的轨迹也不同;相对观测者来说,描述超光速的轨迹存在也是客观事实,因为观测者不可能改变测量的数据与结果。光速的研究对象应该是“接收光速”,对“观测光速”的长期争论是一个怪圈。科学研究要依据实实在在的数据,我们需要的是承认客观事实,而不是陷于诡辩术的怪圈,捏造想象的不变速度。

3.3超光速探讨

实现“测量光速”光速不变的基础是运行粒子的质量及能量,同时还要依靠两物体相互间“真空”媒介相对的性能。一般情况下,“真空”中运行的粒子为光速是随机变化的大概率事件,光速不变指的是有条件的极限速度。因为辐射能量与自身性能的差异,粒子在形成稳定的波粒二相运动前的运动应该是不稳定的,这种活动在“真空”发生在瞬间、距离超短,随着波动的产生稳定为光速。在非真空媒介中,可以观察到媒介及其它因素的影响,这就是“切伦科夫辐射”,在特殊条件下就有了超光速的结果。各种粒子、超微粒子在空间运行时,由于自身能量、质量的原因及媒介环境变化,打破光速极限的可能性是存在的,我们不必为超光速现象惊讶,有关实验的错误并不代表争论的结束,也不代表超光速不可实现。

所谓光速不变,是依托“真空”媒介运动的一般基本粒子运行及波动的大概率事件,我这里所说的大概率事件,依据的是目前大家认可的科研结果。但光速并不是宇宙速度的极限,多年来,不断有超光速的证据出现。事实上,各种极限速度都是有条件的,因为媒介变化的原因,光在通过真空以外的其它透明媒介时,它的传播速度总是小于真空中的光速。

我们可以参照光电方程:hv=mv2/2+w及类似于流体力学的能量方程:N=mv2/2,将粒子束速度、能量、质量、媒介之间的关系表述为:E=amv2/2;式中:E—能量;a—媒介系数;m—质量;v—速度。波速由媒介确定,所谓的极限只是相对于某些物质的能量及媒介而言,例如光速、声速就是这样。可以认为,绝对的极限是没有的,光速不变的条件是:c2=2E/am,当a等于2时,就是爱因斯坦的质能关系式。可以根据上述公式,结合各种试验结果及我们观察了解的有关现象及规律探讨超光速实验,研究各种接近、等同光速或超过光速、甚至远远超越光速的现象。

作为媒介,粒子空间的均匀性是相对的,粒子空间在不同条件下的微弱变化完全可以影响到光速的变化;除了媒介变化原因,如果有关粒子的运动能量及质量与其它按光速运行的粒子不在一个量级,其极限速度自然不同于光速。和声波在空气中的传播速度是音速,但飞行器能量足够大时可以超音速一样,粒径非常小、能量足够大的粒子或粒子流超越光速则是很正常的物理现象,我们不必大惊小怪。而事实上,量子纠缠的速度比光速还快,甚至有的实验显示已经快到了和光速不在一个量级。

有的研究者认为量子纠缠存在超光速现象;但也有人认为量子力学中微观粒子并不是界限分明的,超光速描述是假象;我认为,只有承认存在超光速现象的学者才能研究超光速现象,而死守光速不变理论的学者总能找到驳斥超光速现象的所谓理由。事实上,如果和已知粒子不在一个量级的未知超微粒子,其运行能量及波动媒介和已知粒子不在一个量级,那么这种超微粒子或粒子流的运行及波动速度和光速同样不是一个量级。

4 关于引力与斥力

4.1四种相互作用力

   现代物理学认为,宇宙存在并且只存在四种自然基本力,它们是万有引力、电磁相互作用力、强相互作用力和弱相互作用力,大自然万物都是由这四种自然力构建起来的

1、万有引力,乃任何有质体(即有质量之物)之间的相互吸引力。牛顿发现所有的东西一旦失去支撑必然会坠下,继而他发现任何两物体之间都存在着吸引力,而这引力更与距离的平方成反比,总结出万有引力定律。万有引力是一种既能将星系结合起来,又能引起一根针下落的力,是四种基本力中最弱的力。两个物体的质量越大、相互越靠近,它们之间的吸引力就越强。许多科学家认为,引力是由一种叫做重力子的粒子携带的,但至今没有人在任何实验中找到它们。

2电磁力,乃是带电荷粒子或具有磁矩粒子通过电磁场传递着相互之间的作用。法拉第发现了某种具有深远意义的事情--尽管表面现象不同,但是电和磁仅仅是同一个基本现象的不同的方面。 1861年,苏格兰理论家詹姆斯·麦克斯韦成功地把法拉第的发现转换成数学语言。其成果就是现在著名的麦克斯韦电磁方程组。这些方程阐明了电与磁实质上的统一性。电磁力是四种基本力中第二强的力,作用于电子等所有带电荷的粒子之间。作用于固体原子和分子之间的电磁力使固体具有硬度,这种力也具有磁性和发光的特性。携带电磁力的粒子叫光子,它也是产生光线的粒子。

3、强核力是四种基本力中最强的力。它存在于一个原子的原子核(核)内,把原子内的中子和带正电荷的质子结合在一起(质子经常试图互相推开,如果没有强核力,它们将相互飞开)。载有强核力的粒子叫做胶子。与万有引力和电磁力不同,距离增大时,强相互作用急剧减小,它的作用范围约10-15~10-16 m即原子核的大小,超过这个界限,这种相互作用实际上已经不存在了。”

4、弱核力是四种基本力中第二弱的力。它引起放射性衰变(原子的原子核破裂),称为贝塔衰变。放射性的原子不稳定,是因为它的原子核容纳了太多的中子,当贝塔衰变发生时,一个中子变成一个质子,释放出电子(这种情况下称为β粒子)。弱相互作用是由W粒子和Z粒子传递的。弱相互作用力也是短程力,作用里程小于10-16m,与强相互作用的相对强度是10-15

5、四种力的比较

名称

相对强度

被作用粒子

举例

作用力程(m)

媒介

强相互作用

1

强子

核力

10-15~10-16

介子、胶子

电磁相互作用

1/137

强子、e、μ、γ

原子结合

光子

弱相互作用

10-15

强子、轻子

β衰变

<10-16

中间玻色子

引力相互作用

10-39

一切物体

天体之间

引力子

4.2关于短程力

一、强相互作用力

最早认识到的质子、中子间的核力属于强相互作用力,是质子、中子结合成原子核的作用力,后来进一步认识到强子是由夸克构成的,强相互作用力是夸克之间的相互作用力强相互作用力最强,也是一种短程力。其理论是量子色动力学,强作用是一种色相互作用,具有色荷的夸克所具有的相互作用,色荷通过交换8种胶子而相互作用,在能量不是非常高的情况下,强相互作用的媒介粒子是介子。强作用具有最强的对称性,遵从的守恒定律最多。强作用引起的粒子衰变称为强衰变,强衰变粒子的平均寿命最短,强衰变粒子称为不稳定粒子或共振态。

我认为,粒子不是传统理论标准的圆球形模式,也不是超弦理论的一维弦的不同振动模式。我们所探讨的粒子是微粒子,它们与宏观的粒子例如砂、石子一样形状各异,粒子间的结合不仅仅是点的连接,也存在面的连接。我认为强相互作用力的结合不是点的连接,而是面的连接,与宏观的粘接一样,把粒子结合在一起不需要通过交换8种胶子而相互作用,也不需要介子做媒介,而是需要一种“胶水”。这种“胶水”就是正负超微粒子在特定条件下形成的超微胶流,可以认为这种超微胶流是电磁流,这种胶结就是电磁力的体现,远距离为场,在一定条件(如超高温和高压)下,近距离转化为胶。这种通过面接触的胶具有很强的粘接力,也就是强相互作用力。同时,这种胶体具有弹簧一样的性质,压缩时为斥力,拉伸时为引力,拉得越长,作用力就越强,即当作用粒子间的距离越大时,强作用力就越强。但超过界限时,也就是超过了它的作用范围,这种相互作用实际上已经不存在了。

二、弱相互作用

最早观察到的弱作用现象是原子核β衰变。后来又观察到介子、重子和轻子通过弱作用的衰变和中微子散射等弱作用过程。弱作用的力程在四种作用中是最短的,在低能过程中可以近似地看作是参与弱作用过程的粒子在同一点的作用。分析实验的经过发现,费米子在一点的弱作用(称为费米作用),是两个费密子弱作用流的耦合,所谓弱作用流相当于电磁作用的电流。耦合常数G与质子质量二次方的乘积是无量纲的,比电磁作用的精细结构常数小1000倍。这个比例反映了两种作用在低能下强度的差别。

60年代格拉肖、温柏格、萨拉姆三位科学家提出弱电统一理论,把弱相互作用和电磁相互作用统一起来,这种统一理论可以分别解释弱相互作用和电磁相互作用的各种现象,并预言了几种新的粒子,他们因此荣获1979年诺贝尔物理学奖,1983年实验发现了理论中预言的粒子,进一步证明了理论的正确性。

在量子力学中,粒子从初态到末态的跃迁,涉及到粒子的湮灭与产生。可以近似的用费米公式和量子场论的相应公式进行计算。计算中,4个费米子(中子、质子、电子、电子中微子)通过一个中间玻色子联系。通过跃迁前后费米子场与玻色子场的关系,将弱作用力的耦合常数电磁精细结构常数(也就是电磁力的作用强度1/137)进行替代,引入距阵元与费米相互作用常数的关系。计算出W、Z光子的理论质量。这个计算结果与实验相符。从而反过来证实了弱电的统一性,即:弱相互作用与电磁相互作用是一种力。

约翰马隆著《科学难解之谜》中的一段话说得非常清楚:在基本粒子层面,引力基本不起作用。一个电子和的一个质子组成的氢原子,靠的不是引力,而是强度更大的电磁力。我认为弱相互作用的确是电磁相互作用力,但它是一种原子核衰变过程中点接触的电磁力,其所以弱,是因为点的接触,而不是面的连接。

4.3关于长程力

万有引力定律是牛顿在1687年于《数学原理》上发表的。定律指出:两物体间引力的大小与两物体的质量的乘积成正比,与两物体间距离的平方成反比,而与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。万有引力用公式表示为:F=Gm1m2/r2其中F为两个物体之间的引力,G为万有引力常数 6.6720×10-11Nm2·kg,r为两个物体之间的距离,m1 m2分别为物体1及物体2的质量 。

在真空中两个点电荷的相互作用力用库仑定律表示:F=kq1q2/r2,式中q1 q2分别为两个点电荷所带的电量,k为静电引力常数9.0×109 N·m2/C2,r为两个点电荷之间的距离。由于同种电荷相排斥,异种电荷相吸引,F可以为引力,也可以为斥力。库仑定律可以说是一个实验定律,也可以说是牛顿引力定律在电磁学中的“推论”。如果说它是一个实验定律,库仑实验起到了重要作用,而电摆实验则起了决定作用;即便是这样,库仑仍然借鉴了引力理论,模仿万有引力的大小与两物体的质量成正比的关系,认为两电荷之间的作用力与两电荷的电量也成正比关系。

我们知道,万有引力是作用于宏观物体之间的长程力,而电磁力也属于长程力,并且两者都遵循迭加原理。任何物体都是由原子或分子构成的,拿两个氢原子来比较,它们中间既存在斥力又存在引力,斥力有两个原子的质子和质子之间的库仑力以及电子和电子之间的库仑力,引力有第一个原子的电子和第二个原子的质子之间及第一个原子的质子和第二个原子的电子之间的库仑力;又由于电子在运动着,它们之间彼此还存在磁力(包括电子自旋产生的)作用,可能是引力,也可能是斥力。所有由原子结合成分子的形式都与原子和原子之间的电磁力有关,这在分子化学中很清楚,正因为电磁力的存在,物质微粒结合形式不同,才造成了物质分子的多样性。由于既存在电磁斥力又存在电磁引力,分子力有时表现为引力有时表现为斥力。

4.4引力与斥力的统一计算公式

像地球上的动物在呼吸、吃喝又在排泄、消耗一样,世界上所有物体都在用向外辐射能量同时又接受能量的方式表现自己、演变自己,辐射及接受能量也是一个发射及接受粒子的过程。可以这样认为,两个物体辐射出的粒子,被对方捕捉、吸收,则吸收方产生引力;反之,发生弹性碰撞,则碰撞方产生斥力;如果是穿过对方扬长而去,也有有可能会产生引力或斥力。引力与斥力是两个物体彼此交换辐射粒子时激发的能量,因为无论吸收还是排斥都要产生波动,力的传递随波逐动,所以引力及斥力具有波粒二象性。引力与斥力是两个物体相互间众多的辐射粒子杂乱无章的运动、相互接受、相互排斥的结果,这里面存在着大量的随机现象。

对于两个物体来说,彼此发射的粒子或穿过对方扬长而去,或被对方吸收、碰撞,也有途中的消耗和相互作用,即粒子间的吸引、碰撞、淹没,在吸收、淹没、碰撞、或彼此穿过的过程中,相互间由各种作用产生的引力压倒了斥力,结果就是引力,反之就是斥力。活动中的引力大于斥力可表述为:F1>F2,对于F1及F2的研究应采用概率与数理统计的方法。引力:F=F1-F2,引力同样具有波粒二项性,但可能参与的粒子太多、太复杂,正是因为这样,在研究万有引力时,对引力子的探测是难以实现的,对引力波的探测也很艰难。可以认为,引力就是“力”,是两个物体彼此交换能量,通过“真空”媒介(粒子空间)引起的“力”,我们研究的对象是“力”,是传递力的微粒子及超微粒子,这种微粒子及超微粒子来源于相互作用的物体,激活了粒子空间的相关物质形成了传递力的波。

我们可以通过查找和研究物体间万有引力的作用粒子来研究引力波,由于引力是事实存在的,忽略了产生引力的原理而消极的探索引力波的意义是不大的,甚至是劳民伤财的。

两个物体像是两个动物一样,吃了对方提供的食物是和气,就有了引力;拒绝了对方、反感对方,就是斥力;当一方比另一方强大时,引力与斥力由强大的一方决定,它可以打走对方,也可以强行拉过对方。力的大小与距离有关,无论是波还是粒子都随着远离发射物而减弱能量,随着距离的增加,与辐射方向垂直的单位截面积内的粒子密度减小。假设粒子由球形物质均匀向四面八方发射,发射的密度与自身质量成正比,发射中心单位面积的粒子密度为A,球的表面积:S=4πr2, 发射物体中心到接收或排斥物体中心的距离为r,从发射物体运行到接受物体后,粒子的密度为:v=A/S= A/ 4πr2。假设引力或斥力系数为B,接受与发射能力与物体的质量、电量、或其它能量N成正比,那么作为引力或斥力,无论是万有引力还是强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用,都可统一表述为:F=ABN1N2/4πr2=CN2N2/r2;F是两个物体相互作用力的代数和。近距离时,受物体形状及其它因素影响,系数c有一定的波动,例如地球表面的引力就是变化的。

宏观物体的吸引与排斥除了电磁力外还有借助气流的吸过来、吹过去,这些我们通过吹气或吸气就可以实现。万有引力和电磁力:可能是产生引力或斥力的双方彼此接受了来自对方的物质而产生了朝向对方运动的能量,也可能类似于宏观的吹气或吸气靠波动作用,也可能二者兼有之。如果是第一种情况的话,有可能探测不到或很难探测到相关的波动。

5  关于电磁关系

5.1电磁与正负超微粒子

产生电磁的正负超微粒子组合存在于空间、存在于物体内部,无处不在,处处在。量子纠缠信息的传递、各种引力的发生都需要依靠相关物质才能实现,这些传递信息、作用力的超微粒子与产生电磁的超微粒子一样是我们熟知而又不明的物质,我们需要破除迷信、打破传统来层层剥皮,不断地向无穷小探测,才能逐步拓宽我们的视野,带来新的发现、新的发明。

一般情况下,游荡在空间或躺在物体内的正负微粒子组合是沉寂的,由于它“睡着了”,不活动,不表现能量,是看不见、摸不着的暗物质;但若有合适的条件,它就被唤醒、激活、聚集、运动、形成磁场、电场,表现出磁力、电力、磁感应强度、电场强度,表现出强大的能量。可以认为,磁是运动的正负微粒子组合流,磁铁好比是积聚磁源的磁库,被磁铁内部环形电流激活的磁粒子流由S向N的运动使磁铁聚集了磁场,磁场由N向S的运动使磁铁形成了正负极。正负微粒子流以磁的特性组合运动为主时为磁;磁通过能量转换及演变,以电的特性组合运动并获取高速运动能量时为电;这就是:磁生电,电生磁,也是典型的能量间相互转换,变压器工作就是从电到磁再由磁到电的能量转换过程。也可与认为,磁与电是同一类正负微粒子组合体,其聚集运动为流,扩散开来即场,在不同的条件下,以不同的组合运动,展现不同的面孔。正负微粒子组合体在一定的条件下形成了磁流,磁极是成对出现的,分离了就不成为磁,磁场是微粒子流的场,磁单极子是不存在的。

5.2电流的产生

将通电导线放置在磁场时,只要导线不与磁力线平行,磁场对电流的作用力通常称为安培力,安培力:F=BIL。也可以认为,安培力是围绕电流的旋转磁场与外部磁场相互作用产生的电磁力,电动机的工作原理就是基于安培力,其力矩可以使电动机转动,将电能转化为机械能;反过来,发电机的转子转动时切割磁场,产生感应电动势,使部分沿磁力线运动的粒子流受激演变、重新组合、改换门庭,在演变过程中释放出来的电能量被从导体外引入导体内,通过转换演变为电流,最终机械能被转换为电能,这个过程就像水泵把水泵入管道。

在粒子空间,围绕通电导线的粒子群或在通电过程中从导体内被排挤出的粒子群受激演变,形成了磁场,磁感应强度由内向外逐步减弱。电流是导体内按其自身规律纵向运动并变化、波动的超微粒子流,其环向闭合为磁、纵向运动为电;雷电自天而降,电流在空间;供电传输,电流在导体。除发电机外,将化学能直接转化为电能的电池、半导体界面的光生伏特效应、夏季积雨云层产生的雷电等多种原因都能产生电流;磁流体发电,是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去,利用磁场对带电的流体产生的作用,使等离子中带电粒子转换为电能,从而发出电来。

5.3电流不是来自导体内自由电子的移动

一、电流与水流

电流和水流之类的流体有一定的相似之处,既有超导又有超流;当供电短路时,电流突然增大,网络内的电压大大降低,这就像压浆机工作时,管路接头爆开,流量大增,压力随之降下。但电流走导体,有自己的走法,有自己的运动规则,要适应导体的内部结构及其分子、原子、粒子活动的特点,不可能和水走管道一样简单。

电流与水流虽有相似之处,但却是两种不同的物质,有不同的运动规则,例如:水的流速随水压及过水断面变化,而电的纵向速度是光速。因为电阻的存在,按某种规律或路径被约束在导体内波形运动的电流,在电压增大时宛如圆柱螺旋拉伸弹簧一样被拉伸,单位长度内流量减少。在纵向速度不变的前提下,单位时间、单位长度内导体中粒子流减少,也就是电流减小,输电电路上的损耗同时减小;由于物质内部结构的适应性能或其他原因,导体内部结构排列及约束条件为基本适合电流通过的状态,绝缘体内部的结构及条件则处处为难、阻碍电流的通过;因为温度的降低,超导体内热活动的减弱,内部结构排列变化,干扰电流运行的分子、原子、粒子由阻碍变为助行,当电流运行完全排除干扰,轨迹约束呈最佳状态时,就是超导。

正电子湮没,即正电子与电子相遇后一起消失而放出光子的过程,说明了电子去了这种超微流就成了光子;夸克的电荷为1/3e,更说明了电子与夸克一样只是带电而已,电子不是电的基本单位。电与磁是正负超微粒子流组合的精彩表演,电子最多只是参与其中而已。在不同的条件下,电与磁可以以波、场、定向运动等方式出现,表现为电磁波、电场、磁场、电流等;电与电流较水与水流虽是两个不同的概念,但却有共同的特点,即只有流动才有动能、才有功效。
二、电流与电磁
因为无线输电技术与无线电通讯中所用发射与接收技术并无本质区别,电流与电磁波也必然有相同属性。比电子质量小的夸克、中微子都可以带电,充分说明了电子带电,电非电子。电流是电的运动,也可以称其为电荷的运动
可以认为,磁与电按照能量守恒原理相互转换,磁在外力作用下按有关规律演变为电,“输”入导体形成了电压、电流。因为无线输电技术与无线电通讯中所用发射与接收技术并无本质区别,电流与电磁波也必然有相同属性,电流做功是的一波接一波、或不作周期性变化(直流电)、或大小和“旋动”及震荡变化方向随时间作周期性变化(交流电)、或强度随时间周期性改变的(脉冲电流)、具有波粒二象性的定向运动电流就是电流,电可以储存,电流是电的有规则定向运动,而不是来自导体内自由电子的移动。
电磁波的传播速度是光速,电流在导线中的传播速度也可以接近光速,而我们在大型直线加速器中只能把电子加速到接近光速;静电加速器通过金属针尖放电,使绝缘的输送皮带带上正电,由转轴拖动往上运动,这些正电荷遇到上面的吸电针排,便立即转移到钢桶上去,通过反复循环,钢桶上正电荷越来越多,它的电位相对于下部地面就越来越高。这些事实说明了什么?说明了将电流描述为导体内的自由电子运动是认识的误区、理解的错误;是一个经不起推敲,但却流传已久貌似正统的谬论。
三、重新定义电流
可以说,电具有像电子质子这样的粒子之间产生排斥力和吸引力一样的属性,电荷是物质、原子或电子等所带的电的量,在更多的情况下电荷与电量是同义词,电荷就是电子携带的电量。自由电子及所有的带电粒子、离子所表现的“电”只是其携带电而已。可以肯定的说,电相对于电子这样的基本粒子来说,是不在一个量级的超微粒子,电流则是超微粒子流,电子、夸克等带电只是沾了点这种超微流的便宜而已。电是客观存在的超微粒子流,但研究者对近在咫尺的物理现象不正视,却盯着什么自由电子、载流子等,这就像一个不安分的男人守着漂亮的老婆却没有发现老婆的漂亮,把一门心思都用在了野花上,但有一天却突然发现原来自己的老婆比野花漂亮何止百倍!希望研究者们浪子回头,看看你熟识的“电”吧?或许你想要的一切都在这里。

无论是磁生电、电生磁,还是光电效应;无论是万有引力还是强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用;表现的都是粒子变化的能量,这就像核聚变及核裂变的原子能、化学变化的化学能、水的气液固三态一样。磁未被激活时,不显示磁场、磁力,激活时才显示能量,可以认为,电力与磁力是正负超微粒子流组合以不同的方式受激演变的能量;电与磁不是永动机,超微粒子流组合耗尽能量时,没了电,去了磁,就演变为难觅踪迹的“隐士”;等待重新接受能量被激活,再重振雄风,恢复为电与磁。磁与电都是实实在在存在的物质,对于电流来说,可以参照公式:P=UI、E=mc2E=hv,寻求合适的公式计算电流的质量、频率。式中:C是光速,h为普朗克常量。

5.4超导与电磁的关系

在低温下,分子、原子、粒子的自由运动减弱甚至停止,对于超导体来说,随着温度的降低而进入超导状态,理想导体内的磁力线被全部清空。超导体通过电流产生磁场的物质来源于外部的粒子空间,相关物质被电流激活为磁并在导线周围的空间产生磁场。

虽然组成物质的分子、原子、粒子间有很大、很多的空隙,但由于这些家伙在低温下交错的排列着且站着不动,导致原来趁乱而入的磁力线侵入受阻。这群本来准备穿越超导体的磁力线,看到前面路不好走,一怒之下,掉过头来就把磁铁给举了起来。这种对磁力线的反弹和光的镜面反射原理是一样的,是这种镜面效应产生了磁力线在分界面上改变传播方向又返回的现象。当然,这种镜面效应也可以产生其它的物理现象了,此时超导体表面的所谓无损耗的抗磁电流,也属于镜面效应引起的电磁感应现象,是磁力线在超导体表面回弹发生的磁通量变化引起的感应电流,电流的方向由楞次定律确定。我认为这是最符合物理学定律的解释,那些所谓的高深理论并不符合物理学定律。

3为超导体抗磁性过程示意图:


我们可以将超导体永磁体悬浮实验应解释为,超导体由于低温冷却,使的分子、原子、粒子的自由运动减弱甚至停止,原来由于分子、原子、粒子的自由运动而忽开忽关的大门被部分封闭,形成了阻塞磁力线路径的障碍物,使得永磁体的磁力线由于不能向下穿越,反向回弹将该永磁体向上抬升,造成永磁体悬浮现象。

超导一般在低温条件下产生。热现象是大量分子无规则运动的表现,可以认为,温度是大量分子或原子无规则运动能量的体现与尺度。热现象来源于热辐射,热辐射是物体以电磁波的方式向外传递热量的过程,它是由物体内部微观粒子在运动状态改变时所激发出来的,同时,它又反过来激发物体热现象的微观粒子运动。激发出来的能量分为红外线、可见光和紫外线等。因热引起的电磁波辐射称为热辐射,可以认为热辐射是具有波粒二象性的粒子运动。

我们知道,神州五号飞船向阳面的温度高达100℃,而背阳面温度却在-100℃以下。这说明了,包括做热辐射的微观粒子都处在低温下,我们可以认为,包括中微子、电子、质子等在内的微观粒子的温度接近绝对零度,基本粒子带的电如果处于运动状态的话,则以超导方式运动,这个电流不会产生焦耳热,所以在没有外来干扰的情况下不会自己消失。

在粒子空间,一些粒子群因为自己“粘”上的电受激做了环形超导运动,成了有“极”的粒子群,从而形成了磁场,这就像地球因自传而有NS“极”一样。可以说,磁生电、电生磁是因超导的原因而产生。

6 关于原子结构

6.1原子结构理论模型发展史

近代原子结构量子力学模型理论的建立,大体上经历了以下四个重要阶段:道尔顿“原子说”、汤姆逊发现带负电荷的原子、卢瑟福“天体行星模型”、玻尔原子模型。20世纪20年代,随着科学技术的发展,用量子力学来描述微观粒子具有量子化特性和波粒二象性得到了满意的结果,从而建立了近代原子结构的量子力学模型理论。

1、道尔顿的原子模型(1803)  

英国自然科学家约翰•道尔顿提出了世界上第一个原子的理论模型。他的理论主要有以下三点:①原子都是不能再分的粒子②同种元素的原子的各种性质和质量都相同③原子是微小的实心球体  

2、汤姆逊的原子结构模型(1903)

1897年英国物理学家汤姆逊发现了电子,并于1904年提出了原子的“枣糕式”模型。他认为:原子是一个球体,正电荷均匀分布在整个球内,电子像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里面。但是,汤姆逊的原子结构模型存在无法解决的困难:一方面要满足经典理论对稳定性的要求,另一方面要能解释实验事实,而这两方面往往是矛盾的。

3、卢瑟福的原子结构模型(1911)

汤姆逊的学生卢瑟福在研究粒子散射实验的基础上,提出了一种新的原子结构模型。他认为:整个原子由带正电的原子核和带负电的核外电子组成。核外电子绕核做高速运动。由于电子绕核的运动看起来像行星绕太阳运动一样,所以又称为“行星模型”。 随着科学的进步,氢原子线状光谱的事实表明行星模型是不正确的。

4、玻尔电子分层排布模型(1913)

按照经典电磁场理论,电子绕核运动必然向外辐射能量,电子的半径和速度越来越小,频率便会发生连续的变化。因此,辐射的应该是连续谱,这与原子线状光谱的实验事实不符。同时,由于辐射,电子的能量就会减少,最终电子将会落到核上。这与原子系统是稳定的相矛盾。为了解决上述困难,丹麦物理学家玻尔于1913年将量子化概念引入“核式结构”模型,提出了玻尔理论,包含定态假设、跃迁假设和轨道量子化假设。①原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道(orbit)上绕原子核运动,不辐射能量②在不同轨道上运动的电子具有不同的能量(E),且能量是量子化的,轨道能量值依n(1,2,3,...)的增大而升高,n称为量子数。而不同的轨道则分别被命名为K(n=1)、L(n=2)、N(n=3)、O(n=4)、P(n=5)。③当且仅当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,才会辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来,就形成了光谱。玻尔的原子模型很好的解释了氢原子的线状光谱,但对于更加复杂的光谱现象却无能为力。利用这一理论成功解释了氢原子的发光规律。

5、量子力学为基础的原子结构模型(1925)

玻尔理论无法对复杂原子的发光规律作出解释。后来随着量子力学的发展,逐渐建立了以量子力学为基础的原子结构模型,取得了很大成就,近代量子力学所描述的原子结构也是一种模型,这种模型对物质的性质、化学变化的机理只是提出了一个合理的令人满意的解释。但是,随着21世纪高科技的深入发展,原子内部的秘密必将被揭开,可以肯定的说这个模型必将被新的模型取代。电子云模型和原子行星模型不一样:行星有固定的轨道;电子云不是固定轨道,是电子出现的概率。电子运动的规律跟宏观物体运动的规律截然不同,电子在核外的空间近似于分层排布,根据微观粒子的波粒二象性,在波尔模型基础上加以修正。

6.2对原子核力的探讨

核力是使质子与中子紧密地结合在一起的力,是使核子组成原子核的作用力,属于强相互作用力的一类。原子核中有中子质子,质子是带正电的,所以质子之间会互相排斥。是非常强大的核力将它们吸引在一起,使它们在非常小的区域形成原子核。核力是短程力,只有在原子核尺度上才显现出来,强核力束缚中子、质子形成原子核,弱核力主要制约放射性元素,原子核力通常指强核力、弱核力。核力有如下基本性质:短程性、饱和性、电荷无关性、交换性、非中心力。核力是一种很复杂的相互作用,人们通过多年的实验研究和理论分析,才对它的特性有了比较细致的了解,但仍不完全。核力的特点是:

1短程力,核力只有在原子核的限度内才发生作用;

2强相互作用,质子间产生库仑斥力,而核力能抗拒库仑斥力而使质子紧密结合在一起,这说明核力很强,它比库仑力大100倍;

3、核力与核电荷无关,质子间的核力,中子间的核力为,及质子与中子间的核力都相等;

4核子不能无限靠近,即核力除表现为引力之外,在某些情况下表现为斥力.大体上说核子间的距离在0.8~1.5费米(1费米)之间表现为引力;小于0.8费米表现为斥力,大于4~5费米时核力急剧下降,几乎消失;大于10费米时,核力消失;

5、核力也是一种交换力,核子之间通过交换p介子 而发生强相互作用,此类似于光子电磁相互作用的传播者;

6、核力具有饱和性,这种饱合性使得原子核一样,呈现不可压缩性,即原子核的密度近似为常数。

原子核的结合力强相互作用、弱相互作用与电磁力有密切关系,是我们尚未探测到的超微粒子在起作用,冷、热、电、磁、外力等是激发各种结合力的源头。各种结合力属于电磁力,也存在相互间的镶嵌、咬合。请大家抛开传统的原子结构理论,在研究核力时,既要考虑超微粒子流的胶合作用,也不要忽视镶嵌、咬合的作用。

核聚变、核裂变所释放的能量,很大一部分来自强相互作用力产生的能量,其余能量来自弱相互作用释放的放射性辐射、热辐射。太阳就是一个核聚变的反应炉,发出的热辐射传递到地球,这种热是强相互作用力及弱相互作用力即核力释放的能量。热现象是物质中大量分子热运动的集体表现,物体可处于固体、液体、气体、等离子态,在一定条件下可发生融化、蒸发、凝结、凝固等不同状态下的转化,这都是热运动的具体表现。在转化过程中,热运动与机械的、电磁等其它运动之间,存在着极为广泛和深刻的内在联系,它们之间相互转化的能量来自“热”及电磁的力。核聚变、核裂由超高温、高压热中子轰击产生,又释放出大量热能,热及高压都是诱发源,热在核力中起着至关重要的作用,需要我们深入研究。

固体物质中分子间排列紧密,其结合既有来自电磁的力也有热不易攻破的镶嵌结构;液体间分子没有固定位置,运动比较自由,其结合既有引力也有热没有完全割断的相互间的拉扯;气体间分子热运动极度散乱,间距很大,热打乱了分子间的联系,其结合主要靠引力了;将气体加热,当其原子达到几千甚至上万摄氏度时,电子就会被原子“甩”掉,原子变成只带正电荷的离子,此时,电子和离子带的电荷相反,但数量相等,这种状态称做等离子态。

核聚变要在近亿度高温条件下进行,说明热不仅影响到分子、原子间的排列,同样也影响的原子核的结合,我认为,热现象和电与磁一样,都是正负超微粒子活动的表现,对宏观物质固、液、气、等离子四态的观察及热现象的深入研究,有助于探索核力及各种结合力。

6.3重新认识原子结构

原子核的质子—电子结构提出之后虽然解释了一些实验事实,但也遇到了很多矛盾,根据目前已掌握的核知识,这种结构肯定是错误的。氢原子线状光谱的事实表明行星模型是不正确的,玻尔的原子模型很好的解释了氢原子的线状光谱,但对于更加复杂的光谱现象却无能为力。目前,量子力学的模型以及对核力的探索,主导着对原子结构的研究方向。如果把原子核拆分成自由核子,就要对体系做数值等于结合能的功,表明核子间有相互作用,而且是很强的,这种力不可能是库仑力,也不可能是磁力,更不可能是万有引力。这种核子间特有的强相互作用力就是核力。

在各种原子结构模型中,无论是实体结构还是壳体结构都是一样的把原子核视为球体。既然我们已经认为原子结构的行星模型是不正确的了,为什么还要把原子看作是球体呢?现在人们已经可以观测到分子的形状,既然分子不是球状的,分子、原子、粒子也可以不是球状的;可以是不规则的,可以是多面体的,也可以是随条件、需求改变形状的物体。核力与电荷无关,难道原子间的结合非要那个自由电子不成?那个电子绕原子运动的行星假设本身就有问题,应该说这个曾经起到积极作用的原子结构模型已经完成了它的历史使命,可以进博物馆了。靠电子维系原子间联系的观点也值得推敲,不提这个电子,换个思维方式,也可以对化学键及各种不同的键联类型做出解释,或许可以更好的了解各种规律。分子光谱告诉我们,分子中的电子运动、核间的振动以及分子绕质心的转动之间的关联并不十分密切,在研究分子、晶体时,分子之间的结合力也值得重新考虑。

根据隧道扫描显微镜拍摄的分子图片,我们可以看到原子并非圆,原子组成分子也不是球与球的连接。质子、电子、中子还有夸克等粒子组成的原子结构不可能是道尔顿的原子模型、汤姆逊的原子结构模型、卢瑟福的原子结构模型、玻尔电子分层排布模型。电子云的说法很玄乎也很时髦:电子受原子核中质子的吸引,围绕着原子核不规则地贴近光速运转,在粒子透镜下,就像一片云.,人们看到的径迹不是电子真正轨道,是水滴串形成的雾迹。但我看了很多隧道扫描显微镜的图片,觉得这种电子云也不靠谱。

我认为,粒子非圆球,粒子的形状各异,粒子组成原子结构类似于胶合在一起的宏观物体或砌体,这种结合既有胶合也有镶嵌与咬合,它不可能是实体,也不可能是圆球。它是一种架空的相对稳定或可变结构,也可能是层层叠加的壳层结构;它有着看似相对固定的外形,但里里外外都是洞穴,洞穴里可能还有过往、流窜或常驻的超微粒子在旅游;总之是形状各异、受热或外力作用可以运动、变化、转换或重组的客观存在的物质结构。原子及由原子组成的分子结构具有一定的弹性,充热可以膨胀,散热可以收缩。化学键是客观存在的现象,是毋庸置疑的事实,但我们对化学键的解释可以是多种多样的,完全可以抛弃那个自由电子及排列成晶格的说法。

纳米技术已经可以对单个原子的电荷状态实现操控,扫描隧道显微镜能够直接观察到单个原子,通过对显微技术的不断创新,完全可以描绘出超流、导体、超导体、绝缘体、半导体在不同温度、不同条件下的分子、原子结构图,可以通过对其静态、动态的观察,了解真实的电流运动规律。既然已经观察到了活生生的原子、分子,难道还要继续守住那些假设的模型吗?我们可以通过对物质固、液、气、等离子体的变化及活动的观察,了解分子活动规律;对水泥、面团、土块凝结的观察,了解结合过程;可以通过显微观察技术的发展,了解真实的原子结构,或根据已探测到的分子结构、实验数据、经验公式建立全新的原子结构模型及数学公式。人们对无穷小的探测,将随着显微技术的不断创新而步步深入,探索微观世界,破解微观之谜的钥匙将随着相关各学科协同的理论研究进展及显微技术的创新掌握在人类手中。

现有的原子结构模型基本上来源于对宏观物体的联想,卢瑟福模型就是照搬了行星绕太阳运动,如此简单构想,已领风骚数近百年。我们如果通过隧道扫描显微镜大量绘制各种分子、原子的图像,搞一个水泥、面团、土块凝结过程的微观录像,认真观察研究物质的固、液、气、等离子体的变化规律,还可以观察高压、高温下的物质结构变化,然后再去联想更加切合实际的原子结构模型,其结果必领风骚上百年。

7  关于宇宙

天文学家通过光谱观测发现,遥远的星系均以很高的速度在彼此退行,所有星云都在彼此互相远离,且离我们越远的天体,其退行速度越大,由此证明宇宙在膨胀。大爆炸宇宙论认为,宇宙起源于超热、超密的一个奇点,150亿年前突然发生了大爆炸,物质和能量就此源源汹涌,并不断膨胀形成宇宙。随着科学技术的发展,通过太空望远镜的技术进步,人们对无穷大的探索一定会向更深的层次发展;可以认为,破解宇宙的奥秘除了理论研究外,还取决于太空望远镜的不断创新。

我认为,星系远离是事实,但未必就是大爆炸的能量,它是星系间运动及滞留的各种粒子增多造成的,或是星系间的斥力造成的。引力是因为两物体相互间吸收对方发射的能量大于排斥对方发射的能量,与此相反,就是斥力;这也是一种彼此间相互吸收与排斥、接受与反接受的宇称不守恒现象。根据有关研究结果,宇宙的膨胀速度不是恒定的,也不是越来越慢,而是不断加快。我认为,这种膨胀,也就是星系彼此之间的分离运动是空间穿行粒子、碰撞后中和或湮灭的粒子、耗尽能量的粒子等明的或暗的滞留粒子增多的结果,空间滞留粒子的增多及星系间各种粒子的碰撞加上其他原因造成了星系间的斥力,和宇宙大爆炸没有什么关联。所谓的宇宙膨胀速度不断加快的研究成果,说明了宇宙间的各种辐射在加速,宇宙演变在加速。

一方面,所有星云都在彼此互相远离,宇宙在不断膨胀;另一方面,有一种理论认为宇宙最终将会以“大崩塌”的方式结束,宇宙在塌陷。恒星有着极大的引力,但恒星最终要坍缩并形成黑洞的,黑洞是一种引力极强的天体,就连光也不能逃脱。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。然而黑洞并不是什么都吸收的,它也往外边散发质子,引力之大即便是黑洞也存在能量交换。吞噬万物的黑洞随着自身体积的膨胀,引力范围越来越大,结果如同地球上的弱肉强食,竞争生存,大黑洞吞噬了小黑洞。

因为空间滞留粒子的增多及星系间各种粒子的碰撞,宇宙在膨胀;又因为黑洞的引力,宇宙在收缩。可以认为,宇宙的膨胀与塌陷并存,最终以收缩结束。当一个宇宙塌陷为一个巨大的黑洞时,黑洞能量达到了极限,就会突然爆炸,这就是宇宙大爆炸,新的宇宙在大爆炸后演变产生,这就是宇宙的轮回。我这里所说的宇宙是我们所处的狭义的宇宙,广义的宇宙有无穷无尽个,也就是无限大。也许有一天,我们可以探测到我们这个宇宙之外的宇宙,那里或许更加奇妙,更加绚丽多彩,或许有智能更高的生物,有更文明、更发达的科学技术。

8 结论

本文采纳中国古代哲学思想,给出了一阴一阳包罗宇宙万象,一阴一阳粒子皆在其中的物理概念。受计算机技术采用二进位制启发,从0和1两个数能够组成无穷无尽个数,可以推论宇宙间万物皆由无穷小的正负粒子组成,正负粒子不同的组合,构成了从无穷小到无穷大的一切物质,人们探索的未知之谜就在这无穷小到无穷大的区间。

本文借鉴传统理论,采用非传统观念对粒子的运动及其波粒二象性进行探讨,本着既遵守传统物理学定律又不拘泥于传统观念的思路,试用全新的思路解释各种超光速现象。根据真空不空,粒子填充的事实存在,本文尝试分析明的及暗的粒子群媒介与粒子运动的波粒二象性关系,研讨媒介、能量、质量与各种极限速度的关系,提出了超光速存在的客观条件与规律。根据有关引力理论,依据物质辐射与接受能量的特点,分析了各种物质对外来辐射粒子群的接受与排斥和引力的关系,提出了虽然不同于传统,但却可以统一各种引力观的新的引力观念。在不违背电磁学有关定律的前提下,采用新的理解与新的认识探讨磁电关系及电流运动,提出了磁与电是超微粒子流的构思,设想了新的电磁观念,对导体中的电流运动进行了新的描述,对将电流描述为导体内的自由电子运动这一传统观念提出挑战,引导人们用更加合乎逻辑的观点去认识电流。根据天文学家关于宇宙膨胀、宇宙塌陷、宇宙大爆炸的研究成果,探讨了相关论述,提出了宇宙的膨胀与塌陷并存的理念,从而引出了广义宇宙与宇宙轮回的新观念。

扫描隧道显微镜已经探测到分子、原子,纳米技术已可以拨动单个原子,世界最小的电动机其实是一个置身于干净铜表面的丁基甲基硫化物分子,其中硫原子充当旋转中心,激光技术、核技术、纳米技术、航天技术都在飞速发展。技术的进步似乎没有推动理论的发展,由于学科分的太细,在一个领域里的专家对另一个领域正在搞什么知道的很少,而一个中微子就成了粒子物理、核物理、天体物理、宇宙学、地球物理的交叉与热点学科,学科分的过多这种令人遗憾的情况制约了理论的发展。相对论先天不足,漏洞甚多,即便没有量子纠缠超光速的研究,也有众多的学者质疑相对论,由于科学界的守旧与迷信占了统治地位,一直采用对相对论等理论修修补补的办法去解释各种现象。学科分的过细与守旧观念这两大因素制约了新理论出台与发展。

统治物理学界的相对论认为物质在真空中的速度无法超过光速,但有关超光速的消息不断,是谬论早晚会被抛弃的,人们对“广义相对论和狭义相对论的质疑”或许将颠覆物理学的基石。旧的大厦将被推倒,新的大厦建设将随之启动,二十一世纪的物理学将面临里程碑式的跨越发展,在这新旧交替之际,有识之士应勇敢地站出来,学科不要分的太细,各学科应密切配合,推倒旧的大厦,为新的大厦建设增砖添瓦,贡献自己的力量。又到大浪淘沙时,山雨欲来风满楼;守旧者必将被历史淘汰,勇敢地智者将用自己的才识与勇气领导新的潮流,新世纪的科学泰斗将在变革的大潮中诞生。

中国古代春秋战国时,诸子百家争鸣,推动了中国古代文化大发展,儒家、道家、法家、墨家、兵家百家争鸣,出现了老子、孙子、孔子等影响中国2000多年的祖师;十九世纪到二十世纪初,世界科学界百花齐放,百家争鸣,多普勒效应、相对论、量子力学、化学键理论、电动力学、原子结构理论等推动了物理学科大发展,多普勒、爱因斯坦、波尔、卢瑟福、薛定谔等一代大师纷纷登台表演。曾几何时,独尊儒术阻碍了中国科学文化的发展,世界科学界对传统的迷恋,也减慢了物理理论的发展步伐。我希望物理学界能够破除迷信,打破传统,从无穷小到无穷大探索物理之谜,重新迎来大鸣大放的局面,让物理学科百花齐放,促使新的发现、新的理论在争鸣中结果成熟。学术期刊要向非主流开放,有争议为什么就不能发表呢?被压制的意见可能代表最正确的研究方向,要营造宽松、活跃、充满生气的学术环境。

参考文献

[1] 高潮等. 图解当代科技[N]. 北京:红旗出版社,1998.

[2] 甄长萌. 近代物理[N]. 北京:北京师范学院出版社,1988.

[3] 杨福家等译. 二十世纪物理学[N].北京:科学出版社,1979

[4] 伍唐生、杨志平、张晨译.科学难解之谜[N].北京:经济日报出版社,2002

[5] 汪晓元.大学物理学.复旦大学出版社,2006.8

作者:杨长顺、退休调研员、高级工程师

地址:云南省昆明市新亚洲体育城星都总部基地中铁十六局集团云南工程指挥部

邮编:650214

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从无穷小到无穷大探索物理之谜

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