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原创都是电子惹的祸

楼主:youwd1967 时间:2012-05-08 23:07:46 点击:572 回复:11
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  都是电子惹的祸
  
  如果原子是由“电子”、“质子”、“中子”构成的,那么,根据电的同性相斥、异性相吸的性质。同性粒子在斥力作用下将会自动分离,而异性粒子又是相吸的,这就造成同性粒子因斥力而分离,又因异性粒子的引力而聚合,其结果自然是异性粒子相互结合在一起而不再分离。
  这也意味着,理论上这样的原子是不可能稳定存在的。为了解决原子稳定问题,人们提出了各种解决办法,但是,由此也引出了许多让我们感到困惑和难以理解的东西。
  如果原子是由“中子”构成的,那么,大量现代实验观测已经表明,一个具有一定质量、大小、形状的中子是客观存在的,而且中子还具有自旋运动、和南北磁极。
  由于中子同时拥有南北二磁极,因此在二个中子之间才能产生引、斥这二股力量的。而当中子一旦开始旋转运动后,那么在二个粒子之间的力就变成了,引与斥循环往复,交替变换的“循环场力”。
  二粒子在斥力作用下将会自动分离,但是还没等它们分离的太远,循环场力已转换为引力。引力把分离状态的粒子重新拉回。但是还不等它们相互碰在一起,循环场力又自发转换为斥力,斥力再次把二粒子推回平衡位置。二粒子在循环场力作用下,即不会分离的太远,也不会紧密聚合在一起,而总是自发的围绕在一平衡距离L0内做着永不停息的分合运动,通过有序变换的分合运动自动建立起一种相对稳定的动态连接。
  一定数目的中子在循环场力作用下,将会自发形成一个具有特定结构、功能的原子。随着中子数目的增加,元素的结构、性质随着原子序数的递增而呈现周期性的递变。
  实验表明原子同样拥有南北二磁极。不过,不同的原子由于所含中子数不同,内部结构不同,向外产生的循环磁场不同,这就导致不同的原子自发建立连接时,所形成的平衡距离L1、L2、L3是各不相同的。
  如果将大量的原子聚集到一起构成固体,那么显然原子会有无限多种不同的排列方式,但是,由于原子在循环场力作用下,总是自发维持在平衡距离L内的,这就决定各原子在自组织过程中不会胡乱排列,而是自发按照平衡距离L的长短不同,在空间的不同方向上有规律排列在一起,从而形成了千变万化、绚丽多彩的宇宙万物。
  那么
  没有了电子,我们是否能够更好的了解电?
  没有了电子,我们是否能够更好的了解万物的生成与变化?
  没有了电子,光又是如何产生的?
  《都是电子惹的祸》针对以上几个问题进行了一次大胆尝试,由于采用了新原子模型和引斥力模型,由此也得出了一些新推论,但是,又不知这些新推论有没有道理,故斗胆写出来想和大家一起共同探讨。
  
  尤卫东
  2011年4月28日于中国山东枣庄
楼主youwd1967 时间:2012-05-18 23:12:08
  目录
  
  
  第一章  物质世界是由什么粒子构成的
  第一节  都是电子惹的祸············7
  1·1  引入“某某素”“某某子”
  1·2  摩擦起电的困惑
  1·3 我们发现了电子
  1·4 原子不能稳定存在的力学原因
  1·5  如何认识电子
  第二节 从磁性角度去认识大自然
  第三节 第三节  循环引斥力模型
  3·1  中子的磁矩
  3·2 一生二
  3·3  中子的一物二面
  3·4 一分为二、合二为三
  3·5  一物二面与循环引斥力模型
  第四节   中子的运动
  4·1 中子南北磁极旋转运动的产生原因
  4·2 中子的循环磁场
  4·3 中子间的循环场力
  4·4 中子间的力是如何产生的
  4·5 中子的分合运动
  4·6 中子的涡旋运动
  4·7 中子磁极旋转轴的摆动
  第五节   由循环磁力得出的几个结论
  5·1 中子的独立生存空间
  5·2  原子和虚空
  5·3 原子的自然形成
  5·4  原子的稳定性
  5·5 最小作用量原理
  5·6 平衡规律
  第六节  物质生成、运动、变化的原因
  
  
  第二章   原子结构与元素周期表
  第一节   原子结构与中子数目的关系 ·······20
  第二节   振动因素对原子结构的影响
  2·1 最小体积原理
  第三节   能量因素对原子结构的影响
  3·1原子能
  3·2同位素
  3·3 重核裂变
  3·4 核聚变
  
  第三章   光
  第一节  光的波、粒之争 ············23
  1·1 波动说与粒子说
  1·2 光的波粒二象性
  1·3 波动说的优缺点
  第二节   光的自然产生
  2·1 原子的自旋运动
  2·2 光的自然产生
  第三节   光的性质
  3·1 光的量子性
  3·2 波长与光能关系
  3·3 二种磁性光
  4·4 光的波动性
  4·5 光的叠加性
  第四节  光的传播
  4·1 光波的光速球面传播性质
  4·2 光波的传播图像
  第五节   光的吸收
  5·1 叠加后的光波
  5·2 波动场方程
  5·3 光的吸收
  5·4 惠更斯原理
  5·5 次源波的延迟辐射性质
  5·6 光在媒质中的传播速度
  5·7 折射率
  第四章   热
  第一节   温度 ·················31
  1·1 热平衡状态
  1·2 热量的传递
  1·3 热平衡定律
  1·4 温度与辐射出射度M(T)
  1·5 影响物体温度的二个微观因素
  1·6 比热容
  第二节   压强
  2·1 气态分子的理想状态
  2·2 压斥力平衡
  2·3 影响气体压强P的二个因素
  2·4 非线性
  2·5 勒夏特列原理
  2·6  气体的扩散
  2·7  帕斯卡定律
  2·8  阿基米德定理
  2·9  气体的沉浮
  第三节    热力学第一定律
  3·1 气态分子的势能
  3·2 分子势能增加的原因
  3·3 热力学第一定律
  3·4 能的耗散
  3·5 等体过程
  3·6 等压过程
  3·7 摩尔气体常量R与气体势能增量△E势的关系
  3·8 理想气体的状态方程
  3·9 卡诺定理
  第四节   热力学第二定律
  4·1热平衡原理
  4·2 开尔文说法
  第五节 空间坐标
  第六节  能量
  6·1  物质与能量关系的多样性
  6·2  能量之间的相互转换
  6·3 宇宙能量来源
  
  第五章  宇宙万物的自然形成
  第一节 自发与自然············41
  1·1 物质的本性
  1·2  自发与自然
  第二节 中子的自发调整和相互协调
  第三节 原子有序变换的的循环磁场
  第四节  原子间的循环场力
  第五节  原子间的连接状态
  5·1 连接状态
  5·2 时断时连状态
  5·3 连接断开状态
  物质系统的自组织
  第六节  6·1 平衡距离
  6·2 竞争与协调
  6·3  由平衡距离决定的结构
  6·4  自组织原理
  6·5  万物的自然生长是在原有基础上的稳定、平衡发展
  第七节  晶体结构
  7·1 晶体结构类型的多样性
  7·2 各向异性
  7·3 晶体的共性
  
  第六章  宇宙万物的自然发展演化
  第一节   影响物质结构的内因、外因····46
  1·1 内因
  1·2 外因
  1·3 内因和外因
  第二节   固态物体的量变
  2·1 温度引起的结构变化
  2·2 量变与质变
  2·3 原子的自转磁矩
  2·4 B原对原子间的连接状态的影响
  2·5 热胀冷缩
  第三节   固体的熔化
  3·1 连接状态的质变
  3·2 固体的熔化
  3·4 熔点
  3·5 熔化热
  3·6 液态物质的结构特征、性质
  3·7  非晶体
  第四节    液体的汽化
  4·1 液体的汽化
  4·2 气态物质的结构特征、性质
  4·3  蒸发
  4·4 沸腾
  4·5  阿伏加德罗定律
  4·6 稳定结构的相对性
  
  第七章  万物间的相互作用
  第一节  毛细现象·············52
  1·1 表面张力
  1·2 浸润现象
  1·3 毛细现象
  第二节 流体
  2·1  气态分子间的相互作用力
  2·2  喷雾器工作原理
  2·3  伯努利方程
  2·4  台风的形成
  第三节    物质的溶解和沉淀
  3·1 溶解现象
  3·2 沉淀现象
  3·3 沉淀溶解平衡
  3·4 化学平衡
  3·5  化学平衡的特征
  3·6  影响化学平衡的因素
  3·7  物质系统的最小性质
  3·8 化学反应的方向性
  第四节    固体的表面效应
  4·1 固体的表面效应
  4·2  布朗运动
  第五节  超导、潮流现象
  5·1 超导现象
  5·2  超流现象
  第六节   第一推动力与漩涡说
  
  第七章   电
  第一节    摩擦起电 ··············62
  1·1 摩擦起热
  1·2 摩擦起电
  1·3 功能关系
  1·4 正负电极、电场
  第二节   带电原子的调整
  2·1 带电原子为什么调整
  2·2 带电原子如何调整
  2·3 调整后图像
  2·4 带电物体的稳定性
  2·5 电荷守恒定律
  2·6 电荷的量子性
  2·7 带电量与电场关系
  2·8 导体、绝缘体
  第三节    静电场
  3·1 电场的光速球面传播性质
  3·2 库仑定律
  3·3 电力叠加原理
  3·4 电场强度
  3·5 电场与物质场源关系(高斯定律)
  3·6 静电场的环路定理
  3·7 电势
  3·8 二个带电体之间的电势能
  3·9 电能存于何处
  第四节   平衡规律与静电平衡
  4·1 静电平衡状态
  4·2 均匀介质环境下的电荷分布
  4·3 非均匀介质环境下的电荷分布
  4·4 静电场中的导体
  4·5 平行板电容
  4·6 唯一性定理
  第五节   磁场和它的源
  5·1 电流的产生原因
  5·2 电流的磁效应
  5·3 载流导线表面带电原子如何运动
  5·4 同心圆磁场的产生原因
  5·5 磁场方向判定
  5·6 安培力的磁本质
  5·7 安培力大小、方向
  5·8 电流强度
  5·9 磁场高斯定理
  5·10 载流导线的磁场叠加原理
  5·11 毕奥——萨伐尔定律
  5·12 安培环路定理
  第六节   洛伦兹力
  6·1洛伦兹力
  6·2 洛伦兹力产生原因
  6·3 洛伦兹力大小
  6·4 运动轨迹偏转原因
  6·5 库伦力、安培力、洛伦兹力
  第七节   电磁感应
  7·1 动生电动势
  7·2 法拉第电磁感应定律
  7·3 楞次定律
  7·4 交流发电机原理
  7·5 感生电动势
  7·6 互感
  7·7 自感
  7·8 变压器的工作原理
  7·9 涡旋能量场
  第八节  力的统一
  8·1 场的多样性统一
  8·2  力的多样性统一
  小结
楼主youwd1967 时间:2012-05-22 21:30:01
  第一章   原子是由什么粒子构成的
  
  
  第一节  都是电子惹的祸
  物理大师费曼曾经说过:如果在某次灾难中,所有的科学知识都将毁灭,只有一句话能够传给下一代,那么怎样的说法才能以最少的词汇包含最多的信息呢?我相信那就是原子假说,即万物由原子组成,原子是一些小粒子,它们永不停息的四下运动,当它们分开一段小距离时彼此吸引,而被挤到一堆时则相互排斥。
  宇宙万物都是由原子组成的,但是,当我们进入原子内部考察电子的运动规律时,却发现原子模型存在着三个致命的弱点。
  1:原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成。由于异性电荷相吸,那么为什么质子和电子不会凑到一块来呢?
  2:原子核中有若干个全部带着正电荷的质子,为什么它们不会相互推开呢?
  3:是什么东西把带负电的电子保持在一起呢?
  这也意味着,理论上是不可能存在由电子、质子、中子组成的原子,但是,这是不正确的,万物的确存在,原子也的确存在,而且是稳定的,有大量的实验事实和整个化学的支持。”(摘自《费曼物理讲义》)
  那么,导致原子不能稳定存在的原因到底是什么?
  1·1  引入“某某素”“某某子”
  十七世纪中叶,自然科学发生了一次巨大的飞跃,以牛顿为代表的一批科学家用观察和实验的方法研究大自然,他们建立了以经典力学、热力学、电动力学为基础的,一个完整、严密的经典物理学理论体系。这个理论体系的建立、大大扩展了人类对客观世界物质结构及其运动规律的认识。在科学技术领域和哲学领域均产生了划时代的影响。
  在这一时期,自然科学只有力学发展到了比较完整的形态,其它学科还处于收集、整理、分析经验材料的阶段。而经典力学的伟大成果暗示着机械观可以无例外地应用于物理学的任何分支部门。即用“粒子”以及“粒子间的力”去解释所有的自然现象。
  正如物理学家亥姆霍兹所总结的:“物理科学的任务,在我们看来,归根结蒂在于把物理现象都归结为粒子间不变的引力或斥力,而这些力的强度只与粒子间的距离有关。要完全了解自然,就得解决这个问题。”
  那么,我们要研究的粒子都是些什么粒子?
  十七世纪的科学家们用观察和实验的方法研究大自然,收集、整理了许许多多的经验知识,而对原因的追问却要求我们深入到物质的内部,从微观层面上寻找各类物理现象的本质。由于受到当时科学技术水平的限制,面对微观世界我们即看不见又摸不着,对原因的解释更多的是假设和猜测。
  那么,在各类物理现象中是否存在着一些代表该类现象的,性质特殊的粒子?
  我们是否可以用这些性质各异的“粒子”去分别解释各类现象?
  
  当时的人们用这一分析方法,开始对大自然进行了一次有益探索。由于受到亚里士多德的“四元素说”和机械观的影响,人们把自然科学按类分出去的时候,不自觉地在各学科分支中,分别引入一些性质特殊的粒子如“某某素”、“某某子”。然后在承认其存在的前提下,用这些性质各异的“粒子”去分别说明各类现象。或在假设其存在的前提下,寻找其存在的依据。
  例如,在研究燃烧现象时,引入了一种物质“燃素”。 在研究热现象时,引入一种零质量的热物质“卡路里”。在分析摩擦起电现象时引入“电子”。在分析磁现象时寻找“磁极单子”。在研究光现象时,粒子说引入了“光粒子”,波动说引入了传递机械振动光波的媒介物质“以太”。
  那么,引入这些物质到底能不能帮助我们更好的了解大自然?
  现在我们已经了解到,引入“燃素”、“卡路里”虽然能够简易地解释当时发现的大部分燃烧现象、热现象,使人们相信它是正确的。但是,现代化学之父拉瓦锡在做金属的煅烧实验时,发现金属在煅烧后重量是增加的,而按照燃素说,燃烧后的灰烬应该比燃烧前要轻。在这种鲜明的事实面前,拉瓦锡毫不犹豫的拿起“奥卡姆剃刀”剃掉了“燃素”这种物质,提出了科学的燃烧学说-氧化学说。
  1798年,英籍物理学家伦福德用钝钻头加工炮筒时,发现摩擦生的热是“取之不尽的”, “热质守恒”观点是错误的。于是伦福德果断的向0质量的热物质(卡路里)剪去;热是物质内部粒子运动的一种宏观表现,物质内部根本不存在热物质(卡路里)。伦福德的实验彻底摧毁了热质说,并为物理学的发展开辟了道路。
  1905年3月,爱因斯坦根据著名的麦克尔逊、莫雷“以太漂流实验”否定了以太的存在。
  
  1·2  摩擦起电的困惑
  可以说电学是从研究摩擦起电现象开始的。18世纪中期,富兰克林经过分析和研究后提出;世界上有两种性质不同的电,一种为正电,另一种为负电。摩擦两个不同物体就会引起电子的转移,得到电子的物体带负电,而失去电子的物体显正电。
  但是,如果富兰克林当时再做一个实验,同种材料进行相互摩擦会不会产生摩擦起电现象?相信他绝不会轻易做出以上结论。
  现在让我们拿一些容易起电的同种材料进行相互摩擦,例如;用力掰断一根旧圆珠笔套,然后用这二截圆珠笔套相互摩擦,我们会发现两个摩擦表面能够出现带电现象。通过进一步的实验表明:两个表面所带电荷为同性电荷,并且有的材料摩擦可以带同性正电荷,有的摩擦后可以带同性负电荷。在排除了外界的影响(如通过其它导体导走电荷等)之后,实验仍能得到相同的结果。
  实验表明同一种材料相互摩擦后,两个摩擦表面带同性电荷,这也表示同一种材料相互摩擦时,某一种电荷在两个物体的摩擦表面同时增加了。显然电子转移说遇到了与热质说完全相同的问题。
  那么,引入“电子”能够帮助我们了解摩擦起电现象吗?
  1·3 我们发现了电子
  1897年,汤姆逊通过阴极射线实验,第一个发现了“电子”。但是,汤姆逊测得的阴极射线粒子的荷质比平均值是1·3×10-11千克/库伦,而理论值却是0·56857×10-11千克/库伦,显然实验值和理论值相差很远。进百年来,不断有科学家重复汤姆逊的实验,实验表明汤姆逊当时的实验误差最高只能达百分之二十,而扣除这一因素,实验值和理论值仍相差很大。
  现在出现了一个问题,如果我们通过阴极射线实验发现了电子,那么它会导致我们的一些精密电磁实验的实验值和理论值不相符。
  为了解决这一问题,爱因斯坦提出“只要摒弃牛顿所确立的绝对空间和绝对时间的概念,一切困难都可以解决。”现在,一些精密电磁实验的实验值只有通过“洛伦兹变换”才能和理论值达到一致。
  
  1·4 原子不能稳定存在的力学原因
  从力学角度去分析,在建立原子模型时,我们加了二种电性物质“电子”和“质子”,但是,根据电的同性相斥、异性相吸的性质,原子自然发展的趋势却是:同性粒子在斥力作用下将会自动分离,而异性粒子又是相吸的,这就造成同性粒子因斥力而分离,又因异性粒子的引力而聚合。同性粒子在引力、斥力双重作用下,将自动分离向着异性物质方向运动,其结果自然是异性粒子相互结合在一起而不再分离。
  当我们把电一分为二,认为独立存在二种电性物质时,大自然的力量却使“二”重新结合成“一”。为了阻止大自然的这一趋势,为了阻止原子核中的质子因斥力相互推开,我们假设在质子之间存在一个比电力更为强大的“强作用力”。但是,由于“强作用力”不是来自于原子核内,质子、中子的自身性质,目前我们仍不清楚其产生原因是什么、作用机理是什么。
  为了阻止电子坠入原子核中,有人猜测:“原子必定有一种“稳定态”,在这种状态下,电子的运行轨道是稳定的,它不辐射光,也不会跌入原子核。”
  但是,处于“基态”的电子与原子核之间的异性电荷吸引力就会突然消失吗?
  这个问题我们即躲不过去,也绕不过去,我们只能勇敢的正确面对。这也表示原子稳定问题依然还在,于是有人提出:答案也许来自于这些粒子的内部,我们是否可以通过实验撞碎这些粒子,从而找到解决原子稳定问题的答案。
  通过强子对撞实验,我们建立了原子的标准模型。
  标准模型认为“质子”、“中子”这一类强子具有内部结构,它们不是最基本的粒子,而是由更基本的单元——夸克(quark)组成的。比如质子由两个上夸克和一个下夸克组成,中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。 在β衰变发生时,中子(udd)内的一下夸克在释放一虚W玻色子后,随即衰变成一上夸克,于是中子就变成了质子(uud)。随后W玻色子衰变成一电子及一反电子中微子。
  在强子对撞实验中,由于“质子”、“中子”没有被撞碎,因此夸克理论认为,夸克都是被囚禁在粒子内部的,不存在单独的夸克。
  标准模型假定所有基本粒子的质量,都是来自希格斯机制,但这个机制的建立却遇到了一个难题,理论所预测的“希格斯玻色子”到现时为止仍未被发现。物理学家希望能找到更多有关于夸克,及其他基本粒子的质量来源。
  
  1·5  经典电子理论
  一个带电粒子,电力都是相斥的,因而电子该会趋于飞散,由于这一系统具有非平衡力,我们必须设想有某种会把电子拴在一起的东西,通过例如橡胶带之类的东西使电子不致飞散,这些东西把电子紧系在一起会产生一种附加的非电性力“彭加勒应力”,但是当我们沿这条路往下走时,将会出现一个充满矛盾的、古怪的电子理论,整个电动力学体系也会因这一假设而被打乱。
  为了避免理论混乱我们假定电子处于静止状态时,电子每一部分电荷都会与其他部分的电荷相互排斥,而且这些排斥力又都成对地抵消掉了,电子因同性电荷相斥力相互抵消而变得稳定。
  但是当电子受外力作用一旦加速运动时,如果我们考察电子的各部分之间的这些排斥力,则作用不会恰恰等于反作用,从而电子施与其本身上的就是一种企图阻碍其加速之力。当计算这个力时 我们发现电磁质量变成无穷大了。而这都是由于我们容许了点电荷会作用于其自身引起的。
  由于我们容许了点电荷会作用于其自身,引出了一个无穷大问题,人们为了解决这些问题进行了各种尝试,但是都以失败而告终了。经典电子理论把它自身逼近了一个绝境,经典电动力学理论这座崇高大厦尽管对于解释那么多现象是多么美妙,但最终不得不脸朝下倒下去了。
  (以上内容摘自《费曼物理讲义第二卷》)
  那么,经典电动力学理论这座崇高的大厦又为什么要倒下?那些构成大厦主框架的经验公式、定理真的错了吗?
  一开始,我们把电子看成一个一个传统意义上的点粒子,但是随着研究的深入,实验和理论分析表明电子的半径为零,却具有无穷大的能量。如果追溯量子场论中出现无穷大的原因,则发现与它假设了粒子是不具大小的点有关。
  读到这,我们不禁要产生这样的疑问:大自然真的存在这样的粒子吗?
  
  答案是:很难存在,半径为零,这本身就表明它不存在。具有无穷大的能量,更说明它不可能存在。最为关键的是,大自然的力量还不让它独自存在。
  既然大自然的力量是让电子和质子结合在一起,那么我们为什么还要把它们分开?
  既然大自然的力量是让电子和质子结合在一起,那么我们人类真的有能力把它们分开吗?
  既然大自然的力量是让电子和质子结合在一起,那么我们为什么不能顺应大自然的这一趋势,认为二者原本就是同一物体的正反二面。
  也许在顺应自然后,我们的理论会变得越来越自然。
  也许在减去一些东西后,我们的理论会变得越来越简单。
  也许离开电子的帮忙,我们反而能够更好的了解大自然。
  也许没有了电子,经典电动力学大厦反而变得更加牢固。
楼主youwd1967 时间:2012-05-27 16:16:03
  第二节  从磁性角度去认识大自然
  我们发现电和磁有许多相似之处:带电体周围有电场,磁体周围也有磁场。同种电荷相斥,同名磁极也相斥。异种电荷相吸,异名磁极也相吸。变化的电场能激发磁场,变化的磁场也能激发电场。但是,实际上,磁和电这对佳偶也并非是完全对称的,这种不对称性不论从宏观还是微观上都有所反映。
  宏观上,从地球、月球、行星到恒星、银河系和河外星系,不可胜数的天体以及辽阔无垠的星际空间,都具有磁场,磁场对天体的起源、结构和演化都有着举足轻重的影响。可是电场在宇宙空间几乎无声无息,对丰富多彩的天文学似乎毫无建树。
  微观上,磁和电这对佳偶仍存在着不对称性,例如;我们可以用磁来制约电,却不能用电来制约磁。
  从宏观、微观上分析;物质的磁性比电性更具有普遍性,是更为本质的东西。那么,我们是否可以从“磁生电”的角度去认识电现象?从磁性角度去认识大自然?
  
  第三节  循环引斥力模型
  3·1  中子的磁矩
  当我们把电子、质子从原子模型中去掉后,就会发现原子模型中剩下了唯一的一个基本粒子;中子。而现代大量实验观测已经表明一个中子是客观存在的,而且中子有以下三个性质;1具有一定质量、大小、形状。2具有自旋运动。3;具有磁矩。
  那么中子为什么具有磁矩?
  就像地球自转具有磁矩一样,这个问题目前也是困扰现代理论的一大难题。1931年P.A.M.狄拉克从分析量子系统波函数相位不确定性出发,得出磁单极子存在的条件,可用以说明电荷量子化这个理论上无法说明的事实。20世纪70年代以后建立起来的大统一理论以及早期宇宙的研究都要求存在磁单极子。实验上探测磁单极子成为检验粒子物理大统一理论和天体物理宇宙演化理论的重要依据。
  但是,在接下来的寻找磁单极子过程中,由于磁性粒子通常总是以偶极子(南北两极)的形式成对出现,从20世纪到21世纪,在陆地、在海洋、在太空、在深海沉积物中、在月球的岩石上,世界各地都在寻找磁单极子,但是经历了这么长时间的寻找,却都以失败而告终了。可以说没有一个科学家敢于理直气壮地声称自己完全真正找到了磁单极子,于是,导致了关于磁单极子是否真的存在的疑云的产生,并且这种疑云渐渐地越积越厚,浓重地笼罩着科学界,并引发了新一轮的、更加激烈的关于磁单极子的争议。
  更加有意思的是,就连到了晚年的狄拉克本人,也对磁单极子是否存在产生了深深的怀疑。1981年,他在致一位友人的信中说:至今我已是属于那些不相信磁单极子存在之列的人了。
  3·2 一生二
  目前我们不能证明存在一个磁单极子,但是一个磁性粒子的南北两磁极却是客观存在的,“有因必有果、有果必有因”,磁性粒子的南北两磁极绝不会凭空产生,一定是有其所以然原因的。那么我们能不能根据中子的自旋运动,以及南北磁极总是在自旋轴两端成对出现这二个事实,再借鉴目前的一个假设;电子的磁矩是由于电子的旋转运动产生的。
  假设:中子的南北两磁极是由于中子的高速自旋运动而在转轴的两端成对产生的。
  
  (注:曾经尝试用实验的方法去证明这一假设,但是都因种种原因以失败告终了,目前即不能证明这一假设是正确的,也不能证明它是错误的。后面读者将会看到这本书许多的观点都是建立在这一假设之上的,如果这一假设不成立的话,那么这本书就是建立在一个错误模型基础上的。)
  3·3  中子的一物二面
  根据假设;中子的南北两磁极是由于中子的高速自旋运动而在转轴的两端成对产生的。
  
  如图所示
  
  
  现在,我们站在中子南磁极的上方往下观察中子,我们会发现该中子是顺时针方向旋转的,中子在此方向上因顺时针旋转而产生南磁极。而当我们从下往上观察中子时,发现该中子是逆时针方向旋转的,中子在此方向上因逆时针旋转而产生北磁极。
  一个中子实际上只会沿一个方向旋转,但是当我们从二个不同方向观察它,却发现它同时具有顺逆两种旋转方向,从而产生二个性质截然相反的南北磁极。因此,一个中子的南北二磁极不是从“一”中分出去后各自独立、彼此分离的“二”,而是“合二为一”的同一物体的正反二面,为一物二面。
  3·4 一分为二、合二为三
  从垂直于中子转轴的角度看中子,发现中子的南磁极在上,北磁极在下。南北磁场强度在转轴处达到最大,南北磁场强度从两极向赤道处逐渐减弱,在赤道处磁场强度为零。
  从这一角度去看中子的南北磁极是“一分为二的”,但是南北磁极的这种分离不是真正意义上的分开,分开只是表面分开,其实质是同一基本粒子同时生化出的二个方面,是“合二为一”的。一个中子的南、北磁极是相互依赖、相互依存的,任何一方都不能脱离另一方而单独存在,一方的存在以另一方的存在为前提,双方共处于一个统一物体中。
  南北磁极是中子由于自旋运动而生化出的,而中子的自旋运动又是天生的、永恒不变的,只要中子具有这一运动,南北磁极就会与中子如影随形、永不分离。中子和南北二磁极三者共同形成一个统一的整体(合二为三)。南北磁极的产生不能离开物质这一载体,离开物质这一载体南北磁极将无所依靠,它们根本不会凭空产生。而中子之间需要靠磁性连接在一起,中子离不开南北磁极,离开南北磁极中子之间将不会相互结合在一起,更不会进一步结合成丰富多彩、千变万化的物质世界。
  3·5  一物二面与循环引斥力模型
  由于一个中子的南北二磁极是同一事物的正反二面,因此一个中子的南北二磁极是不能够产生作用力的,力只能产自于二个中子之间的南北磁极,这就决定物质运动的力是来自于物质间的相互作用。这也就排除了一个孤立的粒子自己产生让自己运动的力的可能性,同时也排除了一个具有无穷大能量的粒子存在的可能性。(因为,同一个中子的南北二磁极是不能够产生作用力的)
  最为关键的是,一个中子的某一磁极相对于另一中子的不同磁极(N或S),产生的将是不同的力,即N相对于N产生的是斥力、N相对于S产生的是引力,二个粒子间的力是即可以为引力,也可以为斥力的。
  
  第四节    中子的运动
  4·1  中子南北磁极旋转运动的产生原因
  当二个中子相邻时,由于异名磁极相吸,同名磁极相斥,那么在引、斥磁力作用下,二个中子南北磁极就具有自发调整至异名磁极相吸位置的趋势。在这一自然趋势作用下,每一个中子的理想状态就是,同时与周围的所有中子处于绝对静止状态的南北磁极相吸位置。
  那么中子的这一理想状态在现实中是否能够实现哪?
  答案是否定的,因为二个孤立的中子是可以做到南北磁极在一条直线上,但是当第三个中子从中间位置加入时,中子的南北磁极就开始了旋转运动,此时,这三个中子的南北磁极也就不在一条直线上了,因此现实世界中,每一个中子要同时与周围的所有中子处于绝对静止的南北磁极相吸位置的理想状态是不可能实现的。
  如果二个相邻中子不是处于异名磁极相吸位置,那么在这二个中子中间,就自然产生了调整至异名磁极相吸位置的“势能”。在引斥磁力作用下,二中子的南北磁极开始了旋转运动。二个中子之间的位置势能随之转换为中子的旋转动能,中子现在拥有了二种能量,一种是中子自旋运动的旋转动能,一种是中子的南北磁极做旋转运动的旋转动能。
  现在出现了一个问题,当二个中子的磁极旋转到异名磁极相吸位置时,中子的磁极旋转运动会不会停止?
  如果中子旋转到异名磁极相吸位置,在引力作用下磁极旋转运动会停止,那么,当一中子和另一中子处于绝对静止的平衡状态时,它就会与周围的其他中子处于不平衡状态,其他中子还是会驱使它继续旋转。
  如果中子旋转到异名磁极相吸位置,在引力作用下磁极旋转运动会停止,那么中子南北磁极旋转运动的“旋转动能”又会跑到哪里?因为能量是守恒的,能量即不能自动产生,也不会自动消失,能量只会从一种形式转变成另一种形式。在这个微观模型中我们找不到中子旋转动能转换或释放的途径和证据。剩下的唯一途径只能是,中子在旋转惯性作用下离开异名磁极相吸位置而继续旋转,中子的南北磁极开始了永不停息的旋转运动。
  这里我们把中子南北磁极产生永不停息旋转运动的因素称为破缺因素。这一破缺因素是由于宇宙空间的不完善,导致中子南北磁极的空间位置不能达到理想状态造成的,它是随着中子南北磁极的产生而同时在三维空间内自发形成的,宇宙中的破缺因素不会因各中子调整南北磁极方向而消失,它只能通过中子磁极永不停息的旋转运动来平衡。
  4·2  循环磁场的光速球面传播性质
  当中子的南北磁极开始旋转运动后,那么该中子向外产生的磁场,就会变成一个南北磁性随时间呈周期性循环变化的磁场,(简称循环磁场)。如图所示
  
  而中子的南北磁极一旦开始旋转,那么中子产生的循环磁场,将会脱离物质在不需要任何媒介的情况下,以恒定的光速和球面的形式在真空中独立向外传播。
  磁场的光速球面传播性质的一个含义为;设一个中子磁极的磁场强度为B,那么随着磁场传播距离R的延长,球表面积随之增加为4兀R2,在此球面上任意一点的磁场强度将会衰减为:A·B/4兀R2  (A为系数)。
  磁场的光速球面传播性质的另一个含义为;磁场的传播是需要时间的。
  4·3  中子间的循环场力
  一个磁场强度为B1的中子,产生的循环磁场是以光速球面形式向外传播的,随着传播距离R的增加,球表面积随之增加为4兀R2,在此球面上任意一点的磁场强度将会衰减为:A·B1/4兀R2  (A为系数)。
  当该磁场遇到另一个中子B2时,那么磁场B1就会超距作用于中子B2的磁极而产生磁力,这时二中子间的磁力大小只与二个中子的磁场强度B1、B2和中子间的距离R有关,故二中子间的磁力大小为;F=A·B1·B2/4兀R2
  由于中子产生的是循环磁场,故二个中子间的力为周期性循环变化的引斥磁力(简称循环场力)。另外,由于磁场传播是需要时间的,因此中子间的循环场力为超距延迟力。
  循环引斥力与分子间的引斥力比较
  现代物质结构理论告诉我们,物质是由原子、分子组成的。当我们用力拉伸物体时,物体内要产生反抗拉伸的弹力,这说明物体内粒子间存在引力,引力使原子、分子能够聚合在一起。
  当我们用力压缩物体时,物体内要产生反抗压缩的弹力,这说明物体内粒子间存在斥力,斥力使原子、分子不至于结合的太紧密而保持一定的间隙。
  这同时也表示:在物体内部,二个粒子之间的作用力,是即可以为引力,也可以为斥力的。
  通过循环引斥力模型与分子间引斥力的比较,我们发现二者有着许多相似的地方。
  中子间的引斥力大小与中子间距离R的关系如图(2)所示;
  
  1;当二中子间的距离R等于平衡距离L0时(R=L0)中子间的引力和斥力并不为零,仍为F=A.B1.B2/4兀R2。但是在一个引斥周期内引力和斥力相平衡,循环场力总体表现为零;
  2;当二中子间的距离R1小于平衡距离L0时(R1<L0),循环场力总是转换为斥力;此时斥力大小为F=A.B1.B2/4兀R12
  3;当二中子间的距离R2大于平衡距离L0时(R2>L0),循环场力总是转换为引力;此时引力大小为F=A.B1.B2/4兀R22
  4;当二中子间的距离R3远大于平衡距离L0时(R3≥10倍L0),中子间的磁力为引力或斥力,引斥力大小为F=A.B1.B2/4兀R32
  由于这时中子间的距离R3较大,中子间的引斥磁力较小,二中子已离开了引斥力范围,此时的引力已微弱到不足于把中子重新拉回平衡位置,二中子处于连接断开状态。 当二中子处于连接断开状态时,二中子间的磁力大小只与二个中子的磁场强度B1、B2和中子间的实际距离R3有关,为F=A.B1.B2/4兀R32
  故此时二中子间的引力和斥力表现的都十分微弱。
  
  4·5  中子的分合运动
  二个中子间的力为循环场力,当二中子的力为引力时,二中子在引力作用下产生聚合运动,但是还没等它们碰在一起,循环场力又会自发转换为斥力,在斥力作用下二中子产生分离运动,但是还不等二中子分离的太远,中子间的力又变回了引力,引力把中子重新拉回,因此相邻二中子在循环场力作用下,总是自发的围绕一平衡距离L0做永不停息的分合运动的。
  4·6  中子的涡旋运动
  由于循环磁场是中子通过旋转运动产生的,从这一角度去分析中子产生的场又具有旋转性质。在这种旋转性质的力作用下,中子自然产生了围绕原子球心的涡旋运动。
  4·7  中子磁极旋转轴的摆动
  中子的南北磁极一旦高速旋转起来,在旋转惯性力的作用下,中子就会按照原有运动轨迹运动,但是当二中子旋转至斥力位置时,斥力会改变二中子的运动轨迹,使其向斥力减小的方向偏转,而当二中子旋转至引力位置时,引力又会使其偏向引力增大方向。这就造成中子的南北磁极的旋转轴产生不规则的摆动运动。
  从以上分析可看出,在原子内部一个中子是同时做着以下五种运动的1;中子的自旋运动。2中子南北磁极的旋转运动。3;中子在原子内部的涡旋运动。4;二中子围绕平衡距离的振动。5;中子南北磁极旋转轴的摆动。
  一个中子是同时做着五种运动的,因此,在一个较长时间段内,中子产生的循环磁场是各相同性的,但是在某一具体时刻,中子的磁场却是各向异性的(这里各相同性和各向异性是辩证统一的)。
  
  第五节  由循环场力得出的几个结论
  5·1  中子的独立生存空间
  由于中子间的作用力为循环场力,在循环场力作用下,二中子的距离总是自发的维持在平衡距离L0内的。当两个中子间距离大于平衡距离时,二中子间的力总会转换为引力,引力把分离状态的中子重新拉回平衡位置。同样当二中子间距离小于平衡距离时,二中子间的力又总是转换为斥力,斥力把将要碰在一起的中子重新推回平衡位置(即二个中子从来就没有发生真正意义的碰撞运动)。
  也就是说循环磁场具有保护功能,可以使每一个中子独自拥有一个半径为L0的动态球型生存空间。中子的这个独立空间只允许循环磁场通过,而不允许其它中子进入。从这我们还可以读出:每一个中子都是悬浮于真空磁场中的。
  5·2  原子和虚空
  所有的物质都是悬浮在由各种场构成的真空场中的。在无限的宇宙空间内,具有一定质量、体积的物体独自占有该物体体积大小相等的空间,剩下的宇宙空间为绝对的真空。真空相对于物质而言,为绝对的真空。
  但是,真空并不是真正意义上的绝对真空,即真空空间内什么都不存在,由于物质产生的各种非物质场是可以在真空中传播的,真空相对于物质产生的场而言,它又不是真正意义上的绝对真空。另外绝对真空又为物体的运动提供了所需的运动空间,使物体的运动成为可能。
  宇宙空间是由物质和真空组成的,从这我们得到了一个与德谟克利特的原子论非常相似的观点。大约在公元前450年,德谟克利特创造了原子(Atom)这个词语,意思就是不可切割,并把它看作物质的最小单元。德谟克利特指出宇宙空间中除了原子和虚空之外,什么都没有。原子一直存在于宇宙之中,它们不能被从无中创生,也不能被消灭,任何变化都是它们引起的结合和分离。一切物体的不同,都是由于构成它们的原子在数量、形状和排列上的不同造成的。
  5·3  原子的自然形成
  中子的南北磁极一旦开始旋转,那么中子就不以人的意志为转移,自发的向外产生循环磁场。由中子的这一自发行为,在二个中子之间又自然而然的产生了循环场力。在循环场力作用下,二中子即不会分离的太远,也不会紧密聚合在一起,而是自发的围绕在一平衡距离内,通过有序的分合运动自动建立起一种动态的相对稳定的连接。
  中子在循环场力作用下自发的连接在一起,而且中子在循环场力作用下,又是自发的与周围所有中子维持在同一平衡距离L0内的,这也意味着一定数目的中子在循环力作用下会自发的收缩为球体,而且还会自发的按照L0紧密排列在一起,从而组成一个具有一定质量、体积,以及特定结构的球型原子。
  中子自发产生的循环磁场,决定了中子间内在动力的自然产生,中子在内在动力作用下又自发建立起了稳定的连接,而中子的这一自发行为又导致了原子的自然形成,因此原子的自然形成,是物质在内在动力作用下的自然形成。
  5·4  原子的稳定性
  当二中子旋转至斥力位置时,斥力总是使二中子向斥力减小的方向偏转,而当二中子旋转至引力位置时,引力又会使其偏向引力增大方向。由此我们可以得出二中子在一个引斥力周期内,引力的作用时间是大于斥力的作用时间的。但是从力的大小分析,由于二中子在相斥位置时,二中子的间距总是小于平衡间距Lo的,而二中子距离R越小,产生的力越大F=A·B1·B2/4兀R2,也就是说在一个引斥周期内斥力的平均值要大于引力的平均值。
  当我们在一个引斥周期内分别计算,引力对时间的积分、斥力对时间的积分。我们发现引力冲量的作用时间长但是引力平均值小,而斥力冲量的作用时间短但斥力平均值大,引力冲量和斥力冲量是大小相等、方向相反的。这就保证了中子在一个来回振动周期内动量增量为零,中子振动过程中的动量是守恒的,中子在振动过程中一般不会向外释放能量。
  中子振动过程中的动量守恒,这又使得原子内部的各中子之间始终维持在平衡距离L0附近做循环往复的振动运动,进而保证了原子内部各中子不会因动量的改变而飞散或者聚集在一起,原子具有一定的稳定性。
  5·5 最小作用量原理
  最小作用量原理从提出到发展渊源流长。它不仅在物理学的诸领域,甚至在整个自然科学乃至更大的学科范围内,都具有深刻的作用与宝贵的价值。仅就最小作用量原理在物理学中的地位而论,没有哪一个定律或定理能在如此漫长的历史长河中,如此贯彻始终地伴随着物理学全部进程而发展,也没有哪一个规律能有如此的魅力,始终吸引着众多的哲学家和科学家们;也没有哪一个规律能像它一样,把经典物理与近代物理,甚至把物理学与数学如此紧密地结合起来。最小作用量原理不仅反映了自然界的真与美,也反应了人们对自然规律的普遍性与简单性的追求。
  最小作用量原理的原始思想是从对光现象的观察中起始的。早在公元前3世纪,希腊数学家欧几里德(Euclid,约325B.C~270B.C)在他的《反射光学》一书中阐明了光的反射定律,他把光视为直线传播,使光线服从几何学规律。公元40年,希腊工程师希罗(Hero50~)在对光的直线传播与反射定律的解释中,强调了自然现象的“经济本性”,并提出了光的最短路程原理。
  使最小作用量原理开始得以真正发展的,应当归功于法国数学家达兰贝尔与其后的法国数学家拉格朗日。他们在力学中应用变分法,把最小作用量原理发展为动力学的普遍原理——达兰贝尔-拉格朗日原理,并把它推广到多粒子系统。在多粒子系统中,这一原理被表述为:当完整保守系统从一个位形转变到另一个位形时,对于一切具有相同总能的可能运动来说,只有真实的运动所对应的作用量最小,其中s为系统的作用量,n为系统的粒子数,t为运动经历的时间,T为系统的总动能。对粒子数n=1的单粒子而言,上一原理即退化为莫培丢最小作用量原理。
  1835年,哈密顿从力学的最小作用量原理出发,用具有动力学意义的正则变量(广义动量p和广义坐标q)代替只有运动学意义的广义速度q和广义坐标q,把拉格朗日函数和拉格朗日方程变换到哈密顿函数和哈密顿正则方程,对比费马原理提出了等时最小作用量原理,即哈密顿原理,由它可以导出全部力学的基本定理和运动方程。(以上内容摘自《当代物理学进展》)
  下面通过循环场力论述:对于所有的自然现象,作用量为什么趋向于最小值,而不是最大值?
  由于粒子间的相互作用力是循环场力,当两个粒子的间距离大于平衡距离时,引力会把分离状态的粒子重新拉回平衡位置。而当二粒子的间距离小于平衡距离时,斥力又总是会把粒子重新推回平衡位置,由此我们得出在循环场力作用下,二粒子的分合运动总是自发的维持在最小范围内的。
  粒子的分合运动总是自发的维持在最小范围内的,这也表示粒子的势能是自发的维持在最小状态的。拉格朗日在研究力学体系时曾经提出这样一个观点;力学体系势能的最小状态对应着体系的稳定态。这也表示粒子在循环场力作用下,是自发维持在相对内外条件为最稳定状态的。
  当粒子由于某种客观原因,其运动状态偏离原稳定、平衡状态时,例如;粒子吸收外界能量,粒子间的斥力会增大,二粒子在较大的斥力作用下,会被推离的更远,但是只要这个距离不超出引力范围,当循环场力转换为引力时,引力仍能把这二个粒子重新拉回至平衡位置,而当斥力恢复正常值后,二粒子自动恢复原稳定状态。
  由此我们得出,当粒子发生偏离稳定行为时,循环场力具有自发纠正粒子偏离行为的功能,自动把粒子的偏离状态降到最小,而不是进一步加大粒子的这种偏离行为。这就意味着,粒子在循环场力作用下,总是自发的从相对的不稳定状态向相对于内外条件为最稳定的状态发展的。
  当物质系统的内外条件发生变化时(如外界温度上升),粒子间的力会随之发生改变,而平衡距离L0又会随着力的变化而改变,即粒子在分合运动中随着力的变化而自动改变平衡距离,例如,在增大的斥力、引力作用下,粒子通过一个分合循环运动就直接完成了平衡距离的调整。
  在平衡距离改变过程中,由于粒子在循环场力作用下,粒子有序的分合运动的总是自发的维持在最小范围内的。这就决定粒子在变化过程中的实际状态不会向偏离新平衡点更远的方向发展,而是通过最短的途径来完成向新平衡点的转变。即最小作用量原理;对于所有的自然现象,作用量趋向于最小值,而不是最大值。
  5·6  平衡规律
  首先,中子在循环场力作用下分到极致时“物极必反”自发转向了合,合到顶点时又会自发变成分。“万物负阴而抱阳,充气以为和”,物质就这样始、终相对,如环无端循环往复生生不息的运动着。并通过有序变换的分合运动自动建立起一种相对稳定的动态连接。而粒子要在分与合这一相互矛盾的运动中保持稳定连接,那么动态平衡状态就是粒子在循环场力作用下的必然结果。
  另外,由于物质间的作用力为循环场力,而物质间自发产生的这二股完全相反的力量,其作用总量又相等。这就决定物质总是从某一种不平衡状态(分的状态)向平衡状态发展,达到平衡状态后又会自发向另一种不平衡状态(合的状态)发展,物质在这二种截然不同的不平衡状态中又自发维持在一种总体的平衡状态。
  因此世间万物无不处在二种截然相反的不平衡状态之中,但是又在这二种截然相反的不平衡状态中,保持总体的动态平衡,万物的总体平衡是建立在具体的不平衡基础上的。
  最后,如果我们再考虑,循环场力具有纠正粒子的偏离行为的功能,粒子在循环场力作用下,总是自发的从相对的不稳定状态向相对于内外条件为最稳定的状态发展的这一点,我们可以得出一个微观粒子运动变化的规律。
  平衡规律;物质系统在循环场力作用下,总是自发的从相对的不稳定状态向相对于内外条件为最稳定的动态平衡状态发展的。
  平衡规律具体又分为以下二个内容
  1:当物质系统的内外条件发生变化时,原相对稳定的动态平衡状态将变成不稳定状态,在循环场力作用下,各要素总是自发的调整各自的状态以建立相对于新内外条件为最稳定的动态平衡状态。(适用于物质系统的量变过程)
  2;物质系统一旦形成,在磁场的保护或是在惯性力作用下,每一系统都具有相对的独立性、稳定性、整体性,物质系统又总是时时刻刻、处处,处于相对于现有的内外条件为最稳定的动态平衡状态。 (适用于物质系统的质变过程)
  
  第六节  物质生成、运动、变化的原因
  下面借鉴古希腊集大成者、伟大的科学家亚里士多德的四因说,谈谈物质运动变化的原因,亚里士多德把这一原因看成是;客观自然界中一切事物的产生、运动、变化、灭亡的最根本原因和最原始原因,即“第一因”。
  四因说
  ⑴“质料因”:我们把中子和中子的南北磁极看作“质料因”,即事物所由产生的,并在事物内部始终存在着的那东西。
  ⑵“形式因”:我们把中子存在的各种状态看作“形式因”。
  ⑶“动力因”: 我们把理想世界与现实世界之间的差距“破缺因素”看作“动力因”,即那个叫物质运动的原因,引起物质变化的原因。
  ⑷“目的因”: 我们把物质在现实世界中所追求的状态“动态平衡状态”看作“目的因”。
  理想与现实之间的差距
  如果我们从“质料因”(中子和中子的南北磁极)出发,那么从中子的同名磁极相斥、异名磁极相吸的性质,我们可以得出中子具有自发向异名磁极相吸这种绝对静止状态发展的趋势,因此物质自发追求的理想世界是达到绝对稳定静止的状态(理想世界)。那么中子的这一理想状态在现实中是否能够实现哪?
  前面,通过分析“中子南北磁极旋转运动的产生原因”我们已经了解到,由于现实世界形式的不完善,理想世界与现实世界客观存在着不可消除的差距“破缺因素”,绝对静止、不变的理想世界是不可能实现的。物质由于破缺因素的客观存在,而自发产生了运动,即“破缺因素”为“动力因”。
  由于静止的理想状态是不可能通过运动手段达到的,物质的运动只能减小破缺因素而不能完全消除它,于是物质的运动变成了永不停息追求理想的过程。这也决定物质在现实世界中是不能达到百分之百理想状态的,但是物质可以通过运动使自己的状态达到相对最佳,即相对于内外条件为最稳定的动态平衡状态。(这里“内部条件”所指的是物体自身的各种参数,“外部条件”为物体所处环境的各种参数)
  理想世界是圆满常恒、永远不能达到的彼岸,现实世界是不圆满无常的此岸。由于理想世界是永远不能达到的,所以现实世界的物质只有始终不渝对“至善”的追求,而永远不能达到“至善”的理想终结。因为物质一旦达到圆满常恒的理想状态后,物质的运动、变化将会停止,事物也将不再发展变化,世界将会变得死气沉沉,毫无生机。
  现实世界的破缺因素
  绝对静止、永恒不变的理想世界,由于破缺因素的不可消除是根本不可能存在的,能够存在的是一个运动、变动的现实世界。那么在运动、变动的现实世界中是否存在一种绝对完美的物质形态?
  答案显然是否定的,现实世界是不存在绝对完美的物质形态的,现实世界只存在相对的最佳形态。例如在标准压强下,水在温度0℃至100℃环境下,相对最佳的形态是液态A。100℃以上时,相对最佳的形态是气态B。0℃以下时,相对最佳的形态是固态C。
  如果我们把一块冰放入20℃环境下,那么此时冰的状态C就不是相对最佳,最佳的状态是液态A。故此刻物质在现实世界中的破缺因素就是:最佳状态A与物质现有状态C之间的差距(A—C)。由于破缺因素(A—C)的存在,物质此刻的状态为不稳定状态,根据平衡规律,物质就会自发的调整、改变自己的状态以达到相对最佳。而且破缺因素(A—C)越大,物质调整、变化量越大。
  相反,如果我们把一盆水放入-20℃环境下,那么破缺因素就是(C—A)。水就会自发结成冰,而当它的温度降到-20℃时,物质内部的破缺因素被完全消除,物质因为达到相对最佳状态而不再继续变化。
  理想世界的破缺因素是不可消除的,但现实世界的破缺因素是可以被消除的。那么这是否意味现实世界的破缺因素被消除后,破缺因素从此就消失了哪?
  答案同样是否定的,因为现实世界中的物质总是在运动,运动导致物质所处的外界环境不可能永恒不变,而且外界环境本身就不以人的意志为转移处于不停的循环变化之中(冬冷夏热)。而内外条件的变化又导致相对最佳状态发生改变,物质原先的最佳状态由于条件的变化,变成了不平衡状态,破缺因素又因此而自然生成。根据平衡规律,物质会继续调整、改变以达到相对最佳。
  由此我们还可以得出:理想世界的破缺因素是不可消除的,现实世界的破缺因素是可以被消除的,但现实世界的破缺因素又从来没有被真正消除过。
楼主youwd1967 时间:2012-06-10 21:52:40
  第二章  光
  
  
  
  第一节 光的自然产生
  
  1·1  原子的自旋运动
  近代物理的无数实验证明:原子同样具有自旋运动和自旋磁矩。那么原子的自旋运动又是如何产生的哪?原子的自旋运动和物体的温度又有着什么样的关系?
  现在我们已经了解到,外力做功、热传导、热辐射可以改变物体的温度。例如,当我们用物体A去摩擦物体B时,物体A向外产生的磁场就会推动物体B内部原子使其产生自旋运动,而且在单位时间内,外力做功越多,原子自旋速度越快,物体温度上升的越快。
  1·2  光的自然产生
  当原子吸收外界能量后,原子产生的整体自旋运动就会按惯性继续旋转下去,而原子内部的中子运动,是中子间相互作用的内禀运动,它不受原子整体自旋运动的影响,对外产生的仍然是有序循环变化的磁场。即原子内部各中子在做内禀运动的同时,原子还做着整体的自旋运动。
  中子的内禀运动和原子的整体自旋运动是互不影响的,但是,当二个具有整体自旋运动的原子相邻时,由于原子赤道处的中子仍是处于循环运动变化之中,因此在相邻二原子旋转赤道处的中子,就会定时发生同名磁极相切运动。由于同名磁极产生的是斥力,在斥力作用下二原子的自转速度会下降,旋转动能会减少。而根据能量守恒定律,二原子减少的这部分旋转动能将会转换成光能的形式向外释放。
  从光的产生机理可看出,光不是一个孤立粒子在没有作用力的情况下自发产生的,而是二个原子相互作用时自然产生的。二原子在何时、何地,向外辐射何种光波都是由自然决定的。
  
  
  
  第二节  光的性质
  
  2·1  光的量子性
  从光的产生机理我们可以看出,光是由相邻二原子同名磁极相切运动产生的。由于原子产生的磁场具有循环变换性,这也决定二个相邻原子总是从不相切位置旋转至相切位置,然后再离开相切位置。因此两个原子一次只能产生一个独立的光波,二原子产生的光是一份一份向外释放的,光具有量子性。
  
  2·2  波长与光能关系
  光是二原子通过同名磁极相切运动产生的, 两个原子在同名磁极相切过程中,尽管所用时间γ很短,但是仍然是需要时间的。由于光波总是以恒定的光速向外传播的,故每一个独立光波的波长λ等于光速C乘于γ。 即; λ=C·γ。
  二原子自旋速度越快,同名磁极相切用时γ越短,但是二原子相切后原子自旋速度改变量越大,向外释放的这一份光能量越高。从这我们得出原子自转速度越快,产生的光波长越短,但光波的能量反而越高。
  
  2·3  二种磁性光
  光是二原子通过同名磁极相切运动产生的一种磁性能量波,由于相邻二原子具有两种不同的相切方式,即N磁极相切、S磁极相切,这也就意味着将会产生二种磁性光波; N磁性能量光波、S磁性能量光波。光是由二种磁性光波组成的,这倒是头一回听说,那么光的这一特性是否能够在一些实验中显现出来哪?
  光的分裂现象;首先由荷兰物理学家塞曼通过实验发现。1896年,塞曼使用半径10英尺的凹形罗兰光栅观察磁场中的钠火焰的光谱,他发现钠的D谱线被分裂成间隔相等的3条谱线,这一现象也叫塞曼效应。
  磁致旋光效应;1845年法拉第发现。当线偏振光在介质中传播时,若在平行于光的传播方向上加一强磁场,则光振动方向将发生偏转,偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。
  克尔磁光效应; 1876年J.克尔发现, 入射的线偏振光在已磁化的物质表面反射时,振动面发生旋转的现象,上述现象称为克尔磁光效应。
  磁致双折射效应;1907年A.科顿和H.穆顿在液体中发现。光在透明介质中传播时,若在垂直于光的传播方向上加一外磁场,则介质表现出单轴晶体的性质,光轴沿磁场方向,主折射率之差正比于磁感应强度的平方。此效应也称磁致双折射。W.佛克脱在气体中也发现了同样效应,称佛克脱效应,它比前者要弱得多。当介质对两种互相垂直的振动有不同吸收系数时,就表现出二向色性的性质,称为磁二向色性效应。
  当然了,这些效应目前还不能完全肯定光就是由二种磁性光波组成的,但是从光的这一特性中,我们发现光具有以下性质,1;量子性。2;叠加性。3;波动性。4;光速球面传播性质。5;在真空中的传播不需要任何媒介的帮忙。
  2·4  光的波动性
  由于原子产生的磁场具有南北磁性循环变换性,这就决定二原子向外产生的一份份光波是N、S循环变换的,二原子产生的一份份光波,在空间的传播就形成间歇式的波动(不是连续性波动)。波场中每点的物理状态随时间作周期性的变化,而在每一瞬时波场中各点物理状态的空间分布也呈现一定的周期性,因此磁性光波具有时空双重周期性。
  2·5  光的叠加性
  光是由二种磁性能量光波组成的。不同磁性的能量光波超距作用于粒子不同的磁极,会产生不同的磁力(引力或斥力)。在磁力作用下粒子的运动状态发生了改变,磁性光能从而转换为粒子的动能,或者说粒子吸收了光能后动能增加。
  如果我们把N磁性光强度与机械振动波的正振幅相对应,S磁性光强度与振动波的负振幅相对应,那么我们会发现磁性光波的叠加原理和机械振动波的叠加原理,形式上是完全一样的。
  波的独立传播原理: 当两列或多列光波在空间同一区域中传播时,不管他们是否重叠,每个独立光波都能保持各自的传播规律而不互相干扰,各自仍按照原有的传播路径继续向外独立传播。
  磁性光波的叠加原理;当几个独立光波同时传播至某一区域时,在它们的重叠区域里各点的光强度等于每个独立光波单独传播至该点时引起的物理量的矢量和。
  
  
  第三节 光的传播
  
  3·1 光波的光速球面传播性质
  磁性能量光波是由原子同名磁极相切运动产生的,而每一个独立光波一旦产生就会脱离物质在不需要任何媒介的情况下,以光速球面的形式在真空中独立向外传播。
  3·2  光波的传播图像
  下面我们分析一下光源物体运动情况下,光波的传播图像。如图(5·4)所示
  设光源物体以匀速v沿X轴方向运动,当光源物体来到坐标原点0时,开始向外辐射一个独立光波,两原子产生光波所用时间为γ,即在γ时后该光源物体将在距坐标原点距离为L=v·γ的C点成结束向外辐射。
  光波在坐标原点0产生后,将以球面光速的形式向外传播,经过T1时间的传播,该磁性能量波的前沿将到达以坐标原点0为球心,半径R1=C·T1的球面上。此时光波前沿的球面位置是与光源物体是否运动无关的,但是光波的尾部却发生了变化,由于光波尾部产生地已由O点变为C点。因此,光波的尾部将是以C点为球心的,半径R2=C·(T1-γ)的球面。
  
  从图中我们可以看出,二原子产生的光波是一份一份向外释放的,空间上的每一个球壳也就代表一个独立光波。在每一个独立球壳内,包含了光波的能量、波动、南北磁性、光强度、波长、偏振等信息,也可以说光波的这个球壳就是这些信息的载体,光的所有信息就包含在这个球壳层内。
  由于光波是以恒定的光速向外传播的,T1时刻独立光波只位于红色球壳内。在球壳外面的任何一点,因光波目前还没有到达,此时这些区域没有任何光信号。在球壳层里面的白色区域因光波已经全部通过,所以也没有任何光信号。随着时间的推移,磁性能量波由近及远地以恒定的光速向外传播。在球壳向外传递过程中,球壳厚度,即光波的波长永远保持不变,而发生改变的是球壳表面积以及球壳表面的光强度,球面上任何一点上的光强度A与光源强度A0关系为;A=X.A0/4兀R2。(X为系数)
  从图(5·4)中我们还可以看出,当光源物体运动时,产生的磁性能量光波总是以恒定的速度c向外传播的,光速与发光物体的运动速度无关。这也是从磁性光波得出的“光速不变原理”。(这里把光看成是产自于物质,然后脱离物质在真空中独立传播的非物质光波,而非物质光波在真空中的传播是可以与物质运动有效分离的。)
  非物质的光波在真空中的传播速度不受光源物体是否运动的影响,但是由于光源物体的运动,其光波尾部产生地的却发生了变化,故光波在不同方向上的球壳厚度(波长)受光源物体运动的影响。沿X正轴方向的A点,因与光源物体的运动方向相同,故A点接受到的光波球壳厚度为c·γ—L,此方向上的光波波长将变得最短。沿X负轴方向的B点,球壳厚度为c·γ+L,此方向上的光波波长将变得最长。从这里我们还可以得出多普勒效应。
  多普勒效应;物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高 (蓝移 blue shift)。当运动在波源后面时,会产生相反的效应。波长变得较长,频率变得较低 (红移 red shift)。波源的速度越高,所产生的效应越大。根据光波红(蓝)移的程度,可以计算出波源循着观测方向运动的速度。
楼主youwd1967 时间:2012-07-01 12:24:02
  第五节  光的吸收
  5·1  叠加后的光波
  前面介绍了一个独立光波的产生原理以及光波的各种性质,通过分析我们发现一个独立光波的图像、性质是简单的。但是一个光源物体是由数量极大的原子组成的,任一时刻,一个光源物体会同时产生数量极大,但数量毕竟有限的各种不同光波。因此在接收屏上,是绝不可能一次只接收到一个独立的球面光波。某一时刻,接收屏任一点上接收到的光波,是同时抵达该点所有球面光波叠加后的光波。
  当我们在一个接收屏上,分析屏上各点光波的叠加情况时,发现情况发生了很大的变化。二个原子产生的光波,是不连续的一份一份独立光波,为间歇式光波。但是在接收屏上任一点上,叠加后的光波却变成N和S循环变化的连续光波。
  (光即是连续的,又是不连续的。叠加后的连续是建立在产生时的不连续基础上的。)
  一个独立光波不具有频率概念,但是在接收屏上任意一点,叠加后的光波由于变成连续光波而具有频率概念,对应此变换频率,光波的波长概念也发生了完全的变化。
  最为关键的是,某一时刻,各场点的叠加光波在磁性上,光强上,变换频率,位相上是各不相同的。就是同一场点的叠加光波,其变换频率、磁性、光强还会随着时间而变化。
  5·2  波动场方程
  一个光源物体产生的光波叠加后变成了连续波,因此我们可以借鉴机械波的数学公式,去描述磁性能量光波,其表达式为;U(p,t)=A(p)cos[ωt- (p)]
  5·3  光的吸收
  接收屏上的任何一点总是同时接收到数量极大,而且在磁性、光强、位相上各不相同的独立光波。但是当把这些独立光波叠加在一起时,每一点上的光波却只有一个确定值(九九归一)。该叠加光波就会超距作用于该点上的粒子磁极,产生一个确定的磁力,在该磁力作用下粒子的运动状态发生了改变。
  或者说磁性能量波被物质内部的粒子吸收,粒子吸收的磁性能量波面积为该粒子的受光面积,被吸收的这部分光能由此完成了从光能到粒子动能的转换,而没有被吸收的球面波在增加一个缺口的情况下,仍按原路继续传播。
  5·4  惠更斯原理
  从稳定性角度分析,当物体内部的原子吸收光能后,会导致其运动状态偏离原稳定状态,根据“平衡规律”,这些原子就会通过同磁极相切运动,而自发的全部或部分释放那些吸收的光能。原子再次释放的光波我们把它称为次源波,根据磁性光波的性质,次源波仍然是以球面光速的形式传播的磁性能量波。当次源波遇到其他原子时同样会被吸收和再次释放,形成一个新的次源波。由此我们可以得出惠更斯原理。
  惠更斯(Huygens)原理:波面上的每一点(面元)都是一个次级“球面波”的子波源,子波的波速与频率等于初级波的波速和频率,此后每一时刻的子波波面的包络就是该时刻总的波动的波面。
  
  菲涅耳根据子波假设,补充了描述子波的基本特征-位相和振幅的定量表示,增加了“子波振幅按位相叠加”的惠更斯-菲涅耳原理;在光源S发出的波前Σ上,每个面元dΣ都可看成是发出球面次波的新波源,空间某点P的振动是所有这些次波在该点的相干叠加结果。
  5·5  次源波的延迟辐射性质
  根据惠更斯原理,可以解释光的反射定律、折射定律,并给出折射律的物理意义;光在两种媒质中速度之比,N12=n2/n1=v1/v2    ( N12叫做介质1相对介质2的相对折射率。v1和v2分别是光在媒质1和媒质2中速度。)
  但是在解释光的折射定律时,惠更斯只是人为规定光在光密媒质的传播速度小于光疏媒质的传播速度,而不能回答光在光密媒质的传播速度为什么小于光疏媒质的传播速度。下面我们尝试着用磁性光波来回答这一问题。
  相邻两个原子的受光面是处于同一平面的,而这两个原子吸收光波后的次波光源点却在二原子的连线处,即二原子的受光面和次波光源点不在同一处,受光面与次波光源点之间有一定的距离。因此原子吸收光能后不是马上就会向外辐射次波,而是在吸收光能后旋转一定的角度,达到同名磁极相切条件后,再向外辐射次源波。这就造成原子吸收光能后需要延迟一段时间再产生次源波,次源波具有延迟辐射性质。
  5·6 光在光密媒质的传播速度为什么小于光疏媒质的传播速度
  当一个独立光波在真空中传播时,由于真空中不存在其他物质,不会发生光波被吸收的现象,因此光在真空中的传播速度最快。而光在各种媒质中传播时,由于球面形式的光波总是有一部分被媒质所吸收,然后延迟一段时间后再形成次源波,因此光在媒质中的传播速度要小于光速。
  光在媒质中传播速度变慢并不是次源波的光速变慢引起的,而是由于次源波具有延迟辐射性质引起的。媒质密度越大,光通过此媒质时与原子交换能量次数越多,光波经过相同距离所用时间越多,因此在密度越大的媒质中光传播速度越慢。
  5·7  光在媒质中的折射率为什么随光的频率而变
  1672年,牛顿利用三棱镜将太阳光分解成彩色光带,这是人们首次作的色散实验。
  色散:复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。色散可以利用棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器来实现。复色光进入棱镜后,由于棱镜对各种频率的光具有不同折射率,各种色光的传播方向有不同程度的偏折,因而在离开棱镜时就各自分散,形成光谱。
  那么不同频率的光波在同一媒质中的折射率为什么不同?
  前面我们已经了解叠加光波的波长越短,能量越大,这也表示一个原子接收频率越高的叠加光波,吸收的光能越多,原子自旋速度也将变得越快。现在原子的自旋速度变得更快了,但是中子循环磁场变换频率却不受原子自旋运动的影响,这也意味着,该原子在相同的时间内,需要旋转了一个更大的角度才能与下一个原子达到同名磁极相切的条件。因此频率越高的叠加光波在同一介质中的折射率越大,同一介质相对不同频率的叠加光波,具有不同的折射率。
  
  小结
  (一)从另一个新角度看世界,光是由二原子通过同名磁极相切运动产生的二种磁性能量光波,二种磁性能量光波同时具有以下性质,1;量子性。2;叠加性。3;波动性。4;光速球面传播性质。5;在真空中的传播不需要任何媒介的帮忙。6;次源波的延迟辐射性质。
  那么,我们是否可以只用一种图像去说明:光的反射、折射、色散、干涉、衍射、偏振现象。只用一种图像去分析:光电效应、康普顿效应、拉曼效应,塞曼、磁致旋光等效应,以及各种光学仪器的工作原理?
  对光学感兴趣的读者可以尝试着用光的以上性质,再结合波动光学去分析各种光现象。也许你的疑问越多、提出的问题越多,你的新发现就会越多。这里,真心祝愿每一位读者在疑问中、独立思考中,有了更多的新发现、新发明、新想法、新创意。
楼主youwd1967 时间:2012-07-08 22:35:11
  第四章  热
  
  第一节 温度
  1·1热平衡状态
  原子产生自旋运动后,会给物质系统带来新的不稳定因素,而根据“平衡规律”:物体总是自发向更稳定方向发展的。因此,一个物体只要具有一定的温度,那么该物体就会为了追求更稳定的状态,而自发的向外释放一定的能量。实验表明任何物体只要温度高于绝对零度,就会自发向外辐射波长为0.4~40微米范围内的光波。
  具有一定温度的物体会自发的向外释放一定的能量,但是能量是守恒的,这就决定:一个物体在主动向外释放一定能量的同时,又不得不被动的吸收其它物体释放的能量。因此,物质系统又总是自发向着释放能量等于被动吸收能量的热平衡状态发展的。
  1·2 热平衡定律
  否勒(Fowler)于1939年提出热平衡定律:在不受外界影响的情况下,只要A和B同时与C处于热平衡,即使A和B没有热接触,它们仍然处于热平衡状态。
  热平衡定律告诉我们,互为热平衡的物体之间,它们的温度是相同的,而判断二物体是否达到热平衡状态,可以通过二物体的辐射出射度M(T)是否相同来确定,即M(T)相同的两物体温度相同。
  那么,我们是否可以这样认为:温度这一概念是反映物体辐射出射度M(T)大小的一个物理量?
  1·3  影响物体温度的二个微观因素
  从光的产生原理我们可以得出,影响物体辐射出射度M(T)大小的因素主要有二个:原子的自旋速度ω和原子间的距离R。
  1;原子的自旋速度ω越快,同磁极相切过程时向外释放的光能越多,物体的辐射出射度M(T)越大。
  2;原子间的距离R越小,二原子同磁极相切时的斥力越大,原子速度改变量越多,物体的辐射出射度M(T)越大。
  那么,我们是否可以认为:物体的温度高低不是只由原子的自旋速度ω决定的,而是由ω和R综合决定的?
  即,在R不变的情况下,原子自旋速度ω越快,物体温度越高。
  在ω不变的情况下,原子间的距离R越小,物体温度越高。
  当R和ω同时增加时,物体的温度有可能上升,也有可能由于原子间的距离上升过快而导致物体温度下降。
  第二节  压强
  2·1 气态分子的理想状态
  由于气态分子间的力为循环场力,这就决定每一个气态分子都会拥有一个属于自己的独立生存空间。当其它分子想要进入该独立空间时,将会受到斥力,斥力会把闯入该独立空间的分子推回至平衡位置。
  而每一气态分子所拥有的最大空间为:外界压强为绝对零压强条件下的独立空间,即零压独立空间V0
  影响零压独立空间V0的二个因素:
  ⑴不同的气态分子由于向外产生的磁场不同,决定分子间的力不同,力不同又决定该分子的V0大小不同。
  ⑵同一分子获得的外界能量越多,该分子的自旋速度越快,向外产生的磁场强度越强,故V0越大。
  2·2  压斥力平衡
  每一个气态分子在循环场力作用下,总是在争取最大的独立生存空间V0,但是,由于大气层中的所有气态分子都受到方向指向地球心的地球引力,所以处于下一层的气态分子就会受到上一层分子的向下压力,在这种压力作用下,下层气态分子的实际空间V实就会小于V0。而所有气态分子的V实一旦小于V0,对外就会表现出斥力。从而自发达到对外斥力与外部压力间的平衡状态:“压斥力平衡”。
  2·3  影响气体压强P的二个因素
  地球表面的所有气态分子的实际独立空间V实都是小于V0的,因此所有气态分子对外整体表现为斥力。当气态分子V实—V0间的偏差值越大时,气态分子对外斥力就越大,该气体压强越大。
  那么,我们是否可以这样认为:气体的压强P是由气态分子V实—V0间的偏差值大小决定的?而影响气体压强大小的因素主要有二个:
  1;V0的影响;当气体温度上升时,气态分子由于获得能量具有争取到更大独立空间V0的能力,即 V0随着温度同步增大。如果此时容器内的气体体积不变,即V实不变,但V0却因温度上升而变大,这就会造成V实—V0间的偏差值进一步加大,气体压强P跟着增大。
  法国科学家查理(1746--1823)通过实验发现查理定律:一定质量的气体,当其体积一定时,它的压强与热力学温度成正比。即P1/P2=T1/T2 。
  2;V实的影响;当气体的温度保持不变时, V0也就保持不变,如果我们减小容器内的气体体积,即V0不变而V实变小。这又造成V实—V0间的偏差值进一步加大,气体压强跟着增大。
  英国化学家波义耳(Boyle),用玻璃活塞做实验时发现,当他向堵住的空气施加双倍的压力时,空气的体积就会减半;施加3倍的压力时,体积就会变成原来的1/3。波义耳创建了一个简单的数学等式来表示这一比例关系:在密闭容器中的定量气体,在恒温下,气体的压力和体积成反比关系。公式为:V=k/P   。
  
  
  第三节  热力学第一定律
  3·1  气态分子的势能
  由于地球表面的大气压强为1.013x105 Pa.因此,对于大气层中的气体而言,所有气态分子的V实都小于V0。而气态分子的V实一旦小于V0,又都具有自发恢复至V0的趋势,分子在恢复至V0的过程中会对外膨胀做功。
  那么,我们是否可以这样认为:大气层中的所有气态分子都具有一定的势能E势。但是,由于每一个分子都处于压斥力平衡状态,分子拥有的这个势能E势,却不能对外膨胀做功。
  3·2  分子势能增加的原因
  在一有活塞的汽缸内盛有一定量的气体,现在对汽缸内气体进行加热。气体从外界吸收热量Q后,气态分子自旋速度会加快,气体动能增加量为△E动。
  当分子自旋速度上升时,由于分子对外斥力会随着自旋速度的上升而增加,该气体就会拥有更大的势能E势,这也就表示分子的势能E势会随着分子自旋速度的上升而同步增加。我们把气体因自旋运动变快而增加的这部分势能E势称为势能增量△E势。
  由此我们得出,当气体从外界吸收热量Q后,气体的动能、势能增量分别为△E动、△E势,故有公式;Q =△E内=△E动+△E势   (3·1)
  3·3  热力学第一定律
  当气体从外界吸收热量Q后,气体的动能、势能增量分别为△E动、△E势。在外界压强不变的情况下,该气体由于势能增加而对外膨胀做功W。气体在膨胀做功过程中,分子对外斥力又会随着V实的增加而不断下降(压强下降)。当汽缸内压强下降至与外部压强相等时,气体势能增量△E势将全部对外做功W。即W=△E势  (3·2)
  将公式(3·1)代人(3·2)可得;Q=△E动+W
  从这我们可以得出热力学第一定律:系统从外界吸收的热量Q,一部分使系统的动能△E增加,另一部分对外做功W。
  热力学第一定律也叫能量不灭原理:热可以转变为功,功也可以转变为热;消耗一定的功必产生一定的热,一定的热消失时,也必产生一定的功。
  
  3·4 能的耗散
  大气层中的所有气态分子都具有一定的势能E势。但是分子拥有的这个势能E势,是不能对外膨胀做功的,能够对外做功的能量只能是气体新增加的势能△E势。而△E势的增加是建立在分子自旋速度上升这一基础上的,气态分子只有在自旋速度增加(△E动增加)的基础上,零压独立空间V0才会增加,分子势能△E势才会在V0增加的基础上变大。因此用于增加分子自旋速度的那部分能量△E动是不能用于对外做功的,能够用于对外做功的能量只能是;随分子自旋速度上升时气体新增加的那部分势能△E势。
  从以上分析我们可了解;为什么机械能可以全部转化为热能,但热能不可能全部转化为机械能。科学家把能量以热的形式散发到周围空间而无法再继续做功的现象称之为能的耗散。在能的转化过程中,能的耗散是不可避免的,这也是能量守恒,能源是不守恒的原因。
  3·5  等体过程
  在一有活塞的汽缸内盛有一定量的气体,在体积不变的条件下对气体加热,气体吸收热量Q后,气体动能和势能增量分别为△E动、△E势。在等体过程中,由于气体的体积V是常量,△E势不对外作功,由热力学第一定律,有Q=△E动+ △E势=△E内,这表明气体吸收的热量全部用来增加气体的内能△E内。
  从分子角度分析,气态分子因获得外界能量自旋速度加快,而在等体过程中,粒子间的距离并没有改变,故等体过程中,1mol气体在吸收相同热量Q后温度上升的最快。
  气体的定体摩尔热容Cv.m=dQ/dT,是指1mol气体在体积不变条件下,温度改变1K(或1度)所吸收或放出的热量。
  3·6  等压过程
  在一有活塞的汽缸内盛有一定量的气体,在气体压强保持不变的条件下对气体加热,气体吸收热量Q后,气体动能和势能增量分别为△E动、△E势。但是在等压过程中,由于汽缸内压强这时大于汽缸外压强,所以气体势能增量△E势将会全部对外做功W,由热力学第一定律,有Q=△E动 +W
  从分子角度分析,气态分子因获得外界能量自旋速度加快,但在等压过程中,气体由于对外膨胀做功,分子间距离变大,这又会导致气体温度下降。因此在等压过程中,1mol气体在吸收相同的能量情况下,温度上升值要比等体过程小。
  气体的定压摩尔热容Cp.m;是指1mol气体在压强不变条件下,温度改变1K(或1度)所吸收或放出的热量, Cp.m =dQp/dT
  3·7 摩尔气体常量R与气体势能增量△E势的关系
  大量实验表明,无论是单原子气体还是多原子气体,尽管它们的定压摩尔热容Cp.m和定体摩尔热容Cv.m的实验值不同,但是Cp.m与Cv.m实验值之差即Cp.m-Cv.m与摩尔气体常量R还是比较接近的,即R=Cp.m-Cv.m。R约等于8.31J。
  那么Cp.m与Cv.m实验值之差为什么接近于摩尔气体常量R?
  从气体的等体过程和等压过程分析中我们可以看出,在等压过程中,气体由于对外膨胀做功分子间距离增大,而分子间距离增大又会导致气体温度下降,这就意味着在等压过程中,气体温度每升高1K所需要的热量要比等压过程多吸收R(约等于8.31J)的能量。而气体在等压过程中之所以要多吸收R的能量,是由于气体把这多吸收R的能量全部用来对外膨胀做功。
  而气体在等压过程温度上升1K时,能够对外做功的能量是气体的势能增量△E势。这也表示;等压过程中,1mol理想气体温度每升高1K,气体的势能增量△E势也就等于摩尔气体常量R(8.31J)。
  即△E势=R·1K,或者△E势=R T
  3·8  理想气体的状态方程
  在等压过程中,当 M/Mmol摩尔气体温度增加T摄氏度时,由于△E势=R T,所以该气体势能增量△E势就等于M/MmolRT,即△E势=M/MmolRT 。又由于△E势=PV,故得出理想气体的状态方程;PV= M/MmolRT
  
  第四节  热力学第二定律
  4·1 热平衡原理
  具有一定温度的物体总是自发的向外释放能量的,而物体在释放能量的同时又不得不被动的吸收其它物体释放的能量。
  因此,我们认为:具有一定温度的物质系统和外界总是处于,自发释放能量与被动吸收能量的热流交换状态中,系统总是自发向着吸收能量等于向外释放能量的热平衡状态方向发展的。即热平衡原理
  根据热平衡原理,物质系统总是自发向着吸收能量等于向外释放能量的热平衡状态方向发展的,当物质系统达到热平衡状态后,如果系统的内外条件不发生其他变化,那么系统绝不会自发的从热平衡状态发展到不平衡状态。
  下面让我们尝试用热平衡原理来分析能量自动进行方向性问题。
  4·2 开尔文说法
  历史上曾有人企图制造这样一种循环工作的热机,它只从单一热源吸收热量,并将吸收的热量全部用来做功而不放出热量给低温热源。这种热机叫做第二永动机。然而人们经过长期的实际认识到,第二类永动机是不可能实现的。
  对于第二永动机“开尔文”总结为:热机不可能从单一热源取热,把它全部变为功而不产生其他任何影响。
  从热平衡原理来分析;具有一定温度的物体,其自发释放能量与被动吸收能量是同时并存的,因此,能量单一的只从高温物体传向低温物体,而低温物体就没有能量传向高温物体的现象,是不可能出现的。
  具有一定温度的物体,其自发释放能量与被动吸收能量是同时并存的,因此,二个存在温度差的物体是通过释放和吸收之间的能量差,来完成热量从高温物体传到低温物体的。
  开尔文说法中的第二个观点;热机不可能将吸收的热量全部用来做功而不产生其他任何影响。
  从能的耗散分析中我们已经了解,气体从外界吸收的热量只有气体势能增量△E势部分才能对外做功,而分子势能的增加是建立在分子自旋速度增加基础上的,离开分子自旋速度增加这一基础,分子势能不会凭空增加。因此转换为分子自旋动能△E动的那部分热量,只能用于气体的温度提高而不能用于对外作功,大自然中绝不可能出现,热机从单一热源吸取热使之完全变成功,而不发生其他变化的现象。
楼主youwd1967 时间:2012-07-15 21:35:47
  自然生成
  第一节 原子的自然生成
  物质的本性
  从另一个角度看世界,宇宙万物都是由中子组成的,由于中子具有磁矩,这就决定世界上只要它是由中子构成的客观物质,那么它就会不以人的意志为转移自发向外产生磁场。因此,自发向外产生磁场是所有物质的固有属性,而物质的本性也就在于此。
  根据物质的本性,物质总是不以人的意志为转移自发向外产生磁场的,而磁场一旦产生它就不会无缘无故的凭空消失,这又决定物质在自发向外产生磁场的同时,又被动的接收其他物质产生的磁场。在磁场的超距作用下,物质自然产生了相互之间的内在动力,在内在动力作用下,物质产生了自然运动、并自发的组织在一起,因此,物质世界是通过自发向外产生的磁场,磁场产生的力而普遍的、客观的联系在一起的。
  另外,具有一定温度的物质系统还会自发的向外释放能量,而能量是守恒的,这就决定物质在自发向外释放能量的同时,又不得不被动吸收其他物体所释放的能量。物质拥有的能量在这一放一吸间产生了变化,而原子拥有的能量不同又决定原子间力的变化,力变化又导致物质系统的发展变化。
  1·2  自发与自然
  物质具有二个自发行为,
  1自发向外产生磁场。
  2自发向外释放能量。
  物质自发向外产生磁场决定了物质的运动、自组织。物质自发向外释放能量决定了物质的发展变化。而物质在自发向外产生磁场、自发向外释放能量的同时,又不得不被动接受磁场、能量。这就决定物质系统在自发与被动之间,又总是自发的向相对内外条件为最稳定的动态平衡方向发展的。
  由物质的这二个自发行为,我们可以进一步得出,物质的运动是自然运动。物质间的联系是自然联系。物质的生成是自然生成。物质的变化是自然变化。物质的发展是自然发展。物质运动、生成、变化的规律是自然规律。自然界中的所有现象都是自然现象。
  那么宇宙万物在自然生成过程中,组成万物的原子到底又会表现出那些自然行为哪?
  
  自发调整和相互协调
  根据假设,中子的南北两磁极是由于中子的高速自旋运动而在转轴的两端成对产生的,而当中子的南北磁极开始了永不停息的旋转运动后,向外产生的磁场就变为“循环磁场”。“循环磁场”又决定了中子之间自然产生的相互作用力,为“循环场力”。
  那么,中子在“循环场力”作用下究竟是如何形成原子的哪?
  个体间的相互协调
  在原子的自然形成过程中,由于循环场力具有调整功能,因此,无论中子之前的运动状态是什么,各中子在循环场力作用下,都会自发调整各自的运动状态,通过有序的、循环变化的分合运动,以达到彼此之间在运动上的动态配合、协调有序,并在相互协调中保持原子整体状态的相对稳定。
  个体与整体间的协调一致
  从原子形成过程分析,二中子在循环场力作用下,将会自发建立起一种相对稳定的动态连接。由于循环磁场具有旋转性质,这就决定二中子在自发建立动态连接的时候还自然产生了涡旋运动,而二中子一旦产生涡旋运动,对外就会产生一个具有涡旋性质的叠加总场。
  这也意味着,后续加入的中子所受到的力,不是只来自于某一中子,而是来自于原子的总叠加场力。由于总叠加场力具有涡旋性质,因此,后续加入的中子在总叠加场力作用下,就会自发调整各自的运动状态,产生相同方向的涡旋运动,以保持与原子整体运动上的协调一致。
  很难想象如果某一中子产生了与原子涡旋运动相反的运动,原子还能不能稳定存在。也可以说原子在自然形成过程中,各中子在循环场力的相互作用、影响、制约下,会通过调整各自的运动状态,以达到个体之间、个体与整体之间在运动上的协调有序,从而自发建立起一种相对稳定的动态连接。
  
  
  
  第二节 原子间的循环场力
  原子的循环磁场
  各中子在循环场力的作用下,自发达到了个体之间、个体与整体之间在运动上的协调有序,那么,我们是否可以这样认为:
  一定数目中子自然形成的原子,向外产生的总叠加磁场仍是有序变换的循环磁场。
  原子间的循环场力
  一定数目的中子在循环场力作用下自发结合成一个具有一定质量、形状、大小的球型结构原子。尽管不同数目的中子自然形成的原子结构不同,对外产生的总叠加场在①有序程度、②变换频率、③磁场强度方面存在不同,但所有原子产生的总场都是有序变换的循环磁场。
  而不同原子产生的磁场的不同,又决定不同元素相邻,产生的循环场力在;①力的大小上、②引力和斥力作用时间上、③引斥力变换频率上是各不相同的。
  
  第三节  原子间的连接状态
  
  由于不同元素相邻,产生的循环场力是各不相同的,这又进一步导致不同元素相邻,原子状态在以下几个方面是不同的; ㈠原子的运动状态不同。㈡原子的位置状态不同。㈢原子间的连接状态不同。㈣原子间的平衡距离L0长短不同。㈤原子的振动量不同。㈥振动频率不同。
  我们把二原子间的连接状态分为三种。
  1始终连接状态
  二原子在平衡距离范围内始终维持着有序的分合运动。我们把二原子的这一连接状态称为:始终连接状态。
  对应这一连接状态的物质形态是“固态”,固体内部各原子之间由于始终处于连接状态,因此,各原子只能做有序的分合运动,但不能在物体内部流动。
  2 时断时连状态
  由于物质的能量具有流动性,这就造成原子间的力总是处于变化之中。某一时刻,由于引力变小,不能把趋于分离的二原子重新拉回至平衡位置,而在下一时刻又会因引力变大,重新把二原子拉回至平衡位置。我们把原子、分子间的这种连接状态称为:时断时连状态。
  对应这一连接状态的物质形态是“液态”,即n个相同或不同的元素组成一个液态分子球,液态分子之间处于时断时连状态。
  当液态分子处于连接状态时,各分子凝聚在一起而不至于分散远离,而当液态分子处于连接断开状态时,液态物质又表现出流动性。故液态物质在宏观上有一定的体积,易于流动,不能自由地保持固定的形状,只能随着容器形状而变化。
  3 连接断开状态
  当二原子在斥力作用下距离达到最大时,如果二原子间的引力已小到不足于把趋于分离的二原子重新拉回至平衡距离,那么二原子只能在最大间距处停留,而不能继续在平衡距离范围内做有序的分合运动。我们把二原子的这一连接状态称为:连接断开状态。
  对应这一连接状态的物质形态是“气态”,气态分子之间由于始终处于连接断开状态,故气态分子的独立空间为液态分子的1000倍左右。分子之间的相互作用力很小,气体具有流动性、扩散性、各向同性,在宏观上表现出没有一定的体积形状,可以充满任何一种容器。
  
  
  
  
  第四节   平衡距离
  不同元素由于结构不同产生的循环磁场不同,这就造成不同元素相邻,产生的循环场力是各不相同的,在不同的循环场力作用下,原子间的连接状态不同,原子间的平衡距离L1、L2、Ln···是各不相同的。
  需要特别说明的是,在物质系统内部,孤立的二个相互作用的原子是不可能存在的。由于每一个原子都是和周围的所有原子相互作用、相互影响的,因此当二个原子相互作用后,其运动状态会发生变化,而这种变化紧接着又会影响它与周围其他原子之间的作用力。因此系统内部原子间的各平衡距离L,是综合了所有原子相互作用后产生的平衡距离。
  第五节 晶体的生长
  在晶体生长过程中,由于不同元素相邻自然形成的平衡距离L是各不相同的,而原子间平衡距离L越短,根据作用力公式F=A.B1.B2/4兀L2,二原子间的循环场力越大,该连接方式也就越稳定,晶体也越容易以该连接方式形成稳定的晶体主框架。
  又由于原子在循环场力作用下,总是在最大距离R1与最小距离R2之间不停振动的。因此,各原子在振动过程中,会通过比较力的大小,而自动把平衡距离相对最小的原子留在其身旁,而把那些平衡距离相对较大的原子推向外围。
  另外在循环力作用下,一个原子又是同时与周围所有相邻原子维持在平衡距离的。这也意味着一个能同时与晶体表面所有原子维持在平衡距离的原子将会在晶体表面的某一处留下。
  那么,我们是否可以这样认为:在晶体生长过程中,以下二个条件决定了什么样的原子将会在什么位置生长。1;晶体表面原子把一些平衡距离最小的原子留在其身旁。2;每一新加入的原子要与周围的所有相邻原子维持在平衡距离。
  如果在晶体表面的某一处,原子1不如原子2更能满足这二个条件,那么原子2在这次自然竞争中将会胜出,而占据该位置。即二条件决定什么样的原子能够留下。
  如果一原子在A点不如在B点更能满足这二个条件,那么该原子在循环场力作用下会自发调整到B点。即二条件决定新原子留在什么位置。
  在晶体生长过程中,二条件决定什么样的原子在什么位置结晶。同样的,晶体表面原子为了迎接新原子的加入,也会做出相应的调整,而新原子一旦加入到整体后,又丰富了、改变了整体的内容。即前一原子的加入改变了后续原子加入时的内外条件,使整体内容在原有基础上不断向前发展、变化。
  由此我们可以得出,整体的发展是在原有基础上的稳定发展,动植物、晶体的生长总是沿一定的方向以某种必然的方式进行的,动植物的基因决定了它将来的发展方向和未来状态。
  
  
  
  第六节 由平衡距离决定的结构
  如果将大量的原子聚集到一起构成固体,那么显然原子会有无限多种不同的排列方式,但是,由于原子在循环场力作用下,总是自发维持在平衡距离内的,这就决定各原子在自组织过程中不会胡乱排列,而是自发按照一定规律排列。
  如在氯化钠晶体内部,元素之间将会产生三种平衡距离。①氯和钠间的平衡距离L1。②钠与钠间的平衡距离L2。③氯与氯间的平衡距离L3。
  由于在这三种距离中,氯元素和钠元素之间的平衡距离L1最短,因此一个氯元素会自发把钠元素留在其身旁,并同时在六个不同方向上与六个钠元素直接建立起稳定的连接,同样一个钠元素也会自发把氯元素留在其身旁,同时在六个不同方向上与六个氯元素直接建立起稳定的连接,这就决定在氯化钠晶体内部,氯元素和钠元素会按照一定规律周期性交替排列在一起。
  在晶体形成过程中,每一原子在循环场力作用下,不但把一些平衡距离最小的原子留在其身旁,而且还会自发与周围所有相邻原子维持在平衡距离。如一个氯原子在与六个钠原子维持在平衡距离L1的同时,还要与周围的氯原子维持在平衡距离L3内。而L1、L2、L3的长短又综合决定了氯原子的配位数,以及其它原子在氯原子周围的空间分布,也可以说平衡距离L1、L2、L3的长短,最终决定了晶体的结构。
  
  第七节 自组织原理
  通过以上分析,我们可以进一步得出自组织原理:原子在循环场力作用下,总是自发按照平衡距离L1、L2、L3的不同,在空间的不同方向上有规律周期性排列在一起,从而自发组成一个相对于内外条件为最稳定的、具有特殊结构、功能的有机整体。
  根据物质系统的自组织原理,物质系统的自组织是物质在内在动力下的自组织。人所能做的也仅仅是改变系统的内外条件,通过内外条件的变化来改变物质自身内在动力的参数,如改变自组织系统的化学成分、环境温度、压强,以及振动、搅拌、加入催化剂等。在人所设定的内外条件下,让物质通过自身的内在动力自组织在一起,从而产生出人所需要的新材料。
  而物质自身的这种内在动力,即不是人赋予的,也不是外力所能够推动的,它只能来自于物质按其本性自然产生的内在动力。人在新材料的研制领域是受大自然规律制约的,人并不是无所不能的,违反自然规律的材料我们是永远不可能制造出来的。
  
楼主youwd1967 时间:2012-07-23 21:17:03
  万物的自然变化
  第一节  影响物质结构的内因、外因
  现在我们已经了解到,物体的各种物理、化学性质主要由该物体的内在结构决定。
  从另一个角度分析,物体的内在结构主要是由粒子间的平衡距离L0决定的。由于中子的原子模型的引斥力是循环场力,这就决定影响平衡距离L0长短的因素,已不再是简单的粒子间的引力或斥力的强度只与粒子间距离有关的一个问题,还应该考虑另外二个因素。
  1;原子间交变引斥磁力的变化频率f。
  2;在一个交变引斥周期内,引力、斥力的作用时间长短。
  粒子间的平衡距离L0是由1;引力、斥力的大小,2;交力的变化频率f,3;引力、斥力的作用时间长短,这三个因素共同决定的。而决定这三个因素的原因又有很多,我们把这些原因分成二类;内因、外因。
  1•1  内因
  在相同的外界条件下,不同的元素由于结构不同产生的磁场不同,这就造成不同元素相邻,产生的循环场力、平衡距离不同。不同化学组分的物体自发形成的结构是不同的。
  因此我们把物体的化学组分看作是影响物体结构的内因,内因是物质变化发展的根据。
  1•2  外因
  由于世界上一切事物都不是孤立存在的,所有物质都是自发的通过场而与外界建立普遍联系的。因此当物体所处的外界环境(温度T、压强P)等因素发生改变时,外界会通过场力的作用改变物体内部粒子的运动状态,而粒子的运动状态发生改变,会进一步影响物体结构的变化。因此我们把物体所处的外界环境看作影响物体结构的外因。外因是物质变化发展的条件,外因通过改变内因而起作用。
  1•3  内因和外因
  从“平衡规律”分析;物质系统内部各要素在循环场力作用下,总是自发的从相对的不稳定状态向相对于内外条件为最稳定的动态平衡状态发展的。这就决定;
  1在外因不变的情况下,改变物体的内因,原相对稳定的平衡状态将被打破,在新循环场力作用下,各要素通过调整各自的状态以适应条件的变化,从而形成相对于新内外条件为最稳定的结构。
  2在内因不变的情况下,改变物体所处的外界环境,在外界场力作用下各原子的运动状态随之发生改变,原相对稳定的平衡状态被打破,在新循环场力作用下,各要素通过调整各自的状态以适应条件的变化,从而形成相对于新内外条件为最稳定的结构。
  物质系统的生成变化是内因和外因共同起作用的结果。内因是事物变化发展的根据,外因是事物变化发展的条件,外因通过改变事物内部的状态而起作用。因此要了解物体的结构、性质,我们应该综合分析物体的内因、外因这二个方面。而物质系统的内外条件一旦被确定下来,那么根据“平衡规律”,当系统达到动态平衡状态后,系统的各种状态、结构也就同时被确定下来。
  
  
  第二节  固态物体的量变
  2•1  温度引起的结构变化
  前面我们在外因不变的条件下,了解了内因与物质结构之间的关系。但是,一个孤立的物质系统在现实中是不存在的,由于能量具有流动性,物质系统总是与外界处于不停的能量交换状态。又由于物质运动是绝对的、无条件的、永恒的,这就决定系统所处的环境不可能永远不变。当系统的外部条件(如温度、压强、电磁场等)发生改变时,根据“平衡规律”,系统的结构会随之而变。
  下面以温度变化为例,分析温度变化对系统结构产生的影响。
  
  2•2  量变与质变
  量变;当外界温度在某一范围内变化时,温度变化只改变原子的运动状态和平衡距离L0长短,但对原子间的连接状态没有产生质的影响。我们把物质结构在此范围内的变化过程,称为物质的量变过程。
  质变;如果外界温度变化超过某一范围时,那么原子间的连接状态将会发生质的改变,例如由原先的连接状态变为时断时连或是连接断开状态,该物体结构随之发生质的改变。
  质变在化学反应的表现为,旧化学键断裂和新化学键形成。而判断物质系统是否发生质变,主要是分析物质内部原子的连接状态是否发生质的改变。
  2•3  原子的自转磁矩
  当我们对物体做功、传导热量时,原子吸收能量后产生自旋运动。而原子一旦产生自旋运动,那么根据假设,原子的自转磁矩m(原)会随之而产生,而且m(原)会随着原子自旋速度的加快而增强。
  原子一旦产生自旋运动后,那么一个原子对外将会同时产生二个磁场;B (中)和B(原)。而原子整体的自旋运动和内部中子的内禀运动又是按照各自的规律运动的,二种运动之间是各自独立、互不影响的,但是二者产生的磁场却是可以相互交汇在一起的,交汇的结果为B (中)和B(原)有时分离,有时重合在一起。重合在一起时,有时为同磁性相加,有时又为异磁性相减。
  2•4  B(原)对原子间的连接状态的影响
  B(原)对原子连接状态的影响表现出二面性,即引力时,B (中)和B(原)为异磁性相减,斥力时,B (中)和B(原)为同磁性相加,那么二原子间在这种引力变小,斥力变大的循环场力作用下,二原子的连接很容易断开连接, B(原)在这种情况下起到破坏连接的作用。而在另一相反的情况下,B(原)却又会起到增强连接的作用。
  2•5  热胀冷缩
  当外界温度在某一范围内变化时, B (中)不变但B(原)会随着温度的上升而增大。由于B(原)的二面性,在一定范围内,B(原)的增加对原子的连接状态、物体的结构形态不会造成质的变化。但是,B(原)的增加会导致原子间斥力增加,斥力作用时间变长,因此原子间的平衡距离L0会随着B(原)的增加而变长,固态物体体积在结构形态不变的情况下随着温度上升而增大,即热胀冷缩现象。
  
  
楼主youwd1967 时间:2012-07-29 11:05:23
  
  第三节  固体的熔化
  3•1  连接状态的质变
  在外部压强不变的条件下,提高固态物体的温度,B(原)跟着增大。尽管B(原)的增加对稳定和破坏原子连接的作用是同步上升的,但是原子向外产生的叠加磁场,却由于B(原)的增大而变得时大时小,这就造成二原子间的作用力总体上是朝时大时小方向发展的,连接状态是从稳定连接状态向时断时连状态发展的。即在叠加斥力大和引力小的情况下,原子处于断开状态,而在叠加斥力小和引力大时又处于连接状态。
  3•2  固体的熔化
  当固体温度升高到一定程度时,原子间的连接状态发生质变,由原先的始终连接状态变为时断时连状态。这时,在物体内部将会出现这一情况, n个处于连接状态却与外围其它原子处于连接断开状态的原子,由于原子产生的循环磁场具有旋转性质,因此这几个处于连接状态的原子在旋转磁力作用下,产生了围绕球心的涡旋运动,并自发结合成一个球状的液态分子。我们把物质由固态转变为液态的过程称为熔化过程。
  原子一旦产生围绕液态分子球心的涡旋运动,液态分子内部的各原子间的连接状态又因涡旋运动而变成稳定的连接状态,因此液态分子在新环境下是能够维持稳定存在的。
  当固体温度上升到一定程度时,根据“平衡规律”,原固态结构因不能满足稳定需要而被打破,物体内部的各原子在循环场力作用下,会自发调整各状态以建立一个新的结构去适应环境的变化。由于液态分子结构在新环境下为相对最稳定的结构,所以被物质自然选择,原有的旧结构由于不能适应环境而被自然抛弃。
  3•4  熔点
  固态转变为液态,其判断标准为物质内部各原子间的连接状态是否发生质变。而原子间的连接状态是由原子间的循环场力决定的。在原子自旋速度相同的情况下,即B(原)不变,相对于不同的元素,由于B (中)不同,B (中)和B(原)叠加结果不同,原子连接状态发生质变所需要的温度不同,所以不同化学成分的晶体熔解时对应的温度不同。我们把不同晶体熔解时对应的温度,称为熔点。
  3•5  熔化热
  晶体开始熔解时,从热源获得的能量,绝大部分转变为原子的涡旋运动能,而原子的涡旋运动对该物体的辐射出射度M(T)影响不大。因此晶体在熔化过程中吸进的热量主要用于熔化,熔解过程中温度保持不变。当晶体完全熔化后,原子从热源获得的能量将会再次用于提升自旋速度上,液体的温度开始升高。
  熔解热;表示单位质量的某种固态物质在熔点时完全熔解成同温度的液态物质所需要的热量; Q=λm
  3•6  液态物质的结构特征、性质
  原子按一定比例组成一个个液态分子球(其结构为动态变化的球型结构),由于各原子对外产生的场仍是大小来回变化的叠加磁场。这就导致液态分子之间的循环场力是大小来回变化的,液态分子间的连接状态为时断时连状态。当液态分子间作用力大的时候,液态分子将凝聚在一起而不至于分散远离,而当液态分子间作用力小的时候分子之间又很容易断开连接。由此我们得出液态物质在宏观上有一定的体积,易于流动,不能自由地保持固定的形状,只能随着容器形状而变化。
  
  
  3•7  非晶体
  如果液态物质的特征为;一定数目的原子组成的液态分子球,分子球之间总是处于时断时连状态。那么固态非晶体的特征就为;一定数目的原子同样组成一个球形分子,但是分子球之间处于稳定的连接状态。非晶体与液体的区别在于,液体内部的分子球处于时断时连状态,非晶体内部的分子球之间处于稳定连接状态。
  非晶体分子球之间由于始终处于稳定的连接状态彼此不能移动,造成其没有流动性,而以固态形式出现。非晶体分子球在三维空间是无规则的均匀排列的,没有一个方向比另一个方向特殊,如同液体内的分子排列一样,形不成空间点阵,它的物理性质在各个方向上是相同的,叫“各向同性”。
  当非晶体从外界吸收能量大于向外释放的能量时,吸收的能量一部分将会转换为原子自旋运动的转动能(温度上升),剩下的一部分用于原子的涡旋运动。而原子自旋运动速度上升又导致B(原)的增大,这又造成非晶体分子球之间的连接力下降,分子球之间的连接状态由原先的稳定连接状态逐步转换为时断时连状态,非晶体便由硬变软,流动性逐渐上升,因此,非晶体没有固定的熔点,外形为无规则形状的固体。所以有人把非晶体叫做“过冷液体”或“流动性很小的液体”如玻璃、松香、琥珀、珍珠等。
  
  第四节  液体的汽化
  4•1   液体的汽化
  当我们继续加热液体时,B原产生的磁力f原也在同步增大,而B 中却是不变的。随着液体温度越来越高, f原将会逐渐超过中子磁场B 中产生的力f中, f原在原子间的相互作用力中逐渐上升为主导地位,而中子磁力f中逐渐退居到次要位置。
  当原子自旋速度上升至一定程度时,f原将远大于f中,原子间的总叠加力将会由原来的时大时小状况,转变为以f原为主的相对较平稳的状况。现在原子间的力发生了巨大变化,这又造成原稳定的液态分子结构现在变为不稳定结构,根据“平衡规律”,液态物质结构随之会发生改变。
  由于此时f中对原子间的作用力的影响已变得微乎其微,现在我们可以忽略B 中的存在而把一个原子近似看作为一个中子,在这种情况下,原子间的结合方式与原子内部中子间的结合方式是极其相似,即一定数目的原子在循环场力f原作用下,自发结合成一个气态分子球。唯一不同的是原子内部的中子是全同的,而气态分子内部的原子却是不同的。这就决定气态分子可以通过内部各原子独立空间的大小相配,使气态分子球体内部空隙降到最低,从而形成一个近似完美球型结构的气态分子。
  当液体温度上升到一定程度时,原子自发按一定比例组成一个具有完美球形结构的球体,即气态分子。我们把物质从液态变为气态的过程叫汽化。
  4•2  气态物质的结构特征、性质
  气态分子的特征为;原子按一定比例自发组成一个近似完美球型结构的气态分子球。
  零族元素因本身具有近似完美球型结构,所以在常温下为单原子气态分子。其它气态分子如氧气、二氧化碳、氨气、水蒸汽等通过一定的组合而达到近似完美球型结构。
  气态分子由于具有近似完美球型结构,内部原子的运动更加有序,而运动的有序又决定其产生的叠加磁场强度高,自然产生的力大。在较大的斥力(或者是作用时间较长的斥力)作用下,二个气态分子将会分离的更远,而当引力出现时,由于分子间的距离此刻已经很远,引力小到不能把分子重新拉回平衡距离,因此气态分子之间始终处于连接断开状态,液体汽化时体积扩大为原来的1000倍。
  由于气态分子之间始终处于连接断开状态。彼此之间的相互作用力很小,因此,气体具有流动性、扩散性、各向同性,在宏观上表现出没有一定的体积形状,可以充满任何一种容器。
  4•4 沸腾
  沸腾是在同一温度下液体表面和内部同时进行的剧烈汽化过程,液体沸腾时的温度叫做沸点,在标准的大气压下,水的沸点是100℃。每种液体当温度升高到一定值——达到沸点时,且要继续吸热才会沸腾,即沸腾时液体吸收的热量全部用于汽化热,液体温度因而保持不变。
  沸点与大气压的关系
  当液体所处环境发生变化时,例如外界压强增大,对液体的压力增大,根据平衡规律;当系统的外部压强增大时,系统的新平衡点将会向内部液态分子距离缩短的方向转移。而液体汽化过程的新平衡点是向气态分子间距离增大方向转移的。这就意味着随着外部压强的增加,液体的汽化过程将要在液态分子间距离变得更短的条件下,形成分子间距离增大的气态分子。而要在这种条件下组成气态分子,原子必须在更高的自旋速度条件下才能够达到汽化条件,即液体的沸点必须增加才能达到汽化的条件。
  实验表明,同种液体的沸点不是固定不变的.一切液体的沸点,都是气压减小时减小,气压增大时增大。由于气压随海拔高度增加而下降,所以水的沸点随海拔高度的增加而降低,例如:海拔1000米处水沸点约97℃,3千米处约91℃,在海拔8844.43米的珠穆朗玛峰顶,水在72℃就可以沸腾。
  4•5  阿伏加德罗定律
  由于气态分子之间始终处于连接断开状态,因此任何气体在常温常压下,每个气态分子都拥有一个是其自身体积1000倍左右的独立生存空间,即每一个气态分子的独立生存空间大小是几乎或近似相等的(但不是绝对相等),气态分子的独立生存空间大小与分子的种类、半径无关,而只与外部环境(压强、温度)有关。
  当气体的温度、压强相同时,任何气态分子所占有的独立空间大小是几乎相等的,因此同温同压下,分子数相同的任何气体所占有的空间是相同的,我们把它称为阿伏加德罗定律。
  
  
  
楼主youwd1967 时间:2012-08-12 11:50:55
  万物间的相互作用
  
  对于由中子构成的物质系统(原子),其产生的磁场为有序变换的循环磁场。但是,对于由原子、分子构成的更高一级的物质系统,虽然原子之间、原子与整体之间在运动上是自发的维持在协调有序状态的,但由于原子的自旋运动和B原的干扰,以及各原子到空间某一点的距离不同,导致由原子组成的物体在空间某一点的总叠加磁场失去了有序变换性质。
  虽然固体、液体、气体产生的叠加总场已经不再具有有序变换性质,但是只要它是由中子构成的物质,那么它就会不以人的意志为转移而自发的向外产生磁场。
  虽然不同物态的物体向外产生的磁场不同,但是,只要不同物态的物体相邻,在它们之间就会产生相互作用力。
  虽然不同物态的物体相邻粒子间的力有巨大的差别,但是,无论力如何变化、物体如何变化,物体最终变化的结果却是相同的。
  下面从力学角度谈一下物体之间的相互作用和变化,以及表现出的各种自然现象。
  第一节  毛细现象
  1•1  表面张力
  当水与空气接触时,由于水分子间的距离是气态分子间距离的1/10,根据粒子间的作用力公式;F=A.B1.B2/4兀R2。得出水分子间的作用力远大于它与气态分子间的力,界面处的液态分子受到来自液体内部的力要大于界外气态分子的力,其合力方向垂直指向液体内部,这就导致液体表面具有自动缩小的趋势,这种收缩力称为表面张力。
  1•2 浸润现象
  当液体与固体接触时,由于液态分子间的距离和固态分子间的距离处于同一数量级,我们得出液态分子间的力f(液)和固液间的力f(固液)大小处于同一数量级。
  f(固液)与f(液)处于同一数量级的,但这并不表示f(固液)与f(液)就一定相等,由于不同物质产生的磁场不同,这就造成f(固液)和f(液)的大小是各不相同的。另外由于液态分子产生的磁场是大小来回变化的,这就导致f(液固)是大小来回变化的。而这又进一步加大了f(液固)与f(液)大小之间的差距和变化。当固体与液体接触时,在某一条件下表现出一种现象,而在另一条件下又表现出另一现象
  如果f(固液)大于f(液),那么液面就会具有在固体表面扩散的趋势。放在洁净的玻璃板上的一滴水,会附着在玻璃板上形成薄层。这种现象叫做浸润。对玻璃来说,水是浸润液体。
  如果f(固液)小于f(液),那么液面就会呈现收缩的趋势,便形成了不浸润现象。放在洁净的玻璃板上的一滴水银,能够在玻璃板上滚来滚去,而不附着在上面。这种现象叫做不浸润。对玻璃来说,水银是不浸润液体。
  同一种液体与不同物体接触,由于液态分子与不同物体表面粒子接触产生的力不同,对一种固体来说是浸润的,对另一种固体来说可能是不浸润的。如水能浸润玻璃,但不能浸润石蜡.水银不能浸润玻璃,但能浸润锌。另外,当外界温度变化时,浸润现象还会随着粒子间力的变化而改变。
  1•3  毛细现象
  毛细管插入浸润液体中,管内液面上升,高于管外,毛细管插入不浸润液体中,管内液体下降,低于管外的现象。浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象,叫做毛细现象.
  能够产生明显毛细现象的管叫做毛细管. 在自然界和日常生活中有许多毛细现象的例子.植物的根部具有毛细管作用,它能把土壤里的水分吸上来.砖块吸水、毛巾吸汗、粉笔吸墨水、地下水沿土壤上升都是常见的毛细现象.在这些物体中有许多细小的孔道,起着毛细管的作用.
  那么,液体为什么能在毛细管内上升或下降呢?
  当我们把毛细管插入到浸润液体中时,由于f(固液)大于f(液),毛细管对下面的浸润液体的力总体上是向上拉力,在拉力作用下液体沿着管壁向上升,这就导致毛细管内的浸润液面向上弯曲,管内液面上升,高于管外。当浸润液体上升至一定高度时,高出液面部分的液体重力等于毛细管的拉力,向上拉力与向下重力达到平衡,管内的
  当某一晶体浸没在液体中时,如果液体将停止上升。
  
  
  
  第三节  晶体的溶解和沉淀
  3•1  溶解现象固体表面原子与液态分子间的力f(固液)大于晶体内部原子间的力f(固),那么固体表面原子在液态分子较大引力作用下,很容易被液态分子拉入溶液,并在液体内部形成一个新的液态分子(溶质分子)。我们把液态分子和固体表面粒子相互作用,使溶质粒子脱离固体表面进入溶液成为新的液态分子的过程称为溶解。
  把晶体置于不饱和溶液中晶体就开始溶解。由于晶体角顶和棱处的F(固)较小,所以这些地方溶解得快些。经在镜下观察,晶面溶解时,将首先在一些薄弱地方溶解出小凹坑,称为蚀像,这些蚀象是由各种次生小晶面组成。不同网面密度的晶面溶解时,由于网面密度大的晶面团面间距大,晶面团面间的F固小容易被破坏,故网面密度大的晶面先溶解。
  一些溶质溶解后,会改变原有溶剂的性质,如氯化钠溶解在水中,形成的溶液具有导电性(纯水不导电);乙二醇溶解在水中,可降低水的凝固点。
  
  如果f(固液)的平均值小于f(固),那么该晶体将会由于f(固)较大而保持一定的稳定性,一般很难被该液体溶解,我们称该晶体相对于该液体为难溶物质。
  虽然该晶体为难溶物质。但是这并不代表该物质一点也不溶解,由于能量具有流动性,这就造成原子的自旋速度ω总是处于高低起伏变化之中,原子的自旋磁场B(原)总是在高低起伏变化。而B(原)的高低起伏变化又导致原子间的力总是处于涨落起伏状态,这就造成难溶物质表面的某一原子,某一时刻由于固液间的力f(固液)变大、固体内部原子间的力f(固)变小而被拉入溶液。
  3•2  沉淀现象
  难溶物质由于原子间的力处于涨落起伏状态而发生微量的溶解。反过来说,由于原子间的力处于涨落起伏状态,还会导致已经溶解的溶质分子被重新拉回晶体表面。我们把溶质分子从溶液中析出的过程叫沉淀。
  
  
  
  
  3•3  沉淀溶解平衡
  在标准状态(STP)下,我们把易溶物质NaCl放入水中,由于NaCl刚开始溶解时,与晶体表面相邻的大部分为水分子,故此刻晶体溶解速率最快。随着溶解过程继续进行,溶液浓度不断增加,溶质分子在晶体表面出现的几率越来越高,发生沉淀的速率会随着溶液浓度的增加而上升,而溶解速率会随着溶液浓度的上升而下降,当溶液的浓度上升至一定程度时,溶液的沉淀速率和溶解速率将会相等,溶液将会处于沉淀溶解平衡状态。
  3•4  化学平衡
  当物质系统的内外条件保持不变时,根据“平衡规律”,系统总是自发的从相对的不稳定状态向相对于内外条件为最稳定的动态平衡状态发展的。当系统达到相对最稳定的动态平衡状态后,系统的整体状态表现出一种静态不变的状态。
  但是,这种静态不变的状态对于系统整体而言是对的,对于系统内部各要素而言却是错的,由于物质的能量具有流动性,各要素的具体状态不可能达到静态不变,而是处于不停的涨落起伏状态,各要素在涨落起伏状态中自发维持在一种动态平衡状态。
  因此我们说物质系统整体的、暂时的相对不变是通过内部各要素永不停息的变化来维持的。
  对于化学反应而言,由于物质的能量具有流动性,这就造成绝大部分的反应既能正向进行又能逆向进行(生成物离开系统的化学反应除外)。
  在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应的方向进行的反应,叫做可逆反应。
  可逆反应的特点
  1 反应不能进行到底.可逆反应无论进行多长时间,反应物都不可能100%地全部转化为生成物.
  2 可逆反应一定是同一条件下能互相转换的反应,如二氧化硫、氧气在催化剂、加热的条件下,生成三氧化硫;而三氧化硫在同样的条件下可分解为二氧化硫和氧气。
  3 在内外条件不变的情况下,可逆反应具有一定的方向性,即自发向着正逆反应速率相等的化学平衡状态发展的。
  可逆反应平衡与否的判断
  (1)速率 V正=V逆
  (2) ①各物质的量百分含量保持不变
  ②各物质的浓度不随时间改变
  ③各物质的物质的量不随时间改变
  (3)如果是有气体的反应,混合气体的总压强或总物质的量不随时间变化。(当反应两端气体计量系数之和不等时)
  (4)如果是气体的反应,混合气体的平均质量不变。
  
  绝大多数化学反应都具有可逆性,但是在所有的可逆反应中,又存在着不可逆。由于所有的化学反应都是自发向着正逆反应速率相等方向发展的。当反应达到正逆反应速率相等的化学平衡状态时,如果内外条件不发生改变,那么反应绝不会自发从平衡状态向不平衡方向发展。
  
  3•5  化学平衡的特征
  化学平衡具有逆,等,动,定,变,同等特征。
  逆:化学平衡研究的对象是可逆反应。
  等:平衡时,正逆反应速率相等,即v正=v逆。
  动:平衡时,反应仍在进行,是动态平衡,反应进行到了最大程度。
  定:达平衡状态时,反应混合物中各组分的浓度保持不变,反应速率保持不变,反应物的转化率保持不变,各组分的含量保持不变。
  变:化学平衡跟所有的动态平衡一样,是有条件的,暂时的,相对的,当条件发生变化时,原平衡状态就会被破坏,由平衡变为不平衡,再在新的条件下建立新平衡。
  同:对于一个确定的可逆反应,不管是从反应物开始反应,还是从生成物开始反应,抑或是从反应物和生成物同时开始, 只要满足各组分物质浓度相当,都能够达到相同的平衡状态。
  
  化学平衡移动
  化学平衡是一个相对的、有条件的状态。一旦平衡的条件发生了变化,“原平衡状态”就被打破,化学反应就要向某个方向进行,然后在新的条件下,重新达到相对内外条件为最稳定的动态平衡状态。这种由于平衡条件的变化,旧的平衡打破,新的平衡建立的过程,就称做“化学平衡移动”。
  
  3•6  影响化学平衡的因素
  化学平衡的最终状态只与内外条件有关,而和化学反应的途径无关,当内外条件发生改变时,平衡状态随之发生改变。影响化学平衡的因素有很多,如压强、温度、浓度等。根据勒夏特列原理:如果改变影响平衡的一个条件(浓度、压强、温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
  1.浓度对化学平衡的影响;
  在其他条件不变时,增大反应物浓度或减小生成物浓度, 平衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度, 平衡向逆反应方向移动。
  2.压强对化学平衡的影响;
  在有气体参加、有气体生成而且反应前后气体分子数变化的反应中,在其他条件不变时,增大压强(指压缩气体体积使压强增大),平衡向气体体积减小方向移动;减小压强(指增大气体体积使压强减小),平衡向气体体积增大的方向移动。
  3.温度对化学平衡的影响;
  在其他条件不变时,升高温度平衡向吸热反应方向移动。
  催化剂对化学平衡的影响
  当我们在反应中加入催化剂时,由于催化剂不能与反应物生成相对最稳定的新物质,因此,反应前后催化剂的化学组成、质量不变。
  无论是否使用催化剂,反应的始、终态都是一样的,催化剂对化学平衡无影响。但是,加入催化剂后,催化剂产生的磁场却会改变反应环境的总场,改变反应物的运动状态以及反应物之间的力,改变反应速率,因此催化剂不影响化学平衡,但会影响反应速率。
  
  
  
  
楼主youwd1967 时间:2012-09-01 14:56:34
  
  固体的表面效
  固体的表面效应
  当某一固体与液体或气体接触时,由于不同结构、物态的物质向外产生的磁场不同,这就造成固体表面原子的受力状态不能同时与界内、界外原子都处于平衡状态,而根据“平衡规律”;固体表面原子在循环场力的作用下,会自发的调整各自的位置状态,运动状态,以达到相对于内外条件为最稳定的平衡状态。
  那么,固体表面原子如何调整才能达到相对最佳哪?
  如果表面原子调整后与外界达到最稳定状态,那么它会导致与界内的原子不能达到平衡状态,那么固体原子的这种调整是否会继续向内部发展,使内部原子全部调整哪?
  显然固体内部原子如果全部调整又会使固体结构变得不稳定,因此调整只会在固体表面层中发生。即固体界面原子的调整是从外到内按一定规律逐渐递减的,从而在固体表面形成薄薄一层有别于内部原子运动状态和排列情况的表面层。我们把物质表面部分和内部部分的性质有所不同现象叫表面效应。
  对于一般的宏观物体,表面一层的组元在组元总数中只占很小的比例,表面效应常常是完全可以忽略的.但是对于体积很小的凝聚态微粒,由于比表面积(表面积/体积)与直径成反比。随着颗粒直径的变小,比表面积将会显著地增加,颗粒表面原子数相对增多,而内部具有稳定结构的原子数却急剧减少,从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定,颗粒表面效应特别明显:如小尺寸效应、纳米效应。
  
  
  
  4·2  布朗运动
  当固体颗粒悬浮在水中时,根据“平衡规律”,固液交界面处的各原子会自发调整各自的状态,达到了相对于内外条件为最稳定的动态平衡状态。但是由于固体颗粒与液体为二种不同的物相,固态分子与水分子产生的磁场变换频率不同,这就造成固体表面的各原子受到的水分子力是各不相同的。
  当我们把这些力叠加在一起时,得出固体颗粒力受到的总叠加力为不平衡力,即某一瞬间,固体颗粒在某个方向受到的吸引力较强,而在另一侧受到的斥力较强,在这种不平衡力作用下它就会沿着力的方向运动。而在下一瞬间,固体颗粒在另一方向受到吸引力较强,它又会自发向着另一个方向运动。
  从力的变换规律分析,首先,固态分子与水分子产生的磁场变换频率不同,固体颗粒受到的总叠加力是没有规律可循的。其次,由于物质的能量具有流动性,这就造成固体颗粒受到的每一个水分子力处于涨落起伏状态,总叠加力没有规律可循。最后,固体颗粒在不平衡力作用下总是处于不停的运动中,所处环境经常发生改变,这又进一步导致总叠加力没有规律可循。因此固体颗粒在没有规律可循的总叠加力作用下,其运动轨迹绝不是直线运动,是杂乱无章的,为无规则的布朗运动。
  (1)连续观察布朗运动,由于不平衡力不是由外界因素影响产生的(如:温度差、压强差、液体振动等等),而是来自于粒子间持续自然产生的相互作用力,发现在多天甚至几个月时间内,只要液体不干涸,就看不到这种运动停下来。这种布朗运动不分白天和黑夜,不分夏天和冬天(只要悬浮液不冰冻),永远在运动着。所以说,这种布朗运动是永不停息的。
  (2)换不同种类悬浮颗粒,如花粉、藤黄、墨汁中的炭粒等都存在布朗运动,说明布朗运动不取决于颗粒本身。更换不同种类液体,都存在布朗运动。
  (3)悬浮在液体中的颗粒越小,作用面积越小,某一瞬间产生的不平衡力越明显,布朗运动越明显。随着固体颗粒体积的增大,来自各个方向的不平衡力,会由于作用面积增大而互相平衡,因此微粒体积越大布朗运动不明显。
  (4)液体温度越高,液态分子产生的磁场强度越大,产生的不平衡力越大,故布朗运动越激烈。
  
  

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