第7章 物理学增议

第1节 力学

1.1 概说

关于“力是如何生成的？”在第3章《力线力学》第2节已有叙述，这里将进一步解释为什么力只有引力、斥力“两种”而不是分为“强作用力、弱作用力、电磁力、万有引力四种”。 

经典物理已经成功地将力线模型应用于电磁学理论中，如果早先就将它应用于力学，当不致得出“力分为四种”的理论，《量子力学》也不致分为四门。从力线入手分析力乃是“正途”，由此方能看清“不同的力”的内在联系、电磁现象的物理实质、质量聚散的机理、宇宙演变的动力。

1.2 力的类型

出现在经典力学中本来有“两种”力，即力学中的力和电磁学中的力，这两种力事实上已采用了两种不同物理模型，即矢量模型和力线模型。但是由于逐渐将力分为四种不同类型以及“力”主要应用于力学范畴，力线模型只在电磁学中应用。两个模型之间也并不相关。在原有物理理论所构成的“空间中”——或称之为“平台上”——似乎只能这样认识。

前面6章对于理论的改进，构筑了一个较新的空间，置身这个空间，有些问题，将会得出与以往不同的认识。

关于力的类型，利用力线模型，答案是：“只有两种”。利用这一模型，也不难回答一些原先难以回答的诸如“日蚀时为何日地间引力有所减小？”“为什么出现强作用力、弱作用力之差？”“为什么同性相斥、异性相吸？”等问题。力线模型在“四种力”之间建立了联系，说明了它们只是“量别”以及出现“量别”的原因，因而较为可信，力的真正的“两种”类型是斥力和引力。力的大小由作用力线数量多少决定。

1.3 两种模型

1.3.1 力线模型：电磁力的力线性质很早已被发现，因此力线模型在磁学中早被成功应用。但是，从基本粒子间的作用力开始，力就具有“力线”性质，中子为什么只能到达1.67×10 -24克而不能再大？原子量为什么达到209就开始出现放射性元素？两个分开单独存放的马蹄形磁铁和它们异性相对吸合在一起后磁力线分布为何出现重大改变？诸如此类的事件实际是在显示力的力线性质

1.3.2 矢量模型：力学中采用这一模型，用力的大小、方向、作用点全面地描述一个力，工程力学中亦复如此，力学领域内发现了很多规律，它们的正确性无可置疑。

力线模型、矢量模型二者形成分工合作关系。

1.4 电磁力

电磁力使人感到似乎是一种单独类型，其产生和改变和电、磁现象共存。但是也应看到它同样表现为引力和斥力，在这一点上，与“其它”力并无不同。现在需要对发生电磁力的各种现象予以回顾，看引力和斥力是怎样生成的：

1.4.1 静电的引力与斥力

摩擦发生静电，摩擦的实质是物质原子外层近距离相对运动，这势必产生电子层的相互驱赶，因此，摩擦的后果是，受摩擦表面原子外层电子密度失常，发生偏密或偏稀，即带负电荷或带正电荷，负电荷之间产生斥力即F2，引力来自电子密度偏稀核内引力线外泄所产生的力F1或F3。

1.4.2 磁力

若取两支磁棒，相互靠近，“同性相斥、异性相吸”便显示出来。磁的同性与异性，其物理含义何在？

所有磁效应均出自物质原子，比原子更小的物质如中子、质子、介子等谈不上磁。原子的“磁力”产生自有序的电流激励。

正常原子，内核引力线与外层电子斥力线力线相互作用，已基本形成闭合力线，仅剩余少量引力线从原子的各个方向均匀透出成为“万有引力线”，并不显示磁性。如果从外部施加电流影响，使原子外层电子分布趋于有序，以致部分“领空”较密和另外部分领空较疏，引力线从电子变稀的部位外泄，这是电流激励生磁的机理。可见，磁，是原子的电子层处于有序状态的表现，有序程度越高，“磁强”越大，外部电流停止后，原子电子层未能恢复正常的程度由“剩磁”显示。于是，关于电与磁可以归纳为：

（1）磁，是原子的一种特殊状态：电子层部分有序，引力线从电子偏稀方向泄出

（2）磁是“一方”力线，必须同另一方的力线作用才能形成力

（3）磁力线就是引力线，导体被“励磁”后泄出的磁力线密度远高于“万有引力线”

当两枚“同性”磁极相对时，“有序”电子回旋方向相反，双方都有迫使对方电子反向回旋的倾向，斥力线相互作用，产生斥力占优势状态，显示相斥；两枚“异性”磁极相对，电子回旋同方向，仅有引力线相互作用，显示相吸。

所以，磁力的斥力，是电子间的斥力；磁力的引力，是引力线相互作用所致。

由于以上所述机理，磁力具有“极性”，同强作用力、弱作用力、万有引力似乎有一定不同，从产生机制看，它们乃是同源。由此可见，磁力只在原子的电子回转轨道有序后的原子间出现。在宇宙空间，散布着斥力子，形成空间电场，可传播电波，但不存在磁力、磁场或磁波。磁波只存在“波导”之中。

于是，电磁力、磁力同样由引力线、斥力线相互作用形成，而强作用力、弱作用力、万有引力也都由力线相互作用形成，它们之间只有参与作用力线数量的不同，没有性质的区别。而唯一的不同是力的“引”与“斥”，因此，若问“力有几种”？回答是：“分为引力、斥力两种”。 

1.4.3 静电场与磁场的相互作用力

现有两个平面，例如纸片、塑料薄膜等，通过摩擦使其带静电，此时，纸片1的两个平面A1、 B1分别带有（+）、（-）电荷， 纸片2的两个平面A2、 B2也分别带有（+）、（-）电荷，将纸片1的平面移近纸片2 平面，即形成A1、 B1，A1、 B2，A2、 B1，A2、 B2四种“面对”，它们之间显示“相吸”或“相斥”，由此可以判断平面上电荷是“同性”还是“异性”。

但是，现在如果将一个磁铁（S-N极）移近纸片，

当然，“移近”会形成四种“面对”状态：S-A1, S-A2, N-A1,N-A2,结果会怎样？

这里涉及静电与磁场的相互作用，用人性化的“同性”“异性”难以正确解释，按照本书第三章第一节（1.5力线的作用），以及磁铁两极均发出引力线的观点，上述四种状态均形成“相吸”，这一预见，已在实验中观测到。 　

1.5　机械力

常见的机械力是拉力、压力、扭力、剪切力、摩擦力、惯性力等力。若它们只在短时作用，则为“冲击力”。这些力对于物质的作用是：迫使物质变位或变形。

压力和拉力是两种最简单的力。它们迫使原子相互靠近或远离，其它的力对于原子的作用其结果也是如此。一个原子向另一原子靠近时，二者的电子层以斥力彼此相抗，因此，“压力”所展示的是电子层之间的斥力。材料在压力下的失效显示了“自由状态”下原子的电子层抵抗外来压力的能力。在恒星核反应机制中曾分析过，物质在“密闭”情况下承压能力远远高于“自由”状态下的承压能力。拉力则由两原子间的核引力平衡。

任何情况下，由于“作用力等于反作用力”这一牛顿规则，拉力、压力必定同时存在于机械中。当内燃机连杆承受拉力时，曲轴活塞的相应部位承受压力，成为反作用力。

剪切力迫使两原子作“切向”远离，原子不能充分使用它的“抗拉”本领抵抗这种外力，这是材料抗剪切能力相对较低的物理背景。

摩擦力的情况比较复杂，当一个重物压在另一重物上面时，驱使它们相对运动要克服 “分子引力”和“爬坡力”。若放大物体表面看，形同“丘陵地区”，要使一个压在上面的“丘陵”和下面的“丘陵”相对移动，相当于推动物体不断地“上山、下山”。这两个力又由于摩擦中表面状态的改变——摩损——而发生变化；如果两表面之间已“高度平整”，“分子引力”则急剧上升使运动难以进行。

物理界与工程界为了减少摩擦力进行了大量研究，结论是，只有“脱离接触”才能减少摩擦力，迄今有效的实用方法是在两接触表面间形成液体或气体薄膜来“减小摩擦”。

1.6　空间力

重力是物体同地球之间形成的万有引力，重力也是星体与物体之间的万有引力，在地球上，“重物”剩余力线的超过一半同地球发生作用（正确说是：同地球的剩余力线相互作用），其余剩余力线伸向空间。当物质离地球而升高时，它同地球的作用力线减少，同空间其它星体的作用力线增多，遵照力线数量与距离平方成反比的规律。因此，物质随着高度增加，相对于地球的“重量”渐渐减少。如果将它放置在月球与地球之间的34.6万千米高空，它对于地球和月球的重力相等而“失重”，但朝向太阳方向仍具有一定重力。

由此可见，由于作用力线数随距离和四周物质分布而改变，力在空间是“距离”和物质分布的函数。空间任意两物体间的引力不仅要考虑它俩的质量和距离，还要同时考虑四周物质分布。

机械力受位置影响很小，因为通常重力在机械作用力中并不占较大份额。当两物体都是空间够大的天体时，相互作用力不以“重力”命名，称为“引力”。

1.7 引力波

这一名词是近年出现的。引力既然由力线产生，作用力线的数量随物体之间距离而改变，因此，引力的变化非但存在，而且非常普遍，从这个意义上说，引力的波动毋须再加以举证。受引力作用的物体之间引力波动的存在难以完全避免。

但是，引力波同电波是否有共同特点？它是否可以传递能量？能引起那些物理效应？当一个星体爆发消失，引力波又如何变化？

引力波是引力子之间的力线变化，日蚀时分日地间引力减小就是一种引力波，它在力线改变作用的“同时”改变引力，力线的存在不需要经过“传递”。设甲乙两物体间有三条力线相互作用，一旦附近又有物体靠近，使其中一条力线改变作用对象，朝向那个物体作用，甲乙之间的引力立即减小1/3，不需要依靠空间任何物质作为传媒，所以不存在“引力波速度”的问题，这是它同电磁波的重大区别；引力波同电波的另一不同之处在于此波只存在于质量之间，本身不运载能量；电波既由能量引起，也传递能量。其三，引力波因为“无需时间”不像“脉冲波”那样具有宽度，不能用级数展开，也同正弦函数不相干。

当超新星爆发时，力线随着物质的离散而变换作用对象，在空间高速飞行中“随机应变”，总力线虽未增减也未消失，但在运动中不断改变作用线数，这也是“引力波”。

引力波具有“速度”吗？有文章认为引力波具有光速。不妨问：光为什么具有速度？

光波的物理本质在于它是一个能量传递过程。发光体的电子振动通过斥力驱动周围电场中的电子发生振动，由此向空间进行“接力”，将动能传向远方，很明显，光波的能量即电场中被迫振动电子的动能。

在光波中，有“物质运动的接力”，必定需要一定时间方能由静到动，由动到“接力”运动。因此，不论所需时间如何短，总不能等于零，当某点的运动传到另一点，所需时间不为零，因此，光速不会等于无限大。

力线改变时并不存在这种“接力”，当作用力线改变数量，立即从力的改变上反应出来。

下述情况似乎类似雷声与闪光的先后出现：当一颗恒星在若干光年外“爆发”，如果恰好有一台测定引力的仪器对准它，立即便会发现引力变化。但要经过若干年之后，才能从天文望远镜中观看到爆发的图像。

在此，又一次出现了与“无限”相关的物理事件：引力波的速度为无穷大。

不是一直在寻找比光速快的事物吗？引力改变的即时性使我们有可能用以传递遥远星际空间的信息而不存在“延迟”。　

引力波指引力线的变化，引起的原因是物质位置状态起了变化。能不能反过来，利用引力波的变化引起物质改变位置与状态呢？这就是，能不能颠倒因果关系？答案应当是：不能。

1.8 碰撞

粒子的碰撞同宏观物质碰撞有相同之处，也有相异之处。相同在于遵守动量守恒，碰撞前后能量不变；不同之处在于有时，上述规律“似乎”未能遵守。

宏观碰撞同粒子碰撞有何不同之处？

宏观质量相撞，亦即力学所研究的碰撞，其实暗含了一个条件，便是，碰撞不致撞“毁”，被碰撞物质属于理想弹性物质。

在粒子领域的碰撞速度为“亚光速”，对撞则超过光速，在此情况下，不同“粒子”，情况便不相同。

基本粒子的能量为它的“动能”，没有“潜藏”。它在“单身”状态下碰撞将遵守能量守恒规律；“代数聚合”产生的高能“粒子”也具有这种性质；由“蓄能聚合”生成的“粒子” 情况不同，它们对外具有一个“聚合质量”，它们之间有强大引力因而有如一粒有很高强度的“粒子”。其实乃是基本粒子组成的“微涡旋星系”，蕴含着巨大的核能，当它们发生碰撞时，如果碰撞不足以使它们发生解体，其表现如同“一粒”粒子，但若碰撞速度高到足以掺和，它们便要解体，原因是“聚合效应”限制了超过质子、中子规模的“微涡旋星系”存在，于是，“两枚质子”由于碰撞而“合并”，结果只能存在一枚质子，其余的基本粒子立即分散，核能释放出来。在此情况下，这种碰撞似乎发生了额外的巨大能量mc2。可比喻为炸药制成的“小球”，当两枚这样的“小球”对撞时，只要不爆炸，它们将遵守动能守恒，若引起爆炸，表面上看，似乎多出了能量, 迄今误认是“质量变能量”。

介子、中子、质子以及任何由“蓄能聚合”产生的“粒子”，都属于“小球”这种类型的“粒子”。

由此看，经典力学的碰撞规律若移用于原子物理领域，有必要增加一个条件：“物质结构不发生变化”。