新概念物理学简介、前言、目录及第一章

2019-1-7

新概念物理学




新概念物理学  


内 容 简 介


本书的物理新概念主要有:

1、重新摆正物理学基础规律的位置。

2、延伸物理学涵盖范围,从粒子到宇宙使成大系统。

3、根据推理,对粒子、力、质量、时间、核能、宇宙演变等方面提出新观点。

4、质疑当今某些乖于基本规律、欠缺机理的理论。

5、分析解答现有物理难题。

《新概念物理学》是经典物理学的继承和发展,吸收现代物理学的精粹,借鉴其存在的问题,并向两端延伸,形成了一个新的宽广而和谐的物理基础理论体系。


前 言



经典物理学是二千多年来留下的十分光辉的智慧结晶,悬而未决的问题除“波粒”二论外,并不多见。

近代物理学一百年来发展神速,硕果满枝,在此情况下,疏漏难免,发生少量混淆亦不足为怪。但作为基础理论,毫厘之失能引起千里之误,因而一旦发现不妥理当迅速改进,以臻于完善。近代物理学的不妥在何处?

1、以质量可变理论代替物质不灭理论;

2、暗许了能量可游离于质量之外;

3、用有限时空观点认识宇宙间的演变;

4、一批不证之论混入理论领域;

5、在进行了大量实验取得了众多可贵数据之后,也做出了一些不正确的判断;

6、出现了不少难题,至今无法解答。

于是,需要进行分析,找出问题萌生的原因,分辨正误、理顺因果、解答难题、达到深化认识的目的。

《新概念物理学》的物理空间——陈理士(Chinese)物理空间——诸元及内涵是:

1 粒子:

1.1基本粒子:基本粒子只有引力子与斥力子两种,质量约为10的负36次方(克)

1.2其它“粒子”均为“复数粒子”或“虚无”

2 物质:

2.1 规模:最小为两种基本粒子:引力子、斥力子其质量约为10 的负36 次方(克);最大为濒临爆发的“超新星”,约比太阳质量大一个数量级

2.2 演变:引力占优势,不断聚合,有“代数聚合”和“蓄能聚合”两种方式,受“聚合效应”制约,

3 空间: 物理空间——即真实空间——为三维,任何物质在空间的位置,均可由三维坐標确定,“三”对于“维”既充分又必要,为了修正光速影响,从数学上采取“四维时空”弥补,这并不能将真实空间的“维”由三改为四

4 时间: 单向、连续、不可逆、不可跨越、不可伸缩、无绝对起止点

5力 : 由物质双方作用力线相互作用生成,分为引力、斥力两种

6 能量: 形形色色的能量,最终都可以归结为具有动量mv,定量地等于1/2mv2(平方),能量相互转变的规则是mv 守恒,质量m是形成能量的二元之一,质量与能量的相关,止于此

7 宇宙: 物质永存,演变循环不断,无始(起)无终(止),宇宙永存

8基础规律:基本粒子不变、不灭,任何规模的物质其质量不灭;能量不灭,不同形式能量可转变,但能量不能转变为质量,质量也不能转变为能量

为了对比,下面列出现代物理学相应的空间诸元及内涵:

1a 粒子:

1.1a 基本粒子:已定名十二种,难以排除的有它们的十二种“镜像粒子”等,粒子物理学标准模型则预言基本粒子有62种之多,还有理论认为基本粒子 >300种, 后来的“弦理论”则认为基本粒子来自一维振动的没有体积和质量的“弦”

1.2a 其它粒子:

1.2.1a 宇宙射线粒子,> 600种

1.2.2a 质子、中子以及原子分裂后测到的各种粒子

1.2.3a 理论中存在粒子:有各种镜像粒子、胶子、西格斯子、质量等于0粒子如光子、等等

2a 物质:

2.1a 12种基本粒子分三组,每组各出一员构成质子、中子,质子、中子、电子组成原子,形成万物;质量可变,可转变为能量

2.2a 质量可恣意压缩,“宇宙大爆炸之前,现宇宙的全部质量都压缩在一个点里”,超新星爆炸和宇宙大爆炸都产生黑洞 

3a 空间:为多维,最多可达二十维以上,且无理论上限

4a 时间:起自“宇宙大爆炸”;终于“宇宙毁灭”,时间可变、可跨越、可重现、、、

5a 力 :分为“强作用力”、“弱作用力”、“电磁力”、“万有引力”四种

6a 能量:分为机械能、电能、热能、光能、核能、等多种,能量可转变为质量

7a宇宙: 由“宇宙大爆炸”产生,随“宇宙毁灭”而毁灭

8a 基础规律:

8.1a 质量与能量按方程E=mc2(平方)相互转变

8.2a粒子对称、物质对称、宇宙对称

两个物理空间差别如此之大,“新颖性”自成,正确性如何,识者鉴之。

本书初稿由陈理士(S. G. Chinese)执笔, 李登圆君审校。






章节目录



第1章 物理学基本规律

第1节 引

第2节 物质不灭定律

第3节 能量不灭定律

3.1 能量能不能变质量

3.2 形形色色的能量

3.3 究竟什么是能量

3.4 能量的转变与不灭

第4节 两个不灭定律的位置

4.1 侧重原因

4.2 为两个“不灭”定律正位

4.3 规律与理论

4.4 规律的规律

第5节 三项补充定律


第2章 粒子

第1节 物质的起点

1.1 从粒子开始

1.2 从粒子中的基本粒子开始

第2节 粒子理论现况

第3节 基本粒子

3.1 什么是基本粒子

3.2 斥力子——电子——负电子

3.3 引力子——电中微子?

3.4 基本粒子与量子

第4节 形形色色的“粒子”

4.1 聚合动力

4.2 聚合级别

4.2.1 一级聚合

4.2.1.1 蓄能聚合

4.2.1.2 代数聚合

4.2.1.3 聚合的普遍情况与结果

4.3 形形色色的“粒子”和不同种类的力


第3章 力线与力

第1节 力线

1.1 相关问题

1.2 力的种类

1.3 力的性质

1.4 力线源

1.5 力线的作用 电荷

第2节 力与力线

2.1 引力与斥力

2.1.1 引力

2.2 内力与外力

2.3 物体间的作用力

2.4 惯性质量与引力质量

第3节 力线与物体运动

第4节 力线波 引力波

第5节 力线与化合


第4章 物质

第1节 从中子、质子到原子 二级聚合

第2节 三级聚合 物质 暗物质 反物质

2.1 三级聚合 物质

2.2 暗物质议

2.3 反物质议

第3节 行星与恒星

第4节 从行星到恒星

第5节 再议物质不灭与能量不灭

第6节 质量和能量


第5章 时间与空间

第1节 时间

1.1 时间的特点

1.1.1 时间第一特点

1.1.2 时间第二特点

1.1.3 时间第三特点

1.2 关于追往

第2节 空间

第3节 时间与空间

3.1 四维时空理论

3.2 四维时空的物理意义

第4节 多维空间议

第5节 空间边界

第6节 空间中的暗能量


第6章 宇宙

第1节 物质宇宙

第2节 宇宙诞生议

2.1 宇宙大爆炸

2.1.1 宇宙大爆炸的来由

2.1.2.1 支持宇宙大爆炸理论的理由

2.1.2.2 质疑宇宙大爆炸理论的理由

2.1.2.3 分析

2.1.3 宇宙是怎样诞生的

第3节 真实宇宙与虚幻宇宙

第4节 空间星体



第7章 物理学增议

第1节 力学 

1.1 概说

1.2 力的类型

1.3 两种模型

1.3.1 力线模型

1.3.2 矢量模型

1.4 电磁力

1.4.1 静电引力与斥力

1.4.2 磁力

1.4.3 静电场与磁场的相互作用力

1.5 机械力

1.6 空间力

1.7 引力波

1.8 碰撞

第2节 光学

2.1 波动微粒理论简议

2.2 光学的界限

2.3 测不准的真像

2.4 光速

2.5 光量子 光子辨

2.6 光波 电波 电磁波

第3节 热学

3.1 温度与物质

3.1.1 绝对零度

3.1.2 最高温度

3.1.3 空间温度

3.2 熵

3.3 热力学第二定律和“热寂”

第4节 电磁学

4.1 电的正负

4.1.1 正电流与负电流

4.1.3 正电荷与负电荷

4.1.4 正电压与负电压 

4.2 对电子质量的再认识

4.3 电与磁 磁的实质

4.4 空间磁场

第5节 原子物理 

5.1 粒子

5.2 原子

第6节 空间物理学

6.1 空间物体种类

6.2 空间物体的运动                  

6.2.1 空间物体运动的动能何来?

6.2.2 空间物体的运动

6.3 空间物体的分布                

6.4 空间与时间

6.5 关于宇宙的问题 


附录 关于物理学的十一道难题

1.1 难题

1.2 难题简析

1.3 题解



第1章 物理学基本规律


第1节 引

规律和机理既是物理学的主要内容与成果,也是鉴别手段。物理学是认识物质、研究物质变化之理的学科,存在的物质以及它们的任何变化都有一定规律和因果关系,发现、理解、应用这些规律有助于获得正确认识,得到正确理论,作出正确判断和推测。

物理学已有大量规律布滿了光、热、力、电、磁、声、核等各方面,它们是物理学的精华。物理规律分为普遍适用与局部适用两类,后者在一定条件下适用。以气体的波义耳定律为例,条件是“绝热”。

物理理论需要符合规律和明确机理,这是它的重要特色,否则,难以成为真正的、正确的物理理论。这本身也已成为规律。

普(遍)适(用)类规律在任何情况下都适用,它们是规律之树的主干,局(部)适(用)

规律属于支干、枝条,它们井然有序地共同构成物理规律之树的枝与干。干直、枝繁、叶茂方成为茁壮成长的物理之树。

一百年来,规律观点的弱化导致物理理论不断出现“困难”,原先的研究对象逐渐成为“难题”,甚至“什么是物质、什么是时间”已经列入了“物理十一大难题”之内;当今,在物质和宇宙领域不时出现一些令人炫目的新学说,它们虽然显现了作者的才华和丰富想象力,然而却离开机理和规律,因而,前景不容乐观。若要清理混乱,消解疑难,必须将规律置于应有位置,普适规律更要置于最高位置,用以作为形成方圆的规矩。这是本书从规律开始的原因。

哪些规律是“普适”性规律?答:物质不灭和能量不灭两项定律。

但是,自从1905年《相对论》提出“物体的质量不是恒量;它随着物体能量的改变而改变”后,“质量可变”说已深入人心。需要回顾一下,“质量不是恒量”的根据是哪些?经过时间检验今天看到底正确与否。


第2节 物质不灭定律

自罗蒙罗诺索夫1756年证明物质不灭定律成立之后,此规律广为物理、化学、工程等方面承认与应用。经历一百余年,并未出现异议或发现与之相乖的现象。

但在1905年,爱因斯坦提出“物质的质量不是恒量 ”,自此,物质不灭定律受到误解,使其客观上退居参考地位。

在《相对论》里的这一“质量可变理论”并非具有特别巨大的说服力,而是因为它解了当时的人困惑,回答了当时人的以下难题:

(1)放射性物质和核反应放出的大量能量来自何处?

(2)在加速器中,粒子为什么达不到光速?

(3)在粒子踪迹显示中,时或发现迹线中断,迹线表示粒子运动路径,中断似乎代表粒子在那里“湮灭”

《相对论》的“质量不是恒量,随能量改变”,从“理论上”解释了上述难题,不但在当时显得高出一筹,而且,一百年来,亦未受到有分量的质疑。任何质疑若不能清晰地道破以上三道难题的“玄机”,便难以令人倾服。从而,“质量可变理论”流行达一百年之久。

系统地分析众多研究实验结果后,今天,可以发现,“质量可变”解释仅是一种敢于挑战物理规律的大胆猜测,并未提出相应机理,身后也无物理规律作为依附,相反,它明显背离了物质不灭定律,因而只能处于“一己之见”的位置。如果另辟蹊径,既能合理解释以上“难题”,又不离开物质不灭定律,显然更为理想,果能如此,“质量可变”便成为一种误会。因为,经过长期验证从未真正受到挑战的规律显然更具有权威性。质量可变理论虽能回答所说三道难题,但是,没有机理、乖离规律,如何能够成为正确理论?当年那么轻易地相信了“质量可变”而不追问“质量为什么可变”、“质量如何变”等问题,反映了当时“难题”使人困惑的程度。自那时以来,难题似乎已经解决了,也从未有人对以上三道难题作出除“质量可变”以外的解释,形不成“不同观点”。但是,“质量可变”理论确实应当受到质疑:

其一,物质质量的最小单元是基本粒子,“可变”当然就是基本粒子可以变化,《相对论》用一个方程——由洛伦兹变换式变形——表示质量随运动速度变化,但这是不够的,既然是变化,必定有机理。此方程规定了“质量随运动速度而增大”,当速度趋于光速时质量趋于无限大,按照“物理研究就是建立方程验证方程”的观点,似乎“物质可变”有了方程和数值支撑便“正确”。但找不出机理,怎能保证理论正确?机理的重要性要超过方程。在本例中,须追问:物质到底怎样变?基本粒子能够改变数量(一变二、二变多)、改变密度、改变体积吗?如果,始终找不出改变机理,只能认为质量不能变!因为,根据质量不灭定律可以作出这样的判断。 

其二,质量与能量之间能够相互变化吗?下一节将讨论能量的实质,这里先应用其结果,若以m代表质量,以v代表运动速度,一切能量,其实都具有mv,就是说,质量与能量既相关又不一码事,所谓“质量、能量互变”属于物理基本理论的混淆,试看,“什么是物质”当今已成为物理学的重大难题!如果确认物质不灭定律不移,如果改善粒子理论使物质演变理论清晰化,“什么是物质”还会成为问题吗?

其三,放射性物质和原子反应的能量何来?答案是,核能是中子、质子、原子形成之时“蕴藏”进去的,可以说是“先天”的,关于蕴藏的机理,将在下一章“蓄能聚合”中加以阐述。每“一粒”中子、质子并非一粒密实的粒子,它们乃是一个由万亿枚基本粒子在一起高速回旋的“微涡旋星系”其动能达到mc2(平方)量级,c代表光速 ,由于是回旋运动,因而此能量平常隐而不露,仅在核反应使质子、中子解体后方显示出来。并非“质量变能量”。所以,能量方程之所以显示正确是因为“微涡旋星系”恰好隐含了巨大能量mc2,并非“质量变能量”变出来的。

其四,粒子迹线“中断”原因何在?显示粒子踪迹的威尔逊云室和感光乳胶片上时或见到迹线中断,这是否意味着粒子在中断处质量“从有到无”湮灭了呢?其实,从辐射源出来的粒子,只有少数能显示出迹线,所以,这是一种“条件显示”,达不到条件不能显示的粒子是多数。因此,会有少数粒子开始显示时尚能符合显示条件,向前一段距离后“条件”达到阈值,在这点转变为不显示,应属于正常现像。将这种现象判断为“质量在此处湮灭”是不可信的。在原子实验中,常见到“质湮”这一述语,在那里可以肯定的只是“迹湮”而已。

其五,当对加速器的工作原理进行分析后,可以发现,“速度达不到光速”是必然的!现有各种加速器主要利用电子间的斥力推动带电粒子进行加速,流动电子的加速能力自然要强于静止电子,流动电子的作用类似风,被加速粒子类似帆,帆速不能等于风速,总要稍稍小一点。这一“风帆效应”限制了被加速粒子的最终速度,因为加速电流的速度等于光速,被加速电子或带电粒子自然达不到光速,机理便在“风帆效应”里。

至此可见,“质量不灭”并未真正受到挑战,当时在不能正确分析上述事件因果关系感到非常困惑的情况下受到怀疑,可以说是事出有因,然而并不正确,“查无实据”。迄今既提不出质量可以转变或湮灭的原理,也提不出确证,所依据的只是对于上述现象的误解。

质量“能变”与“不能变”是理论上的重大问题,用不着实的判断去否定未出现过例外的基础规律自不可取。

至此可见,物质不灭定律并未真正受到挑战,近百年来,它受到的乃是误会和不合理对待。人们弃置了经典物理学留下的重要法则,置物质不灭这一自然规律于不顾,在“理论”中任由物质变来变去,从而,“困难”孳生,理不能圆。物质不灭意味着:

、(1)基本粒子不能灭,不能转变为能量

(2)两种基本粒子不能相互转变,也不能转变为其他“粒子”

(3)基本粒子永远存在于宇宙之中,超越时间,无始无终

当下,从理论上肯定物质不灭定律将其置于“主干”位置十分有助于“清理物理空间”,实际就是对这一重要定律来一次否定之否定,改正以往的误判。

以上说明,正是在遵守物质不灭定律的前提下,相信物理事件必定存在机理,这样才能集中智力发现机理,使理论逐渐靠拢真实。如果想信“质量可变”,必然越变越离谱,以至,物质的“变幻率”近乎无限大,如:“在大爆炸前,宇宙中一切物质压缩在一个理论的点理”。此类说法已进入了“物理理论”,其“理论链”是:先置物质不灭于不顾,让质量变能量,再让能量没有体积。于是,这种“理论”的神奇远大于神话,“孙悟空拔一根豪毛吹口气变出一群猴子”的“质量放大率”仅有10的不足10次方,相比之下,小得多了!

可见,离开物理规律进入的是想象领域,驰骋想象虽是很好的智力活动,但若不紧贴规律,结出的乃是文学艺术之果。它们渗入物理理论,在色彩缤纷的同时,也难免添乱。当今,若以物理规律作为衡量基准,必然有一些“理论”,虽然想象力丰富,却因乖于物质不灭定律或缺少机理而被认为是不正确的理论。经过一百年的误会,今天,亟须将“质量不灭”或“物质不灭”规律置回其应有位置,作为“规矩”,尊重它的权威性,在这方面表现出严肃认真。  


第3节 能量不灭定律

3.1 能量能不能变质量

在“质量可变”的有关“理论”中出现得最多的是“质量变能量”,但“宇宙大爆炸”理论则需要“能量变质量”,否则,“大爆炸”之后,星体的出现从理论上无从着落,于是,以方程E=mc2(平方) 为“依据”,认为质量可以由能量变成,以回答“宇宙万物何来”。 其实,《相对论》的这个方程并未用于表达“质量变能量”,《相对论》说质量和能量“只是同一事物的不同表示”,上一节对中子、质子的描述已包含了此方程客观上大体正确的原因。显然,并非当时已对中子、质子的“微涡旋星系”结构有所觉察,而是利用洛伦兹变换方程可以给出“达不到光速”的数值解以及物质发出巨大能量是怎么会事。《相对论》始终没有渉及“能量可以变质量”。如上所述,某些理论需要“能量变质量”。上一节已叙述过,基本粒子在中子、质子里的旋转速度恰恰达到光速量级。所以,能量方程合用不表示存在“质量、能量互变”的机理。更不意味此方程能作为质量、能量互变的依据。

现在看,“质量、能量互变”说明了基础理论的混淆,在以下3.3《究竟什么是能量》中,再进一步加以叙述。已经可以看出,“能量变质量”在理论上“查无实据”。不久前,有报导说,有实验室准备进行该实验,以及“微宇宙大爆炸”、“人造黑洞”云云。依据质量不灭和能量不灭两项定律,可以预见到,这类实验不可能真正制造出物质来!所得结果只能再一次证实能量不灭定律。

质量不能变能量,能量也不能变质量,因为找不到这类转变机理。一旦技术测量能够测定中子、质子里基本粒子回旋的切线速度,能量方程将进一步精确化,它将更为准确的定量地反映客观事物,最近有报道称,经过实验,能量方程的准确率极高。正确的解读是,这表明在中子、质子内部基本粒子的回旋速度为1.414倍光速。如果将此方程作为“质量变能量”的依据就会步入误境,与物理基本规律背道而驰。

上一节已对能量和质量分别用mv和m字母代表,这里既看出二者的密切联系,也看出二者不能等同。理论上,质量同能量的区别在于有没有速度v,没有能量的质量似乎可能存在,而实际上,任何物体不可能处于绝对静止状态,因而没有绝对没有能量的质量,恰恰相反,能量方程的另一解读是,任何原子都蕴含了核能。另一方面,也不存在没有质量的能量。 

不能因为质量与能量如此密切的关系而模糊二者之间的界限。这有点类似偏微分,在考虑质量时,仅着眼对方总共包含多少基本粒子,不过问对方是否运动,《E=1/2MC2方程能量何来?》一文叙述了“质量随速度而变”是认识上的失误,是风帆效应使加速器中的粒子达不到光速而不是“质量随速度改变”,同时,也为原子找出了能量mc2的来源。由“许多原子”聚成的任何量级的质量m当然也就适用能量方程,今天,在“质量不能变、能量不能灭”的前提下,现代物理学的难题反而不难了,这正说明了物理规律不能背离。

3.2 形形色色的能量

3.2.1机械能 在能量领域,机械能、机械功最为熟知。力F推进S距离后所作的功W=FS,此功也可使质量m运动达到速度v,物体获得的能量(动能)为1/2mv2。它与质量的不同在于,质量只涉及物质m的多少,动能则与该质量的速度大小相关,多了一个速度v因子,形成了不同物理概念。“理论”上,如果v =0,质量同能量“脱离关系”,此时,质量就是质量,无所谓能量。但是,宇宙间没有绝对静止的物质,因而,“物质具有能量”是普遍情况,就是说,物质普遍地与能量挂上了钩。机械能是一种容易测量、理解、比较直观的能量形式,除了机械能外,还有许多其他形式的能量。 2013-9-22 14:10:50

3.2.2热能 通过温度表现出热能的存在。从英国发起的工业革命以蒸汽机为动力,蒸汽机开了热力机械的先河,其工作介质是水蒸气,热能“包含”在水蒸气中。当时对热能的研究侧重于水蒸气,如水蒸气数量相同,温度越高热量越多;温度相同,水蒸气数量越多热量越多。这里显示,热能类似动能,水蒸气为“质量”,温度类似速度v。

现代物理发展的同时,蒸汽机逐渐被内燃机所取代,因此,研究投入颇多的水蒸气参数“熵”渐渐显得无足轻重,“熵”的物理意义相当于水蒸气的比热,只因为它不等于常数而受到特别注意。在有关蒸气的研究逐渐消减之时,物理界对于“熵”似乎情有独钟,不断开拓它的应用范围,例如,用以代替“有序度”,环境污染、秩序混乱被称为“熵值升高”,反之,环境改善、秩序改善称为“熵值降低”,连假想的天体——黑洞——也有了计算“熵”的方程,显然,原来水蒸气热量计算用的这个参量,已经被赋予了新的内涵。

关于热能的另一个问题是“热寂”,物理界长期以来没有理直气壮地回答:“热寂”到底会不会发生,如果热寂能够发生,“能量不灭”倒是出现了例外。论文《关于热寂的辩论》找出了自然界温度由低向高演变的“恒星点燃”机理,于是,据理论证了“热寂”不会发生。

热能的载体是分子、原子的外围电子,如果物质的规模小于原子,亦即,对于尚未达到原子规模的中子、质子、介子、宇宙射线粒子以及基本粒子等谈不上温度、热能。

3.2.3 电能 电能分为有线与无线两种,电能大小一般用电压乘电流表示,可以发现,电能渉及的物质是电子,对于无线传输的电能,乃是物体中的电流振荡驱动了空间电场的振荡,空间充满了间距约为10-5厘米的电子形成的矩阵,即空间电场,电子间的斥力使空间电场中电子排列趋于均匀。场电子来自恒星辐射,因此,空间电场充满宇宙空间,这是导体中的电流振荡可以激发空间电场波动且电波可在空间远距离传播的原因。

有线电能和机械能显然相关,电压驱动电流流动靠的是力,电子间的斥力需要来源,发电机和电动机具体执行这种机械能和电能的转换,成为机械力的来源。有线电能的发生与传播离不开导线。线路中电流大小当然正比于电压,但是,导线材料的电阻同样决定电流大小,任何一个原子,外层是高速旋转的电子,这表明作为原子,不存在“绝缘”问题,而不同材料有不同电阻率,即使相同材料由于分子排列不同电阻也不相同,这说明,影响材料电阻的是原子、分子的排列而不是原子本身。

3.2.4 光能 典型的光能是太阳能,这里其实包含两种不同的能量,一是由辐射粒子携带的动能,二是由电波传送的电能,前者是微粒的动能,后者是无线电能。

对光能的认识涉及光的理论,波动、微粒二说分道扬镳的历史众所周知,“二相性”理论认为已统一波、粒二说。需要注意的是,“纯波动”、“纯微粒”现象是“二相性”理论所不能解释的。前者如从三棱镜折射出来的色光,后者如被加速的粒子流。实质在于,人们在“光”的名下,塞进了两种物理性质不同的事物,因此,一提到光,就面临将这两种不同事物从理论上加以调和的问题,这是不能真正做到的,解决的办法将在以后讨论。

3.2.5 风能 水能 从性质上说,它们类似机械能,而且容易转变为机械能。

3.2.6 真空能 人们误以为真空是一种能量,在地球上,真空显示似乎有能量,其实能量来自背面的气压,在空间,到处接近于真空,真空能便无从说起。  

  除以上所列,还有许多“能”,如:核能、磁能、化学能等等。

3.3 究竟什么是能量 能量的物理含义是什么?在纵观了已有的“能量”后,可以发现,从效果看,能量使物质“改变惯性、改变形态”。能量离不开质量m与速度v二元,不同形式能量的“不同”在于,特征速度V 的大小和质量m的全体还是其中一部分具有特征速度V,

,能量也意味着力量,力源于物质,在力学里,能量大小用所作的功衡量,将重量为F的物体提升S距离所作的功W=F×S , 力使得质量m改变速度,于是,mv成为能量的代表,能量不灭意味着mv不能消失,它可以转变为“功”,可以转变为其他形式的能量,上一节“物质不灭”确定的是质量m不能湮灭。

由mv可以看出,物质不仅是能量的载体,也是形成能量二“元”的m与V中之一“元”,

“能量不灭”成为定律相当于从另一个角度论证了宇宙不会发生“热寂”,宇宙也不会出现一切归于静止的局面。

已知的各种能量是否都具有mv二者呢?一一分析后,可以看到,的确如此。以热能为例,能量的载体是物体质量m中的一部分电子,能量的大小决定于这部分电子的数量和运动速度,表达式为m1v, m1为m的一部分。因此,可以说,能量是广义的动量。

3.4 能量的转变与不灭 能量转变的实质是m1的动量m1v1 传给m2成为动量m2v2。以电力躯动为例,m1为电子的质量,v1为光速,m2为被驱动物质质量,它的速度v2则由能量不灭定律决定:m1v1 = m2v2 。此定律的机理在于能量转变既不会多出能量也不会少去能量,反复验证则证明定律的正确性。


第4节 两个“不灭”定律的位置

4.1 侧重原因

本书“对于”两个不“灭”之所以放在最前位置考察,原因有三:

1、这两项“不灭”规律在物理学的所有领域内全部实用,几乎“时时事事”实用。处于最为基本的位置。

2、它们在近百年来受到很大误解,用“是非巅倒”形容并不为过,上面已阐述过,由于未能领悟原子形成时核能潜藏其中的机理,又由于测量技术的制约无法统计原子爆炸后,四散飞去的粒子总量,认为那是“质量毁灭生成能量”。故在“质量可以转变”的理论提出后近百年来,竟未受到应有的质疑。从而使正确反映事物真实的两个不灭规律动摇。

3、由于这两项规律似乎不存在,违反它们的“理论”便有机可乘,以致理论空间产生混乱,异论不断出现,难题不断增加。

在此情况下,辨明这两项规律的真实状况,恢复它们的应有位置,对清理理论空间,有重要作用。

相反,如果保持现状,听任违反自然界基本规律的理论继续“发展”,只会越来越乱。规律乃是从物理实践中总结出来的带普遍性的法则,它们向人们指示事物如何变化,利用这些规律和违反这些规律将得到完全不同的结果。可以说,规律总结了“其然”。“知其然”并非终点,还有一个追寻“所以然”的问题。

引力定律描述的是,两物体间的引力与两物体质量乘积成正比,与二者距离的平方成反比,为什么?

自然界存在的力有强作用力、弱作用力、电磁力、万有引力四种吗?为什么?静电和磁力表现出同性相斥、异性相吸,为什么?光波是电磁波吗?为什么?波和射线是同一事物的不同表示吗?为什么?真空中光速守恒吗?为什么?光经过恒星附近的弯曲是引力引起的吗?为什么?用E=mc2表示物质的总能量准确吗?为什么?远星光谱的“红移”代表远星以亚光速离去吗?为什么?还可以提出更多的“为什么”,这些“为什么”说明,物理学发现了一大批规律是重大进展,但也存在继续向深处追究的问题。追到何处为止?追到“不能再提问”为止。达到什么情况算是“不能再提问”呢?回答是,对于自然界的“客观存在”不能再提问。如:对“为什么两物体越远引力越小?”这样的问题用力线原理还可以解释“一层”,从定量角度对牛顿引力定律为什么同距离平方成反比可以说明。若再提问“力线少了力为什么就小?”就属于不能再提的问题,回答只能是“因为力线少了,所以力就小了。”

对于问题的“解答能力”是由基础理论提供的,基础理论越接近物理真实,此能力越强,基础理论构成了一个“活动空间”,时新说法是:一个“运作平台”。上面提出的那些问题和后跟的“为什么”,在现在的物理“理论空间”属于难题,物理界还总结出了十一道更“大”的难题,本书所构建的基础理论空间使这些难题消解,之所以可能,在于对理论空间作出了必要改进,使之离开失误,趋于合理,更加贴近客观事实。其中重要的是为 “两个不灭”定律“讨还公道”,还它“最基本自然界规律”的应有权威位置。用以作为判断准则。

事实上,现在理论中的混乱,不少是出自那些背离两个“不灭”的文章,细看之下,它们无非利用相对论,做质量和能量随意变化文章而推出“新”观点“新”理论,采用这种方法,完全可以将西游记和封神演义中的神奇变幻描述成“根据相对论”的“科学变化”,试比较一下:

例1、“在宇宙大爆炸之初,全部物质被压缩在亚原子尺寸的奇点之中”

例2、“两个正负质子高速对撞可以释放世界最大水电站工作十小时的能量”

例3、“孙悟空拔出一把毫毛,变成一群猴子”

以上三则事件的质量或能量“离奇变化率”分别为:>1070(10的70次方)、1023(10的23次方)、109(10的9次方)。

根据质量不变或能量不变规则来衡量,它们应当同属虚幻。

相对论虽然提出了质量可变理论,但同时也提出“质量和能量实质上是相象的;它们只是同一事物的不同表示”,于是,“根据相对论”,就不能说能量没有体积,当人们随心所愿地将1cm3物质化为能量后,所“生成的能量”依然有体积,这个体积,由于温度升高,只能比原来大而不应小!因为是“同一事物”。

为什么不可以说孙悟空掌握了使物质转变的“法术”呢?按照例1例2类推,当然可以这么说,但是,遵照物质不灭与能量不灭规律,须将这些远离规律的例子全都视为不属于科学理论范围。

4.2为两个“不灭”定律正位

同样是定律,因应用范围和条件的不同而处于不同位置。若将物理学比喻大树,规律是树干,机理则为树枝。

已发现和将要发现的大量规律,从“作用”的功能看,并非均等。有的规律几乎无所不在,在所有领域都遵守它的制约;有的只在物理学的一个分枝中起作用。在应用规律时,需要对它的“价位”有正确认识。

若对于同一事件应用两则规律时,它们之间可能并不处于平等位置,作用范围大,适用条件广阔的规律处于较重位置。如果两则规律不能同向,首先应当重视处于重位的规律。

这里举出热工理论中的两则规律为例,即“热力学第一定律”和“热力学第二定律”,尽管同属热力学定律,它们位置有很大不同。第一定律就是能量不灭定律,由于任何物质离不开质量m和运动速度v,有物质便有mv,有mv便遵守能量不灭定律,因此,此定律处于大树的主干位置,同物质不灭定律同处于主干位置。

热力学第二定律是描述热力转变中有关热机效率的规律,它涉及的范围是工程热力机械的理论:“热力循环”。人们也将它开拓应用于机械、电机中。从工程物理角度,似乎也能“普遍应用”。

但也应看到,热能只是许多不同能量中的一种,这一事实决定了这两则规律尽管以“第一、第二”的名义并放在一起,它们却具有不同“价位”,第一定律是一项真正有普遍性基本规律;第二规律则属于局部,有条件应用的规律。

因此,如果出现两个规律应用结果似乎不能协调的情况,可以根据前者作出判断而不能根据后者判断。

在物理界出现的“热寂说”仅从规律的角度看便是用第二定律对抗第一定律,以轻位规律为根据而忽视重位规律。从能量不灭观点看,宇宙间的总能量永存,既不增多,也不减少。 热能、电能光能等各种能量均有可能不断起伏,但总能量不变,不存在那一种能量或所有能量“归于寂静”的问题。

热力学第二定律为什么会得出“热寂”看法呢?这是由于实用中的“效率”达不到100%(总有部分是离开人们的掌握而“散失”)。以及“热向低处流”。

但是,从更高位置看来,所谓“机械损失”“热损失”的这部分能量依然存在于宇宙之中,它们依然是宇宙总能量中的一部分。关于热流向问题在第6章专门讨论。

宇宙中同时存在两种不同的温度改变机制,由高位规律作出的判断,更接近事物真实,第6章的阐述让我们从理论上相信“热寂”不会发生。

树干的重要性超过树枝。在数量众多的规律中,处于这一位置的并不多,其中,最明显的便是“物质不灭”和“能量不灭”两项定律。有时“不灭”改为“守恒”,“物质”改为“质量”。

但是,恰恰是如此重要的基本规律受到了误解,人们置成千上万次肯定的结果于不顾,为了“解释”两则暂时困惑的难题,接受了“物质可变”的观点。面对前述难题,如果坚信质量不可变,便有可能发现客观存在的机制,得出正确结论而不陷入质量可变“误区”。迄今无人能证明存在质量可变的机制。因为,客观上并不存在这种机制,总之这两项规律并没有真“出问题”。

显然,对此需要大声疾呼,恢复这两项重要规律的应有地位已刻不容缓。否则,无法澄清物理空间。

4.3规律与理论

有一些离开规律的理论,这是指,在提出这些理论之时,并不根据已有原理或规律而是将它们搁置一旁,这样的理论往往“论而不证”即是“不证之论”,只提出结果而不讲究原因。似乎,它们自身便是规律,这类理论的准确率显然很低,因为它们容易偏离规律。有时,“这类”理论也往往显得才华横溢,出人意外,“似乎有理”而使人钦佩,人们“甚至”不再介意其属于“待证实”而将它们视为正确并作为准则。

当然,达到“甚至”程度的“理论”并不多。但“不证”理论却不少见,试举数例:

1、1881年迈克尔逊进行的那次光干涉试验,原先予期仪器回旋90度角后,仪器中的干涉图象会改变。反复试验,结果是“不变”。

对此,洛伦兹提出著名解释是:“运动物体在长度方向收缩”,并提出了一列计算方程,这是一则“论而不证”的实例。在此论提出时,应当面临“运动物体为何长度缩短”的质疑。因为物体在速度变化中受到惯性力作用,力是变速的原因,在惯性运动中物体并不受力,“收缩”从何而来?又是何种机制使收缩依照那个方程规律?

事实是,从这个解释的提出到它被弃置,并未受到公开提问。

2、针对同上试验,另一解释是“光在真空中速度不变”,这似乎既解释了试验结果,又免除了同多普勒效验的抵牾。但是它也明显属于不证之论。真空中没有任何物质,不能传递任何能量,所以“真空中光速”这一命题难以成立。但至今亦未见受到质疑。这说明了该理论受人羡佩的程度。离开规律而形成的理论,不断发生问题便在所难免。面对这种情况,“宇宙大爆炸”理论的作法是不断修正。修正后又发生新问题,如此循环不止。这是理论陷入误区的明显表现。

如果“真空中光速不变”,宇宙空间又被认为是真空,“按照相对论”,即使远星真的快速运动,也不会出现“红移”,应当类似在迈克尔逊试验中那样,看不出光谱带有任何移动,“红移”的发生应当另有原因。

可见,“大爆炸”理论一开始就同光速守恒不合。从规律角度看,大爆炸理论和真空中光速不变论都是一种难以从“两个不灭”规律获得支撑的不证之论,“光速为何不变?”迄今不能对此作出回答;大爆炸理论虽然以“红移”作为判断远星快速离去的依据,但这一判断缺少“唯一性”,“质量可变”对它非常有用。光的波粒两种理论的情况则不同,它们均不存在背离物理定律的问题,它们的“问题”只在于“越界”开拓。“波”与“粒”两种理论用以描述属于自己范畴内的物理事物是很为合适的理论,当它们意图将本属于另一方的物理事物纳入自己“名下”时,其理论的“力不从心”方才出现。

宇宙演变中的“新星爆发”现象是客观存在的,为什么说“宇宙大爆炸”理论不能成立呢?

答案便在于是否遵守基本规律,是否存在明确的因果关系。在大爆炸理论中,为什么产生爆炸,爆炸前后物质形态怎样转变,它们受到什么样的作用,爆炸的能源来自何处,这些能源同物质如何作用……等一系列问题始终是模糊的,人们用“论而不证”的方法不断提出一些新理论作为修补,新理论本身又引出许多难以说清的新问题。

“新星爆发”并非如此,它是宇宙物质演变循环过程中的一个环节,基本粒子从小到大逐渐聚合,中子、质子、原子形成,从微观物质到宏观物质,从星际物质到行星、恒星,从恒星到“爆发”又分散成为基本粒子,每一步都在力的作用下发生,每一环节都遵守“两个不灭”定律,在后文中将再讨论。

为什么能以发现并总结出物理规律?因为在物体演变中存在这种规律,一但认识到规律之后,特别是经过反复验证证明其正确之后,便须认真地将其作为规律对待,即使以后发现了某种似乎不合规律的现象,也要严格认真的进行分析判断和多次验证。

仅凭一两项现象就将“两个不灭”定律搁置一边的作法是不够稳重的,现在需要意识到这点,恢复它们作为基本规律的地位。

说到底,质量不灭,能量不灭是两项最基本的物理规律,对于物理学这棵大树来说处于主干位置,是影响大、涉及面广的规律,因为没有让它处于正确位置,质量才可以“转变”;有些“理论”已神奇到不亚于神话;长期以来不能证明“热寂”属于不正确观点;物理学内仅重大难题已有十一项;不受规律制约的想象已不断进入“理论”.........。若要澄清物理理论空间,两个不灭规律难道不正是精良有效的武器吗?

4.4规律的规律

一般说,离开规律容易步入误区,但这并不排除存在“不一般”状况。引力使物质趋向聚合,为什么聚合结果却发生了“新星爆发”?

在今后具体探讨聚散演变时,将会发现即使在爆炸发生时,引力规律并未失效,只是,除了引力外,当时还存在其它物理机制,它们起作用的程度,彼此并不同步,它们的作用范围也不相同,因此,每一项规律有它的有效范围和相关条件,这是上文中已提到过的。

经典物理学已经对发现的规律摆明了应用范围,如波义耳定律,摆放在气体热力学区域,同理“熵”,只存在于有水蒸汽和温度存在的场合。对于宇宙空间,对于质子、中子、基本粒子说不上“熵”。

波动微粒理论由于“越界”应用规律,以致形成了未能分工合作各说其是。为尚未明确界限的规律画出应用边界可以避免出现混乱,这似乎也是规律,属于“规律的规律”。

今后,如果又出现类似当年“放射性元素不明能量来源”以及“加速粒子不明为何达不到光速”的情况,我们的思路应侧重于何方?

当一项规律出现了例外情况,可能的原因有二:

1、面临新的机制

2、越出了规律适用界限

要特别慎重对原有规律轻易否定,应当坚信,既然已形成规律,原先的“理由”不会消失,对其进一步完善是可能的,背离却不可取。

作为物理领域中的规律,位置高于两个不灭规律的至今并未发现,排正规律的位置当然也属于“为规律找出规律”的工作。随着实验的继续进行,发现新现象,新问题属于家常便饭,新现象使人们更新认识,拓广视界,这对于原先已形成的规律是一个重新认识和不断完善的过程。

如果发现明确的因果关系,足以证明已往被认为是规律的事项并不准确,需要改正原先“规律”,这种情况是可能出现的。在此时,判断的依据是哪一种描述更为合理,因果关系更为明确。机理,始终是追寻的目标。始终被实践所验证则是规律是否正确的依据。

例如,现代物理认为自然界存在四种力,如果确实存在四种力,这一描述既是事实,也是一项规律。由此可以否定任何四种以外的力存在。但是,深入分析后发现,自然界只存在两种“基本力”,即引力和斥力(具体分析在后文中再描述),在力的“力线”模型应用中,为强作用力和弱作用力为何发生强弱差别找出了物理机制;为电磁力为何“同性相斥、异性相吸”找出了原因;为万有引力为什么是最弱的引力找到了说法。在此情况下,“两种基本力”并非同“四种力”相抵牾,而是前者的一种改进,使理论更接近事物本质,四种力的理论成为认识过程中的一站,只能到此为止。

以上陈述了一些关于规律的认识,实际是对于已有物理核心部分的继承,本书在内容顺序上虽然不同于以往,但目的在于试图改善系统性。

近代物理理论中存在相当多的“不证之论”,它们的特点是,在提出的当时,只提出“果”而不提出“因”,然而,一向重视“理”的物理界对此却显示了放宽,原因似乎在于这些理论往往针对了当时的难题,对于一件悬在胸中的难题,渴望有解是可以理解的,即使一项不完善的解也似乎聊胜于无,何况所提理论,往往使人感到出乎意外,值得钦佩。但是,出问题的往往也是它们。试回顾关于1881年迈克尔实验的不同解释,哪一件不属于无证之论?但在当时,都显得才华横溢令人信服。直到眼下,人们还相信“质量可以转变为能量”而不反问“机制何在?”

在此,可以总结出一则规律:“任何物理变化必定存在规律和因果关系”,或者说必定存在“机理”、“机制”,反之,某一“变化”若始终找不出机理,此“变化”其实并不存在。


第5节 三项补充定律

1、力必定存在于质量之间;力线不能由真空发出而只能来源于质量。

2、能量为物质运动的动能。

3、物质和能量不可分离