最基礎、最原始的力來自于哪里?

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高中物理 來源: 高中學習網

晏成和

力、最普遍的物理現(xiàn)象,力學,物理學幾大分支之首。學物理、學建筑、學機械、學所有的工程都必須首先學習力學。力學是現(xiàn)代科學之基礎,在本科我就學習了《靜力學》《動力學》《材料力學》《流體力學》。力學幾乎成了物理學的代名詞,一些與“力- ma”關系不大的學科,也稱之為《量子力學》《電動力學》。

學習了這么多的力學,可是物理學、力學教程從來也沒有告訴她的學子:最初的力來自于哪里?

現(xiàn)代科學發(fā)軔于牛頓的力學三大定律,力學給工業(yè)革命和科學技術的迅猛發(fā)展奠定了基礎?墒300年了,牛頓的“第一推動力”來自于哪里?仍然是自然之謎。

后來的物理學研究者歸納、總結,從宇宙宏觀到粒子微觀,認可自然世界存在著三種基本的作用力。

萬有引力:表現(xiàn)為物質重力、宇宙天體間的吸引力(構成宇宙星系的力)。

電磁力:原子核(質子)與電子間的相互吸引力(構成原子、物質的力)。

強力: 使原子核內物質緊密結合在一起的力(構成原子核的力)。

這樣,形體從大到小,力從小到大,構成一級物質就有一種力。

引力、電磁力、強力擺在我們面前,應該探討,這原始的力來自于哪里?

我們發(fā)現(xiàn):三種力的主要作用都是構成、構成……力就是在特定的范圍內、把離散的部分吸引、結合成為一個有機的整體、形成多彩的現(xiàn)實世界。太陽系、物質原子、原子核都是由基本力構成的整體。由此可見,力的初衷就是吸引、結合、構成,與物理學定義:“力是改變物體的運動狀態(tài),使物質產生加速度!庇形⒚畹牟町悾@個差異以后再討論。我們要探討最初的力來自哪里,就先來研討力的原始存在??如何把離散的部分吸引、聚合、構成為整體。

【電磁力】

我們先來看位于中間的電磁力,也就是原子核吸引核外電子,構成原子、構成物質的力。

這里,叫電磁力是值得商榷的。百年來,學界認為原子核里質子帶正電荷、電子帶有負電荷,正、負電荷相互吸引形成了電磁力,構成了原子。其實質子與電子之間并不是正負電荷相互吸引,質子與電子之間的引力也不是電磁力。

認為質子攜帶正電荷、是科學百年認識的誤區(qū)。人們依照自然的生物性質很容易領會、理解“同性相斥、異性相吸”,于是這正負電荷相吸的論斷幾乎成為自然公理,F(xiàn)代教科書寫到,“質子是帶正電且電量為e的粒子。”正是因為“異性相吸”,吸引了帶負電荷的核外電子。

早年用正負電荷吸引解釋電磁力情有可原,費解的是之后幾十年沒人反思其中明顯的疑點和破綻:承認異性相吸、質子吸引著核外電子,但是,應如何面對原子核內質子的同性相斥?核內那么小的地方,帶正電的質子相距很近、只有核外電子距離的萬分之一,如何能夠相安無事的擠下幾十個攜帶正電荷的質子(銀47個、鉛82個)、同性相斥的巨大斥力哪里去了?可見質子帶正電不是自然的真實,是早年錯誤的猜想、一種應急的假說。

當然也有各種理論解釋原子核內質子之間同性相斥,早年日本的湯川秀樹提出介子理論,“質子和中子通過介子可以帶正、負電荷或者是中性,一個介子可以轉化為一個電子和不帶電的輕子。交換介子而互相轉化,核力是一種交換介子的相互作用!北M管該理論得了諾貝爾獎,還是不敢恭維。大自然不會先讓質子帶上正電荷,在核內產生很大的斥力,再去搞一些介子在其中調和,搞一些匪夷所思的神奇的交換、轉化。

對物理學而言,僅僅運用“異性相吸”這個定律來解釋原子的存在、得到結論是表象的,忽略、蒙蔽了相斥、相吸過程中場的存在和作用,掩蓋了真相;抹殺了相斥、相吸的物理機制。

事實上質子根本沒有攜帶電荷,質子對電子不是異性相吸,而是自然之神賦予質子專門的質子場。質子攜帶的場是多功能的:1、能夠有效地吸引電子、平衡電子的場;2、對所有的場粒子(電子、質子)都有吸引力??質子場力,簡稱質子力,質子力只有聚合功能、因而質子的引力場不能屏蔽而只能疊加。

再來看電子與質子、電子與電子之間的力。

電子與電子接近發(fā)生相斥,一是兩電子沒有接觸;二是距離越近斥力越強。由此判斷發(fā)生這作用必定是場??電子周圍攜帶著場!這說明:大自然在設計電子時不是僅僅制作了一個簡單的粒子,而是讓電子伴生著場-與另電子相斥、與質子平衡的場,由于電場的作用產生了力??電場力。

精明的自然神賦予電子的場不僅僅是簡單的相斥,在電子移動時其伴生的場是磁場,奧斯特實驗、電磁場都是見證。于是也就形成了自然的磁性、磁場。由此,電子的運動就派生出一種力??電磁力(這才是名副其實的電磁力)。

在質子力和電子場作用下,電子產生朝向質子的加速度,這種力能夠加速電子圍繞質子運轉。同時電子運轉伴生磁場,在磁場中,電子的運動能夠發(fā)生偏轉,所以電子永遠不會掉進質子。

大自然讓一個小小的電子:1、攜帶著電荷、伴生電場,同時伴生著電場力。2、移動時產生磁場,同時伴生磁場力。3、振動時輻射電磁波。實在令人敬畏。大自然讓電子伴生電磁波與外界聯(lián)系、交流互動,構成物質各種性能。同時也形成了兩種發(fā)端于電子的原始力??電場力、磁場力。

自然的質子場與電子所伴生的場精確對應,并且原子核各面都需求有電子場的覆蓋,所以形成等量的電子繞核旋轉構成原子。質子場與電子場電平衡,使得原子不顯電性。物質顯現(xiàn)正電、負電性,是大自然安排讓物質的質子、電子平衡,是物質的整體行為,不是所謂質子帶正電。

大自然讓電子所伴生的場相斥,導致電子分散,卻讓質子的場吸引相聚。自然之神在設計最基本的粒子時就恰到好處地運用了對立統(tǒng)一的法則。

百年前剛剛發(fā)現(xiàn)電子、質子,人們猜想質子、電子正負電相互吸引是權宜之計,衣缽相傳成為金科玉律。今天,重新研讀質子、電子應該是新的課題,要特別關注自然賦予質子場與電子場有明顯的三大不同:1、作用不同,質子場-相聚、電子場-以分散為主;2、性質不同,質子場-不可屏蔽,電子場-可屏蔽;3、公式不同,質子場-與質量m相關,電子場-與電量q相關。

大自然讓其兩個尤物伴生著質子場、電場、磁場,從而使得其質子、電子在這些場的作用下能夠發(fā)生加速度運動或運動趨勢、從而形成最基礎、最原始的力:質子場力-吸引電子、并且吸引所有質子的力;電場力-電子與電子相斥、與質子吸引的力;電磁力-電子運動所伴生的磁場力。

這些場就是自然質子、電子伴生場,由場所構成自然物質的原始的力。

【萬有引力】

明確了質子-電子各自伴生的場、以及質子電子在幾種場的作用下的吸引、聚合,是構成物質最基礎、最原始的力的來源。我們也就可以順理成章的來討論構成宇宙天體的萬有引力。

上述,原子核對電子、質子的引力來自于質子場,質子場是無限延伸、不可屏蔽的,不會到了原子的邊緣就嘎然而止;質子場產生的引力也是沒有邊界的,遠遠地超出了原子、超出了物體之外,并且向外無限延伸。于是,所有質子伴生的場力都向外無限延伸,質子的場的集合構成了物體的引力場、構成了宇宙星球的引力場、構成了萬有引力。

萬有引力有三大特性:1)引力的大小與物體的質量成正比;

2)與距離的平方成反比且對距離沒有限制;3)難以屏蔽。

原子核的質子場力外延形成引力與萬有引力有三大特性完全相符。

原子中質子質量就近似等于原子量(忽略電子微小質量),實際上質量就是質子的數(shù)量,引力也就是子所具有的質子場力。電磁力外延之說與引力公式符合得很好,正是因為有了這內在的依據。

單個原子核的外延引力是微不足道,可萬億億個質子的引力的外延就構成了星球的場,就成了天體運行的纖繩,成了重力之母。

【強力】

我們再來看強力-構成原子核的力。

強力巨大,構成了牢不可破的原子核。探索者想要知道原子核內是什么,總是依靠功率強大的粒子流轟擊,打破原子核、找到核內的物質。今年9月,中國科學界為是否應該花200百億美元建立超級粒子對撞機的討論沸沸揚揚。因為早年歐美學者用大型粒子對撞機對原子核進行轟擊,已經在原子核碎片里找到了60多種粒子,就差最后一種上帝粒子(希格斯玻色子),粒子大廈就大功告成。

建立超級粒子對撞機之所以引起軒然大波,一是經費巨大、二是科學界對上帝粒子寄予太多希望。核內63種各類粒子已經精彩紛呈,但是對其是如何有機連接、如何構成原子核的物理機制卻知之甚少,很多粒子沒有了質量。科學人盼望上帝粒子中藏著所有其他基本粒子如何獲得質量的秘密;盼望知道上帝粒子如何把60多種粒子有機地聚合、成為牢固的原子核。希格斯玻色子承載太多,這樣的希望難免落空。

物理學從來也沒有告訴學子:最初的力來自于哪里?是因為百年物理過多地關注“子”,而忽略了大自然賦予的場。

回到原子核,人們太多注重高大上的對撞機轟擊的粒子,而忽略了自然悄悄向我們透露的蛛絲馬跡。要探討原子核,必須高度關注來自核內的信息、緊扣來自核內的線索。放射現(xiàn)象??從放射性元素的原子核內放射出的三種射線:α射線,β射線,γ射線。這可是大自然提供的原子核的內部資料。

α射線,氦原子核的粒子流,原子量為4,有4個質子2個電子。氦核特別穩(wěn)定,在核爆炸時也不分離。

氦核告訴我們:原子核內質子、電子不是簡單地堆積,也不是兩條狗槍一根骨頭,而是有機構成。因為距離非常小,質子對電子的引力巨大,兩個電子繞著4個質子形成速率極高的球狀運轉,構成牢固的氦核。圖一A。

A 2個電子環(huán)繞4個質子高速運轉 B “中子”+質子 應該是這樣的

圖一(橙色球面表示運轉的區(qū)域)

β射線,高速的電子流。電子被高速放射出來,說明放射性元素的核內存在著高速運轉的電子,應該注意到這是α射線之外的電子。

γ射線,頻率極高的電磁波。電磁波源于電子的振動,高頻電磁波說明核內存在著極高速運轉的電子躍遷振動。原子核的直徑是原子的萬分之一,核內電子運轉半徑極小、速率極高,每秒3X10^18轉,因而躍遷輻射γ射線。正因為核內電子運轉速率極高,所以原子核結合力很大。按平方反比計算,原子核核心的內聚力比電磁力(質子場力-吸引電子的作用力)要大一億倍!所以顯現(xiàn)為強力。

可見,強力仍然是質子場吸引電子的力,只是在核內電子運轉半徑極小、速率極高,因而強力巨大。原子核內放射出的三種射線告訴我們,構成原子核的力與上述質子力、電場力、電磁力、萬有引力一樣,仍然是由于自然界存在著質子、電子所伴生的場,鄰近的質子和電子在此場中產生運動、聚合,由此形成了自然最原始、最基本的力。

對撞機轟擊出來的基本粒子如何失去了質量,成為困擾粒子物理的難題。上帝粒子不可能破解這個秘密,因為原子核內不會有希格斯玻色子的聚合,大自然只存在基本力的聚合,基本力才可以解讀這個質量去向問題。

質量是物理學中定義物質多少的一個量,質量存在人們心目中,但是具體的測量質量還是其在地球上的重量、即其質子場在地球引力場中所發(fā)生的引力。也就是說物質有質子、有電子(有質子場有電子場)才有引力-有重量-有質量!在人們現(xiàn)實生活中,物質不管粉碎多小,它總是個原子,有質子、有電子,總是處在自然場作用之中,總是存在引力-重量-質量。

在大型強子對撞機的轟擊中,質子破碎了形成了60多種碎片,已經沒有了質子了、也沒有了質子場,當然就不能與外界質子發(fā)生引力-也就沒有重量-沒有了質量。在這些碎片中、除了電子、中子(質子+電子)有場,其它碎片都沒有場,也就沒有了場作用的力、沒有了質量。質量隨著質子的破碎,質子場的破壞而不能顯現(xiàn)。

知道了力來自于質子場、電場、磁場;明確了力-重量-質量產生的原因,也就知道了質子被轟擊后形成碎片失去“質量”的原因,就不要指望通過上帝粒子能夠讓其他基本粒子獲得質量了。


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