物理学理论研究(4)
作者:佚名; 更新时间:2014-12-10
也许还要几十年甚至上百年人类才能认识到宇宙的无限性,但只要天下有志之士携手合作,这一天定会早日到来。
二、浅谈光的衍射
通常情况下光总是直线传播。但当光线经过足够窄的窄缝时将形成明暗相间的衍射条纹。由于光子不带电,在电磁场中不偏转,所以光子的衍射不是电磁力作用的结果,而是引力子与光子作用产生的。光子与引力子作用不是一个简单的碰撞过程,而是一个极为复杂的过程。在光子与引力子相遇的一瞬间它们形成一个混合体,这就打破了结合前光子内部各部分的平衡,混合体内部存在着排斥力和凝聚力两种作用。若排斥力占主导作用,则混合体将在极短的时间内“裂变”放出引力子;若凝聚力占主导作用,则混合体将形成一个新的光子。那么满足什么条件的混合体(光子)才是稳定的呢?经典电磁理论指出:所有光子的能量均为某个最小能量的整数倍。也即所有光子的质量均为某个最小质量的正整数倍,只有这样的光子才能稳定存在。当然这并不表明能量为某个最小能量的非整数倍的光子就不存在,只不过由于它们极不稳定,在形成后瞬间就“裂变”生成能够稳定存在的光子,目前我们还没有观测到或注意到这类光子罢了。从这里我们可以看出,与原子核一样,所有光子的质量均为某个最小质量的正整数倍,说明光子也有一定的内部结构,某些质量的光子由于极不稳定,在其形成后瞬间就“裂变”生成能够稳定存在的光子,这就造成稳定存在的光子质量的不连续。言归正传,由于引力子质量远远小于光子的质量,所以光子不可能吸收一个引力子形成新的光子(因为这样的光子是不稳定的)。但是若在同一时刻,光子与许多引力子相互作用,而这些引力子质量之和又大于最小光子的质量,光子就有可能吸收质量和等于最小光子质量的引力子数目而形成新的光子。举例来说,若最小光子的质量是引力子质量的10万倍,那么当同一瞬间有15万个引力子作用于光子时,光子只可能吸收10万个引力子,另外5万个引力子不被光子吸收,仅对光子产生微小的冲量。倘若在同一瞬间有9万个引力子作用于光子,那么这9万个引力子都不会被光子吸收,它们仅对光子产生微小的冲量。光子可能吸收的引力子数目只可能是10万的正整数倍。只有光子吸收引力子形成新的光子才能全部吸收引力子的冲量,否则的话,光子仅受到极小的冲量。
现有一个宽度为α的窄缝,绝大多数光子经过窄缝时虽然与许多引力子作用,但大多不会形成新的光子,这样大部分光子仅以极其微小的发散角投射到屏幕上,形成宽度略大于α的中央亮纹。由于衍射条纹是对称分布的,所以我们只讨论一半。拿中央亮纹以上的条纹来说,这些条纹是由缝中心到缝顶部经过的光子偏转形成的。从缝中心到缝顶部经过的光子,若吸收10万个引力子则形成稳定的新光子,而新光子由于全部吸收了引力子的冲量因而向上发生较大的偏移,从而在屏幕上形成宽度为0.5α的第一条亮纹。从缝中心到缝顶部经过的光子,若吸收20万个引力子则它向上的偏移量是第一条亮纹偏移量的两倍,形成第二条亮纹。同样形成第 3条、第4条、第5条……第n条亮纹。中央亮纹以下的亮纹也是这样形成的,并且中央亮纹的宽度约为其它亮纹宽度的两倍。由于从缝中心到缝顶部引力逐渐增大,所以与光子作用的引力子数目也可能逐渐增多。假设在离开缝中心向上的极小位移处,在该处最多只可能有10万个引力子与光子发生作用,那么经过该处的光子最多只可能偏移到第一条亮纹处。换句话说它最多只可能对第一条亮纹的形成做贡献,对第2条、第3条、第4条……第n条亮纹都没有贡献。由此在向上某处经过的光子最多只可能吸收20万个引力子,但也可能吸收10万个引力子,故经过该处的光子对第1条、第2条亮纹的形成做出贡献而对第3条至第n条亮纹都没有贡献……;从缝顶部经过的光子可能吸收10万*1、10万*2、10万*3……10万*n个引力子,所以从该处经过的光子对第1条、第2条、第3条至第n条亮纹的形成都有贡献。这样形成的亮纹亮度依次为第一条>第二条>第三条>……>第n条。若缝变窄,则在离开缝中心向上的极小位移处,光子最多可能有20万个引力子,经过该处的光子对第1条、第2条亮纹的形成都有贡献,这样就减小了第1条、第2条亮纹亮度的差异。也就是说,缝越窄条纹亮度越向两边分散,缝越宽条纹亮度越向中央集中。当缝很宽时,条纹亮度几乎全部集中在中央区域,两边的光子数几乎为零。这就是我们看到的光的直线传播现象。由于光子并不是一种波,其偏离直线传播(衍射)现象是由引力子引起的,所以光的衍射现象与缝的宽度无关。物体在阳光下的阴影边缘常常较模糊,这说明光子在经过物体表面时受到引力作用而偏离了直线传播。理论上来说只要光子的运动方向和引力方向不在一条直线上,光子就会偏离原来的运动轨迹,并且引力场越强光子弯曲的程度也越大。星光在经过恒星以后通常会发生弯曲,有时我们甚至能够看到星体后面的其它星体发出的光。


三、论电子结构与原子光谱现象
1. 电子发光
原子是如何发光的?要弄清这个问题首先必须明白光子是由原子的哪一部分发出的。我们知道,原子是由原子核和核外的电子组成的,原子核的结合能很大,不可能发出光子,所以光子只可能是电子发出的。在化学反应中伴随着电子的得失,常常有能量(光子)放出,光电效应、激光现象及其它一些实验也证明了光子是由电子发出的,所以可以肯定原子发光其实是电子发出光子。既然电子可以放出光子,那么光子必然是电子的组成部分,或者说电子有一定的内部结构,光子是其组成部分之一;由于光子不带电,说明电子内部电荷的分布是不均匀的,因为如果电子内部电荷是均匀分布的,则光子就应该带电。原子中原子核和电子之间的距离很小,它们之间的静电力很强,因为电子内部电荷分布不均匀,所以在原子核强大的静电力作用下电子内部电荷将重新分布,甚至可能发生裂变,这就为电子放出光子创造了条件。当电子裂变放出光子后,它的各个组成部分结合的更加紧密,在适当的时候可能吸收一个光子,这就为电子吸收光子储存能量创造了条件。而电子正是通过不停地吸收、放出光子来和外界交换能量的。稍后我们将看到,原子正是通过电子不断吸收、放出光子来和外界完成能量交换的。一般来说,电子质量越大其内部各部分结合的越松散,在静电力作用下越容易发生裂变;电子质量越小其内部各部分结合的越紧密,在静电力作用下越不容易发生裂变。与原子核“幻数”相似,总有特定质量的电子的结合力相当大,比其它质量电子的结合力大许多,这些特定质量的电子往往对应于某些稳定的轨道。
有人认为物质发光是由于物质中的原子或分子受到扰动的结果,认为光子是由原子或分子发出的。其实这是一种错误的看法。我们知道,原子是由原子核和核外电子组成的,光子是一种物质实体,或者是由原子核发出的,或者是由电子发出的,除此以外再没有别的选择。说光子是由原子发出的,这是一种不确切的说法。
2. 原子核和电子之间的磁力作用
两个相距一定距离的异种点电荷在静电力作用下必然会吸引在一起,因为静电力作用在两点电荷连线上。而原子核和电子不会吸引在一起。这就启示我们在原子核和电子中必然存在一种其它作用力。这个力就是原子核和电子之间的磁力。我们知道,在通以相同方向电流的两条平行导线间会产生磁力作用,在磁力作用下它们将彼此吸引,原子核和电子的相向运动正相当于通以相同方向电流的两条平行导线,在它们之间也将产生磁力作用。静电力的作用总是使电子获得指向原子核的向心速度,而原子核和电子之间的磁力则使电子获得切向速度,并且原子核和电子之间的相对速度越大,它们之间的磁力也越大。
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