物性论与相对论

chenshuxuan · 发表于 22.12.2005 02:11:58

周期运动是稳定物质基本状态 陈叔瑄 周期性运动处处存在于物质运动状态之中，天体、粒子的自旋和公转具有周期性的，量子、粒子的周期变换运动和交换作用具有周期性的。而宏观涡旋体是指非外力作用下所产生的转动物体，如天体自旋和圆周曲线运动都是自然的，非人力或外力所为的。天体自旋与其中心速度同向侧速度变大，质量密度ρ变小，以使能密度w趋于均匀而质量具有弥漫趋势，如式 w=ρυ²/2=k ρ=2k/υ² 其中k为常数。反向侧速度叠加变小，质量密度变大，以使能密度趋于均匀而质量浓缩趋势，天体由弥漫外侧趋向浓缩里侧而作曲线或圆周或弦或圈态运动。如果里外侧交换平衡，则相当于作用力等零下作的曲线或圆周或弦或圈态平动。它等价牛顿力学引力与惯性离心力平衡的解释。可以说天体无不是周期性运动，包括自旋、公转和多层次公转。 一、物体周期运动 先从机械振动入手进行分析，通常外力（用手）先把弹簧变形或单摆移位，即产生位能，解除外力（放手）后，位能逐渐转化为动能，动能最大时具有速度而持续运动，但逐渐转化为位能，形成了周期性能量变换，并保持谐振，如弹簧的动能和位能之和为 E=Ea+Eb=mυ²/2+kχ²/2=mυ。²Sin²ωt+kχ。²Cos²ωt =mυ。²/2=kχ。²/2 υ=dχ/dt=-χ。ωSinωt=υ。Sinωt υ。=-χ。ω代入前式，则得 ω=2πν=√(k/m) 又如单摆（用手）移位所得的位能mgh=mgι(1-Cosθ),其中ι为摆长，放手后，位能就逐渐变换为动能，动能最大值时继续动，并逐渐转化为位能，形成了位能与动能周期性变换，如 mgh=mgι(1-Cosθ)=2mgιSin²(θ/2)≈2mgι(θ/2)²=mgχ²/2ι 其中χ为往返摆动的弦弧 χ=χ。Sinωt υ=dχ/dt=χ。ωCosωt=υ。Cosωt υ。=χ。ω E=Ea+Eb=mgχ²/2ι+mυ²/2=mgχ。²/2ι=mυ。²/2 ω=2πν=√(g/ι) 可见机械振动是能量周期性变换。由于地面物体或机械通常相对地面处于内外平衡状态，即静止状态。启动时需外加力作用才能相对运动或振动。但空气摩擦或推压（迫使空气处于周期性疏密变换）作用，振动能逐渐转化为热量，又使振动逐渐减少，最后停下来。对于非地面物体就可忽略这个问题。 地面宏观物体通常处于相对平衡静止状态，要运动就要对物体外加作用力或其它能量方式转化而成的，作用力一旦解除，物体就会停下来。牛顿力学解释为摩擦作用的结果，以解决匀速直线惯性运动问题。实际上物体什么方式运动都有过程持续性，即惯性，并非匀速直线运动特有的。物体变换频率是粒子变换频率叠加，即粒子频率或变换能之和，使宏观物体变换频率异常之大，以致波长或波动相邻峰值间距λ=υ/ν变成极小，远小于宏观物体线度，根本体现不出波动性，呈匀速直线运动。宏观物体交换能是粒子交换能hΔν之和，即hΣΔν，使总频率范围扩大，交换能也变大且复杂化，其重叠的结果失去波动性或者失去交换量子数能级属性。可见宏观物体不具有微观粒子的允许能级或量子数或波动运动属性，而处于相对静止或平动运动。 可以说稳定物质基本状态是周期性运动，那么稳定的宏观物体又如何解释？地面宏观物体内部是周期性运动不规则叠加而成的非周期性状态，外部来看是处于作用平衡而相对静止状态，其运动则要外加作用力或破坏其平衡状态才能产生运动。宏观物体可以分解为周期性叠加来分析。宏观物体是由大量粒子不规则运动构成的，平动和变换运动构成一定方式分布的。平均粒子动能是温度的本质或者内能有关的参量，变换运动叠加可改变为部分交换能，另外部分与平动合在一起构成整体上静止或匀速直线运动。可见宏观物体静止或匀速直线运动可分解为周期性交换作用和周期性变换运动的叠加。然而这样做不但没有必要，而且把问题复杂化且难以应用。这种情况下仍然采取牛顿力学处理，可使问题简化和便于应用。只要记住机械物体静止和匀速直线运动是其内部大量粒子周期性交换和周期性变换运动叠加的结果。地面物体转动是外加力矩作用或原处于地面平衡静止状态被破坏下引起的运动状态，仍然可用牛顿力学处理。 二、场质周期运动 广泛而本质地说，涡旋运动均匀趋势不仅是质量趋心成自旋体和周围万有引力场质和磁场质产生根源，而且是自旋体平衡趋势的曲线、圆周、弦、圈态运动和周期变换运动、交换作用的根源。而平衡稳定的物质运动必定处于周期性运动状态。最基本稳定物质是光量子或电磁波（同步运动电磁量子的集合），它是周期性涡旋运动浓缩质量，变换为平动运动，平动运动的极限性，又使其变换为涡旋运动，形成周期性变换运动。而且因在平动的垂直方向上是涡旋运动周期性变换方向，才能在高速平动时保持对称平衡的稳定状态。又由于周期变换情况下失去涡旋运动属性，而保持直线平动运动。这样光量子或电磁量子可以看成周期变换运动和直线平动构成的稳定运动状态的物质系统。 光量子由于自旋已与部分平动周期变换而失去自旋属性，即只存在直线平动运动和周期性变换运动，其总能是平动能与变换能之和，且各占总能一半，即 mc²=mc²/2+hν/2=hν 此式可以看成相对论与量子论统一表达式。同频率同步光量子束可用周期性电磁场波函数描述 H=H。Sin2π(νt-ι/λ) G=G。Con2π(νt-ι/λ) 其平方之和可以描述为量子束能密度或粒子数密度。其磁场强度相应于量子涡旋运动，电场强度相应于量子平动运动。也就是说同步的量子束的集体行为可以用电磁场及其电磁波来描述，在这个意义上光可以看成电磁波，是原子级的电磁波。场的描述是指定坐标系空间一点参量变化的描述，而不管经过这点的具体量子或其它物质。相对论时空实际上是场的时空，适合于描述电磁场。 磁场是高速微涡量场，电场是交换不平衡或加速场质的电磁场，引力场是涡旋运动引起的质量趋势作用场。各种场物质处于高速运动状态，它们之间即使在空间重叠也是各自独立各不相干的。光量子间相位和方位是随几的，不相干的。只能通过光滑介面实现量子间相位和方位调整。调整后的光量子束与电磁场一样可以用场能密度描述 w=k'(μH²+εG²) 其中H为磁场强度，G为电场强度，k'为常数。 电磁场从天体到微观粒子周围处处存在，大体可以分为天体级电磁波、物体级的微波和无线电波、分子级红外线、原子外壳层级的可见光和紫外线、原子内壳层级的x射线、原子核级的γ射线等。愈后面变换频率愈高，愈呈粒子性或量子性。如原子级辐射的可见光量子由各个原子发射，其相位和方位都是随几的，各不相干的。只有经过光滑介面作用实现相位和方位调整而处于较同步运动状态。这时可以用上式描述能密度。然而周期性运动的微观粒子的作用不同于宏观物体的作用，描述根本不能套用牛顿力学，只能采取能量描述。稳定物体间作用力本质是能量交换，且总能不变性。因此量子入射光滑介面时，相位是随几的，即动能改变量不同，而交换能量一致性，只能通过停留介面时间来调节的。动能改变量ΔE愈大，接触时间Δt愈小，或者动能改变量ΔE愈小，接触时间Δt愈大，两者乘积为常数 h=ΔE•Δt 电磁场主要应用于能量或力传输（低频率高压强电状态）和电磁信号信息（高频低压弱电状态）传播的两方面应用，对于此文来说主要是后者，即电磁周期性运动中对信号信息的传播。高频率电磁场或电磁波所具有量子性愈强，愈不易被地面或大气所吸收，传播距离愈远。因此短波比长波传播的距离要远。声音或图像可以变换为控制电磁波发射的辐度（即产生量子数密度）或频率（即辐射前重叠上电磁变换频率）以便声、图随高频率电磁波传播。接收时作相反的控制，取出声、图的信号信息。 三、粒子周期运动 微涡旋中心平均速度小于光速，则有部分平动与周期变换转化为其它能量，如交换能量、磁能等方式。光量子在介质中速度减少，就是部分能量转化为交换能。一般更低速涡旋体变换能量形式更加复杂，因为速度愈低，中心质量密度愈高，向外弥漫愈强愈快，相应地交换或正反运动愈强愈快，构成微涡旋类型愈繁杂，如构成高速的磁场质、量子和低速的粒子、实物等。高速微涡旋中心速度与微旋轴平行，且易沿着涡旋轴向移动，构成沿轴螺旋线从一端出另一端入磁力线或磁场质。高速微涡旋中心速度与微旋轴垂直，则构成量子辐射出去。 涡旋体运动平衡趋势有三类：第一类浓缩与弥漫正反平衡趋势所形成的交换，质量愈大弥漫愈快，平衡时交换频率或交换能相应也愈大。第二类涡旋运动逐渐浓缩质量，若总质量不变，即平动能变换为涡旋能过程。体积小或密度高到一定限度，就要弥漫，即涡旋能逐渐变换为平动能过程。达到极限速度，速度不能再增大，则往涡旋运动变换，形成了周期性变换，变换能用变换频率来定义的。第三类涡旋体中心速度与自旋速度构成同反向重叠，同向重叠弥漫与反向重叠浓缩，同向侧趋于反向侧，构成涡旋体作圆周、椭圆、弦、环、圈态等曲线运动。 如果涡旋总质量不变，那么涡旋处于稳定的自旋和公转运动。涡旋体每一点自旋中都经历弥漫和浓缩周期过程，自转一周中心所经过弧线（或线速度）与公转半径和角度（或角速度）成正比。其线速度就是涡旋体的中心速度υ，角速度等于涡旋体角速度ω。即 υ=rω=2πνr 若r为公转半径，其倒数可以用来表示曲率程度，即半径愈大即弯曲程度愈小。半径反比于ω为自旋角速度，而正比于中心速度υ，说明角速度愈大，中心速度愈小，曲率愈大，相应圆周愈小。 微观粒子存在自旋、平动的运动外，还存在周期性变换和交换等运动。微观粒子存在自旋而使其沿着曲线或圆周或弦或环或圈态轨迹运动，其运动状态与粒子内质量分布、自旋角速度、中心平动速度、周围交换作用等情况密切相关的。交换平衡时壳粒自旋与公转处于上述自然的圆周运动。粒子存在交换能，交换特点是有物质吸收和放射，或物质进出先后周期，微观两粒子交换中只有一粒子放射物质到达刚好是另一粒子吸收，反之一样，才具有同步有效的交换作用。这就需要两者交换频率整数倍，且相位相反轨迹上运动。即微观粒子间作用要在交换频率整数倍驻波的波节轨迹才能处于交换平衡的自然圆周运动，或一定能级圆周轨道（原子核运动，使其不是正圆的椭圆轨迹运动）上稳定运动。 对于一般同类同质量的微观粒子束粒子数密度（或几率密度）同样可以用波函数描述，即 ф=ф。Sin2π(νt-ι/λ)=φ。Sin(2π/h)(Et-pι) 其中E=hν，p=h/λ。同样可以用薛定锷波动方程描述。但同类微观粒子，如同元素原子形成的环境条件不同，原子质量不可能完全一样，而存在原子质量差异，即存在一定分布，所谓原子量实际上是同元素原子质量的平均值。这样同类微观粒子束的粒子质量很难一致，为此采取一个粒子出现几率数密度及其波函数描述更妥当。它等价于量子力学波函数和几率密度的解释。 粒子是涡旋体，其周围包含各种各样交换场质周期状态。场质多半是连续性物质或量子组合状态，如引力场、磁场、电场、电磁场、强作用场、弱作用场等。强作用场是原子核内核粒子或重粒子间交换作用场，弱作用场是轻粒子间交换作用场，电磁场是重粒子与轻粒子间交换作用场。交换作用场质通常要求粒子质量相等或整数倍，才能同步平衡交换，交换中构成粒子，如强作用的介子，电磁作用的量子等。衰变是指原子核碎片或变子（重粒子、轻粒子等基本粒子）不稳定不平衡状态趋向稳定平衡状态的过程，使碎片分裂、分离、放射、辐射等。 参考书： 1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》陈叔瑄著厦门大学出版社1994年出版 2、《物性理论及其工程技术应用》陈叔瑄著香港天马图书有限公司2002年出版 3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》陈叔瑄著福建教育出版社1994年出版 （此文发表于《中华名人文论大全》文献论文集中，并获特等奖）

chenshuxuan · 发表于 22.12.2005 02:16:38

周期运动是稳定物质基本状态 陈叔瑄 周期性运动处处存在于物质运动状态之中，天体、粒子的自旋和公转具有周期性的，量子、粒子的周期变换运动和交换作用具有周期性的。而宏观涡旋体是指非外力作用下所产生的转动物体，如天体自旋和圆周曲线运动都是自然的，非人力或外力所为的。天体自旋与其中心速度同向侧速度变大，质量密度ρ变小，以使能密度w趋于均匀而质量具有弥漫趋势，如式 w=ρυ²/2=k ρ=2k/υ² 其中k为常数。反向侧速度叠加变小，质量密度变大，以使能密度趋于均匀而质量浓缩趋势，天体由弥漫外侧趋向浓缩里侧而作曲线或圆周或弦或圈态运动。如果里外侧交换平衡，则相当于作用力等零下作的曲线或圆周或弦或圈态平动。它等价牛顿力学引力与惯性离心力平衡的解释。可以说天体无不是周期性运动，包括自旋、公转和多层次公转。 一、物体周期运动 先从机械振动入手进行分析，通常外力（用手）先把弹簧变形或单摆移位，即产生位能，解除外力（放手）后，位能逐渐转化为动能，动能最大时具有速度而持续运动，但逐渐转化为位能，形成了周期性能量变换，并保持谐振，如弹簧的动能和位能之和为 E=Ea+Eb=mυ²/2+kχ²/2=mυ。²Sin²ωt+kχ。²Cos²ωt =mυ。²/2=kχ。²/2 υ=dχ/dt=-χ。ωSinωt=υ。Sinωt υ。=-χ。ω代入前式，则得 ω=2πν=√(k/m) 又如单摆（用手）移位所得的位能mgh=mgι(1-Cosθ),其中ι为摆长，放手后，位能就逐渐变换为动能，动能最大值时继续动，并逐渐转化为位能，形成了位能与动能周期性变换，如 mgh=mgι(1-Cosθ)=2mgιSin²(θ/2)≈2mgι(θ/2)²=mgχ²/2ι 其中χ为往返摆动的弦弧 χ=χ。Sinωt υ=dχ/dt=χ。ωCosωt=υ。Cosωt υ。=χ。ω E=Ea+Eb=mgχ²/2ι+mυ²/2=mgχ。²/2ι=mυ。²/2 ω=2πν=√(g/ι) 可见机械振动是能量周期性变换。由于地面物体或机械通常相对地面处于内外平衡状态，即静止状态。启动时需外加力作用才能相对运动或振动。但空气摩擦或推压（迫使空气处于周期性疏密变换）作用，振动能逐渐转化为热量，又使振动逐渐减少，最后停下来。对于非地面物体就可忽略这个问题。 地面宏观物体通常处于相对平衡静止状态，要运动就要对物体外加作用力或其它能量方式转化而成的，作用力一旦解除，物体就会停下来。牛顿力学解释为摩擦作用的结果，以解决匀速直线惯性运动问题。实际上物体什么方式运动都有过程持续性，即惯性，并非匀速直线运动特有的。物体变换频率是粒子变换频率叠加，即粒子频率或变换能之和，使宏观物体变换频率异常之大，以致波长或波动相邻峰值间距λ=υ/ν变成极小，远小于宏观物体线度，根本体现不出波动性，呈匀速直线运动。宏观物体交换能是粒子交换能hΔν之和，即hΣΔν，使总频率范围扩大，交换能也变大且复杂化，其重叠的结果失去波动性或者失去交换量子数能级属性。可见宏观物体不具有微观粒子的允许能级或量子数或波动运动属性，而处于相对静止或平动运动。 可以说稳定物质基本状态是周期性运动，那么稳定的宏观物体又如何解释？地面宏观物体内部是周期性运动不规则叠加而成的非周期性状态，外部来看是处于作用平衡而相对静止状态，其运动则要外加作用力或破坏其平衡状态才能产生运动。宏观物体可以分解为周期性叠加来分析。宏观物体是由大量粒子不规则运动构成的，平动和变换运动构成一定方式分布的。平均粒子动能是温度的本质或者内能有关的参量，变换运动叠加可改变为部分交换能，另外部分与平动合在一起构成整体上静止或匀速直线运动。可见宏观物体静止或匀速直线运动可分解为周期性交换作用和周期性变换运动的叠加。然而这样做不但没有必要，而且把问题复杂化且难以应用。这种情况下仍然采取牛顿力学处理，可使问题简化和便于应用。只要记住机械物体静止和匀速直线运动是其内部大量粒子周期性交换和周期性变换运动叠加的结果。地面物体转动是外加力矩作用或原处于地面平衡静止状态被破坏下引起的运动状态，仍然可用牛顿力学处理。 二、场质周期运动 广泛而本质地说，涡旋运动均匀趋势不仅是质量趋心成自旋体和周围万有引力场质和磁场质产生根源，而且是自旋体平衡趋势的曲线、圆周、弦、圈态运动和周期变换运动、交换作用的根源。而平衡稳定的物质运动必定处于周期性运动状态。最基本稳定物质是光量子或电磁波（同步运动电磁量子的集合），它是周期性涡旋运动浓缩质量，变换为平动运动，平动运动的极限性，又使其变换为涡旋运动，形成周期性变换运动。而且因在平动的垂直方向上是涡旋运动周期性变换方向，才能在高速平动时保持对称平衡的稳定状态。又由于周期变换情况下失去涡旋运动属性，而保持直线平动运动。这样光量子或电磁量子可以看成周期变换运动和直线平动构成的稳定运动状态的物质系统。 光量子由于自旋已与部分平动周期变换而失去自旋属性，即只存在直线平动运动和周期性变换运动，其总能是平动能与变换能之和，且各占总能一半，即 mc²=mc²/2+hν/2=hν 此式可以看成相对论与量子论统一表达式。同频率同步光量子束可用周期性电磁场波函数描述 H=H。Sin2π(νt-ι/λ) G=G。Con2π(νt-ι/λ) 其平方之和可以描述为量子束能密度或粒子数密度。其磁场强度相应于量子涡旋运动，电场强度相应于量子平动运动。也就是说同步的量子束的集体行为可以用电磁场及其电磁波来描述，在这个意义上光可以看成电磁波，是原子级的电磁波。场的描述是指定坐标系空间一点参量变化的描述，而不管经过这点的具体量子或其它物质。相对论时空实际上是场的时空，适合于描述电磁场。 磁场是高速微涡量场，电场是交换不平衡或加速场质的电磁场，引力场是涡旋运动引起的质量趋势作用场。各种场物质处于高速运动状态，它们之间即使在空间重叠也是各自独立各不相干的。光量子间相位和方位是随几的，不相干的。只能通过光滑介面实现量子间相位和方位调整。调整后的光量子束与电磁场一样可以用场能密度描述 w=k'(μH²+εG²) 其中H为磁场强度，G为电场强度，k'为常数。 电磁场从天体到微观粒子周围处处存在，大体可以分为天体级电磁波、物体级的微波和无线电波、分子级红外线、原子外壳层级的可见光和紫外线、原子内壳层级的x射线、原子核级的γ射线等。愈后面变换频率愈高，愈呈粒子性或量子性。如原子级辐射的可见光量子由各个原子发射，其相位和方位都是随几的，各不相干的。只有经过光滑介面作用实现相位和方位调整而处于较同步运动状态。这时可以用上式描述能密度。然而周期性运动的微观粒子的作用不同于宏观物体的作用，描述根本不能套用牛顿力学，只能采取能量描述。稳定物体间作用力本质是能量交换，且总能不变性。因此量子入射光滑介面时，相位是随几的，即动能改变量不同，而交换能量一致性，只能通过停留介面时间来调节的。动能改变量ΔE愈大，接触时间Δt愈小，或者动能改变量ΔE愈小，接触时间Δt愈大，两者乘积为常数 h=ΔE•Δt 电磁场主要应用于能量或力传输（低频率高压强电状态）和电磁信号信息（高频低压弱电状态）传播的两方面应用，对于此文来说主要是后者，即电磁周期性运动中对信号信息的传播。高频率电磁场或电磁波所具有量子性愈强，愈不易被地面或大气所吸收，传播距离愈远。因此短波比长波传播的距离要远。声音或图像可以变换为控制电磁波发射的辐度（即产生量子数密度）或频率（即辐射前重叠上电磁变换频率）以便声、图随高频率电磁波传播。接收时作相反的控制，取出声、图的信号信息。 三、粒子周期运动 微涡旋中心平均速度小于光速，则有部分平动与周期变换转化为其它能量，如交换能量、磁能等方式。光量子在介质中速度减少，就是部分能量转化为交换能。一般更低速涡旋体变换能量形式更加复杂，因为速度愈低，中心质量密度愈高，向外弥漫愈强愈快，相应地交换或正反运动愈强愈快，构成微涡旋类型愈繁杂，如构成高速的磁场质、量子和低速的粒子、实物等。高速微涡旋中心速度与微旋轴平行，且易沿着涡旋轴向移动，构成沿轴螺旋线从一端出另一端入磁力线或磁场质。高速微涡旋中心速度与微旋轴垂直，则构成量子辐射出去。 涡旋体运动平衡趋势有三类：第一类浓缩与弥漫正反平衡趋势所形成的交换，质量愈大弥漫愈快，平衡时交换频率或交换能相应也愈大。第二类涡旋运动逐渐浓缩质量，若总质量不变，即平动能变换为涡旋能过程。体积小或密度高到一定限度，就要弥漫，即涡旋能逐渐变换为平动能过程。达到极限速度，速度不能再增大，则往涡旋运动变换，形成了周期性变换，变换能用变换频率来定义的。第三类涡旋体中心速度与自旋速度构成同反向重叠，同向重叠弥漫与反向重叠浓缩，同向侧趋于反向侧，构成涡旋体作圆周、椭圆、弦、环、圈态等曲线运动。 如果涡旋总质量不变，那么涡旋处于稳定的自旋和公转运动。涡旋体每一点自旋中都经历弥漫和浓缩周期过程，自转一周中心所经过弧线（或线速度）与公转半径和角度（或角速度）成正比。其线速度就是涡旋体的中心速度υ，角速度等于涡旋体角速度ω。即 υ=rω=2πνr 若r为公转半径，其倒数可以用来表示曲率程度，即半径愈大即弯曲程度愈小。半径反比于ω为自旋角速度，而正比于中心速度υ，说明角速度愈大，中心速度愈小，曲率愈大，相应圆周愈小。 微观粒子存在自旋、平动的运动外，还存在周期性变换和交换等运动。微观粒子存在自旋而使其沿着曲线或圆周或弦或环或圈态轨迹运动，其运动状态与粒子内质量分布、自旋角速度、中心平动速度、周围交换作用等情况密切相关的。交换平衡时壳粒自旋与公转处于上述自然的圆周运动。粒子存在交换能，交换特点是有物质吸收和放射，或物质进出先后周期，微观两粒子交换中只有一粒子放射物质到达刚好是另一粒子吸收，反之一样，才具有同步有效的交换作用。这就需要两者交换频率整数倍，且相位相反轨迹上运动。即微观粒子间作用要在交换频率整数倍驻波的波节轨迹才能处于交换平衡的自然圆周运动，或一定能级圆周轨道（原子核运动，使其不是正圆的椭圆轨迹运动）上稳定运动。 对于一般同类同质量的微观粒子束粒子数密度（或几率密度）同样可以用波函数描述，即 ф=ф。Sin2π(νt-ι/λ)=φ。Sin(2π/h)(Et-pι) 其中E=hν，p=h/λ。同样可以用薛定锷波动方程描述。但同类微观粒子，如同元素原子形成的环境条件不同，原子质量不可能完全一样，而存在原子质量差异，即存在一定分布，所谓原子量实际上是同元素原子质量的平均值。这样同类微观粒子束的粒子质量很难一致，为此采取一个粒子出现几率数密度及其波函数描述更妥当。它等价于量子力学波函数和几率密度的解释。 粒子是涡旋体，其周围包含各种各样交换场质周期状态。场质多半是连续性物质或量子组合状态，如引力场、磁场、电场、电磁场、强作用场、弱作用场等。强作用场是原子核内核粒子或重粒子间交换作用场，弱作用场是轻粒子间交换作用场，电磁场是重粒子与轻粒子间交换作用场。交换作用场质通常要求粒子质量相等或整数倍，才能同步平衡交换，交换中构成粒子，如强作用的介子，电磁作用的量子等。衰变是指原子核碎片或变子（重粒子、轻粒子等基本粒子）不稳定不平衡状态趋向稳定平衡状态的过程，使碎片分裂、分离、放射、辐射等。 参考书： 1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》陈叔瑄著厦门大学出版社1994年出版 2、《物性理论及其工程技术应用》陈叔瑄著香港天马图书有限公司2002年出版 3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》陈叔瑄著福建教育出版社1994年出版 （此文发表于《中华名人文论大全》文献论文集中，并获特等奖）

chenshuxuan · 发表于 22.12.2005 02:33:08

力的本质是能量交换和趋势 陈叔瑄 宇宙物体几乎没有孤立存在，总是跟周围物体不可分割地联系在一起，并一起作整体运动。如地球表面物体处于四周能量交换平衡状态，并跟着地球运动。地球表面物体间通常可以处于交换平衡静止状态，要使某一物体移动，就需要对其施力（即交换能量）或能量变换转化。要使地面物体产生相对地面平动，施以作用力或内能等转化为机械能或平动能，速度逐渐增大或作加速运动。当所施作用力与摩擦力平衡或所消耗内能足以抵消摩擦能量，而保持直线匀速平动。实际上地面物体机械转动也是如此，外加力矩或消耗内能等转化为转动机械运动能量，所加的外力矩或内能等足够抵消内能等消耗，就能维持转动。一旦作用力解除或停止提供内能等，就会逐渐停下来，并处于相对静止平衡状态。 一、机械交换作用 首先、牛顿力学第三定律的作用与反作用实际上是受力物体与施力物体间能量交换，是受力物体得到动能，并以其它能量交换给施力物体的表达式。这正是作用与反作用量值相等、方向相反、作用在不同物体上的本质所在。其次、如果受力物体得到动能，其动能改变量对位移量之比定义为牛顿力。那么 F=dE/dl=dmυ²/dl=dmυ/dt=dp/dt p=mυ为动量。这是牛顿第二定律表达式。还可以扩大为动能改变量对角移比值定义为力矩。 M=dE/dθ=dmυ²/dθ=dmr²ω²/dθ=dJω/dt=dN/dt N=Jω为角动量¸J=mr²为转动惯量,广义的转动惯量为J=kmr²。第三、当F等于零时，速度等于零或常数，即保持静止或匀速直线的惯性运动，为牛顿第一定律。M等零时，角速度等零或常数，即静止或匀角速度或r²ω为常数的螺旋运动。这里关键问题是能量交换必需有一方得到动能，如果双方交换能量而没有任何一方获得动能又如何呢，它只是不产生机械运动的相互作用或机械平衡状态。 机械平动或转动时如果能略去摩擦，那么其启动之后就能维持原有运动状态，即所谓惯性运动。如果在对称物体转动轴的一点上施一作用力矩，该转动物体就会产生进动和章动。如迴旋仪或陀螺在地面转动时，其重力可分解为轴上和垂直轴两个分量，自旋速度与垂直轴分量同向侧叠加具有弥漫趋势，反向侧叠加具有浓缩趋势，使同向侧趋向反向侧而产生进动。进动速度又与陀螺自旋存在正反向，使正向侧趋向反向侧的章动。但章动向反向侧，即趋向垂直地面轴，同时重力垂直轴分量减少，进动和章动相应减少。等零时，重力要恢复原状趋势，继续引起进动和章动，直到这些运动能量全部消耗于摩擦能量上。可见自转、进动、章动是转动趋势或作用的不同方式。 运动的自旋体的核心速度与其自旋两侧速度叠加必存在同向侧和反向侧，同向侧弥漫趋势必趋向反向侧浓缩趋势，使运动自旋体沿圆周或圈线或弦运动，甚至环运动。这就是圈体或弦存在的根据，也是三旋运动存在的根源。牛顿力学实际上是宏观机械力学，实际上是对宏观物体或机械作“功”，即主要考察能量交换中可产生动能差或受力物体方面运动的一门科学。力可以用动能差或“功”对物体位移比值来定义的。力矩可以用动能差或“功”对角移的比值来定义的。功率即做功效率是动能差或“功”对时间的比值来定义的。机械通常由重力、弹性力、热膨胀力等做功，改变物体运动状态或动能值。它受引力趋势和外力作用原理支配。 能量交换方式不同所形成物体运动方式也不同，最基本的有原子核重粒子间强交换作用，轻粒子间弱交换作用，轻重粒子间电磁交换作用。原子、分子间交换电磁作用（甚至粒子存在小粒子交换作用，它是实物不同物态、化学、生命产生的根本），粒子和实物间交换作用，实物间交换作用，天体和实物间重力作用，天体间万有引力作用等不同级别交换。牛顿力学研究最多的是实物体间与实物天体间交换作用，并引起受力物体运动状态变化。这类实物体之间作用主要是重力作用、摩擦作用、弹性（推、拉、压、举、碰撞等）作用，可以用牛顿力学描述。宏观物体或机械是由大量不规则运动的粒子组成的，通常情况处于交换平衡的相对静止状态，只有外加作用力下才发生平动或外加力矩下转动。一旦处于直线平动或转动运动状态，若能全部解除所有作用力，那么就能保持其直线平动或转动运动，即所谓惯性，如牛顿力学描述。 作用力只是能量交换的两方面中可以产生动能改变量的一个方面。对于没有产生动能改变量的交换，不在牛顿力学范围里讨论。 实物体内分子粒子间交换作用形式不同则构成不同的物态，气态的粒子实际上是独立的不规则运动，但通常只受地面重力作用或容器作用而受到运动范围限制，它跟容器壁交换作用可以对其做功。液体内分子或粒子通过（电磁）场质交换而联系成体的。固体内分子或粒子通过更小壳粒或粒子交换联结成体的。固体或液体可通过加热或其它办法气化，并产生体积膨胀，推动物体运动。分子粒子和实物体交换作用，尤其固体或液体加热气化的体积膨胀（包括蒸汽机、内燃机、喷气机等）引起对物体作用或做功，构成机械动力，可以用热力学能量转化（变换）和趋势描述。 二、场质趋势作用 实物体是以涡旋运动成形为基础的，周围存在引力场质、磁场质、电场质等。若实物体两侧场质重叠而出现不平衡或不对称时，就会在场质趋匀平衡趋势中促使或推动实物体移动，即场质趋势的作用。如两涡旋体浓缩质量场质相邻一侧反向重叠具有浓缩状态，而外侧同向重叠具有弥漫状态，弥漫状态侧有向浓缩状态侧趋势，促使涡旋体向邻侧移动靠近，即相吸。实物体不同侧周围电场质或磁场质重叠出现不平衡，也同样在平衡趋势中推动实物体移动，是另两类场质趋势作用。 电是粒子（原子核、原子、分子等）破裂时产生的交换不平衡或加速场质状态的现象，带电体运动可产生磁环或涡旋环场质状态的现象，这些带电磁物体周围或两侧场质叠加出现不平衡，就会推动此物体运动，即电磁能转化为机械运动。反之机械交换作用于某些电磁体也会产生电流或电磁场质。电磁应用于电力和电讯两大方面，电讯方面主要是通过导线或电磁波来传递信息，如声音、文字、图像、数码等的弱电设备，主要是高频信息的传递，将音频重叠在高频信号上实现信息传递。电力方面主要通过机械能量转化变换为电磁能，因为机械运动难以产生高频，只能利用低频高能在导线上传输，低频可以减少辐射，高压可以减少电流在导线上热消耗。因此电力主要任务是能量传输和能量转化变换，实现对机械做功或远距离的能量或功的传输。 对于自旋与部分平动周期性变换运动的光量子来说，其总能由周期变换能和直线平动能组成的，并各占一半。如果光量子在运动途径上遇到介质表面作用时状态将是如何？量子只有周期性变换运动和平动运动，没有固定自旋，因此只能直线平动运动。量子束入射光滑介面(光密介质)，在入射的前半周内（相当于在地面的陀螺）若外侧与速度同向则倾向于平行介面，停留到完全平行时才反射，从而实现反射光的相位和方位调整。同时光滑介面对光量子只有垂直向上作用（与入射相反），而水平方向一样，因此反射角等于入射角。入射的后半周若外侧与中心速度反向则倾向于垂直介面，并停留到收缩成点状折射到介质中，也起到相位和方位调整作用。同时使量子先入射部分受到介面交换作用产生偏向介面垂线角度，使折射角度小于入射角度。量子多了一项与介质的交换能，量子在介质中速度变慢。可见周期性变换粒子与宏观物体介面碰撞时，能量交换而维持量子总能量不变性，停留在介面交换时间与动能改变量乘积成常数，起了相位和方位调整作用。 《广义力》一文指出，一般作用力是能量交换作用，且可产生动能改变量或对外做功方面。但交换方式多种多样，包含众多的不引起动能改变量的交换，如原子核重粒子间强交换作用，轻粒子间弱交换作用，重粒子与轻粒子间电磁交换。原子核破裂产生不稳定粒子，在平衡对称趋势中衰变（甚至多次衰变）成较稳定粒子或被原子所吸收。万有引力、重力、电力、磁力等是平衡趋势作用，分子间场质交换作用、原子核与壳粒间电磁作用、重粒子间强作用、轻子间弱作用等是交换作用，属于趋向平衡稳定状态的主动力作用。前面所述摩擦作用力、弹性作用力（推、拉、压、举、碰撞）、热膨胀作用力等属于破坏平衡稳定状态的被动力。但不管怎么样，它们都要用能量变换、交换、递传来描述。 各种同场质重叠所产生的平衡趋势作用，如引力、磁性、电性、电磁性、强作用、弱作用等。实际上天体、原子、原子核的涡旋浓缩趋势是建交在前者基础上进步浓缩，因此后者质量密度要比前者高得多。浓缩使同类的邻近时，外侧同向重叠趋向邻侧反向重叠的相当于吸引力作用，如万有引力、电磁作用、强作用（附带弱作用）为不同层次、级别的浓缩重叠作用。对于运动涡旋体间浓缩趋势跟其相对运动状态密切相关的，运动方向与趋势垂直时，而处于螺线式运动，只有速度足够大到一定程度，才能维持圆周运动。平衡趋势使其又处于交换状态，甚至交换平衡状态，可见交换是建立在涡旋浓缩重叠作用基础上平衡趋势中形成的。涡旋体运动必存在自旋速度与中心速度的正反向，使其沿着圆周或环或弦或圈态等曲线运动。如果涡旋体曲线运动刚好是其与核心体浓缩重叠趋势等零，即交换平衡状态时，则处于允许的稳定轨道上运动，并构成稳定的元素原子运动结构状态，即受交换同步及整数倍原理支配。 三、微观粒子作用 广义力的交换同步及整数倍原理应当以相互作用的能量变换或交换来描述更为合理，而交换涉及交换频率、强度、成分、速度和平衡程度等到情况。如果交换只是能量子，而且不只是电磁量子交换，是更广泛意义的能量子，如介子是强作用交换的能量子。那么弱作用的应该是比电磁量子更弱小的能量子，如中微子或微子之类粒子交换。但由于至今尚未有观察中性粒子有效工具，目前很难证实。不过从粒子涡旋形成的，通常具有磁性观念出发，相信不久将来定会找到磁感应材料或磁敏材料来观察中性粒子行迹。这类设备发明将跟现代加速器相比美。但不管怎么样，交换能量子描述广义力可能是较佳方案。 微观粒子与宏观物体不同完全在于其运动周期性变换和周期性交换作用，不是牛顿力学的宏观物体静止和匀速直线运动。因为宏观物体是大量不规则粒子运动的重叠，根本体现不了周期性运动状态。交换本身虽然存在交换频率、相位、方位、强度、纯度（单纯程度）等问题，而宏观交换是由大量粒子间交换组成的，其频率、相位、方位、强度各式各样的复杂结合，根本体现不出周期性交换频率、相位、方位、波动强度的特性。如《质能再论》一文所指出的交换能是总能减去平动能与周期变换能来描述更为妥当 ΔE=Δhν=mc²-hν/2-mυ²/2=mc²(1-υ²/c²) 质量愈大或速度愈小，交换能或交换频率愈大愈杂，宏观物体失去周期变换与交换属性。 微观粒子情况则完全不同，除了平动和自旋外，具有明显的周期性变换运动和周期性交换作用。但又不同于量子只有平动和周期性变换运动，它比量子至少又多了自旋运动和交换作用，而且不同类型的粒子具有不同方式的运动与交换。ΔE包含能量差或交换频率差或质量乘以速度平方差，那么粒子愈轻，即质量愈小，交换强度愈弱，正如强（交换）作用、电磁（交换）作用、弱（交换）作用间的关系。强作用产生于重粒子之间交换，质量大交换作用强。弱作用产生于轻粒子之间交换，质量小交换作用弱。电磁作用产生于重轻粒子之间交换作用，质量介于两者之间。这样可将三种作用。甚至万有引力等统一于以浓缩为主的交换观念之中，强作用强度设为1，电磁作用则为1/137，弱作用则为10&sup-14。 形成上述强、弱、电磁三类作用统一表达式。强度比值是由强作用公式2πf²/hc≈1和弱作用公式2πg²/hc，以及电磁作用公式μce²/2h=1/137等计算得到的，f、g‘荷’实际上是强、弱交换场质总量，称为强、弱交换荷，相当于电荷是电场质总量类似，可以用交换场散度描述。电磁交换是重轻粒子间的交换，又与电场与磁场联系起来的公式，比较特殊，但仍跟电荷平方有关，即强、弱场质交换描述参量。如果改写成相应关系式，则 2πě²/hc=μce²/2h ě²=μc²e²/4π 其中ě可以看成电磁交换荷或称电磁交换荷。“荷”为交换总量，其交换强度总量除以球面积，即单位面积交换量来表示。 对于量子来说，与介质或介面交换作用可表达为 ΔEΔt=ΔhνΔt=ΔpΔι=ΔNΔθ=h/2π 即量子能量改变量与介质或介面交换作用时间成反比，对介面来说量子动能改变量（同时表示交换能）愈大则交换作用时间愈短，反之亦然。而对介质中交换取决于介质结构性质，有的介质可使量子方位（偏振）旋转，有的介质只许某方位（偏振）通过，有的介质内分子质量统计性而交换中递换出散射量子等。对于一般粒子来说除平动、周期变换能外，还存在自旋、磁性等其它能量形式。因此其交换能比量子要小，或者用动能改变量表达的上式应改写为 ΔEΔt=ΔhνΔt=ΔpΔι=ΔNΔθ≥h/2π 若用于表达粒子间交换作用，由于元素原子或分子质量统计性，交换能存在差异，即交换频率变宽变杂，相应交换所需时间变短。测量实际上也是一种交换作用，因此所谓测不准关系实质是交换能或能量上下限愈大相应交换频率愈宽愈杂，即愈不准确，交换作用机会增多，即所需交换时间愈短或测量时间愈准确。 参考资料： 1，《物性论-自然学科间交叉理论基础》陈叔瑄著厦门大学出版社1994年出版 2，《物性理论及其工程技术应用》陈叔瑄著香港天马图书有限公司2002年出版 3，《思维工程-人脑智能活动和思维模型》陈叔瑄著福建教育出版社1994年出版

chenshuxuan · 发表于 22.12.2005 02:45:52

天体周期演变论 陈叔瑄 　　天体的知识和原子的知识主要来自光谱及光的现象，并逐渐往红外线、电磁波谱范围扩大。实际上还可往紫外线、Ｘ射线范围扩大，所得到知识也必然扩大。如果说可见光谱主要来自原子，红外光谱主要来自分子级粒子，那么电磁波谱则可来自于更大的天体，如宇宙尘、宇宙石块、宇宙星体及其内部质块等。紫外光谱．Ｘ射线、γ射线来自原子内层或核辐射。扩大光谱范围的探测就会进一步扩大天体的知识。光谱与光度不仅是研究天体重要依据，而且也是研究原子结构的重要依据。天体辐射的光谱普遍存在哈勃所发现的规律，即天体辐射光谱红移与天体距太阳系或地球距离成正比 　　　　　　　　　　Ｚ＝Ｈｒ 其中Ｚ为红移量，ｒ为红移天体的距离，Ｈ为比例系数，称为哈勃常数。这个关系是光子运行过程中因周期性地跟周围场质变换或交换而转化为场物质。光子距离光年、万光年、甚至亿光年的运行，其周期变换能逐渐转化为平动能而使变换频率降低，即红移。称为红移变换原理 这个现象在地面，甚至太阳系这样短距离来说几乎觉察不到，只能在河外星系中才有明显的光子变换能量减少或红移，并往较低频电磁波，甚至最后化作平动连续场质转变。宇宙中的连续场质被涡旋体浓缩，又从光热等辐射转化场物质而得到补充。目前多数天文学家引用声学中多普勒效应来解释红移，认为红移是天体退行速度引起的，提出“宇宙学红移”、“速度红移”、“局域多普勒红移”等。也有不少天文学家不以这种传统观念解释红移，如“引力红移”、“本征红移”、“光子老化”之说，引力红移认为红移量正比于辐射源所在地的引力势。本征红移认为红移是星体内部性质所决定的，只有光子老化和本征观念与本文观念接近，比较自然。 红移按声学多普勒效应解释存在许多困难，首先３Ｃ１２０星系速度达到光速的４倍，１９７７年前还发现类似星体３Ｃ２７３、３Ｃ３４５和３Ｃ２７９各自的两组成部分的分离速度分别达到光速的７倍、１０倍和１９倍，后来又发现系列类星体的两子源分离速度均达到光速七、八倍。这是不可能的，证明红移的退行速度解释不成立。实际上麦克尔逊干涉仪已经证明了这一点，麦克尔逊干涉仪相对光源运动的一臂换成另一臂，即转过９０度的干涉条纹没有移动，表明干涉条纹移动与光源运动无关，从根本上否定声学多普勒效应在光领域中的适用性。 一、天体模型 　　宇宙成形物质起源于涡旋运动，涡旋运动趋匀中浓缩质量，由于中心速度，涡旋角速度和周围环境条件不同而构成了宇宙间各式各样物质状态，量子、粒子和天体是其基本物质形态。中心绝对速度愈低天体愈庞大且密度愈高或结构愈杂，绝对速度除极限速度及光速可测外（因为极限速度及光速对任何参考系不变性），其他物体的绝对速度难以确定，通常以愈庞大天体中心愈接近绝对速度零来确定的。太阳比地球，而银河核心比太阳更接近绝对零速度。绝对零速度永远达不到的，正如绝对零温度永远达不到类似的。宇宙物质状态有场质态、实物态（包括地面气态、液态、固态）、星质态等三大类。而天体是属于星质态，是低速高密度高温的物质状态，是恒星整体和行星、卫星内部的物质状态，因为天体通常绝对速度较低，涡旋运动使其高密度浓缩质量（不是地面实物态和场质所能比拟的）。 　　涡旋体自旋能密度趋匀而具有质量趋向中心的趋势，使涡旋体之间靠拢并结合成体，这种质量趋于中心的趋势就是宇宙间万有引力存在的根源。这种趋势使周围连续场物质向中心流动，构成了涡旋体周围趋向中心场物质或者万有引力场，而场物质趋于中心分布跟中心涡旋体形状和运动状态密切相关的。涡旋体质量密度分布公式 ρ＝２ｋ／（ｒ²＋αＺ²）ω² 其中α为形状系数。α＝１为球形，α＞１为橄榄形或棒形，α＜１为铁饼形，若中心移动则上述形状稍微变化。此式还表示ｒ²＋αＺ²愈小，天体密度愈大，即愈近中心的质量密度愈大，在ｒ²＋αＺ²＝０处有质量密度趋于无穷大的趋势。可见，涡旋体具有无限趋心潜力，是引力存在根源。 涡旋体不可能无限浓缩质量而中心必定移动，且产生非常激烈的核心与周围星质递换运动和向外弥散质量，构成正反流态又使其微旋化，并产生量子、粒子、天体及其质块等，量子的高速运动使其向外辐射。此外，以涡旋运动浓缩质量为基础的宇宙模型，又由于中心质量不可能无限大，而以某些方式往外扩散，包括弥散、辐射、膨胀、喷射、爆炸等方式，在一定情况下再浓缩。在不同的天体演化历史过程的形式不尽相同。现有天体的各种各样形状是宇宙天体不同演化阶段的历史见证。可以说宇宙天体就是涡旋运动基础上周期性前进的演化过程。由于宇宙天体密度有极限性，在这种情况下天体范围愈大，ω相应愈小或旋转变换周期Ｔ愈大，其时空尺度也愈大，而且尺度远大于人类使用的时间和范围尺度。如天体时间尺度是年、万年、亿年和空间范围尺度是光年、万光年、亿光年等，其引力范围尺度也是如此。 　　在天体涡旋运动中，所形成微涡旋粒子，大涡旋质块和交换场质跟在天体涡旋规则运动，同时都有一些不规则运动，它们之间靠周围交换联系着。这些微涡旋或微粒不规则运动就具有内能或温度性质。由于内部运动激烈，不规则性平均动能常很高，即温度很高，而且愈靠近中心粒子质量密度愈高，且不规则运动也愈激烈，相应温度愈高。粒子间联系愈强或交换量子密度及能量也愈高，有的甚至联结成质块。靠近中心质块趋于中心移动而挤压原中心质块等抛射过程中，使天体以某种形式爆发并辐射能量，甚至将表面已构成较轻的粒子抛向空间，构成恒星天体表面火焰状或米粒状，如太阳色球和日冕就是如此形成的。不同的恒星体虽然都有大体上述过程，但所辐射能量或米粒因其演化条件和过程不同而不同的。中心质量块被挤往周围而强烈辐射，这些被挤出质量块就如太阳黑子。可以说所有天体都存在类似“黑子”、“月瘤”之类质量块运动在星质态之中。这些趋心质块运动是各种天体所构成形状和现象的根源。 　　涡旋天体的热源或更广泛意义的辐射源总是伴随着天体内部微旋涡或粒子群形成和运动而产生的，也会因其内部急剧变化，如质块移动、抛射、爆炸等而辐射量子群。天体具有强引力，在其运动空间又大量吸引宇宙物质，使其状态更加复杂。星质流态主要特点是高密度和高温，使其不能成为实物体粒子那样具有固定结构，而是一系列不规则不稳定的微旋涡群，在其生成过程伴随着辐射。一个天体辐射有一定分布，辐射量子最大的频率愈高反映星质内部生成变化激烈或不规则运动愈激烈程度，作为星体内部温度的大小的判据。天体辐射来自于其内部微涡旋化产生、变化、衰灭等过程，但它不排斥生成粒子后，有的粒子在衰变过程中又放出能量，原子核聚变或裂变是星体光辐射的一部分，更主要的应是微旋化形成粒子及其内部各种运动引起的，这才是形成源源不断的宇宙星体光热辐射。称为天体光热源产生原理。 　二、天体演化 　　宇宙物质流态各向运动机会均等是趋匀原理所规定的，从而存在各对反向流态运动，其正反流态可能出现三种方式作用。一种可能两股对立流态联结成一个涡旋运动，把两股对立流态平动转化为同向旋转的涡旋流态，由于涡旋趋匀而浓缩质量成形，构成独立的星云、星系、星团、星体。另一种可能两股对立流态相对抗而迫使其各股流态往回流动而生成一对涡旋，由于涡旋浓缩质量而形成双涡旋体，并在演化中成形且结成联系紧密的双星系、双星体等。再一种可能在涡旋浓缩到一定程度，中心质块激烈趋心运动而爆炸并构成各种线形、椭环形、环形、不规则形的天体，爆炸后有的向中心浓缩成新天体，如某些环形星云和不规则星云往涡旋星云演化。宇宙物质流态形成了各个旋转方向不同，大小不等的又不断移动的各式各样涡旋体，这些涡旋体又通过引力场质趋势而互相联系着，联系程度跟引力强度、远近、方向等密切相关，使宇宙涡旋体间既有规则性相对运动，又有不规则的相对运动，两者运动矛盾构成了复杂的宇宙中涡旋体运动及其成形、演化的过程。宇宙天体是以涡旋运动而浓缩质量为主的和以爆炸（弥散、辐射、喷射、膨胀等）为辅的周期性演变过程，这个过程称为天体周期演变原理。 　　哈勃研究６００个星系之中，不规则星系占３％，棒旋星系占３０％，标准旋涡星系占５０％，椭圆星系占１７％。头尾少中间状态多，表明中间状态演化历程较长，尤其标准旋涡星系演化过程最长久，以至宇宙中标准旋涡星系最多。标准旋涡星系如仙女座星系Ｍ３１是一个典型星系，离银河系很近，用肉眼可隐隐约约见到它。太阳系所在的星系，由包括太阳在内的恒星、星团、星际物质聚集而成的扁平中间稍厚的旋涡星系。银河系的核心称为银核，星系盘称银盘，合起来构成像两个对扣着的铜钹，它的直径十万光年，厚度平均为六千光年，银核处厚一万光年，包含着两千亿颗以上的类似太阳的恒星，太阳系距银心三分之二半径的一个银臂上，即３万３千光年。太阳系绕银心旋转一周需要约２亿年之久。太阳系还可能是银河系一个旋臂上星团成员，并绕星团核心运动。 　　恒星是本身能发光、发热的炽热天体，按亮度变化分有变星、耀星、新星和超新星。按光度分有光度小的矮星，光度大的巨星、超巨星。按颜色分有红星、蓝星等。最普通的是光谱型分有Ｏ、Ｂ、Ａ、Ｆ、Ｇ、Ｋ、Ｍ型等。恒星不例外地由星云物质涡旋运动逐渐形成的，因此自然都具有自旋。由于中心质量不可能无限大，从而都有平动运动和内外星质交换（即微旋化）运动。恒星环绕自身极轴的转动，赤道表面的自转速度范围从每秒几公里到５００公里，当超过每秒５００公里就变得不稳定通常愈早期的天体自旋速度愈快，然后慢慢地降下来，这是因为随着时间推移，天体浓缩质量或微旋化更多了，浓缩的密度也提高，温度和光度也相应提高。平动能和自旋能部分地转化为内能。这样主星序恒星在赫罗图中的右下角为早期星体，其温度低，质量小，密度低，体积与辐射也小，经过涡旋浓缩过程逐渐浓缩质量。质量、体积、密度、温度都逐渐升高，这是涡旋浓缩质量或者吸收周围宇宙物质的必然结果，这类主星序恒星占银河系内总恒星数的90％。 　　在赫罗图的另外两类恒星有所不同。强辐射大体积的超巨星、巨星等的恒星是辐射型的恒星，右方属于较早期涡旋天体。它经过涡旋趋匀的质量浓缩过程逐渐转化为密度较高的恒星体，即往主星序的恒星方向转化。甚至可以预言宇宙间还存在比其更早期天体，然而尚未达到发光程度的冷天体，如红外星体，射电星体等可能就是恒星形成的涡旋体前期状态，可处在赫罗图更右方或右上方中。在赫罗图下方是另一类恒星，是高温高密度的小体积低辐射的白矮星和向主星序过渡的亚矮星。白矮星是浓缩型天体当它吸收周围宇宙物质而密度增大，逐渐往主星序恒星方向演化。恒星演化过程是逐渐涡旋浓缩而成的，积累到一定程度发生爆炸或其他过程，构成了天体循环或周期演化过程。跟宇宙爆炸说观点不同的是，宇宙演变并非愈来愈冷，而是宇宙体冷热循环交变地演化过程，且往浓缩，即往较高温度和亮度方向演变为主，相应演变时间也较长（如主星序右下角往左上角方向），加上较短期的爆发（如右上往左下短斜线方向）所构成的周期演化过程。 涡旋体浓缩和辐射成为周围空间场物质来源，并在两者交换中不断更新涡旋体，也不断更新宇宙间场物质。涡旋运动尽管有在中心速度绝对零时具有无限浓缩质量趋势，就有无限升高温度趋势，即引力趋势总是伴随着量子辐射，而且温度愈高或质量愈大所辐射量子愈偏高频端。“白洞”若看成高频量子辐射近绝对静止的涡旋体中心，与“黑洞”相反天体只流出物质而外界却不能通过其边界流入，而“黑洞”只吸收不辐射，“白洞”只辐射不吸收极端天体。吸收与辐射无周期变换的天体是极不稳定的，甚至不存在的。这可以从“黑洞”或“白洞”极端稀少，甚至没有观察到而得到判定的。 　三、太阳恒星 太阳是近球形的星质涡旋体，质量密度和温度由里往外逐渐减小，其内部是由高密度微旋涡粒子或质块构成的，愈近中心质块和粒子星质变化和运动愈加激烈，构成沸腾翻滚的粥状星质物态。大小不同质块掺杂其中一起翻动，在太阳深层的质块密度和大小都较大，往往可达半径０．１～２０×１０&sup7米，达到几十个地球面积那么大，这类质块称为黑子。还有一些处于较表面的质块，其密度和大小都较小，通常小于０．１×１０&sup7米，构成太阳表面的米粒状。这样太阳星质包含了微粒、米粒状质块和黑子状质块及量子等生成、演化、分解等不断的反复运动的过程。太阳的涡旋运动不断地趋心运动而产生万有引力，并不断地从其运动的周围宇宙空间吸收宇宙物质转化为太阳星质的部分。太阳又不断弥散星质，构成正反星质流动，产生量子、微粒和质块，量子流生成是太阳辐射的基础。 太阳浓缩和弥散的周期性变化是太阳平均每５分钟振荡现象的根源，即每分钟太阳中心向外弥散一次，以产生大量量子和微粒，使得太阳表面上下起伏的总幅度达几十公里，而在水平方向上，大致在１０００～５００００公里范围内的气体都联成一片，同起同落，奔腾澎湃，整个太阳如同一颗巨大的心脏一张一弛有节律地跳动。除周期性浓缩（包括质块趋心运动）和弥散的脉动外，太阳内外环境条件，如行星、卫星运动状态等可能造成另有附加周期和随机的脉动。太阳表面是个光球，光球之外是色球层，厚度可达２０００公里。在色球外部是几十万公里日冕区，是激烈爆发的烈焰，即气流与光热量子流的混合物，形成各式各样喷焰和日冕，如弧形喷焰、气柱喷焰、环状喷焰，即日珥等。 　　太阳和恒星内的星质所形成的质块大小不一，较小质块常浮于太阳星质表面，掺杂沸腾翻滚星质表面，呈米粒状，米粒大小可达７００公里，停留表面时间可达８分钟左右，大米粒质块持续时间更长些，若直径为小米粒３０倍，可持续时间近一天。在同一瞬时，整个光球层约有４００万个米粒，米粒间暗条纹约为２９０公里宽。米粒比暗条纹区域高３００°Ｃ～４００°Ｃ，亮度约强１０～２０％。其内部微旋化过程而辐射量子，所辐射量子是在米粒涡旋浓缩基础上再微旋化，故量子能量较周围高而且密度较大，使得米粒比周围暗条纹星质微旋化所构成量子流要亮要白些。黑子则是深层高密度的又大又重的质块，微旋在深层就已进行并辐射了量子流，等到它到太阳表面，已是稳定排列的微粒重质块，辐射量子较弱，看去较黑。由于黑子质块内微涡旋排列整齐，使其具有很强的磁性。米粒虽然是小而轻质块，是密度低质块，也具有较黑子弱的磁性。由于质块在星质中是流动的，每块质块可看成一块磁铁，使得前导黑子与后继黑子出现太阳表面，出现先后反向磁场。在整个太阳磁场观之，磁场强度较单个黑子磁强度弱得多。 四、行星系统 　　太阳系起源于正反运动的宇宙连续物质和星云物质，在接触面最低速地方出现涡旋中心，并逐渐在其运动过程中使周围宇宙物质和星云物质趋向中心，构成旋臂式的涡旋，涡旋平面两侧上运动宇宙物质较涡旋平面快，也有往涡旋平面浓缩趋势并跟着旋转起来，使其具有往涡旋面和转轴浓缩趋势，构成中心厚边沿薄的旋臂式涡旋。随着时间推移旋臂合拢而逐渐构成近铁饼形涡旋，由于中心不可能绝对静止的，这个铁饼形实际构成了椭圆形由里向外分布星云物质的涡旋。合拢后铁饼盘近中心区域与合拢旋臂区域因角速度不同步而逐渐分离。核心区域浓缩演化中构成了太阳，而外环区域的中心线涡旋演化中，内外环不同步旋转，而构成内外若干环，每个环都在环的两边缘均差中心线一个正反向速而形成新的涡旋，这些涡旋因浓缩质量速度较慢，逐渐把环上（速度较快）星云物质吸收，加上整个太阳系在绕银河系运动中周围宇宙物质也被吸收，逐渐构成了行星。 每个环演化星体过程中，在星体较远处环变薄甚至断开，构成星体的两臂，并且逐渐收拢成新的涡旋体，成为行星体的粗胚。若行星旋转演化中又分离成一个环或若干环，并逐渐演化成卫星体，土星及某些行星周围的环就是尚未演化成卫星的前期状态，太阳系在火星和木星之间实际上也是尚未演化行星的小天体的环。这样涡旋演化的模型符合太阳系演化的情况，这就是为什么行星按相同的方向且差不多在一个平面上运动；卫星运动方向与行星相同；行星卫星与太阳自转运动和它的公转运动有相同方向且在赤道面附近；行星与卫星的轨道的偏心率很小的根本原因，此外，上述原理还可说明木星是最初环的中心线，拥有生成涡旋最大质量的机会。 在木星内部的环与外部的环，分离的环总质量或区域而逐渐减少，使得所形成行星质量和体积也就逐渐减少分布（即离木星愈远内域或外域行星体质量和体积愈小）。而外域环的面积（或圆周环即使径向宽度一样，但圆周较大）较大，从而所形成的行星质量与体积跟相应的内域行星较大。由于行星中心绕太阳运动，所能浓缩的质量较太阳低，温度也较低，而且表面内能或温度比中心更低。每个星体的核心都有趋心较高质量密度，并有向外弥散质量而构成大量微涡旋，高速微涡旋作为电磁波或光热量子辐射出去。低速微涡旋则构成星体内粒子或高密度粒子，它跟实物粒子性质不尽相同，称为星质粒子。特别恒星体内部，较轻者可喷射至外部或宇宙空间构成元素原子。 　　如果旋转环外侧速度较中心线慢或相等，而里侧的速度则较中心线快或相等，那么环的里外侧相对中心线有一个里侧同向而外侧反向的正反向速度，使得所形成天体自转方向与公转方向相反。如太阳系金星及某些卫星处于逆转的自转运动。还有一种是环平面上下侧存在速度差异，如上侧速度较平面快，而下侧较平面环慢，在演化过程中使环逐渐转化为上侧往下侧自转的天体，自转角度在于垂直公转，如天王星及某些卫星所处状态，天王星顺转倾角９８°。离木星较远的水星和冥王星的初始旋转环不仅里外侧相对中心线有差异速度而且环的上下侧有差异速度，使其演化成星球过程自转虽然顺向而倾角或公转轨道倾角变大，而逐渐构成现在这个样子。土星与其他行星外的环是未最后形成卫星前期的环，这些环有大量的石块，宇宙物质之类的小天体。这些环在运动中最终成为较大行星或卫星。 　　太阳系从涡旋星云逐渐演化而来的，太阳与行星、卫星自转是涡旋运动自然的形式和结果，也跟其演化初始状态和演化历程密切相关，其自转周期及方向都是演化中逐渐形成的。卫星绕行星和行星绕太阳公转也是在循环演化中逐渐形成的，构成现代较稳定的太阳系。太阳系虽然还在演化，但在人类生存期间对于太阳系演化历史来说是短暂的，更不用说整个宇宙演化历史。这期间，太阳系处于稳定时期，从而太阳系内的太阳、行星、卫星间的引力场关系较稳定，可以用牛顿万有引力定律或开普勒三大定律来描述。在平衡浓缩与弥散时，相应的浓缩质量也必愈大。这种浓缩趋势或质量愈大，在其周围所构成的引力场也愈强。在低速情况下，引力场强度与浓缩质量成正比。 趋势强度又称引力强度是单位面积上趋势总量或引力总量，从而质量趋势强度或引力强度为 ｆ∝ｍ＇／４πｒ²　　　或　Ｆ＝Ｋｍｍ＇／ｒ² 太阳ｍ＇对行星ｍ的引力Ｆ，与两者质量乘积成正比，而与两者距离ｒ平方成反比。该万有引力公式只是太阳系稳定情况下的太阳与行星的趋势关系式。太阳系的行星和卫星轨道倾角较小，从而椭圆轨道上不仅转动能不变性，而且动量矩不变性。从而行星和卫星公转的单位时矢径扫过面积是相同的 Ｎ＝Ｊω＝ｍｒ²ω＝ｍｒｖ　　或ｒｖ＝Ｎ／ｍ＝ｋ 对于稳定行星、卫星来说ｍ不变性，动量矩Ｎ不变性，从而ｒｖ＝ｋ不变性，即在椭圆轨道上矢径变长时，相应速度变小。矢径周期变化相应于线速度（或角速度）周期性变化。 一个行星在太阳系中所具有位能为 Ｅｒ＝∫Ｆｄｒ＝∫（Ｋｍｍ＇／ｒ²）ｄｒ＝Ｋｍｍ＇/ｒ 如果位能与动能之和表示系统的两能量之间转化，略去其他能量的转化，则 Ｋｍｍ＇／ｒ＝ｍｖ²／２ ２Ｋｍ＇＝ｒｖ²＝ｒ³ω²＝４π²ｒ³／Ｔ² ∴　　ｒ³／Ｔ²＝２Ｋｍ＇／４π²＝Ｋ’ 表明太阳系的ｍ＇（太阳质量）都一样，从而满足开普勒行星运动三定律。 　　卫星绕行星公转又跟行星一起绕太阳公转，卫星相对太阳来说是相当复杂的波纹式轨道运动。卫星较行星更多一外层次运动，外层次愈多的星体内能与总能比愈低，即 β²＝１－（ｖ²０＋ｒ²1ω²１＋…＋ｒ²ｎω²n）／２ｃ² 内能比β²愈小，所浓缩重量密度愈少，相应星体内温度也愈低。从而卫星相对行星内部温度为低，其表面温度比相应行星表面温度更低，它们主要依靠太阳辐射能量来维持表面温度，从而离太阳愈远温度愈低。由于表面温度低，缺少熔解状态不成形流态，愈离中心远的卫星愈是如此，从而成形时密度较低，又较不规则性。表面受来自宇宙大小物体降落和破坏，又不被熔解（像恒星那样），构成凹凸不平固态和粉状的表面，即布满坑坑洼洼等各式各样不同表面。卫星中最近又最典型的星体是月球。对月球研究在很大程度上可以了解其他卫星某些特性。 参考文献: 1,<物性论-自然学科间交叉理论基础> 陈叔瑄著厦门大学出版社1994年出版 2,<物性理论及其工程技术应用> 陈叔瑄著香港天马图书有限公司2002年出版 3,<思维工程-人脑智能活动和思维模型> 陈叔瑄著福建教育出版社1994年出版

chenshuxuan · 发表于 22.12.2005 03:48:12

地球演变动力论 陈叔瑄 宇宙中有高速密度极低场质（即各种场物质状态），低速高温高密度星质（即各种恒星体及其它星体内部物质状态）和密度速度温度介于中间的实物（即各种元素物质状态），其速度除了随星体运动之外，还有相对运动。实物粒子落入高温的恒星体熔化成面目全非的高温高密度星质状态，星质遇冷则成岩浆及岩石等。场质被吸收可转化为粒子或星质，而星质或粒子实物也可辐射场质量子。可见，宇宙间场质、星质、实物可以互相转化。地球成因跟其它星球天体成因类似，来自于天体的涡旋运动，来自于太阳周围旋转物质跟核心体以不同角速度运动的环状物质，分离的环状物质逐渐在运动中浓缩成一个扁球形的涡旋体。地球的自转运动及其自转周期，公转运动及其公转周期是涡旋演化过程的必然产物，且还在继续演化。 由于天体时空尺度远非人类存在的历史所能比拟的，从而看不到其缓慢的演化过程，所见到的是周而复始的周期运动。地球自转周期，月球绕地球公转及其自转周期，地球绕太阳等的周期运动，所有周期运动叠加，构成复杂的循环演化过程。尤其最明显的地球自转周期和绕太阳公转周期，以及太阳绕银核公转，对地球表面物体变化发生了强烈的影响。涡旋运动是这些周期性运动现象存在的根源。地球表面来自于地球外部宇宙尘、宇宙粒子、陨石等每时每刻落到较冷地面且长年累月积累和地球内部微涡旋浮于地表冷却积累而成的。地壳与地幔交换可能是生成重元素的源泉。而轻元素部分由内部产生并上浮，大部分来自宇宙，适合地面条件者留在地面，太轻又不跟其它元素化合构成化合物而难留在地面元素，如氦就逃逸出去，从而氦在宇宙中丰度占第二位而在地面上则几乎没有。 氢比氦更轻，但它以水和其它化合物方式保留于地面，从而数量也多得多。地壳中元素分布是氧最多，其次是硅，以下依次是铝、铁、钙、钠、钾、镁。这跟地球不同时期内部温度和密度等演变条件密切相关的，也跟地球在太阳系中运动状态密切有关的，这是其它星球元素分布所没有的特点。不同的地球表面演化时期，所接收来自宇宙物质，陨石等元素和地幔生成元素丰富程度和情况不一样，现地面元素丰度只是地球表面演化积累的结果。有些元素丰度还在增加，有些元素丰度在减少，尽管这些丰度变化很缓慢，在人类生存至今尚难观察出来。地壳中氧、硅、铁、铝含量如此之多，说明地面较轻元素易浮于地面，使表面元素较轻者丰度较高。地球随太阳系在银河系空间中运动不同时期所接受的尘粒情况和地幔涌向地面微旋体、大气层、水圈作用情况不太相同而出现的地层，愈深的地层愈古代。 由于中性粒子测试尚无有效手段，从而宇宙中子分布没有统计进去。按照粒子涡旋结构观念可找到某些磁性感光或磁性感应可留痕迹材料和方法，中性粒子在这些材料中运行痕迹来观测中性粒子状态和参量。这相当于带电粒子通过乳胶或云雾室或盖革计数器的观测方法和手段。估计宇宙中无壳粒的中子数目可能比氢元素数目还多，因为无外壳粒及其跃迁辐射量子，在光谱较难找到相应线光谱。带壳粒的微涡旋所构成的粒子称为元素原子，带一个壳粒的稳定微涡旋粒子归氢元素一类，带二个壳粒的稳定粒子归氦元素一类，带六个壳粒的稳定粒子归碳元素一类，即按微旋粒子所带壳粒来分类。每一类为一元素，并给予一个化学元素名称。元素原子壳粒分布跟其光谱线辐射和化学性质密切相关，也跟某些物理性质密切相关。各个体由于外内联系条件不同，发展演化历程不同，环境条件不同，它们的原子量略有差别，原子量只是其平均值。 一、地球模型 地球是太阳系中一颗行星，内部是由岩浆式的星质流态和质块相对激烈滚动或翻动，愈近中心质块和岩浆密度愈大、温度愈高，形成固态为主质块及周围高密高温岩浆的星质状态的地核。在地表下面２９００－５０００千米深处为外核，外核以高密度岩浆体为主，横波通不过。５０００千米以下的深部为内核，以质块固态为多。这些质块在趋心运动中互相排挤，有的抛射到地幔层，构成强烈地震。在地核外部密度和温度低些小质块和岩浆流态的，深度几十千米以下到２９００千米，称为地幔。地幔上面就是低温的地壳，平均厚度约１７千米。高山高原地区较厚，厚度可达６０－７０千米，如青藏高源。海洋地壳较薄，平均厚度为６千米。 地球核心的质块或地瘤因涡旋体质量趋向中心运动而互相挤压，将其中某些质块挤压出地核到地幔或较冷较硬地壳就会使地壳剧烈震动，使地壳分裂为若干板块，这些板块大小形状在地壳演化历史上都不一样，而且各个板块之间互相滑动、挤压、窿起、凹陷等等运动。由于地球内部地瘤质块运动类似于太阳黑子运动，既有周期性又有随机性，而且还受到太阳状态剧烈影响，使其成为地球表面演化和地震现象的重要根源。地球核心存在质块挤压运动是形成地壳板块、地磁和地震动力称为地壳演变动力原理。 利用古磁学这个有力工具，可了解到地球内地瘤质块运动变化、地壳板块、地域演变、地域磁场演变等各种信息。地瘤质块具有很强磁性，其移动往往引起较大的地壳表面的变化。可见，地球表面磁场变化的观测对地震预测具有重要意义，也是对上述理论的验证和应用。地瘤质块串也存在磁极交叉的，当其中一块被挤压到表面为一强磁场，当其趋于中心移动而挤出另一地瘤质块时往往出现相反的强磁场，使地壳岩浆或沉积岩磁化。 再接下去地瘤质块趋心使另一地瘤趋于表面再发生原来方向磁场，磁化新的岩浆构成的火成岩和沉积岩。从而洋底脊扩张不断涌出地幔岩浆的磁性化石是交叉的取向磁性。另一方面对称性趋势而使南北美洲逐渐推向背面，使得古磁化石出现偏离现象，这说明地壳表面板块可移动的。从各大陆所取古磁化石方向偏离来看，大陆原先古磁方向一致，南北美洲和南极洲原来跟欧亚非洲连在一起来看古磁化石，大体取向一致，然后逐渐分离，扩张出大西洋，构成现今的磁场。表明地壳由于地瘤质块的冲击而分裂成若干板块，这些板块在地幔岩浆上滑动，也使板块冲撞改变地壳表面结构。 地壳一方面由地幔表层冷却和另一方面地球在宇宙空间运动中不断地吸引宇宙尘埃、陨石、粒子等逐渐形成的。重物落入地幔，轻者从地幔涌出而构成地壳。地球薄壳就是由地幔微涡旋冷却构成地壳较重元素和宇宙物质元素落入地面逐渐积累而成的，两者逐渐交换构成地球气圈、水圈和岩圈，岩石或岩矿多半来自于不同深层的温度压力或不同时期的质块推向地壳形成的。这是地球表面特有重力（压力）和温度造成的。地球之外的行星或卫星就没有具备地球特有的重力和温度，难以构成地球表面的大气层和海洋，也难以生成地面特有的生物体和有机矿物，即缺少地球表面矿物种类、分布和丰度。 二、地瘤板块 地球薄壳裂成若干板块，飘浮在地幔岩浆上。地壳和地幔交界处构成一个面，称为莫霍面。这个面使地震 p波有个突变面，p 波（纵波）速度从６．５公里／秒突然增加到下面８公里左右，这个面可能是不定形微涡旋粒子转变为定形微涡旋元素原子的界面，也是固态地壳与流态岩浆及其小质块的地幔的交界面。莫霍面以下４００公里的深度属于上地幔，它主要特点 p波和 s波（横波）速较低。而深入到其下７００公里的深度为下地幔，传播速度较快，表明下地幔比上地幔的岩浆星质的质量密度高，更比地壳质量密度高。地核密度更高而结成地瘤质块，处在地壳下２９００公里以下，并与高密度高温度岩浆混合，使横波难通过。在地幔和地核有个界面称为古登堡界面。由于地瘤质块质量密度高，趋心运动中互相排挤更替，迫使某些地瘤质块向外移动或者受到太阳、月球等外部条件的变化引起其加剧更替移动，影响到地壳和地幔较剧烈运动，构成地壳的地震现象。 从全世界的地震分布来看，地震最强烈的活动区是在环太平洋地震带，据统计到本世纪末，发生在该处地震所释放能量占全地球总地震能的７４．５％。地震较强烈和频繁地方是板块交界处的话，这样地壳可划分为太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块和南极洲板块。大板块又可以划分为许多小板块，这些板块漂浮在地幔岩浆流上。从飘移到板块构造的地壳演变观念解决了许多原来地质和地球物理难以解释的现象。它不仅为古生物在亚欧与南北美洲同类亲缘提供有力解释，也为地质生成、火山地震提供了有力解释，使人们更加了解地震地带。对于现在地球表面七大洲、四大洋分布有了更深刻的了解。 板块构造中，美洲板块与亚欧板块在大西洋分离的动力是地球表壳趋于对称性分布而移向亚欧板块的背面，趋匀是动力。而板块构成是由地核的地瘤质块移动冲击，在地壳薄弱处断裂，这些板块的边缘都是原先地壳较薄弱处。由于各个时期地瘤质块大运动跟太阳膨胀收缩密切相关，目前的板块分布只是太阳系绕银河核心运动周期的最近时期而已。在其它周期板块分布不完全如此，这可以从古生物和古磁事实得到证实。板块不仅各个地球演化时期大小、位置不相同，而且各个板块的厚度不一样、不均匀。地壳板块密度比地幔低，并浮动在地幔上。正如木块浮在水面似的，木块愈厚下沉的愈多，高出水平也愈多。从而地壳板块的高山处沉入地幔深度也较多，即所谓地壳均衡原理。 大陆地壳平均３５至４０千米厚度，海洋地壳约５千米厚度。从而海洋底易出现板块断裂交界处，如大西洋出现板块扩张大洋脊，太平洋边缘常出现海沟等。有的地方出现热的地下水或热泉水，它是地面水流与那个地下的地幔岩浆接触供热结果，是地幔和地壳交换热量的现象之一。在南美洲的秘鲁和厄瓜多尔沿海，有的年份在圣诞节前后会出现表层海水增暖现象，这实际是那个地带海洋底地壳板块周期性滑动（受到地球本身运动及太阳系运动作用引起的），使地幔岩浆暴露海洋底，供给该区域大量海洋热量且影响该地区气候，以至出现大量鱼类及浮游生物为食的鸟类死亡。过了一段时间该海洋底板块复位，海洋情况和气候恢复正常。这个现象当地人称为厄尼诺现象。 三、地层生成 地面元素来自于宇宙和地球内部岩浆微涡旋化冷却生成的，不同时期地球所处宇宙位置和地球演化环境条件构成不同的主要元素，地幔不同时期、不同层次生成不同元素原子，可以说地幔是地球表面元素原子和分子生成“大工厂”，称为元素原子生成原理。恒星不同于地球表面那样低温状态，而恒星表面温度远大于地球，是地球绝对温度几十倍以上，落入的宇宙尘、陨石、粒子等物质立即被“熔化”成岩浆状的星质，并辐射出大量热量。行星和卫星表面较冷，相应多半被冷却成固态，宇宙尘、陨石等物质落入，可以保留原来物质的状态。但不同的行星和卫星又因其重力、层次、温度和演化历程不同所能在其表构成元素和物质状态也不相同。即使环境条件接近地球的金星和火星，因其重力、压力、温度和演化历程不同于地球，其表面至今没有发现氮气，而却有大量二氧化碳等。 宇宙中许多星体发现地面元素类似的谱线，表明其有同类元素，特别太阳和许多恒星有大量氢、氦等轻元素，这是因为太阳和恒星质量或引力远大于地球，以至能把这些最轻元素吸引在其周围。但这星体谱线总是有点移动和一定宽度，表明其既有地球上同类元素又有差异，如平均原子量存在差异。重力较大而偏紫色，反之偏红色。但光子远距离运行也会衰弱老化，以至远距离星体只看到红移，紫移被掩盖掉。星体间存在相同元素或相近谱线，表明远离天体的宇宙环境条件大体一样，微涡旋演变成元素原子大体一样，尤其是中子、氢、氦之类轻元素大体一样，并在星体运动中被其吸收转化或吸引在周围。 地球内部有激烈运动的星质流或岩浆流的地核和地幔。地核实质上是高温高密度浓缩岩瘤（或称地瘤）和岩浆混合物，岩瘤的趋心运动中互相排挤，被挤出的岩瘤就冲击着地幔的岩浆和小岩瘤（或质块或地瘤）的运动，地幔的冲击作用，使得地壳断裂成若干大小不同的板块，这些板块在地幔岩浆上滑动或上下沉浮，有些地域由于地幔往上冲而隆起，构成高山，甚至冲破高山顶较薄地壳而构成火山，从而地壳表面构成了复杂的地层结构。有的顺序地层，有的直立地层，有的断开或倒转的地层结构。地层中火成岩、沉积岩、变质岩等都存在，往往交错的相当复杂的层和地形。板块交错处多半出现火成岩和火山。在海滨地域多半是水成沉积岩，在大部分地域则以宇宙物质沉积岩和变质岩为主。生物尸体构成化石或有机物多半属于变质岩。 有的原来是海洋在地幔和地核作用下构成了山脉，有的山脉是板块间冲击而隆起的，如太平洋板块与美洲板块碰撞隆起美洲西部的安第斯山脉、喀斯喀特山脉、内华达山脉等，印度板块与欧亚板块相撞隆起喜马拉雅山脉等。也有的原来陆地下陷成为湖海。又由于地球运动引起四季变化，空气受冷受热都会使气压发生变化，水蒸汽形成雨水而在地面流动，且流向低洼处而构成地面的江河湖海等各式各样地貌。海洋中没被淹没的较高地域则构成岛屿。在地壳板块间滑动的交叉地方构成深水地沟，这些地方涌出地幔的岩浆，受到海洋水迅速冷却和海洋沉积物的化学作用，具有较特殊地质成份和结构的岩石。因此，海洋的底部也是高低不平的各式各样的地层。典型的美洲板块与欧亚板块分离构成大西洋和大洋脊。 四、地质矿物 　地球物质如何产生和演变一直吸引人们去思考，特别采矿业、冶金业的发达，促使地质学研究的发展。许多地质学者从所在地域和所在环境的观察而提出了水成说和火成说。它们都反映地质事实某些方面，也都存在合理的部分。不管哪个学派对于地质都有个共同认识，那就是地壳呈一定的层次结构，而且愈下层年代愈老。地球所浓缩的质量构成的引力和所处太阳系中层次、位置而构成温度属于低温表面，使地幔最上层表面冷却构成薄壳、它使宇宙物质落入地面可以堆积起来而不象恒星那样落入的宇宙物质被高温“熔化”成恒星质并释放出热量。地球薄壳包括其行星和卫星表面薄壳形成主要来自于太阳系在银河系运动中和这些恒星、卫星运动吸收的宇宙尘、宇宙石块、陨石等宇宙物质逐渐形成的。也就是说早期落入地面的宇宙物质逐渐被压在下面，这样常年累月的积累构成地壳基本部分。 地球表面薄薄一层的地壳是由宇宙物质落入地面积累起来的元素原子和分子，又是地壳内地幔岩浆冷却生成的元素原子和分子。这主要根据：甲、宇宙中光谱分析可知，宇宙中有的元素，在地球都可以找到。虽然宇宙中氢、氦元素较丰富而地球则因其特有重力、压力和温度条件不易留住氢、氦元素，而氢多半以水形式留在地面。氦是惰性气体而不与其它元素化合，很难留在地面。乙、地球表面的地层结构若仅以水成说或火成说都只能说明局部岩石形成学说，沉积成岩多半只能在湖泊和海岸边等低洼处逐渐形成的。实际上地球表面的地层沉积结构处处存在，并非在海岸边或火山口附近才有沉积地层结构。丙、从整个宇宙系统观之，地球不过是大量星体的一个，并在相互联系和交换、运动中存在。丁、不管在山顶还是在远离陆地海洋中每天都有灰尘落下，它来源于宇宙每日落入地面的物质。 岩浆结晶顺序从高温到低温有橄榄石、辉石、角闪石、黑云石、正长石、石英等。联系到地幔温度愈下层愈高，从而愈下层高温矿物较易结晶或生成有关元素原子和分子。温度低些，则结晶成灰石岩浆，它们温度都在千度以上。可见，大量较重元素生成可在更高温、更深层的地幔中逐渐形成，某些较轻元素原子来不及跟地幔其它元素化合就跑到地面上去，如氧、氮、氢等。有的是在其流动化合或结晶成矿物岩浆，不同层地幔生成不同结晶矿物。但又由于轻元素上升都有机会跟其它矿物晶体结合，从而构成较繁杂的岩浆成份。喷射或涌出地面就构成了不同成份的火成岩。可见地球表面特有环境条件而逐步形成以氮、氧为主的大气层圈，以水为主的江河湖海和大洋的水圈，以岩石和土壤为主的岩圈，加上微生物、植物、动物构成的生物圈的地球三（四）圈形成原理。 地壳板块间的相对移动，有的地方喷发岩浆过程就是微涡旋转化元素原子或分子的过程。地球的地壳就是地幔岩浆冷却和宇宙物质、较重元素或重元素是在地幔或地核不同层次的温度和压力作用下分别形成，大约氧以后元素主要由地球内部形成。不同的地幔层次，处于不同温度和质量密度，易使某些类型元素在相应地幔层次形成，再跟地幔下层元素化合成分子，并以岩浆形式流向地壳面。不同演化时期地幔内不同层次温度和涡旋质量密度形成不同的元素，轻元素在上层形成，较重元素在下层形成。如大量氧元素在地幔上层形成，其次硅、铝、镁、铁等。下层形成的元素移到上层就跟其它元素化合，特别跟氧元素化合构成硅氧为基础多元素化合物的上层岩浆和质块，冲出地幔到地面则构成不同性质的岩石和矿藏。 地球跟太阳在银河系中运动，地球表面温度有周期性变化，冰期到来时，地表温度较低，易生成较轻的元素于地壳表面上。从而地壳地层不同时期形成矿物和岩石有差异的，使得明显地层纹理结构。由于氧原子易得两个壳粒以趋分布对称性或负二价元素。虽然化学活泼性不如卤族轻元素氟等，但它易使所结合的分子结构上更趋于对称性，从而更容易在宇宙和地球中以化合物形式存留。地壳的氧化硅占地壳成份的一半以上，其次是氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化钠、氧化钾、氧化铁、氧化亚铁等。地壳特定条件下（包括太阳距离、地球质量、地轴角度、地球速度和角速度，表面和内部温度等等）微涡旋生成元素种类和丰度不同于其它星球，使地面元素丰富程度不同时期不尽相同。 现有地面元素丰度为：氧占４９％、硅占２６％、铁占４．２％、铝占３．２５％、钠占２．４％、钾占２．３５％、镁占２．３５％、氢占１％。这些元素占地壳表面总量或丰度９８％，而接下去钴占０．６％、碳占０．３５％、氯占０．２％、氮０．０４％等。由于地面元素分布如此不均，以至地面氧化物、水、碳水化合物易生成。地面上除氧化矿物外，还有硫化矿物、卤化矿物、硝酸矿物、碳酸矿物、硫酸矿物及其它酸碱矿物，甚至金属矿物和有机矿物。金属元素铜Ｃｕ、金Ａｕ、银Ａｇ、汞Ｈｇ、白金Ｐｔ等不易跟氧及其它元素化合元素，总是混杂在其他矿物之中。这些岩石和金属矿藏多半是地幔质块冲向地面时构成的。 落在地面的宇宙物质经过风化、水解等在某些地方富集沉积成矿，而没被风化冲扫留在原位的宇宙物质及岩石又成为另一些类型矿物。矿床成因不外质块矿物．火成矿物、宇宙物质沉积矿物、水成沉积矿物、外部环境影响的变质矿物或它们交叉生成矿物。有机矿物石油、煤等主要是生物体沉积的矿物，虽然在生物史前或其它星球可能发现少量有机物，主要来自宇宙有机分子，但真正丰富的有机矿物主要来自有生命生物繁殖的某些地质年代。而地质愈新，有机矿物愈丰富。即地质愈古老的地层，有机矿物愈少，这足以证明有机矿物是有机生命体沉积而成的。石油液体或天然气是岩石里积累成可提取的油气层。煤是古植物埋在地下，并在原地转变成煤。在地质史整个后半期，煤矿分布相当广泛，约在四亿年前第一次演变生成了陆地植物和淡水植物，已知最老煤沉积物约在３．７亿年前形成的。可见有机矿物主要产生于地面有生命之后的事了。 五、冰期成因 太阳是银河系中大约１０００亿颗恒星的一颗小星，绕着银河星系作螺旋或近椭圆运动，整个银河系构成近椭圆的涡旋盘状。太阳系大约在离银河系中心２／３位置的旋涡臂上，并绕银核作近椭圆螺旋轨道运动，绕一周约１∽２亿年。在每一周内公转情况接近于椭圆运动。这样太阳离银核矢径或距离周期性变化，矢径在公转椭圆轨道愈近中心愈短，相应速度（rv）或平动能愈大，太阳愈处于膨胀状态，内能愈小且向周围辐射能量愈低。反之，矢径愈大时太阳线速度或平动能愈小，而内能辐射愈大。这样，太阳系处于最近银核时，太阳向行星，卫星辐射能量最少，这些行星就出现了冰冷时期，即出现大量生物死亡和某些物种灭亡的冰期。当太阳系离银核最远时，太阳温度最高，以至近南北极冰川溶解，在其陆地上和海洋里出现旧物种演化和新物种产生和繁荣。在再一次冰期到来 后，这些动植物死亡，构成煤田等有机矿物。 地球出现冰川期约在几百万年前和２．８亿年、４．５亿年、６．２亿年、８亿年、９．５亿年间几乎都出现大冰期，如果上述理论正确，那么太阳系绕银核周期是这些时间差的平均值，大约为１．７亿年左右。人类有记载的历史不过几千年，只不过是太阳绕银心周期的暂短一瞬，即使人类历史几万年，不过是这个周期十万分之几而已，遇到下一次冰期的时间还长得很。太阳系不仅绕星系银核运动，而且绕更小范围的星团椭圆运动，构成１０万年较短周期较小冰期，构成太阳复杂的周期性热辐射变化和地球冰期现象。 关于冰期不少学者提出各式各样假说，有的认为地轴偏转，大 约在４１００年期间内地轴倾角有过大约从２１．５度到２４．５度的变化，倾角小些，高纬度地区太阳辐射就少，这个理由不足说明大冰川幕产生。有人提出大气原因造成的，他们认为大气中二氧化碳含量减少一半或更多就可能使地面降温，并认为海洋是吸收二氧化碳仓库。但是据１８世纪以来，地面二氧化碳非旦没有减少，反而增加了１０％以上，不足于构成大冰川幕产生原因。还有什么火山尘，开阔北冰洋，南极冰席涌等等假说都只能说明局部或个别现象，不能成为大冰川期产生的根据。有的提出其它天体撞击引起的，但撞击粉碎的天体不具有周期性，不能解释地面周期性冰期的出现。实际上太阳辐射减少时，地面状态就发生巨大变化，其他任何局部，次要因素也会伴随产生，加剧冰川期产生的效果。 从现今往前推算大约在近一亿年前后出现冰川，使某些曾经一度繁荣的生物，如恐龙等的大灭绝，这是新生代开始与中生代白垩纪交界的年代，地壳板块朝现今位置形成大陆和大西洋。在中生代开始和古生代二叠纪出现前一次冰川期（约２．８亿年），在这以前呈现繁荣的爬虫类、爬虫类、鱼类、两栖类等生物，出现一次大灭绝。再前一次大冰川出现大约是６．２亿年的古生代（即寒武纪）的开始，在这以前的生物都是低等动植物，如海生藻类，称为前寒武纪或元古生代。再往前就没有什么重要的生物标志的地质年代。每次冰川，生物虽然经历一次大灭绝的灾难，但幸存下来的生物则经过冰川时期的大考验和适应过程，往更高更复杂的生物层次演化，物种品类增多，包括遗留下来物种和演变成新物种。 地球上既然有冰期存在，并在太阳系离银核最近的期间，那么也必然有热期存在，并在太阳系离银核最远，即平动能最小和内能最大的期间。在这个期间南北极冰川部分溶化为水，海水面积扩大，空气温度增加，从而使海生生物和陆生生物都较繁荣，分布的生物群扩大。随着离开热期，海洋面积减少，陆地扩大，物种向赤道移动，到了冰期，大量生物死亡和灭绝而生成有机沉积矿物，如煤炭、石油等。南极洲发现煤田就是说明南极洲在地球热期曾经是生物生存繁荣的地方。地球表面长周期的冰期和热的周期性变化成为地球地质变化和物种变化的基本环境条件，而地球表面海陆分布也在周期性变化，热期到来海洋扩大，陆地缩小，有些地域将被淹没，沉入海底。冰期到来海洋缩小，陆地扩大，物种的自然交流地域扩大。目前地球处于冰热期之间，趋向于热期，估计地球表面气温在２１世纪仍有趋于升高和水域扩大趋势。但人类的一百年对地质年代来说只是短暂的瞬间，变化不是很明显。 参考书: 1,<物性论-自然学科间交叉理论基础> 陈叔瑄著厦门大学出版社1994年出版 2,<物性理论及其工程技术应用> 陈叔瑄著香港天马图书有限公司2002年出版 3,<思维工程-人脑智能活动和思维模型> 陈叔瑄著福建教育出版社1994年出版

chenshuxuan · 发表于 23.12.2005 03:23:12

《自然学科交叉理论基础》天地应用 ~纪念《物性论》发表十周年~ 陈叔瑄 《物性论-自然学科交叉理论基础》与《思维工程-人脑智能活动和思维模型》发表至今也有十年了，作者经历了退休前后学术上最重要时期，退休前六年整理完成并出版了《物性论》与《思维工程》两大著作时期，退休后至今主要是应用这两大著作于具体学科中，希望在这些学科中生根发芽，开花结果，发表多篇论文与《物性理论及其工程技术应用》著作，还初步完成《物质世界之奥秘》初稿（尚未发表，不过其中有些文论已在某些文献或网络上发表），实际上是《物性论》与《思维工程》的普及、提高、应用的文论集。已逐步获得社会有识人士广泛赞同认可，当然少不了某些保守分子争议，新生事物没有争论，是成长不起来的，可以说经历了风风雨雨十年，是物性理论应用成长的十年。 一、《物性论》研究进展 物理学的主要目标之一是从统一角度来认识自然界神奇精彩的多样性。历史上物理学最伟大的成就正是一步步地向着这个目标接近。牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、玻尔等所创立的理论和量子力学，与正在发展的一些理论。但这些理论在思维方法上没有什么根本改变，难以实现更广泛的统一。为此提出《认识三阶段论》的新思维方法，又在《思维工程－人脑智能活动和思维模型》进一步系统化论述。这些思维方法应用于《物性论－－自然学科间交叉理论基础》的研究，获得丰富理论成果。两部的著作起了相辅相成作用。《思维工程》与《物性论》于1994年先后出版，实际完成时间比这还要早一、两年。 在完成《思维工程》和《物性论》时，想到这些新著全新思想能否成功地被世人所接受和肯定呢？经过这么多年继续努力研究与写作，尤其近年《科学》中文版杂志发表了若干篇跟两著作的理论有关论文，更增强了迟早会被接受和肯定的信心。为了使这两部的著作理论和应用跟国际接轨，在《物性理论及其工程技术应用》及分散论文的研究与写作同时，较详细地翻阅了《科学》中文版立刊以来，尤其20世纪末重要的学术论文，加上国内某些刊物一些论文或译文，了解到国际学术动态，不少论文还作了较深入的比较研究，有的甚至引用。2004年开始在网络上阅读不少较新思想的论文，促使笔者积极参与交流，并发表某些论文，很快传递到世界各地。希望这些论文与著作能在原有理论深入研究发展和工程技术应用开拓基础上，跟国际接轨。 《物性论-自然学科间交叉理论基础》是部创新性假说，从质能关系（基础）、趋匀平衡（动力）、矛盾等价（方法）三条基本原理出发，引出众多新概念。如涡旋、浓缩、微旋、趋势、变换、交换、递传、生长、解体等基本观念。基本参量是质量、质密度、能量、能密度、频率、时间、长度、角度等作为定量的基础，不同能量用不同参量定义的，矢参量定义的能量称矢能，如平动能、转动能、自旋能等，标参量定义的能量称标能，如变换能、内能、位能等。把自然学科交叉理论建立在较本质的物性理论基础上，全书分成涡旋物性论、粒波物性论、递传物性论三大篇幅，分别对天地（天体、地球、力能）、物理（电磁、量子、原子）、生化（分子、生命、生态）等三大方面进行较统一的新颖解释和创新应用。这里主要讨论涡旋物性论部分。 这些丰硕的成果，产生如此丰富观念和原理，足以证明物性理论的威力。质能关系式是质量线性叠加、质量不灭律、能量转化守恒律、系统总能等于平动能时速度为极限速度、系统一种能量对总能比值在系统中地位等的统一表达式。平动能对总能之比等于或大于1/2为场物质。光量子平动能对总能之比刚好1/2，是实物粒子与场物质分界线，是稳定物质的极限状态，如“质能论”所述，这里不再重述。趋匀平衡原理引出物质速度愈大密度愈低、涡旋运动趋心质量浓缩成形、涡旋必构成周期变换或交换、交换中必微旋化或质块化、不同交换之递换的连接或链锁构成生长，如“涡旋论”所述。它们已在或继续在其它论文中专门论述。 二、天体物性研究 天体物性论或《天体周期演变论》是涡旋论应用于天文学科具体理论，并解释一系列天体基本现象，其基本原理可归纳出： 1、连续物质趋匀意味着各向平动机会均等，即存在正反平动，并因连续性而使其变换转化为涡旋运动。涡旋运动能密度趋匀，必使其质量浓缩并成形，但中心质量不可能无穷大，中心速度不可能绝对静止的。中心速度愈低所浓缩质量愈多，范围也愈大，并有愈强引力场质重叠作用趋势，称谓涡旋运动浓缩成形是天体自旋、公转基础及其周围具有引力场质重叠作用趋势原理。涡旋体的中性速度与其两侧旋转线速度同向侧弥漫状态推向反向侧浓缩状态而作圆、圈、弦等运动，从这个意义来说圈比点更基本，因而弦论从这个观点出发有它的一定道理。牛顿力学的惯性运动适用于地面宏观物体机械运动的。 2、涡旋体浓缩过程平衡趋势必形成交换，而交换又必使其微旋化（粒子、量子）、质块化。众多大质块趋心挤压运动抛出其它质块而膨胀、喷射、爆炸等过程，在整体上构成周期性演变过程，称为天体以浓缩为主，爆炸为辅的周期演变原理。现代宇宙膨胀说、宇宙爆炸说只看天体演变的一个方面或一个阶段，而且是次要方面或阶段，其所提供论据不足以证明其假说。宇宙微波背景，氦元素丰富而稳定存，光红移现象等实际上都不能证明纯粹爆炸说。由于周期性变换光量子无距离运行于愈来愈宽广宇宙中，而往低频场物质转化，而出现远距离天体光的红移现象与微波背景问题。氢与氦是宇宙中最轻或最易微旋化中产生的元素，而氦是惰性元素不与其它元素化合，因此丰富而稳定地存在宇宙中。 3、涡旋体内微旋化是天体周围磁性、光热辐射、生成元素等根源。天体微旋化生成元素原子之类低速粒子与高速量子，当高速度与微旋轴平行则趋于中心轴构成磁性，是天体周围形成磁场的基础。当高速量子速度垂直于微旋轴，则成为光或电磁量子往外辐射。趋势平衡时，天体质量愈大，引力场质与电磁量子交换愈强（即光的亮度愈强，但视觉亮度还与光源到达地面距离有关），所换出的量子愈杂，且高频率成份愈多（即光的颜色愈往紫色端），它们成为天体量度的基础。光量子是天体内部微旋化引起的辐射，并随长距离空间运动变换减弱，即红移。天体微旋化还是生成元素原子，如果生成元素在天体周围，那么所形成的吸收光谱，也可以作为质量的量度的依据。总之微旋化所产生现象，尤其光现象与天体状态密切相关的，从而成为观测天体状态重要依据，称为天体微旋化量度观测天体运动状态原理。 三、地球物性研究 地球物性论或《地球演变动力论》是应用涡旋论研究地球得出本质结论，并解释一系列地球基本现象，可归结出三条基本原理： 1、太阳系绕银河星系和星团椭圆轨道运动速度或动能的周期性演变，相应地内能以相反的周期演变，即动能最大时，内能最小，太阳辐射最低，对太阳系的行星或地球最为寒冷冰期，当然也存在热期，使地球存在长短周期冷热演变，即地球出现周期性冰期（长的周期近二亿年，几十万年等）。称为太阳系运动状态对地球周期性冰期演变影响原理。由于自旋地球（一天）绕太阳运动（一年，出现一年四季气温变化），太阳系在银河系大约2/3涡旋臂星团上，既绕星团核心运动（约几十万年），又跟星团绕银河星系核心运动（近二亿年）。这些大大小小的周期运动是地球表面气温大大小小周期变化的，尤其是地球冰期产生的根源。 2、地球是具有自转、绕太阳公转近球形的涡旋体，分成地核、地幔、地壳三大层，地核同样存在众多大质块趋心挤压运动，它成为地球的演变基本动力。地幔的不同深度、不同温度下微旋化过程中生成不同元素原子，通常愈底层生成愈重元素原子。地壳是地幔元素上浮与宇宙元素下沉交流的冷却层面。称为地核生成质块与地幔生成元素原理。地核质块又可称地瘤相当于太阳质块黑子，月球中的月瘤，其趋心运动中与其它质块产生挤压运动，挤出的质块多半挤到地幔层中，并引起地壳震动。因此地壳的地质、板块、地震都跟地核质块运动，地幔运动的状态密切相关，而质块具有磁性，其运动必引起地球周围磁场、电场和地壳力等分布变化密切相关。因此地磁、地电、地力、地热等变化是预测地震重要依据。 3、地球表面在太阳系中特有温度、压力、重力、磁场等环境条件，逐渐形成特有的大气圈、水圈、岩圈的三圈状态。地面以氮氧为主的大气层，以江河湖海和大洋构成三分之二弱的水圈，地球绕太阳公转的一年四季与一天日夜变化而形成大气流动与在太阳照射下蒸发成气，水蒸气分子比氮分子、氧分子轻，而上浮于大气上层形成云、雨、风、雪等气象。地壳岩石与无机矿藏多半是地幔小质块或岩浆冷却形成的，且岩石在大气与水流动中风化为泥土，构成三分之一强的大陆圈，并随地壳演变生成生物薄圈。地壳三、四（如果生物薄圈也算在内）圈在地球运动演变过程引起地壳水文、气象变化现象，称为地壳水文、气象生成变化原理。 四、天地原理应用 下面针对上述两论一些具体问题进一步探讨。 1、假说与运动 这些论文是假说，解释了许多基本现象，甚至解释了其它理论难以解释的现象，但仍有些论点还需要进一步证实，包括一些目前科学界尚未定论的东西。地心说、日心说、星云说、星云旋涡说、宇宙膨胀说、宇宙爆炸说等各自都能解释一些宇宙现象，以广义相对论为依据的爆炸说影响要大些。宇宙周期演变说虽然由《物性论》引出的，但也是星云旋涡说与宇宙爆炸说某些方面矛盾解决的一种方案，可以解释更多现象。赫罗星序图，哈勃星系分布，银河星系没有发现爆炸迹象等都有力支持天体或宇宙是涡旋运动浓缩与弥漫膨胀周期性演变假说。 物性理论把实物（包括天体、物体、粒子等）与场内物质，简称场质（包括光、热、电、磁、引力场、强作用场、弱作用场等）都是物质，是不同的物质形态而已。光子是高速运动的周期性变换粒子，在愈来愈广宇宙空间运行，涡旋运动逐渐减弱，平动运动逐渐提高，即量子衰变而产生红移。这个假设成立的话，光源发射光线红移不能作为光源天体退行运动依据，宇宙膨胀说与宇宙爆炸说的基础就成了问题，微波背景实际上是光量子在愈来愈远，愈来愈广空间运行衰变引起的，不能成为爆炸说的依据。 2、天体与量度 天体的知识和原子的知识主要来自光谱及光的现象，这里‘主要’可以理解为一半以上知识来自光通过望远镜或显微镜及其相关设备观测到的，原子并非指原子核，χ射线主要来自内壳层和γ射线主要来自原子核放射的，原子核和基本粒子属于另一学科研究对象，本文不讨论。天体辐射的光谱普遍存在哈勃所发现的规律，即天体辐射光谱红移Z与天体距太阳系或地球距离r成正比Z=Hr，其中H哈勃比例系数。这个系数因遥远天体距离测量困难，尚未最后确定，参考数据55公里/秒•兆秒差距。目前反而利用此式来测量远距离天体的距离。 量度实际上是与规定标准比较得出数字与单位，时间与空间标准规定与天文量度密切相关的。时间标准按地球自转（一天24小时）和和公转周期（一年12月）来定的。长度米标准是以北极与赤道间四分之一地球子午线长度的百万分之十来规定的。天体其它量度都跟天体辐射的光现象有关，如光的颜色，光的强度，光的变化，光源位置与距离等现象有关。因此光性质与远距离运行变化研究，对天体量度与模型假说带有基础性意义。 3、矿藏与地震 地壳主要成份氧化硅占55.2%，氧化铝占15.3%，氧化铁与氧化亚铁占8.63%，氧化钙占8.80%，氧化钠占2.88%，氧化钾占1.91%，水占约1%等及其它各种矿物，即除氧化矿物外，还有纯元素矿物、硫化矿物、卤化矿物和各种酸盐矿物等。地壳若按元素来分，最多的是氧O占46.6%，其次硅Si占27.7%，铝Al占8.13%，铁Fe占5.0%，钙Ca占3.63%，钠Na占2.83%，钾K占2.59%，镁Mg占2.09%。地壳元素主要来自地幔低速微涡旋形成的，并且愈靠地壳温度愈低，相应生成元素愈轻，氧与较轻元素在较上层形成的，其它元素上升到上层被氧化成氧化物与硫化物、卤化物与各种酸盐化合物等。较重元素多半在较下层形成的，并常结成小质块，被挤到地壳被冷却，常成为地壳金属矿藏与无机矿藏。 地核质块挤压递换运动推动着地幔、地壳运动与地磁、地电、地温、地力的变化，也是地震产生的根源。由于地壳最薄弱处是在地壳板块交接处，如欧亚板块与环太平洋板块交接处的日本、台湾、菲律宾、印尼等都是地震多发地区。而地震又根源于质块运动，并引起地球周围磁场变化，即地磁、地电、地温、地力分布变化，因此这些参量分布变化趋势可以用来预测预报地震，相当于气象根据气压、气温、湿度、云雾等分布变化趋势预测预报天气那样。 4、气象与水文 地面有一层氮、氧为主的大气层，密度随高度递减，以及水域占地壳面积三分之二弱的特有环境，地球自转与绕太阳公转的周期运动，使日照、气温、气流、湿度、水流等随之发生周期性变化。水在日照下蒸发成水蒸汽，其分子量又比氮、氧分子轻而上浮到上层，冷却形成云、雨、雾、雪等，太阳运动变化与地球内外运动变化又影响地面大气和水的流动，形成地面复杂的大气和水循环流动，构成世界各地的气象和水文的基础。 参考书： 1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》陈叔瑄著厦门大学出版社1994年出版 2、《物性理论及其工程技术应用》陈叔瑄著香港天马图书有限公司2002年出版 3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》陈叔瑄著福建教育出版社1994年出版 4、《理科最新常用数据手册》漆贯荣等编译陕西人民出版社1983年出版

chenshuxuan · 发表于 23.12.2005 04:14:22

波动能流与信息传输本质 陈叔瑄 物理学上波动概念一直沿用弹性介质中机械振动的传播过程所产生的现象，并以惠更斯1690年所建立的原理解释之。惠更斯原理：介质中波动传到的各点，不论在同一波阵面或不同波阵面上，都可以看作是发射子波的波源；在任一时刻，这些子波的包迹就是新的波阵面。解释了波动的折射、反射、干涉、衍射等一系列机械波动与声学的现象。并建立波动方程与能流密度方程 w=ρΑ²ω²Sin²ω(t-ι/υ) 其中ρ为质量密度，Α为振动幅度，ω周期变换角速度。 一、波动能流本质 物质系统某种运动或能量不均匀不平衡状态必有向均匀平衡趋势过程，实际上是能量传递或流动趋势的过程。内能或温度不均必趋于均匀而产生热量对流、传导、辐射现象。两实物体周围同类场质邻外侧重叠若构成状态不平衡不对称，则会在平衡趋势中，使实物体移动。地面物体运动必跟周围物质发生作用，即能量递换传输，机械运动推压或拉伸周围介质分子跟着运动，而出现某种能量形式的传递流动。 地面物态有气体、液体、固体的实物和场物质等构成的，而气体、液体、固体由分子、原子不同交换方式组成的，不管原子、分子之间是碰撞、场质交换、壳粒交换而联系在一起，壳粒子质量与总能量成正比例，也可以看成能量子，因此上述三种交换实际上都是能量子的交换，而处于大体平衡稳定状态。实物原子、分子受到外力作用，即交换得到动能，则移动或改变状态，破坏原来平衡状态，在平衡趋势中，通过碰撞或场质传递或壳粒交换，将获取动能传递给相邻的原子、分子，以恢复原来的平衡稳定状态。 如果机械振动周期性推压实物内分子，则将其动能传递给被推压的分子，分子位移，此分子又推压下一分子，其平衡趋势又将动能传递下一分子，使前分子恢复原状态。而分子平衡趋势再将其能量或能量子传递给下一分子，并继续传递给再下一分子，就这样能量或能量子一环扣一环传输下去。机械振动周期性地推压周围分子，从而形成周围分子周期性地传递能量。即机械振动能量或能量子周期性交换中传递给周围实物分子，在振动机械周围空间形成周期性能量流动的波动，如纵波或声波能量传递过程。 声波是一定范围频率（20~20000赫芝）和一定强度的机械振动通过实物，尤其空气分子（密度疏密变化）交换构成周期性能量子流动。声音实际上是靠一定介质的分子间某种周期性能量交换传递的结果，并被动物耳朵器官所接受的现象。超出人耳所接受的声波为超声波，低于人耳所接受的声波为次波。能流密度可以用来描述声强。不同材料振动与不同频率、声强组合波动，可以构成不同的音品与音乐、语言。 机械振动拉伸周围空间分子、原子，使其跟着运动，如液体表面或某些固体分子位能或势能传递过程，所形成横波的波动本质也是周期性能流或能量子流通过实物分子、原子交换传输的。如水面一物体振动，通过拉伸相邻水面分子跟着运动，此分子又通过周围场质拉伸下一分子，即位能或势能传递给下一分子，本身恢复原状态。在获得位能或势能分子平衡趋势又再传递给下一分子，这样能量一个传递一个，形成水面波纹不断向外扩大传输能量或能量子过程，构成周期性位能或势能递换传输，即波动能流过程。 波动的周期性能量流或能量子流可以通过实物的原子、分子传递能量子，也可以直接由周期性变换能量子本身在空间中运动形成的。前者典型的是声波与水面波，后者典型的是光波与电磁波。因此波动不一定都需要介质，光波与电磁波能量流动或能量子流就不需要介质，而是同步周期性运动光量子束的集体行为所形成的波动状态，量子实际上是平动速度与涡旋角速度周期性变换，在相同时间里位移量是周期性变化，位移愈大位置上相应量子数密度愈小，从而在量子束经历不同位置上密度是周期性变化，形成周期性能量子流或能量流的波动现象，因此没有必引入“以太”之类概念来解释光波与电磁波。《光子波动新论》一文与《物性论》一书中周期性变换光子不仅可以解释折射、反射、干涉、衍射等现象，还可解释旧波动说无法解释的其它现象。 二、波动能流原理 1、波动能量流动原理：波动是一种不管它有否通过介质所形成的周期性能量或能量子流动现象。通过介质分子、原子递换传输周期性能量或能量子流动的主要是机械波与声波，不通过介质周期性变换能量或能量子流动的主要是光波与电磁波。称波动是某种周期性能量或能量子流动现象，而不管它是否通过介质原理。宇宙中不管怎么样，只要空间存在周期性能流动就有波动现象，因此周期性能量流动是波动的本质。旧波动观念建立在声波与机械波观念基础上，要假定宇宙中充满静止‘以太’介质的，才能解释光传播现象。这是对波动本质缺少深刻了解而引入的假说。此外周期性能量变换方式又可称为信号，因此信号靠波动，即能量流来传递的。 2、信号发送接收原理：能流信号的复杂组合方式或表象，如声音、语言、音乐、文字、图像、符号、数码和其它可感觉形态等可以通过信号发送、传递和接收，并在人脑中产生事物的感性印象和表象，理性知识文字和符号，实性形象和图像等。称信号产生、分解、组合及翻译表象通过波动能流发送、传输、接收原理。例如人在大脑控制下从口、舌、喉发出语言是由许多单音组合构成的一系列振动信号能流，通过大气分子递换传输，到人的耳朵强迫振动产生相应信号，经听觉神经传输到大脑形成相应信号感觉与印象，并经大脑按习惯或约定翻译成信息，以了解到相应的事物或新事物的消息或知识或信息。 3、信息新知识原理：信息是什么？信息实际上是一种新知识，来自于声、光、电磁波及其它信号等经感官、神经传入人脑，经过人脑产生相应感觉、印象、表象等，以及语言、音乐、图像、文字、符号、数码等表象及其组合，而且随经验、知识等程度高低所获得事物的感性、理性和实性新知识而存在差异。如一个不识字的人，收到文字表象信号，就不知所云，等于没有获得相应信息，要得到该信息就需通过识字的人读给他听。又如一个没学过外语的人，收到该外语信号，也不知所云，需经过他人翻译，才能得到相应的信息。即使一个人接收到信号，也要经头脑智力活动，才化成信息及其新知识，称为信息是信号经大脑智力活动产生新知识原理。能流信号产生、传输、接收并经大脑转化为信息，可见能流信号是信息携带者，信息通过声、光、电磁波等能流信号传播，被人们所接收，并经人脑智力活动转化形成信息的。 三、波动传播应用 1、信号传播应用 物体运动或机械振动会发出声音等信号和感觉，如视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等信号，并通过地面实物，尤其气体或直接分子的传递和接收（主要是眼睛、耳朵和鼻子、口舌、皮肤等五官），为声音和其它信号能流产生、接收和传递。声音是一定频率范围一定强度的机械振动并通过实物，尤其空气分子间能量或能量子递换传输所构成波动，并对耳膜强迫振动，经过听觉神经传到大脑，而构成所接受的声音信号。从而声音形成包含了声音产生发送品，尤其人的口、舌、喉振动所发的语言与歌声，通过介质分子将这些声音能量往愈来愈大空间范围递换传播出去，离声源愈远声音强度愈弱，距离太远往往弱到耳朵听不出声音为止。 另一类信号产生于光源或光对物体反射产生的信号，并通过光的传送和接收（主要是眼睛）。光量子本身具有周期变换频率能量与动能，同步周期变换运动光量子束本身具有波动性，可以不通过介质分子递换传输，但通过介质时也会形成与介质分子交换，动能部分转化为交换能，使其速度变慢，这些在《光子波动新论》文中专门讨论，这里不再重复。但作为图像、文字、符号信息来说是非常重要信号能流，通过眼睛及其视神经到大脑，构成视感觉与印象、表象。并通过人的大脑智力活动，产生文字、符号、图像所构成的知识或新知识，即信息。 信号更广泛地利用电流或电磁波实现远距离传输，光、声信号与电流信号或电磁波信号可以通过某些器件实现互相转换，所转换的电流信号在导线中传输或电磁波信号在空间中运行传播，在远距离的接收器再转化为相应光、声信号，这些光、声信号经感觉神经传入大脑的智力活动产生相应知识或信息。电磁量子能流信号发送、接收和传输广泛应用于电话、电报、广播、电视、电讯、手机等传播和测量、控制、遥控、电脑等自动化操作上。 2、信息变换应用 信号是一种物质运动形态或能量流动状态，声音信号是机械振动产生、传输和接收的一种运动形态，运动中表现出许多特性，研究这些特性是为了更好地利用它。不要把信号与信息混为一谈，否则易引起混乱，波动与信号具有客观性，而信息则跟主观智力素质密切相关的。如声音通过机械振动，包括人的口腔振动所产生的信号，在其周围空气或实物分子、原子的实现相应的能量递换传输或传播，接收者，包括经过电磁波转化机械振动或人耳朵获得相应振动信号，经听觉神经传入人脑智能活动，翻译分析变换为信息或新消息、新知识。 信息可以来自于语言、歌声、照片、图像、文字、符号、数码、公式、表格等组合表达方式，反映事物变化状态。但对一些人是已知或旧消息，而对另一些人来说又是新消息或信息，很难确定，这是从接收者判定信息的缺陷。从发送者判定信息困难更大，因为如机械振动产生的何止是声音，还有次波、超声波、热运动，甚至电荷等难以形成信息。因此能够供人们产生新知识的表象信号，即接收者与发送者不仅表象信号一致，而且所变换相应知识或信息也要力求完整一致，才是信息传输目的，而不是只为了数学表达方便来考察信息的。 参考资料： 1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》陈叔瑄著厦门大学出版社1994年12月出版 2、《物性理论及其工程技术应用》陈叔瑄著香港天马图书有限公司2002年12月出版 3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》陈叔瑄著福建教育出版社1994年6月出版 4、《光子波动新论》陈叔瑄著《科学（美国人）》中文版1999年7期

chenshuxuan · 发表于 23.12.2005 04:24:26

光子波动新论应用 陈叔瑄 《光子波动新论》、《量子周变与光仪技术应用》和光有关其它论文在杂志、论文集与网络上发表后，引起强烈反响，尤其网络反应快而且广泛，提出问题在这篇论文总结拓宽理论基础上，做出必要回答。光不仅是研究天体重要依据，而且也是研究原子结构的重要依据，并不指所有的研究途径和依据。天体辐射的光谱普遍存在哈勃所发现的规律，即天体辐射光谱红移Z与天体距太阳系或地球距离r成正比Z=Hr，其中H哈勃比例系数。这个系数因遥远天体距离测量困难，尚未最后确定，参考数据55公里/秒•兆秒差距。目前反而利用此式来测量远距离天体的距离。光量子能量公式hν来自于量子论和量子力学，能量另一公式mc²来自于相对论，而物性论则认为：量子变换相邻峰值间距称为波长λ，与速度c、周期τ、频率ν、动量p间关系如下： λ=cτ=c/ν； p=mc=h/λ mc²=mc²/2+hν/2=hν 表明量子论与相对论能量式分别是光量子能量两面的一个方面。 一、光与场 光量子不是几何的点，也不是物理的质点，它就是高速运动的周期性变换的物质粒子，即运动在实物真空中，同频率、同相位、同方位、同速度的同步运动量子之间，相对静止而存在交换。量子通常从光源出发到愈来愈大空间运动，密度愈来愈低，往场物质方向变化，甚至频率愈来愈低、速度愈来愈高。尽管极端微弱，近距离根本观察不到，可以忽略不计。但运行在宇宙中遥远距离，这种微弱交换影响积累所引起的红移就不能忽略，而且距离愈远红移量愈多。以至在无限宇宙中光最终要化作场物质，消失在场物质中。光子、紫外线是原子级辐射，χ射线是原子内壳层级辐射，γ射线是原子核级辐射的量子或粒子。此外红外线是分子级辐射量子，微波、无线电波是物体级电磁辐射，还有天体级的电磁辐射。不过实物体愈大所辐射的电磁波量子性愈弱，频率愈低，连续性愈强。在宇宙遥远的背景只能观察到微波，甚至什么波都观察不到的空间，即所谓黑洞。 物理上的“场”究竟是什么？它似乎是物理参照系的参量状态的描述，但这些参量又是什么的参量？如果说是运动或作用参量，那么又是什么运动或作用的参量？总不能说无物质的运动或作用参量，只能说是物质运动或作用的参量。万有引力场、电场、磁场、电磁场以及强作用场、弱作用场都是不同层次场物质运动或作用状态。《物性论》指出场及其场内运动物质（简称场质），场的描述方法相当于流体力学欧拉描述法，场质运动描述可以相当于流体力学朗格拉日的描述，但这样描述把问题复杂化，且抓不住物质运动本质，根本解决不了问题。场物质与实物是物质运动的不同形态，而且可以互相转化和变换。 《物性论》又指出，运动是物质存在形式，有运动就有物质，有物质也必有运动，两者不可分割地联系在一起。物质量度为质量，运动量度为能量，两者成正比。场物质是高速低密度，甚至连续的弥漫性物质形态，而实物（天体、物体、粒子等）通常是低速中高密度，分离的浓缩性物质形态。实物往往是场物质发源和归宿，构成两者不可分割相互联系、相互作用和各自不断更新的基础。涡旋运动或场物质转化变换为实物是物质浓缩、收缩过程的运动。实物转化变换场物质过程是弥漫、弥散过程运动。而浓缩与弥漫相结合的周期性变换或交换运动是稳定物质基本运动过程。因此物质的浓缩与弥漫是物质结构很基本概念。 可以说物质最单纯形态是系统物质总能等于平动能，即等于光速1.41倍高速运动的连续物质形态，它可能是万有引力场质基本形态。这说明相对论提出存在极限速度，但不是光速，而是光速的1.41倍的物质极限速度。极限速度物质各方向运动机会均等，总是在一个方向上存在正反运动状态，并转化为涡旋运动。从而在高速连续物质中包含着大大小小的涡旋运动粒子，并互相变换的物质形态。可以说万有引力场质是以高速度连续方式，并以极限速度运动。而电场质是以加速度方式运动，其速度可能在光速到极限速度之间变化。磁场质是以螺旋线方式运动，速度也可能超过光速。那么电磁场质或量子场质则以周期性变换方式运动，电磁场质速度可能较光子速度高，也许频率愈低速度愈高。由于周期性变换运动已失去运动涡旋或自旋属性，而保持直线平动运动。但至今谁也没真正测量比较过它们速度。 如果光量子长距离在宇宙愈来愈大空间中，密度愈来愈低，引起变换频率也愈来愈降低，即产生红移的话，那么光量子在长距离移动中往场物质方向变化，速度变高，成为万有引力场物质的补充源。从这个意义上说，红移现象也是超光速物质运动的存在的证明。光速和超光速的各种场物质间相互作用不产生加速度，即它们之间不同步、不相干而各自独立运动。但同频率、同相位、同方位，甚至同速度的同类场物质之间重叠，可以看成它们之间相对静止的运动状态，相互之间仍然存在场质交换，即存在缠结现象。加上这类交换场质运动速度比光量子本身更快，一个量子状态改变，立即影响另外的量子状态，出现光量子缠结现象。从这个意义上说，量子缠结现象也是超光速存在的证明。 二、介质光特性 《光子波动新论》一文指出，光子由各种光源元素原子能级跃迁产生的，光子是涡旋与部分平动周期性变换运动，并且涡旋周期变换方向与直线平动方向相垂直。这是因为只有涡旋变换方向垂直于中心速度，才能保持对称平衡，又由于涡旋周期性变换而失去涡旋与中心速度里外侧差异，并保持直线运动。光子总能由平动能和周期变换各占一半组成的稳定物质最基本粒子，称谓光来源和光子周变原理。由于光子周变存在频率、相位、振动方位（即偏振）和强度等参量，这些频率、强度和成份决定于所辐射的元素原子，开拓开发激光和光源元素应用，制成各式各样光源与激光器件，成为光学技术应用基本技术。 当光子入射到光滑介面时，由于平动能改变量（也可以看成与介而交换能）各不相同的，停留时间不同，两者成反比，起了相位和方位调整作用。光束的介面、边缘的相位调整成为反射折射现象、干涉现象、衍射现象以及各种光学成像现象的根源，称为介面相位调整原理。相位调整后的两束光量子重叠处，若有相位相反和相位相同存在时，相位相同重叠相对反相重叠是亮条纹，这类亮暗相间条纹，就是干涉、衍射现象的产生根源。工程技术上应用原理不同理论规律在于它必需加上人的能动性，光学器件能动地有机组合是制成各种各样光学仪器，如各种相机、望远镜、显微镜、干涉仪、光栅等基本技术。 光学基本现象和应用已在上述两文中采取量子周变等观念和原理加以解释了，如反射折射现象、干涉现象、衍射现象等，这里不再重述。不同质量或变换频率的光量子束入射到同一均匀介质时，所产生的交换能不同，从而在介质中运动速度不同而出现色散现象。光量子在介质中多了一项交换能，光量子在介质中变换频率满足 υ=λ/τ=λν; p=mυ=h/λ mυ²/2=υp/2=υh/λ2=hν/2 推出变换能等于平动能仍然不变，那么交换能等于 Ei=E。-Eb-Ea=mc²-hν/2-mυ²/2=mc²(1-υ²/c²) =hν(1-υ²/c²)=hΔν 当υ=0时，交换能最大，即总能等于交换能，但绝对静止的物体是没有的，因此没有全部是交换能系统。当υ=c时，交换能等于零，系统只存在占总能一半的周期变换能hν/2，另一半为平动能mc²/2。可见一个稳定系统至少存在两种以上能量方式，而光量子是稳定物质的极限速度状态。一般情况下，变换频率不同，所产生交换程度不同，并引起在介质中运行速度不同，相应地折射率c/υ=n也不同。 介质通常以固体和液体为主，液体主要通过场质交换联结成体的，比较均匀。固体主要是壳粒交换成体的，也存在场质交换，有一定交换分布和结构，使各向交换不一定光等各种各样光学现象，称为光量子与介质交换性质不同原理。光量子束在不同介质中运动形成不同特性和现象，如光量子经光滑介面反射和折射后不仅相位调整，而且方位也实现调整，以至同步运动。光子与介质交换关系主要体现在折射现象上，折射率是以入射角正弦与折射角正弦之比来定义的，它等于入射速度与折射速度之比，或者以后者速度比作折射率定义可能更深刻些。折射率不仅光量子频率有关，还与介质原子、分子结构排列、状态分布、交换性质等有关。如固体介质包含一定排列粒子间运动、交换与场质交换，它们是光通过介质产生各种光学现象根源。 光子在介质中运动由于部分平动能、变换能转化为交换能而速度变慢以及因介质交换性质不同而出现吸收、散射、折射、色散、偏振、旋反射和折射后光量子束是偏振光束。又如偏振片分子周围场质扁平分布，只让光量子束某些伸缩方向或方位的光量子通过，其它方位的量子通不过而被吸收，形成了偏振片后只有单一方位光量子束透射出来的偏振光。又如偏振光量子束入射到旋光介质糖溶液，每经过糖分子周围场质都使其作一定角度的偏转，从而溶液浓度愈大或经历路程愈长，光量子束方位偏转角度愈大，成为制造旋光仪器的依据。人的能动性还体现在对各种介质技术的条件控制，如旋光仪、偏振片、分光镜、浓度折光仪、光纤通讯等的基本技术。上述本质原理的合理能动的设计思维或可能可行的决断思维的技术根据。如《量子周变与工程技术应用》一文所述。 光量子束入射到分子周围两垂直方向交换场质密度分布不同的方解石后，分成偏振方向相互垂直而速度不同的两束偏振光，其它方位的光量子通不过被介质吸收，即出现双折射现象。固体介质中存在壳粒交换与场质交换，通常量子频率愈大，在介质中场质交换愈强，即出现正常色散现象。但是在某些介质的吸收光谱附近频率则出现反常现象，即壳粒（电子）交换对光子运行也产生影响，它们之间交换同步时易被吸收，此时若未被吸收，折射率为1。光子频率愈远离吸收频率，壳粒影响愈小，主要决定于场质交换。光子频率愈大交换愈频繁，即光量子平动能与变换能转化为交换能愈多，相应速度愈小，折射率愈大。如果存在绝对折射率小于1的状态或实现这类实验话，那么也是对超光速存在验证。 三、介质变动对光的影响 《光子波动新论》一文指出：由于光量子与介质交换作用，因此某些介质分子周围交换场质在外加压力、外加电场（克尔效应）、外加磁场（法拉弟效应）等作用下产生状态改变，影响着光量子束运动偏振状态和传播状态，可用此性质制造控制光量子束器件。液体介质主要通过场质交换联结成体的，通常比较均匀。固体介质主要是壳粒交换成体的，也存在内外场质交换，有一定交换分布和结构。不同介质交换分布、结构、性质不同，加上不同外部条件与运动状态可以产生不同的现象。人为地适当选择、组合、控制可创造出所需要各种产品。 光量子束在光纤中运动也会因为跟光纤介质分子周围场质交换而运动的。我们可用一束长短不等的粗玻璃纤维头整齐地捆梆在一起，手电筒从头部入射，用力甩一下，玻璃纤维尾部发出红光，用力再甩一下，玻璃纤维尾部发出另一种颜色的光，这样重复多次，产生前后不同颜色的光。这说明玻璃介质受力情况不同，其分子间交换场质结构分布和交换频率发生变化，只让光量子交换频率较一致或同步的量子通过，其它频率的量子被折射或吸收。 裴左早就做过流动水对沿其正反运行光线重叠实验，证实这两束光重叠的光干涉，而出现光谱移动现象，证明流动介质带动光运动。实际上证明光量子与介质交换作用，使介质流动引起对光量子带动作用。那么物体内原子、分子不规则运动，对光量子运行必然产生影响，它使光量子接近介质吸收频率首长反常色散现象。即频率愈低，愈接近粒子运动状态，速度改变愈大。光量子在介质表面或介质内分子碰撞交换而产生散射，并可递换出另外频率的光量子，递换中没受到外力，因此保持能量守恒和动量守恒关系，以解释康普顿效应和剌曼效应。另外可以设想相对光源作整体运动的介质对光运动的影响，这类影响的研究对宇航应有重要意义。 四、光的缠结现象 实物或光源周围不可能绝对真空，通常所谓真空是指无实物，包括气体在内的空间，但仍然避免不了场质存在，如万有引力场质或电磁场质存在。同频率、同相位、同方位，甚至同速度同步运动的光量子之间相当于相对静止，从而存在交换。这类场质的交换影响，是光出现缠结现象根源。光的缠结现象使两个或者更多个同步运动光量子中一个光量子量度、作用，也影响另外其它同步光量子状态称为缠结现象。缠结现象跟红移现象一样可证明超光速场质可能存在，磁场质、微波场质、无线电波场质、万有引力场质可能比光速更快，电场质速度可能在光速到极限速度之间。但至今还没有人真正做过比较实验。 究竟光快，还是无线电波快？这个实验相当艰难，主要是它们速度都太快，任何测量工具都跟慢速变换实物及其对光、电磁反应有关，很难做到测量条件完全一致。不过从红移现象和缠结现象可以间接证明比光速快的场质存在这一点。光量子缠结现象与光量子同步运动相干性密切相关的，使同频率两束光重叠的相位相同与相反交错在某屏幕上分布，相应地在屏幕上呈现干涉条纹。关于光的缠结和相干性现象将在量子计算机研制中获得重要应用。但解释缠结国内外有不少，能不能达到本质的认识而真正解释清楚的，尚未定论。从光量子缠结现象应用角度来看，同类的同步运动量子间相对静止的交换存在是比较本质的解释，这样不仅双粒子系统可以实现，而且在同类同步运动的多粒子系统也可以实现。近距离可以实现，远距离也可能实现。 在发表此文后，读到刘武青网上发表的光源旋转效应实验及《刘武青先生与陈叔瑄先生写的文章的摘要》一文，光学上意义是重大的，在这里有必要作为应用实例进一步讨论。这个效应实际上是光子通过旋转运动介质所产生的现象，文中提出“光可以让光电池产生电流，光通过旋转透明介质，对光电池产生的电流及光压力、光波长、光强度等等光学数据，与光通过此透明介质静止时的光学数据不相同的现象称为光源旋转效应”。“光的多普勒－斐索效应是光源对观察者的距离是远离或靠近，光源旋转效应是光源与观察者的距离基本不变。因此，两者对比，除了频率的变化特征有区别外，光的强度变化也可以看到区别，在运动速度匀速条件下，多普勒－裴索效应对观察者来说，由于有远离与靠近两种状态，光强度有减小或增强两种情况出现，在转速匀速条件下，光源旋转效应对观察者来说，光的强度是固定值”。这是因为光量子与介面、介质交换，并随介面、介质旋转运动，散射光量子部分转化或递换为交换能与旋转能，光量子变换能随旋转加速而减少，相应频率降低，反之光量子变换能随旋转减速而增大，相应频率提高，匀速旋转而频率变换固定。实际上介质介面运动不仅影响散射光量子频率、波长、强度，甚至影响相位、方位（偏振）等状态。 参考书： 1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》陈叔瑄著厦门大学出版社1994年出版 2、《物性理论及其工程技术应用》陈叔瑄著香港天马图书有限公司2002年出版 3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》陈叔瑄著福建教育出版社1994年出版 4、《光子波动新论》陈叔瑄著《科学(美国人)》中文版 1999年7期

chenshuxuan · 发表于 25.12.2005 10:41:17

量子周变与光仪技术应用 陈叔瑄 十七世纪就有光的牛顿粒子说和惠更斯波动说之争，光有些现象只能由粒子说解释，另一些光的现象只能用波动说解释，相持不下。电磁波发现之后，又将光归结为电磁波，这样便把无线电波、红外线、光辐射、Ｘ射线、ｒ射线等作为不同波长的电磁波。但在十九世纪未热辐射问题上存在严重困难，迫使普朗克放弃波动说，提出能量子假说解释了热辐射现象，接着爱因斯坦用光子说解释光电效应。玻尔又将量子观念与氢原子结构联系起来，建立量子论并解释氢光谱现象。经过许多科学家努力，形成了较全面解释光谱现象和化学现象的量子力学。这种粒子与波动争论一直延续到今天仍未解决，以至只好让其共存，即所谓光的两象性，缺乏光两类现象的内在本质联系。 《光子波动新论》就是在此背景下提出的新理论。从光技术应用角度来看，光或激光源发射及其在介面、介质中运动性能没有正确的解释或没有明确本质模型，许多应用仍处于盲目状态。由于光量子是元素原子壳粒轨道跃迁所发射的，并以周期性变换高速运动的粒子。宏观物体内大量原子可以连续辐射不相干（光量子即使频率相同，变换相位、方位有所不同）的光量子束。只有经光滑介面相位、方位调整才构成相干性光束。激光源本身就具有自行相位调整的介面作用谐振腔，因此激光源辐射的是相干性光子束。不仅光的本质模型原理在学术上解释和技术上应用更为合理，而且在技术上性能组合和条件控制应用原理也是原光学及其应用所没有建立的新技术原理。 一、光学动态和新解释应用 《光子波动新论》【２３】一文指出物质极限状态是平动能等于总能，此时物质运动的极限速度等于光速的１．４倍。但趋匀原理又指出平动运动的各向机会均等，即必存在正反向运动，并转化为涡旋运动。磁场（场质涡旋）或电场（场质平动）周期性变化，且量子磁性变换方向与速度垂直才能保持量子对称的稳定性。从而涡旋物质往涡旋面两侧延伸，形成垂直速度并随速度周期性伸缩的偏振状态。涡旋与部分平动周期变换构成周期变换能，加上以光速运动的平动能为量子总能。从而提出光子平动与涡旋周期性变换原理，介面对光子束相位和方位调整原理，不同结构介质对光子束交换方式不同原理，以解释光学现象。 １、光源辐射 光源是由不同的元素构成的，所发出的光束颜色和强度不同。如通过水银灯、放电管、燃烧金属盐的火焰等光源的光谱是不连续的，在黑暗背景上有若干明亮条纹所组成的线光谱。线光谱是由化学元素在气体或蒸汽状态下各元素原子壳粒跃迁辐射产生的。每种元素产生自己特有的光谱线。如粘有食盐溶液的石棉放在酒精灯的火焰中燃烧时，食盐分解后出现一明亮黄色钠谱线，波长０．５９微米。类似方法可得锂的红色光谱线，波长０．６７微米和另外几条黄光谱线。钾的红色和紫色光谱线，波长分别为０．７７微米和０．４０微米。有的元素线光谱有很多条，甚至达上千条，如铁光谱。 《原子壳层新论》指出气体元素原子是独立的，原子外层壳粒与核交换整数倍的那些特有的轨道或能级，使其外层跃迁到里层能级辐射线光谱。分子由于元素原子间壳粒交换使原轨道略变，加上同元素原子量统计性质，构成在单一原子光谱线左右密密麻麻线光谱，即带光谱。灼热固体或液体原子间靠壳粒交换或场质交换而连结成体的，各原子壳粒所处位置、运动和交换状态各不相同的，即同元素原子同一能级变成多种多样（等价于量子力学的微扰），从而壳粒能级跃迁能量子差别较大，构成所发射出光谱是连续光谱。在连续光谱辐射背景下若有某种元素气体或蒸汽就会出现吸收的暗光谱，精密测定这些光谱线可以用来分析物体中化学元素。许多新元素，如氦、铷、铯、铟等就是利用光谱分析方法发现的。 光量子主要来源于天体高度浓缩与弥散交换微旋化中产生的，辐射的量子各种频率都有，通常是连续光谱，而且温度愈高愈往紫色分布。由于天体周围存在的元素原子吸收某些光量子，而出现暗线光谱。原子吸收量子壳粒能级跃迁，当其再跃迁回去时，则辐射光量子。真空中运行的光量子只包含平动能和周期性变换能两项能量的稳定粒子系统，其速度是稳定粒子的极限速度。当光量子运行于愈来愈大的真空无限空间，变换能逐渐转化为平动能，即转化为连续场物质，它是远距离天体红移本质。它与引力场质构成天体的能量交换和变换基本方式。从而量子不可能运行到无限远处，这正是为什么天空无限多个天体而不会白茫茫一片的缘故。 自然光之所以是不相干光，波动说难以解释，它说明一个个独立原子辐射，即使频率一样，光量子间周期变换能相位和方位也不可能一样，因此光束叠加也不可能有规则地构成相干条纹。即使单色光源各原子辐射也不可能相位和方位一致，出现的是不相干光束，这就是自然光不相干原因。辐射可分为原子核级、内壳层级、外壳层级、分子级、物体级、天体级的辐射，光量子束是属于原子外壳层级的辐射。热是物体分子不规则的能量子传递，当这类能量子从物体中辐射出去，则构成红外线，但它们属于分子级的量子，很易被分子吸收。 ２、介面介质对光子运动影响 光量子以某一角度入射到光滑介面时方位和相位的调整作用，使反射光量子相位和方位偏转成较一致的偏振光束，可把不相干单色光束调整成相干的偏振光束。介面的反射光束通常构成相位和方位较一致的偏振光。对于不同物体介面情况产生不同现象，如光量子束入射到不光滑介面则产生散射或漫射，不会形成相干光束。如物体对不同光频率吸收，而未被吸收的光在其表面散射而出现一定颜色的物体。又如有的物体介面原子或分子壳粒对入射光量子吸收后递换出另一量子，并满足能量和动量守恒的康普顿效应。再如有的光量子入射到某些金属表面壳粒吸收并脱离表面，构成带电粒子流的光电效应等证明光的粒子性。 光纤传输实践中发现的新现象之一，如１９９７年路透社伦敦６月２６日电告，瑞士科学家发现光粒子以某种方式在１０公里的距离相联系的证据。日内瓦大学吉欣和他的同事制造成对的光子，并将它们在两条分开的光纤上输出，其结果它们在到达１０公里时分开了，测量一个光子也影响另一个光子，这意味着它们“纠缠在一起”。巴黎大学阿斯佩特等首先证明，确实发生过这情况，但是发生在相距是超过几米的粒子中间得到证明。１９９８年１０月２２日美国有线新闻电视公司报道，美国加利福尼亚州的研究者在实验室里成功地进行了一束光的远距传物实验。该项实验是根据已知物质的光量子“缠结”特性而进行的，两个被远距离相隔的原子竟然有如孪生子，它们的特性相互影响。 对于单纯元素固体、液体介质的原子或分子间交换场质通常连成一片的，一原子或分子状态改变可以通过介质交换场质传递到物体的其它部分，尤其低温超导状态原子场质交换遍布更远的介质。对于同频率同相位同方位两光量子在单纯介质中运动，两光量子分开后，一光量子若对原子作用而改变状态，通过介质场质交换传递，也会引起另一光量子在同类原子作相应状态改变，即所谓纠缠或缠结在一起的现象。这类成对纠缠光量子在单纯介质光纤材料中运动的一定距离内可一直保持着交换场质同步联系。这些实验事实证明成对光量子在光纤介质中运动，部分平动能转化为与介质交换的能量，这种交换场质运动状态可在介质中交换传递或递传而构成纠缠光量子现象。 二、光器件技术应用原理 元素原子光谱决定于其外壳层粒子与原子核交换整数倍才具有稳定运行轨道，使壳粒在稳定轨道间跃迁才产生量子辐射和吸收的原子结构，且光量子是具有周期性变换的高速运动粒子。巧妙地利用不同元素原子具有不同的轨道分布和跃迁辐射光谱辨别物体内元素成分的光谱分析与激光形成的量子周变原理。介面对周期性变换光量子的相位、方位调整和折、反射规律广泛应用于介面、透镜等及其性能组合而成的仪器设备，称为介面器件性能组合原理。不同介质对光量子交换性质不同而产生的各种现象，如色散、偏振、旋光、双折射等的介质，对介质条件控制来设计产生所需要的现象，称为介质条件控制原理。 １、原子光谱及其量子周变原理 原子光谱及其量子周变原理是实现各种光谱分析和光学仪器设备设计制造的基本原理。一般根据人类各种的需要而想方设法设计制造仪器设备，甚至为此创造发明某些仪器设备。原子结构及其光谱、分子结构及其光谱、黑体辐射律、光电效应、康普顿效应等都是对量子存在的验证，而只要认识光量子与频率关系式本质仍在于量子状态的周期性变换和跟介质周期性交换理解，就不难理解量子束的波动现象。经过介面相位调整的两光束叠加就会形成干涉现象，从根本上解决量子波动问题，而不是将光的粒子性和波动性硬凑合在一起所谓光的两象性。 不同实物由不同元素原子或分子组成的，不同种类原子或分子所辐射或吸收的量子不同，即具有各自不同辐射或吸收光谱。可用光谱来辨别实物的元素原子和分子的组成，它成为物体元素分析基本手段和方法。原子是以其周围壳粒数目和分布不同来分类的，周围只有一个壳粒为氢元素原子。周围两个壳粒的原子为氦元素原子，以此类推，按元素周期表列出相应壳粒分布的原子类型元素。同元素因原子质量略有差异，使该元素光谱线有一定宽度。 原子外层壳粒以交换整数倍的允许轨道或能级上运动，可用正比于１／ｒ２来描述，不过半径ｒ只是一些允许值，分别用ｋ、ｎ表示不同轨道的量子数，当壳粒从一个允许轨道跃迁另一低能级轨道，则辐射量子。量子能值为 ｈν＝Ｒ’（１／ｋ²－１／ｎ²） 其中Ｒ’为允许轨道与半径平方比例系数。ｈν高能级轨道跃迁到低能级轨道所辐射的量子能量。称为原子辐射和吸收量子的光谱本质规律应用开发原理。 量子平动能一部分与涡旋能周期性变换构成了变换能，那么量子总能等于平动能与周期性变换能各占一半之和，即 ｍｃ²＝ｈν／２＋ｍｃ²／２＝ｈν ｍυ＝ｈν／ｃ＝ｈ／λ λ＝ｃＴ＝ｃ／ν 其中λ为量子运动途径上周期变换相邻峰值间距离，称为波长。Ｔ为量子变换运动周期，ν为量子运动变换频率，ｃ为量子平动速度。光量子周期变换律是量子一切现象产生和应用的根源，以及激光源形成的基础。 ２、量子变换调整组合原理 《光子波动新论》指出宏观物体的原子间质量存在差异，所辐射的量子频率也存在差异，并且量子相位、方位是随机的，只能产生不相干的光束。由于量子入射光滑介面后反射或折射的总能不变性，而量子入射时动能改变量是不同的，只能通过光滑介面的作用时间来补偿，即起了相位、方位的调整作用，使反射或折射光束量子相位、方位较一致。 ΔΕΔｔ＝υΔｍυΔｔ＝ΔΡΔι ΔΕΔｔ＝ωΔＪωΔｔ＝ΔΝΔθ 表明光滑介面对量子束起了相位和方位调整的作用，称相位和方位调整原理。 经过光滑介面相位调整后的单色光量子束在空间上的状态是周期性变换，因此用固定参考坐标系来描述周期性变换状态，这个周期性状态函数的平方实际上是某能量密度波函数或量子束在指定坐标系一点上某时刻的亮暗（即浓缩密度）程度。介面调整后光子束一坐标点上一时刻以同一相位的能密度状态（即亮暗程度）为 Ａ²＝Ａ。²Ｓｉｎ²２π（νｔ－ι／λ） 其中Ａ２为某能密度或亮暗程度。它是干涉仪设计的根据。 反射律为入射光束与反射光束在同一平面上，入射角等于反射角。反射光束的光子方位被介面作用调整为较平行于介面的偏振光束。如果点光源照射到面的各点反射线的延伸则构成平面后的光源象，其距离跟光源到平面距离相等，光源换成物体的情况一样。反射线成象广泛应用光学仪器设计制造。 折射率大小决定于入射真空速度对介质折射速度之比，即 ｎ＝Sｉｎａ／Sｉｎｒ＝ｃ／υ 其中ａ为入射角，ｒ为折射角，ｃ为光速，υ为光子在介质中运动速度，因部分平动变换为与介质的交换能，从而速度变慢。如果上述观念正确，涡旋（磁性）方位不规则入射光子束，在介面上以不同方位角度进入介质，速度及其角度略有差异，即折射略有差异，使折射光子束变粗些，以证实上述观念。 连接点光源和球面镜曲率中心的直线称为球面光轴。光源的光束入射到球面镜可在镜后反射光延伸线成象，近光轴球面镜成象的公式为 １／ａ１＋１／ａ２＝２／Ｒ 其中ａ１和ａ２为球面镜到光源及其象的距离，Ｒ为球面镜的曲率半径。点光源的光束通过透镜表面曲率中心的直线为主光轴，主光轴与透镜两表面重合交点成一点称为光心，薄透镜公式为 １／ａ２－１／ａ１＝（ｎ－１）（１／Ｒ１－１／Ｒ２） 其中ｎ为透镜材料和周围介质的绝对射率，Ｒ１和Ｒ２为透镜前后表面的曲率半径，ａ１和ａ２为沿主光轴从透镜光心算起到物体和其象的距离。 若入射到薄透镜不是点光源，而是平行光束，那么经透镜折射和反射，光束在其后聚焦于一点，该点到光心距离称为焦距ｆ。 ｆ＝１／（ｎ－１）（１／Ｒ１－１／Ｒ２） 该透镜与眼球适当配合可构成放大的图像。光量子束在光滑介面上相位、方位调整和折、反射是光器件组成和应用的基本方法，并用几何图形作辅助设计。它是光学放大镜、望远镜、显微镜等仪器仪表设计和制造的基本根据。称为光学器件性能组合应用原理。如望远镜、显微镜、干涉仪等就是利用各种玻璃凸、凹透镜、平面镜等介质介面对光量子交换作用引起的折、反射性质巧妙地组合。 ３、介质条件对光束控制原理 应用光量子与实物介质的交换作用出现各种现象，不仅是了解光束性质基本方法和手段，而且也是揭示和了解实物，特别交换场质某些结构、性质、状态的重要方法和手段。光子束所通过的各种各样介质，对光子交换和运动影响是各式各样的，并出现吸收、散射、色散、双折射、偏振、旋光、激光等现象，它们必跟介质性质有关，采用量子与介质交换理论不仅可以解释上述现象，并可推出由于量子与介质交换，介质运动必定带动光子束运动，证明介质与光量子存在交换作用。 如果采用激光与介质交换传递作用，可以更深刻地观察偏振、旋光、散射等现象，并可以应用这种介质交换作用获得更丰富的光学现象和设计光器件组合的仪器设备。称为介质对光束状态条件控制原理。例如利用液体浓度不同折射率不同或光束从光密介质入射到光疏介质液体全反射不同控制条件和光器件、电器件性能组合两原理设计研制折光检测浓度仪。 某些物体介质制造光量子器件，用电性或磁性控制光束的通断或大小，甚至利用激光器件实现光量子束的放大器件。利用某些固体材料或半导体材料性质，可制成类似电的微器件和线路组合的光量子运行器件和光路组合的芯片和各种各样的激光器、调制器、光开关、光放大器、滤波器、偏振器、分路器、探测器、光波导、光栅、光盘等集成器件。这些光芯片和器件可以重新组合成各种光的仪器设备。光量子束在透明度高和吸收率低介质的光纤中场质交换和移动，通过介质控制光量子束强弱和通断时间长短（用以表示信息代码和信号）并在光纤中传播，在接收端获得相应的信息。现已研制出光信号放大器件，可实现全光通讯。光纤中分子周围交换场质引导着光量子流运动。 三、光器件设计应用方法 光不仅是观察、测量、研究天体和宇宙的基本途径，而且是观察、量度、研究微观世界的重要途径，如元素原子的结构与线光谱密切相关。如果扩大到红外线、微波、电磁波观察可以获得更多的天体和宇宙的信息，以分析了解天体和宇宙体的运动状态和结构属性，扩大天文知识。同样地深入到紫外线、ｘ射线、ｒ射线观察和配以其它实验观察，可以获得更多的原子壳层、原子核内部结构和运动状态的知识。因此天体发光和实物光源、原子光谱等跟元素成分、距离、运动状态密切相关的，而且光在介质中或介面上运动状态变化也跟介质内外结构密切相关的，是了解物质结构重要途径。可见，光新原理可用以理性解释新现象和工程技术实性设计应用重要部分。 激光不但在工程技术中应用具有重大作用，而对理论研究上也具有重要意义。如一种利用单个原子的能量的新型激光器揭示出光是如何与物质相互作用的。从单原子激光器获得知识，可以加快微腔半导体激光器的开发（这种微型激光器有朝一日可能用于建造光学计算机）。许多科学家相信，如果他们能够操纵光子发射的基本过程，他们就能够大大提高半导体激光的效率。单原子激光器有可能揭示量子世界的奥秘而帮助科学家们掌握这一过程。我们甚至可以利用单原子激光器观察中性粒子的运动状态。 １、光器件设计方法 光学器件和仪器设计方法步骤，尤其创新项目设计，首先根据项目的目的要求和任务指标开展设想方案，在头脑中搜索已有的理论或实践知识、原理、规律等可能用得上那些部分，找不到就进一步搜索有关的图书刊物等其它资料中可能用上的知识、原理、规律等部分，找到后可以确定一个或若干个设计方案。如果找不到所需要资料，就要重新开展另一些设想，重复上述过程。再不行可以根据设想进行寻找新原理、新规律的实验或可能性、可行性试验，也许需经过无数次实验或试验才找到可行设计方案。光学器件及其组合成仪器设备的设计方案少不了借助草图或图纸帮助设想，方案确定之后才进入其次技术设计，绘制技术结构原理和计算精确的图纸，再次的施工设计，并绘制加工、制造、组装图。 如果原理或规律是解释自然现象理性推理思维的普遍性依据，那么原理或规律又是设计人造产品的实性设想思维过程的控制或组合应用依据。因此《物性论》原理不仅是解释自然基本现象和规律的普遍原理，也是应用于人造产品和变革物种的能动或灵巧设计的合理性原理根据。光量子本质及其与介质、介面作用规律或原理则成为光学仪器或光电仪表仪器设计的合理性依据，如光与电关系和规律应用于《折光检测浓度仪》的设计和研制过程中，即利用光量子流全反射的不同角度所照射光电池面积不同，所产生的微电流不同来检测全反射角度，即间接检测黑液浓度。表明人造产品设计和研制中应用理性原理的重要意义。 根据造纸厂黑液浓度检测迫切需要提出研制黑液浓度自动检测仪器。在缺少信息情况下，技术人员想到利用不透光黑液浓度的折射率跟入射介质密切相关的特点，选择采用从光密介质入射到光疏介质，折射角比入射角大，到了一定程度则构成了全反射。对于同一光密介质和同一入射角，对不同密度黑液浓度的光疏介质的全反射角度不同，从而可以由不同全反射角度对应的量子束数量来测定黑液浓度。这样只要找一个适当光密介质，如石英等作为黑液管道全反射窗口，收集全反射量子束数量来测定黑液浓度，并以此原理设计检测浓度光量子器件，成为解决难以在黑液流动管道测试的难题基本途径。并以此设计研制浓度检测仪器。 光量子束若从光密介质到光疏材料入射则构成全反射，不同浓度流动液体折射率不同，所产生的全反射角不同，利用这个原理，可制成如《折光检测浓度仪》。浓度折光仪就是利用流动介质全反射条件控制来研制的，光量子束经光密介质入射到流动的造纸黑液全反射角度不同来量度的。通过造纸黑液浓度不同对光量子束折射或全反射角度条件不同来检测黑液浓度，光对黑色的流动碱溶液无法透射，加上流动的，因此只能应用全反射办法来检测，据此原理设计研制黑液检测仪器设备，研制设计过程中查资料，并通过大量耐心试验和数据记录，选择较佳的全反射石英材料作光密介质。如《折光检测浓度仪》指出那样。 ２、光器件应用决断方法 《折光检测深度仪》实际上是通过一系列试验可行性基础上论证性决断思维过程来找到合适方法来解决黑液浓度测量的问题。测试变换结果需要显示，甚至需跟调节器、运算器、执行单元、记录仪等自动化单元器件连接，而需要产生电信号。光信号与电信号间矛盾如何解决，即如何将量子束信号转化为电信号，并显示或产生自动化标准信号而构成自动化仪器仪表的变送器，以便加入到自动化测试和控制过程。因此试验、调试、测量计算是决断重要方法。全反射光子束转化为电信号途径很多，不过为了能够不同全反射角度对固定位置平面所照射光子数量是不同的，因此选择光电池的平面作为接收光子束的器件，照射面积愈大，电流也愈大，再经过适当直流放大，便可获得相应的电信号。电路采用的是直流运算放大器和整流稳压器，将光电池得到的微弱电信号，放大到自动化的标准信号。如附录《折光检测浓度仪原理》一文所述。 技术项目是根据可能性、可行性进行分析决断的，而可能性、可行性条件通过辩证推理和矛盾分析方法获得的。如分析那些是可能与不可能因素，那些是优势与劣势的形势，那些是已具备与不具备的条件，那些是有利与不利的情况，那些是优点与缺点方面，那些是成熟与不成熟的根据，那些是可行与不可行实施等矛盾对立面条件分析做出决断。有的通过试验等将不成熟不利因素转化为成熟有利因素，那些不可行的可通过分时期、分阶段、分局部分逐步创造条件转化为可行实施。每步每部分实现的积累，以最后达到较全面、全部、整体上取得胜利和成功。而技术本身则通过观测数据、技术试验、调试等手段方法来达到的。 ３、光器件应用执行方法 光器件生产通常由专门光学仪器工厂按设计图纸制造的。光器件及其组合仪器设备的设计方法可借助于图纸绘制，可以从粗到细，从整体到零件逐步实现。最后必需得到器件精确尺寸结构、加工、制造、组装的技术图纸，以便生产实施。有的数量不多，又特殊使用的仪器设备，如某天文台特殊设计的望远镜，将设计加工图纸送往有专门技术加工能力的厂家分别加工制造，然后组装起来的，《折光检测浓度仪》全反射部件研制过程。有的是社会大批量需要的通用望远镜、显微镜及其它仪器设备就得由专门的工厂生产。 由于光量子周期性变换和介面相位调整性能，不管干涉和观测仪器，还是其它仪器，介面磨光技术是最基本的工具和光学技术。光学器件重组性技术包括材料介质、介面、边缘对量子束作用的基本原理指导下进行性能重新组合器件，以产生更复杂有应用价值的现象。光器件还可跟电磁传输、机械运动、物态变换、化学材料等进行内部或外部组合而构成各式各样产品，如《折光检测浓度仪》产品研制。这样可以充分发挥人智慧能动性创制出宇宙无法自然演变而成的人造产品。包括元素原子辐射组合所构成的光源和激光源，光子束介面组合所构成的光学仪器，通过介质控制光束设备等的生产制造。 四、光器件应用类型 二十世纪初爱因斯坦指出原子中的电子从高能级向低能级跃迁时，除自发辐射外还有受激辐射，为激光理论打下了基础。到了四十年代未，许多科学家研究微波波谱学，电磁辐射与各种微观粒子系统相互作用，并制出相应器件。在理论和技术实践上为激光器发明准备了条件。五十年代美国据此原理制成第一台氨分子束微波激射器或量子放大器。随着生产和科技的发展，科学家进一步探索新的性能优异的光源，把微波激射器与光学、光谱学的知识结合起来，如肖洛提出“莱塞”的设计方案与理论分析，并预言了激光的相干性、方向性等性质。六十年代终于成功制造出红宝石激光器。以激光为光源的激光束在光纤中通讯技术应运而生，解决了光源和传输介质的两方面技术难题，为激光通讯发展奠定了基础。 １、光源和激光组件类型 光在技术应用的最多的是光热与光电变换的光源，除了直接应用燃烧发光外，现代的大量光源是通过电变换而来的，如白炽灯、日光灯、霓虹灯、电炉和各种各样光源，通过壳粒在材料中移动并形成壳粒跃迁而直接或间接辐射出量子流，不同材料壳粒跃迁强度和颜色不同，可用来设计制作各式各样霓虹灯或日光灯或其它光源等。通常采用电子，即壳粒脱离原子所形成暂时交换不平衡的粒子，去打击充气的原子而辐射出量子流，即发光来照明。充气的元素原子种类不同，则产生不同颜色的光源。用设计或试验办法配上若干种一定比例元素原子充气，可以产生接近太阳光的光源。 导体的原子通以直流或交变电流可以使壳粒跃迁到一定能级轨道上运动，交变频率愈高和强度愈大，脱离原子核的壳粒，即电子愈多愈杂，产生的光愈近连续光谱。交变频率提高，可以使壳粒变换频率提高，相应动能提高，有利于产生连续光谱，并更接近太阳光。因此提高交变电流频率是改善光源重要的途径之一。不同频率的壳粒或电子入射到特有荧光屏，所打击出来量子频率不同，即产生不同颜色，三束不同频率壳粒束或电子束入射到荧光屏，可打击出三种频率的量子束，其叠加的结果则产生彩色。广泛应用于彩电的显示器。 多数激光源的应用，无论是精细的眼外科还是切割工件可用激光器产生强的光束热量来加工的，即一般光束入射到固体表面吸收光量子生热，而使其分子提高速度到脱离周围物体而起吸热切割作用。但若入射到某些固体激发到一个特殊的量子态，它还要吸收内能的小能量才跃迁到允许状态，即吸热过程，起了激光致冷作用。如强红外光照射在掺有镱元素的超纯玻璃条上就可实现激光致冷现象。这是激光被吸收后再加上固体内热传导量子，才有足够能量跃迁到更高允许能级，产生吸热的现象，甚至可达到极低温状态。激光应用愈来愈广泛，甚至可以用来测试元素原子、分子等各种微观粒子的运动状态，设计这类设备工具潜力很大。 半导体激光器具有微型化、电注入、高效率、低功耗和可直接调制等优势，尤其是电注入泵浦方式便于把光器件与电器件组合起来，甚至集成为光、电器件。半导体激光器为基础的光纤通讯技术正以几个数量级水平提高和扩大单线通讯的容量，为信息化技术奠定强大的基础。激光具有很好的方向性、相干性、集中性（发散角小），亮度大大超过任何光源，可做到比太阳或其它星体还强的光量子密度。同时提高了非线性光学效应，使激光连续调频、倍频参量放大相位共轭和光弧子传输等技术得到迅速发展。这样就有可能光器件和光线路组合成的设备功能不亚于电微器件和电路组合的设备功能。 ２、光学仪器工具类型 介面对光束作用除应用于牛顿环干涉仪和光栅衍射仪等技术外，还可应用某些材料介面加工制成各种形状透镜，如平面镜、凸透镜、凹透镜和反射镜等，这些透镜适当组合可以构成放大镜、望远镜、显微镜、照相机和其它仪器仪表等基本观察工具和仪器设备。 透镜使平行光束在透镜的两个介面折射后聚焦在一点上，在焦点后面出现倒像或放大的像。由于介面具有相位调整作用，不同频率周期性变换的量子束经介面后对介质所形成的交换频繁程度不同，通常频率愈大交换愈强，即在介质中速度不同，使介面的折射角略为不同，出现色散现象，如分光三棱镜。用此技术可以重组成色谱仪之类仪器仪表。色谱仪是由并行光管透镜、色散棱镜、照像机等巧妙组合设计和制作而成的仪器。 一般情况下，可见光量子入射介面被反射或散射，不产生量子递换。但光量子能量较大时，在介质表面散射方向上可递换出能量较小的量子，且按动量与能量守恒原理计得散射角度愈大所递换出光子能量愈小，与材料无关，只与轻材料表面介面散射角度有关，与介质材料无关的康普顿效应。二十世纪初印度喇曼用汞灯光经狭缝照射苯溶液，再经三棱镜折射后到照相底片上。如以单一频率的Ｘ光入射，在底片上只应观察到一个光斑，可是喇曼发现，在明亮两旁，各有一系列很弱光斑，出现比汞本身更多谱线的喇曼效应。这个效应证实了Ｘ光量子通过介质内部粒子交换中递换出另一些量子，并跟介质材料性质有关。 相干光量子束分离在流动液体中不同方向的光束叠加的干涉条纹移动，证明介质对光量子的交换作用，如裴左实验是光子束沿流动介质正反运动后叠加则出现干涉条纹移动的现象。观测和了解流动介质对量子流各种现象的影响，可以应用介质流动速度来控制这些现象，如光量子在流动或运动的介质中必定产生一些不同静态介质下的散射、色散、折射、偏振、旋光、激光等新现象。由此推出如偏振光子束通过流动的旋光溶液，其旋转过角度跟溶液流动方向和速度应有关，以测量介质液体流动速度，也许可综合重组设计某些观测的仪器仪表来量度介质或光量子流参量属性，甚至应用于天体某些参量测量，并进一步验证上述理论。估计流动介质巧妙应用于综合重组性观测仪器仪表研制潜力很大。 量子流通过硝苯液体具有透明的平行平面壁的管内装入两板状电极，然后加一较大电压。当两块板状电极之间通过单一方位偏振光量子束时，可以观察到该光量子束在某一方位上量子数目随所加电压大小而变的，这个效应称克尔效应。表明在外电场作用下某些实物介质交换场质分布和强弱改变，并影响着量子流交换传递。可利用这个效应来控制某方位的偏振光数量。有些介质，如石英玻璃、石油等在磁场中会使光量子束偏振方位发生偏转，且磁场愈强偏转的愈多，这个效应称为法拉弟效应。进一步证明外磁场对这些实物介质交换场质分布和旋转影响，用此可以通过外磁场控制某方位的偏振光量子数目，这些原理是设计制作光有关的仪器仪表的基本依据。 ３、光变换和通讯类型 不同频率或能量的光量子在各种长度粗纤维中运动，若这些粗纤维头捆绑在一起，入射到粗纤维头的白光可经粗纤维介质交换传递。当用力甩了一下，粗纤维内交换场质分布或吸收频率变化，只选择跟某些不被吸收的光量子频率交换传递，而其它频率被吸收或从侧缘辐射出去，尾部出现某种颜色的光。再甩一下交换场质分布或不被吸收交换频率又改变，选择另一类频率光量子交换传递，尾部变成另一种颜色的光。但甩了一下，粗纤维介质交换递传分布或交换频率又改变，使粗纤维头吸收和色散引起变化，相应尾部颜色变化。其它场质如磁场和电场作用于某些介质也会影响介质的交换场质的分布和交换传递性能。 可以利用不同介质对光子束交换所产生各种现象，来控制光子束的状态及其现象，如偏振仪、旋光仪等。甚至可以设想利用运动的介质所产生的现象来开发研制或创造某些新功能的仪器设备，如利用裴左介质运动所产生的光子束干涉条纹移动程度来测试流体速度。还可以通过光子束流动的旋光溶液、偏振光溶液和其它介质运动快慢引起的现象来创造各种需要的观测仪器工具。 声音或其它信息也可通过某些材料和方法变换成电信号，由电传输到很远的地方，再由电信号变换回声音和其它信息。如已经广泛应用于电报、电话、传真、广播、收音机、电视、移动电话等。还可以将声音或其它信息变换成光信号，再按光的传输方式进行传输，到达目的地再变换回声音或其它信息。尤其计算机多媒体应用，使声音数字化，不但方便传输，而且方便于存储和保存，声音变换和识别技术已有很大的进展，成为计算机软硬件重要的发展。 现代还可直接应用光纤传输图像和声音变换的光量子流，中间虽使用光电变换和电放大控制，仍然属于光的介质传输技术。这类变换、传输、控制技术设计和制作是光与介质相互作用关系和规律的重要应用。利用光电效应、克尔效应、法拉弟效应等可以将光信号或图像变换为电信号，再由电传输到较远的地方，变换回光信号或图像。用电场控制偏振光束通断或通过数量的克尔效应器件和用磁场控制偏振光束断或通过数量的法拉弟效应器件是目前光纤通讯重要器件。目前正在发展全光通讯系统，直接利用光纤传输和光放大、光存储器件等。 中国于七十年代开始建设微波、同轴电缆、卫星通讯、光纤通讯等现代化通讯手段。微波线路几乎承担了全部广播、电视传输、报纸传真和相当一部分长途电话、电报业务。卫星通讯承担了绝大部分国际通信业务和电视转播。光纤通信已在许多城市电话和计算机网络上应用。光纤比头发丝还细，包上塑料外套，并把多根光纤捆成光缆，再在外面加上防护措施，以便投入使用。光纤通信频带宽、通话路数多、损耗少而愈来愈广泛应用于通讯事业上。此外光纤技术还应用于检测和传感等方面，如利用光纤做成光纤陀螺仪、光纤加速计、光纤磁场传感器等。这些实践出现的新现象都需要进一步解释。 参考文献： 1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》陈叔瑄著厦门大学出版社1994年出版 2、《物性理论及其工程技术应用》陈叔瑄著香港天马图书有限公司2002年出版 3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》陈叔瑄著福建教育出版社1994年出版 4、《光子波动新论》陈叔瑄著《科学（美国人）》中文版1999年7期

追风者 · 发表于 28.12.2005 12:30:17

晕，这是要作什么啊，讲座？

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