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质能论－非狭义相对论前提的质能论
质能论－非狭义相对论前提的质能论
陈叔瑄
爱因斯坦相对论重大成果之一是得出质能关系式，关于质能关系来历及其争论暂不作分析，这里只从物质不灭定律，能量转化守恒定律、能量叠加原理、质能关系统一出发，引进一条必要假设：物质是连续的、可入（可叠加）的，运动的且不灭的。而质量与能量是物质量的量度与运动量的量度，两者在量值上成正比的。其数学表达式为
Ｅ＝ｍｃ²
其中Ｅ表示系统能量，ｍ为系统质量，ｃ²为正比例系数。这条假设称为质能关系原理。
这条假设前半段定性地阐明了物质普遍而本质属性是连续性、可入性（可叠加性）、不灭性及运动变化性。它的实验基础是物理上能量转化守恒定律，质能关系式和化学上物质不灭定律。至今还没有什么实验动摇过这个基础。后半段假设定量地表示物质与运动的基本关系。
一、质量与能量守恒定律
一个孤立系统由许多质量ｍ1、ｍ2、ｍ3、ｍ4、……ｍｎ的ｎ个子系统所组成的，根据物质连续性，可入性（可叠加性）假定，那么系统总质量为。
ｍ。＝ｍ1＋ｍ2＋ｍ3＋ｍ4＋……＋ｍｎ＝∑ｍｉ
总质量ｍ等于各子系统质量ｍi之和。实际上，该式可更普地表示系统内各种物质形式质量ｍｉ叠加结果，且可相互转化的。由于物质不灭性，孤立系统总质量始终保持不变的。
Δｍ。＝Δ∑ｍi＝∑Δｍi＝０
Δｍｉ表示系统内某种物质形式质量改变量。若其只有Δｍｉ与Δｍｊ改变，而其他都不变，那么
Δｍｉ＋Δｍｊ＝０ 或 Δｍｉ＝－Δｍｊ
由于物质连续性可入性，系统中任一点可用质量密度表示之，该点总质量密度应取该点为中心的小体积ΔＶ所含质量为Δｍ，当ΔＶ－> ０时单位体积所具有质量称为该点质量密度
ρ＝Ｌｉｍ Δｍ／ΔＶ ＝ｄｍ／ｄＶ
ΔＶ→０
＝ｄ∑ｍｉ／ｄＶ。＝∑ｄｍｉ／ｄＶ＝∑ρｉ
若将前式乘以质能正比例系数ｃ²，则
Ｅ＝ｍｃ²＝ｃ²∑ｍｉ＝∑ｍｉｃ²＝∑Ｅｉ
其中Ｅ是系统总能量，Ｅｉ是各种物质形式所相应的运动状态或能量。更确切地说不同物质形式实质是不同运动形式、状态或能量的反映，该式表明了系统总能量是系统内各种能量叠加而成的，称为能量叠加原理。
对于孤立系统内各种能量之间可相互转化且守恒的
ΔＥ＝Δｍｃ²＝∑ｃ²Δｍｉ＝∑ΔＥｉ＝０
这是总能不变性表达式。其中若只有Ｅｉ与Ｅｊ发生变化，而其他不变，那么
ΔＥｉ＋ΔＥｊ＝０ 或ΔＥｉ＝－ΔＥｊ
这就是能量转化守恒定律表达式。通过质能关系原理假设质能关系式变成了物质不灭定律、能量转化守恒定律、能量叠加原理及质能关系的统一表达式。
二、能量方程
各种运动形式能量通常用不同参量来定义的，例如平动能用速度参量来定义的
Ｅυ＝ｍυ²／２＝ｐ²／２ｍ
其中ｐ≡ｍυ称为动量。同理旋转能则用角速度ω或角动量Ｎ≡
Ｊω≡ｋｍｒ²ω定义的
Ｅω＝Ｊω²／２＝Ｎ²／２Ｊ
其中Ｊ为系统转动惯量，对于系统ｍ离转轴ｒ处转动惯量为ｒ²ｍ。对于自旋体的转动惯的转轴通常取在自旋系统的质心转轴上。有规则自旋体的转动惯量都跟其总质量ｍ及其形状外延离轴距离ｒ的平方乘积成正比。其比例系数决定于形状及质量分布情况。
此外，还有其他形式能量的定义，如位能跟相对位置有关的能量形式，可用相对位置参量来定义。内能跟温度有关的能量形式，可用温度参量来定义。但所采用参量不外两大类：一类矢量性参量定义的能量，如平动能，自旋能等；另一类标量性参量定义的能量，如位能、内能等。前一类称矢量能Ｅυ，而后一类称标量能Ｅｅ（或内在能），系统总能Ｅ由这两类能量叠加
Ｅ＝Ｅυ＋Ｅｅ
对于孤立系统或对外交换平衡系统质量或总能量是不变的，因此能量基本方程
ｄＥ／ｄｔ＝ｄＥυ／ｄｔ＋ｄＥｅ／ｄｔ＝０
ｄＥυ／ｄｔ＝－ｄＥｅ／ｄｔ
此式表明矢量能变化率等于标量能负变化率，前者增加必伴随后者减少或相反。矢量能与标量能可互相转化，且同时存在系统内。
若系统标能不变性或矢量能不变性，实际上只要标量能不变性，矢量能必然不变性或相反，现讨论矢量能不变性系统
ｄＥυ／ｄｔ＝ｄｍυ²／２ｄｔ ＝υ•ｄｍυ／ｄｔ＝υ•Ｆ＝０
其中Ｆ≡ｍｄυ／ｄｔ称为作用力，υＦ为功率，平动能变化率可以表示为功率。平动能不变性只能在υ＝０或υ＝ｋ或υ⊥Ｆ三种情况下实现的。即在静止的或匀速直线运动的（惯性系）或匀速圆周运动，更广泛地说，υ改变但仍满足υ•Ｆ＝０椭圆运动情况下实现的。其中
Ｆ＝ｄｍυ／ｄｔ＝ｄｐ／ｄｔ＝０ 或ｐ＝ｋ
为满足动量守恒系统，其矢量能不变性。
对于旋转矢量能系统
ｄＥω／ｄｔ＝ｄＪω²／ｄｔ＝ω•ｄＪω／ｄｔ＝ω•Ｍ＝０
其中Ｍ≡ｄＪω／ｄｔ为力矩。若转动惯量Ｊ＝ｋｍｒ²或质量ｍ恒定情况下，则在ω＝０或
Ｍ＝ｄＪω／ｄｔ＝ｄＮ／ｄｔ＝０ 或Ｎ＝ｋ
为自旋或转动系统动量矩守恒表达式，矢量能不变性。如果系统总质量ｍ不变性
ｄｋｍｒ²ω²／ｄｔ＝ｋｍｒω•ｄｒω／ｄｔ＝０
在ｒω＝０或ｒω＝ｋ（常量）时旋转矢量能不变性，这说明任何满足ｒω＝ｋ的任何曲线运动，旋转矢量能不变性。值得注意的角速度ω随ｒ成反比减少（或相反）的螺旋或涡旋运动也是旋转矢量能不变性的恒定系统。
可见动量守恒、角动量守恒是矢量能不变性结果。而且上式表明涡旋运动也可作为矢量能不变性物质形式。这对研究实体周围场物质运动状态很有意义的。
三、质能量度的参考系
如果系统总能全部等于平动能，即
Ｅ＝ｍｃ²＝ｍυ²／２ 或c′＝1.41ｃ
此处c′＝1.41ｃ称为极限速度。这里只可能两种解释：一种极限速度是光速，那么质能比例系数ｃ²是光速平方的二分之一，这无形中总能比相对论减少一半，不太合理。另一种ｃ仍为光速，质能比例系数ｃ²是光速的平方。这样物质极限速度是光速的1.41倍关于超光速自然现象已为许多科学家所证实或论证了。笔者坚信将有更多实验证实这一点。物质系统总能全部等于平动能时，物质速度达到极限，它是光速的１.４１倍，并不随参考坐标系选择而变的，称为物质极限速度原理。
光子系统的平动能只恒定地为总能一半，另一半跟其内部变换频率有关的标能ｈν／２，其总能
Ｅ＝ｍｃ²＝ｍｃ²／２＋ｈν／２
Ｅ＝ｍｃ²＝ｈν
可见光系统总能可表示为ｍｃ²，也可表示为ｈν，其中ν是量子内部变换频率极值，该项能量称变换能。这说明了相对论与量子论是从不同角度描述系统能量的，两者是同一事物的两面。上式使相对论基本参量ｍｃ²与量子论基本参量ｈν有机地统一。
两相对匀速参考系动能分别为
ｍｃ²／２＝ｍ（ｄｓ’／ｄｔ’） ²／２＋ｍυ²／２
ｍｃ²／２＝ｍ（ｄｓ／ｄｔ）²／２
其中甲系统相对乙系统以速度υ运动而多了一项ｍυ²／２。
两参考系所量度恒定平动能为
ｍｃ²／２＝ｍ（ｄｓ’／ｄｔ’） ²／２＋ｍυ²／２
＝ｍ（ｄｓ／ｄｔ）²／２
（ｄｓ’／ｄｔ’） ²／２＝（ｄｓ／ｄｔ）²／２－υ²／２
ｄｓ’／ｄｔ’＝（ｄｓ／ｄｔ）√(１－（υ／ｃ）² )
其ｄｓ和ｄｔ为乙参考系所量度时空间隔微小值，ｄｓ’和ｄｔ’为甲参考系对同一系统所量度时空间隔微小值。设乙系统为光源，甲系统为观察者。当ｄｔ＝ｄｔ’时，
ｄｓ’＝ｄｓ√(１－（υ／ｃ）２ )
表明光源相对观察者以υ速度运动时，在同一时间标准下光传播距离缩短了√（１－（υ／ｃ）²）倍。当ｄｓ’＝ｄｓ时，
ｄｔ’＝ｄｔ／√（１－（υ／ｃ）²）
表明光源相对观察者以速度运动，延长√（１－（υ／ｃ）²）倍光传播时间，这种现象为时空效应。这样可以毫不费力地解释麦克尔逊干涉仪实验结论。
实际上时间与空间量度都是人们约定标准尺进行比较的。时间以地球自转一周２４小时来划分的，空间用约定的标准米尺来比较的。这在近距离相对静止比较量度较方便的。前式可作甲、乙系时间标准一样，空间量度校正系数１／√（１－（υ／ｃ）²）倍，将ｄｓ’放大，校正成ｄｓ，校正后ｄｓ’／ｄｔ’＝ｄｓ／ｄｔ＝ｃ，而对远距离或运动的系统进行量度则不得不借助光传递来实现。光传递或场又有时空效应，使得时空关系变得复杂。相对论用四维时空描述是解决场或复杂时空关系方法之一。
[ 本帖最后由 微中子 于 30-12-2007 03:18 PM 编辑 ] |
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发表于 18-12-2005 03:44 PM
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质能论
四、质比与能比
系统中各种形式能量要跟总能比较才能确定其占系统总能比重或比例，是确定系统物质形态或性质的基本参量。某种形式能量对总能之比称为该种形式能量的能比。各种物质形式质量对系统总质量之比称为质比。系统中任一点一种质量对总质量之比的密度称为该点的质比密。由于质量与能量有对应关系，质比或质比密都可称为能比或能比密。通常总能Ｅ包含矢量能Ｅυ与标量能Ｅｅ两大类。
Ａ²＝Ｅυ／Ｅ。 与 Ｂ²＝Ｅｅ／Ｅ。
分别称为矢量能比Ａ²与标量能比Ｂ²，两者之和为
Ａ²＋Ｂ²＝（Ｅυ＋Ｅｅ）／Ｅ。＝１
光子系统矢量能ｍｃ²／２，其矢量能比为
Ａ²＝Ｅυ／Ｅ。＝（ｍｃ²／２）／ｍｃ²＝１／２
属于场物质状态，因此当
１／２<Ａ²<1 或 １／２>Ｂ² >０
表示系统以场物质为主的物质形态，而当
０<Ａ²<１／２ 或 １／２>Ｂ²>１
表示系统以实物为主的物质形态。可见系统矢量能比愈大或速度愈大愈处于连续的场物质状态，达到或超过矢量能比二分之一为连续场物质（场质）状态，可用相对参考坐标几何点参量描述而变换为场。称为物质形态的矢量能比原理。
系统的矢量能比密ａ²＝Ａ²／Ｖ与标能比密ｂ²＝Ｂ²／Ｖ中Ｖ为系统体积。如果矢量能比密趋于均匀，则
ａ²＝Ａ²／Ｖ＝ｋ 或 Ａ²＝ｋＶ
其中ｋ为常数。该式表示矢量能比或速度愈大系统体积愈大，愈处于扩散连续物质状态。场或场物质形态本质是高速运动连续物质状态。反之矢量能比愈小或标量能比愈大系统体积愈小，愈处于低速浓缩物质状态。实物仍是低速高度浓缩的物质状态。浓缩愈高度其可入性也就愈差。因此矢量能比可作为物质连续性量度，标能比可作为物质浓缩性（非可入性）量度。
一个系统往往除平动之外还有涡旋运动，甚至多层次旋转运动。例如月球绕地球运动，又跟地球绕太阳运动，太阳又绕银河系中心运动等等。这样多层次转动系统矢量能比应为
Ａ²＝Ｅｖ／Ｅ。＝（υ²＋ｒ1²ω1²＋．．．＋ｒｎ²ωｎ²）/２
其中ｒ1²ω1²为系统绕某轴的距离ｒ1以ω1角速度转动，而该轴心又绕另一轴距离ｒ2以ω2角速度转动，后一轴又再绕它轴旋转，以此类推到ｎ层次旋转，υ为系统核心平动运动速度。对相同矢量能比两系统，旋转层次愈多其中心速度υ必愈小，即平动矢量能比愈小，愈靠近实物体。反之旋转层次愈少，中心平动速度υ愈大，愈靠近场质。更确切地说平动矢量能比是物质连续性量度。
实际上，除上述的能量、质量概念之外很重要的是能量密度、质量密度也是非常重要的概念。从宇宙观之星质的能密度、质密度远大于场质的能密度、质密度，而实物则介于两者之间。从地面实物观之，同一实物通常固体的能密度、质密度大于气体，而液体则介于两者之间，当然某些特殊固体结构例外，如冰比水密度低等。但是为何固体化为液体或液体化为气体要加热，即消耗能量才能转化？这是物态的转化是交换方式的变换，需要消耗些能量，即存在潜热，然而气体比液体或液体比气体能量密度通常变小，即扩大体积来实现的。再继续讨论下去将引出许多丰富思想和概念。将有许多自然现象在此基础上重解释，摆在我们面前完全是新的物理面貌。
各种能量和质量关系，能密度和质量密度关系之间只差一个光速平方的正比例常数，而且平动能对总能比例或矢量能比愈大愈处于场物质状态，愈处于密度愈低的能量释放状态。对于实物体来说，固体或液体转化为气体状态或光热场物质状态就是能量释放状态，但对实物体机械而言，更重要的是气化，因为气化后的密度降低，即体积膨胀可以推动机械运动而成为实物体的动力。但不同实物气化易难程度差别很大，那些能用消耗能量小又易于操作的简单办法将实物转化为气体和场物质的实物材料，称为能源。因此能源只是易释放能量，即易气化和场质化的实物材料而已。
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 –人及智能活动和思维模型》 陈叔瑄著 福建教育出版社1994年出版 |
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发表于 18-12-2005 03:46 PM
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涡旋论－未来物质结构设想
涡旋论－未来物质结构设想
陈叔瑄著
本文的涡旋运动观点不同于笛卡尔、康德、拉普拉斯等人的观点，也不是直接引用他们的理论，而是从物质连续性、可入性和运动性的设想及唯物辩证法的“矛盾统一”推理逻辑和方法的基础上再引入一条基本假设：连续物质系统（在空间中）存在分布不均匀、不平衡、不对称的任一运动状态总是自动地转化或趋向于分布均匀的、平衡的、对称的运动状态，其不均程度愈大趋势愈快愈强。且具有保持均匀的、平衡的、对称的状态特性。该假设实际上是热力学第二定律，即热量总是自动地从高温物体传到低温物体以趋于热平衡定律的修改推广。它推广到任一连续物质运动形式均具有这个趋势。平衡的、对称的是均匀的特殊形式。因而趋匀原理具有更普遍、更本质的意义，它成为千变万化的各种物质形态生成的根源。
一、平动运动趋均问题。
物质系统平动等于总能（或平动能密度等于总能密度）时物质处于极限速度运动的状态，即处于高速平动运动的连续物质状态。它是物质的最基本、最本质状态。它的趋均过程就是各向平动运动机会均等或各向运动趋势均存在的过程，即趋于正反向均同时存在的过程。连续物质正反向平动矛盾使其既不能沿正方向，又不能沿反方向运动，而必转化为旋转运动。平动运动矛盾必转化为旋涡运动，平动能转化为旋涡能，这意味着平动能减少过程。可见平动能趋匀实质是平动能（或平动能密度）减少而转化为旋涡能或其他能量的（或能密度）过程。总能Ｅ等于动能与其他能之和
Ｅ＝Ｅｖ＋Ｅｉｎ
ＬｉｍＥｖ＝Ｌｉｍ（１／２）ｍｖ²＝Ｋ
ｔ→∞ ｔ→∞
ＬｉｍＷｖ＝Ｌｉｍ（１／２）ρｖ²＝ｋ
ｔ→∞ ｔ→∞
其中Ｋ或ｋ为最小值或极值。当稳定平衡时ｍ＝２Ｋ／ｖ²或ρ＝２ｋ／ｖ²。表明系统速度愈大，质量ｍ或质量密度ρ愈小。而Ｋ或ｋ为极小值，质量ｍ或质量密度ρ趋于增大过程，极限速度时质量密度最低，称为质量密度与平动速度平方成反比原理。
二、自旋运动趋均问题。
同样地自旋运动趋匀过程就是趋向于各向同时存在的过程，就是趋向于正反向同时存在的过程。正反旋转的矛盾必转化为微旋运动。旋转能转化为微旋能，其整体可用内在能表示。这意味着自旋能转化为内在能，自旋能密度转化为内在能密度，使自旋能或自旋能密度减少的趋势。
Ｅω＝１／２（ｋｍｒ²）ω²＝（１／２）Ｊω²
自旋惯量Ｊ正比于自旋体质量ｍ和半径ｒ２，即Ｊ＝ｋｍｒ²。
其趋匀可表示为：
ＬｉｍＥω＝Ｌｉｍ（１／２）Ｊω²＝Ｋ
t→∞ t→∞
ＬｉｍＷω＝Ｌｉｍ（１ ／２）ｋρｒ²ω²＝ｋ
t→∞ t→∞
其中Ｋ、ｋ表示极值。
当平衡稳定时
ρ＝ｋ／ｒ²ω²
表明质量密度随角度ω增加而减少，随ｒ２距离增加而减少。若ω一定，密度ρ随ｒ增大而减少，即离核心愈远愈稀薄。当ｒ→０时，ρ→∞，表明当旋转中心绝对静止时，质量密度趋于无穷大，它具有无限浓缩质量的趋势。它成为任何宇宙体，实体粒子质量趋于中心无限的动力，成为宇宙体，粒子之间产生引力或交换能量的根源。涡旋运动是物质趋心并浓缩成体和产生万有引力根源的涡旋运动原理。
三、涡旋体形状问题。
连续旋涡或涡旋流动态趋于内在能或内在能密度提高或旋转角速度减少的过程。愈近中心，内在能密度愈高，旋转速度愈小。而在该旋涡平面外两侧空间（Ａ或Ｂ）的连续物质又处于高速运动状态。根据趋匀原理，旋涡平面两侧高速运动连续物质必趋于低速旋涡面而同时形成旋涡运动。愈近旋涡平面两侧的流态速度愈小，内在能密度愈大。但趋于旋涡平面两侧流态又跟着旋转起来，即同时形成旋涡运动，使其愈近中心轴，速度愈小。
这就是说旋涡的内在能密度趋势不仅与离轴距离ｒ有关，还与离旋涡平面距离Ｚ有关系，因此其旋涡能密度可表示为
ＬｉｍＷω＝Ｌｉｍ（１／２）ρ（ｒ²＋αｚ²）ω²＝Ｋ
t→∞ t→∞
其中ｒ是离旋转轴距离，Ｚ是离旋涡平面距离（即赤道面）。由于ｒ趋势与Ｚ趋势不是完全一样的，故Ｚ前乘α常数，以表示Ｚ向趋势与ｒ趋势的差别，称轴向差别系数。当平衡稳定时，则
ρ＝２ｋ／（ｒ²＋αＺ²）ω²
从上式可以看到实体范围是
ｒ²＋αＺ² <（ｃ／ω）²
超过ｃ２范围构成场状态。这里表明同一旋涡体中心一致时，若α＝１，则ｒ²＋Ｚ²＝Ｒ²，旋涡体边缘是球形。若α<１，旋涡体边缘是铁饼形。若α>１，旋涡体边缘是橄榄形。它可以表示自然实体的基本形状。通常ω愈小，旋涡平面范围愈大，即ｒ愈大，相应地α必愈小，则愈成铁饼形旋涡体，例如宇宙天体－星系。ω愈大，旋涡平面ｒ愈小，相应地α必愈大，则愈构成橄榄形，可以预计微观粒或量子多半处于该状态，这一点可用量子偏振现象证实。而一般情况下α接近于１，故大量宏微旋涡体是近球形的。
四、交换场形成问题。
旋涡流态运动的趋匀过程中，质量趋于中心，其质量密度按
ρ＝２ｋ／（ｒ²＋αｚ²）ω²
式分布。中心处ｒ²＋αＺ²＝０具有无限浓缩质量密度的潜力。但一方面旋涡体质量趋于中心，而其中心通常是移动的，另一方面旋涡体质量趋于中心而使质量密度或总能密度变成不均匀，总能趋匀中必向外弥散，使中心质量密度不会达到无限大。核心实体部分质量愈大则向外弥散得愈快。
对于一个稳定的核心旋转实体，其单位时间所浓缩的质量与所弥散质量必须平衡。实体质量ｍ是跟交换频率ν成正比的。
ｍ～ｈν
涡旋运动平衡趋势必引起中心运动和向外弥散物质而形成交换，质量愈大交换愈快愈杂（包含微旋化），即与交换频率成正比，称为交换作用原理。
五、多体问题。
旋涡流态形成了较浓缩的核心实体与周围质量密度稀薄的高速运动场物质。而核心旋涡体在ω一定时并以此角速度作整体运动。这样仅有一个旋转实体及其外围场质的旋涡体称为单体。反之两个核心实体以上的系统称为多体。通常两股相反平动的连续流态可因连续性而构成一个旋涡流态，也可以在其对立界面上作用，通过它们各自改变流动方向而各自形成旋涡流态。这两股旋涡各自逐渐浓缩成旋转核心实体部分及其周围场质。当其稳定时它们则构成了双体，并互相绕其核心运动。可以看成绕双体的重心运动，且重心又是移动的复杂运动体系。
更多情况是旋涡体的各部分不一定都处于单一角速度ω的整体运动。在离中心不同位量ｒ上角速度可能不同，使得旋涡体形成除核心同一ω的旋涡体外还分离成许多环。这些连续环流态以不同的ω绕核运动。大旋涡体又可构成许多环并逐渐形成旋涡体，这些旋涡体又可再分离成更小的环并再逐渐变成小旋涡体。这样在平衡时可出现如太阳系那样，卫星绕行星公转，它们再一起绕太阳公转等的多层旋转体。
六、微旋化或粒子化问题。
前面已提到自旋运动趋匀中总是趋于正反向同时存在的过程。其正反流动矛盾必转化为小旋涡过程。每个小旋涡是在原有旋转浓缩质量基础上再形成的旋涡运动。并进一步浓缩质量，使其质量密度比前者更高。如果前者旋涡称一层次旋涡，那么小旋涡则称内二层次旋涡。这里用内层次以区别前节公转层次或外层次。小旋涡趋匀中再形成更小的微旋涡，称为内三层次旋涡。这样一层次又一层次产生旋涡至ｎ层次，甚至无限层次。内层次愈高就表示愈处于微观状态，且其所浓缩的质量密度愈大。每一层次旋涡体总是使其浓缩与弥散平衡而处于较稳定的状态。
微旋化过程就是浓缩质量的过程，就是粒子化过程，也是交换场质密度增大过程。旋转体趋匀中把连续物质转化为粒子，其粒子或微旋体又不是完全孤立的，而是跟周围旋转场及交换场不可分割地密切联系的。内层次愈高微旋化程度愈高，其周围所交换的场质密度也愈高。例如地球这个旋涡体的内层次旋涡体就是元素原子，而原子的再内层次旋涡体是原子核内基本粒子。
七、热运动问题。
自旋体微旋化过程中或浓缩质量过程中使内在能增大，同时也使其运动不规则程度增大。如果不规则运动用内能表示，而内能是温度的函数，那么微旋化或粒子化过程中使内能增大或温度升高，微旋化或粒子化或质量浓缩化程度愈高，所形成不规则运动愈激烈即内能或温度愈高。在旋转体质量趋于中心过程时，质量密度由外到中心逐渐增大，所形成内能或温度也由外到中心逐渐增大。因此通常星体愈近中心温度愈高。只要微旋体或粒子源源不断地浓缩或交换更新中，就会不断的形成不规则运动或热运动。
目前无始无终的星体热源多半以原子核裂变或聚变来解释。裂变或聚变的原子核毕竟有限，终究要消耗完。怎样解释无始无终的热源？以本文观念不仅热源可以在微旋化中源源不断产生，而且原子本身也是在产生之中，并在一定条件下衰变或转化为其他物质形式。所形成的星体、粒子、原子等任何实体都在跟周围场（或其他实体）交换中不断更新自己。而场也是在跟实物交换中更新自己。可见宇宙万物无不在运动，无不在相互联系中更新自己的。
这一新颖观念引用于微观世界，将不仅更深刻揭示电磁作用、强作用、弱作用及微观粒子波动本质，还将引起微观结构等异常丰富的设想和认识。（该文1983年发表于“未来与发展”杂志）
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工程》 陈叔瑄著 福建教育出版社1994年出版 |
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发表于 20-12-2005 11:55 AM
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广义力论－力的趋势和交换本质
广义力论－力的趋势和交换本质
陈叔瑄
牛顿力学经历了几个世纪，曾对科技进步发挥了巨大的推动作用。但二十世纪以来科技突飞猛进，出现众多牛顿力学难以解释的现象，提出完全不同牛顿观念的理论，如场论、相对论、量子论等的理论。不少科学家预感到科学理论将面临一场变革。实际上仔细分析牛顿力学某些观念不难找到症结所在。
首先牛顿力学质点只是便于数学上描述某些运动而提出假定，这个观念无限制推广到任何粒子运动或强加于任何粒子上，必然导致缺陷和错误。量子和任何粒子、物体、天体都不是质点，而是有结构的以各种方式运动的、变化的物质状态。质点描述把许多基本属性掩盖掉。
其次牛顿力学惯性是狭义的，宇宙物质基本或惯性运动绝不仅仅是静止和匀速直线运动，自旋从天体到基本粒子处处存在，也是基本或具有惯性运动，不能排除在外。实际上粒子周期性变换运动或交换（或波动）也是基本或具有惯性运动状态。因此物质基本运动是平动运动、自旋运动、周期性变换运动，它们具有惯性，直至外力迫使其改变为止。广义惯性应包含所有稳定的基本运动直到外力迫使其改变为止，称为广义惯性。
第三牛顿力的描述也是狭义的，它难以描述自旋和周期性变换运动等作用。从而采用能量或能密度描述更为有效，把力看成动能改变对位移或构成动能梯度，是运动趋势和能量变换（转化）、交换、递传等引起的。作用和反作用同时存在的本质在于力的能量交换性质。物质趋于运动状态均匀、平衡（其趋势可产生交换）、对称（其趋势可产生递传）等稳定运动状态的作用称为主动力或内力。外加作用力迫使其改变稳定的运动状态的称为被动力或外力，这些力称为广义力。牛顿力学所定义的力可称为狭义外力。
处于不均匀、不平衡、不对称的不稳定物质状态具有自动趋向稳定状态趋势的作用力称为主动力或内在力，如重力、电磁力、粒子衰变等。实际上天体、地球、物体的引力或重力场物质产生于涡旋运动能密度趋匀过程引起质量浓缩趋势。当它们相邻时，场物质重叠使物体邻、外侧处于不平衡状态，平衡趋势过程引起对物体主动作用力，即为引力或重力等。场物质交换作用，如电、磁、电磁作用、强作用、弱作用等也属于主动作用力。处于均匀、平衡、对称的稳定物质状态被破坏的作用力称为被动力或外力，如推、拉、举、压等弹性作用或非弹性作用力，摩擦力等。但不管怎么样，作用力是能量的趋势变换、交换、递换现象。
一、相对运动
从宇宙观之，物质基本形态有场质、星质和实物三大类。从地面观之，实物又有气体、液体、固体三种物态。不管那种形态或物态都遵守质能关系及其相应的物质不灭性。由于物质不灭性使得物质之间可比较可量度的，物质量的量度才是真正反映质量的本质。实物三态以不同运动和交换方式构成的，交换本质是平衡趋势引起的，而交换或递换是近代物理基本观念之一。这样天体，粒子之间交换或递换成为自然界不可缺少的基本运动或作用形式。交换不仅是物体之间场（或场质）和引力的基础，而且是微观粒子和量子波动性的根源，甚至是原子壳层允许轨道存在的根源。平动趋匀（意味着各向机会均等）转化为旋涡运动，旋涡运动趋匀则浓缩成体和趋于交换，而交换使零散的粒子联结成更大的涡旋体或物体。
宇宙任何物体都在不停地运动。静止在地面上物体似乎不动，但地球有公转和自转，地面上的物体依然随之而运动的，只不过交换平衡而相对地面静止。要描述一个物体的运动，必须选择另一个也在运动物体作为参照，这个参照物体系统称为参照系。由于宇宙间没有绝对静止的物体可作为绝对参照系，视问题特点来选择参照系，如对地面的机械运动及其他运动的物体自然而然地选择地面作参照系，便于人们观察其相对地面的运动状态。对于太阳、行星、卫星的研究则选择太阳为参照系为佳，对于太阳系及恒星运动则选择银河中心及恒星团中心为参照系为佳。好在任何物体的质量和总能量不会因为选择参照系而变的，尽管同一物体的运动，对于不同的参照系可以不同的，为了描述参照系上物体的运动位置和时间变化，在参照系上选择一个固定坐标系，坐标轴的标度常用米尺和秒等单位作标准。随科技发展，坐标轴也用来广义地表示其他参量。
如果同一物质系统相对任何参考系所量度总能或质量不应随参考系选择而改变的，那么同一光子总能或平动能是一定的，不随参考系而变的。相对光源运动参考系，多一项相对光源运动的动能，总能扣除这项动能所得能量或速度称光传播能量或传播速度。这相应于场或流体欧拉描述法，而光子本身运动则相应于场物质或流体拉格朗日描述法。光速不变性本质在于总能不变性，相对论时空本质在于场或参考坐标系的欧拉描述法引起的传播时空效应。可见光传播（或场）与光子（或场物质）是不一样的，前者建立在坐标系观测和量度基础上，以参考坐标系上一点场物质流经此点各种运动状态和参量，不考虑场物质本身如何运动，它跟参考坐标系之间相对运动密切相关的，具有相对时空性质。而后者主要考虑光子或场物质本身运动状态和作用，其质量和总能量不因参考系选择而改变，具有绝对时空性质。
在参考系间坐标变换，各个理论都有一套变换原则，经典力学则以空间、时间绝对性（或不变性）下的力学规律不变性。相对论力学则以光速不变性下力学规律不变性。两者分别对应伽利略变换和洛伦兹变换，但都必需建立在相对静止或匀速直线运动参考系间的变换，并以此所表示的作用力Ｆ＝ｍ＂ａ关系式成立。实际上真正的静止或匀速直线运动参考系是找不到的。必需采用对任何参考系都适用的物质不灭性或总能不变性作为基础，光速不变性是系统总能只存在平动能和变换能一半的量子稳定系统，而平动能不变性是光速不变性的前提，变换能不变性是时间不变性的前提，并在等价相对论关系式中引出传播位移和速度的概念。实际上，物质极限速度运动时加速度为零，从而加速度只能随速度增加而减少。在低速情况下加速度几乎不变，等价于牛顿力学时空观，即时间和空间都是不变性，传播速度就是物体的速度。相对论适合于处理场运动状态，是场的时空描述方式。
在静止或匀速直线相对运动参考系内Ｆ＝ｍａ都成立。对于牛顿定律来说，惯性的量度ｍ′表示为
ｍ＝Ｆ／ａ 或Ｆ＝ｍａ＝ｍ′ａ。
在低速情况下惯性量度又称惯性质量或相对论静止质量，且等于质量。这只能在物体机械运动速度或物体低速运动条件下成立。速度大了，同样的外作用力Ｆ所引起的加速度则变小，近极限速度时加速度近零或等零。这等价于相对论动力学惯性质量ｍ＝ｍ′/√（１－（υ／ｃ）²） ，但物质真正极限速度是c′＝１．４１ｃ，上式中ｃ应用c′代替，才能反映惯性质量与加速度关系的本质意义
ｍ＝ｍ′／√（１－（υ²／2c²））
ａ＝ａ。√（１－（υ²／2c²））
ｍ为质量，ｍ′为惯性质量或相对论静止质量。当υ《c′时，惯性质量等于质量。当υ＝c′时，ｍ′惯性质量趋于零。质量不变情况下，作用外力与加速度成正比，加速度随速度增大而减少，意味着作用外力随速度增大而减弱，极限时为零。当低速时为牛顿作用力，当质量换成惯性质量时为相对论作用力(在笔者另一些文章与物性论书中曾以相对论静止质量相应于质量,上式变成m″=m/√(1-υ²/cˊ² , F=ma。=m″a, a。√(1-υ²/c′² =a,真正力为 F′=ma,并多了一层没必要的推导与解释。相对论非静止质量相应于惯性质量才更确切,并作上述简化)。称为外力作用原理。
相对地面加速参考系量度地面上的静止物体的动能和速度不断递增，这种动能递增只能看作物体内其它能量不断变换或转化而来的，物体总能仍然不变的（惯性力）。如果地面上的同一物体受力的作用而产生同样加速度运动或动能递增，也可解释为由施力物体传递给它动能，若两种加速或动能递增是等价的，那么受力物体必再传给施力物体另一种能量形式。可见，外力本质仍是能量变换、交换、递换。这也是作用与反作用同时存在的根源。对保持均匀、平衡、对称运动状态趋势（广义惯性），直到外力迫使它改变为止，同样引起能量变换、转化、交换或递换的过程。被动力或外力表示，可用矢量能梯度来描述的，即
Ｆ＝ｄＥυ／ｄι＝ｄ（ｍυ²／２）／ｄι
＝ｍυｄυ／ｄι＝ｍｄυ／ｄｔ＝ｍａ
不仅平动具有惯性，而且其他任何具有保持其运动状态直至外力作用迫其改变为止的运动也具有惯性，转动运动具有惯性，其惯性量度称为转动惯量。常见物体转动来看，质量为ｍ质点绕轴距离为ｒ的转动惯量Ｊ＝ｍｒ²。穿过球心转轴的均匀分布质量的球转动惯量Ｊ＝（３／５）ｍｒ²。穿过圆环的中心上转动惯量为Ｊ＝（３／４）ｍ（ｒ²＋Ｒ²）。穿过重心圆柱转轴的转动惯量Ｊ＝（１／２）ｍｒ²。一句话所有穿过重心转轴的球、圆柱、饼形、环形等形状的转动惯量都与其总质量成正比和半径平方成正比，即
Ｊ＝ｋｍｒ²
其比例系数决定于形状和质量分布情况，包括椭球、圆锥、圆台等都是如此。自旋的涡旋体中心质量分布较集中，通常是由里往外质量密度逐渐减少的分布，其转动惯量也是上式，只是ｋ的比例系数存在差别而已。自旋体转动动能可由下式定义得之
Ｅω＝（１／２）Ｊω²
其中ω为角速度，是转过角度θ对时间ｔ的微商。要使其改变需外加力矩。
二、引力作用
近代物理把物质结构建立在粒子性基础上。若一粒子占有的空间，其他粒子不能再占用那个空间，即所谓物体不可入性。这种概念是从宏观实物现象机械地搬入物质领域中去，表面上像两个坚实表面物体碰撞时，往往互相弹开，虽可说明一物体占有空间，另一物体不能再占有那个空间。这仅在弹性碰撞特殊情况下成立的。实际情况都没有那么理想，多少含有非弹性碰撞成份，碰撞后两物体表面多少有点互相渗透或产生热运动，表现出可入性质。光被原子吸收变成原子的一部分，使得壳层粒子状态改变或能级跃迁，即场转化为实物，说明物质可入性。物质连续性、可入性、可叠加性是绝对的、本质的，而不可入性、不可叠加性则是相对的、特殊的情况下才能实现的。物质的连续性，又是可叠加性，使得物质在一定运动条件下浓缩成粒子、实物、天体，也可在一定条件下弥散成场状态的物质，两者之间可互相转化。也就是说实物是物质的浓缩形态，场则是物质弥散形态。
如果说星体公转可用万有引力与惯性离心力平衡解释，但至今尚无令人信服地用牛顿力学解释自旋运动。从而把自旋看成跟相对静止或平动一样的基本运动更为自然些，更为妥当的。自旋不仅是天体基本运动形式，而且是微观粒子基本运动形式。原子结构建立在自旋和公转运动基础上，基本粒子把自旋作为基本参量之一来描述，甚至量子也离不了自旋。自旋是连续物质构成实体（天体、粒子、量子等）的基础。从而平动运动有惯性，自旋运动具有惯性，周期性变换运动具有惯性，和其他稳定状态也具有反抗外部改变其状态的特性，都属于广义惯性。本文讨论的力和惯性指的是广义力和广义惯性。 |
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发表于 20-12-2005 11:58 AM
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广义力
极限速度运动的连续场质是最基本的物质形态，它存在于实物体周围的宇宙空间，并以万有引力场质方式流向实物体。由于实物体是由涡旋或微涡旋构成的，其中心具有无限浓缩质量趋势，使连续场质流向实物体。但愈近涡旋中心场质跟着旋转而径向分量减少，切向分量增加，从而愈近实物体场质密度愈高。又由于涡旋体不仅涡旋面上浓缩质量，而且其面的上下高速场质有趋于涡旋面的趋势，并跟着旋转而有向转轴浓缩趋势，使得涡旋体任一点具有涡旋的径向和沿转轴的轴向浓缩趋势，即质量密度分布为
ρ＝２ｋ／（ｒ²＋αｚ²）ω²
ｒ²＋αｚ²<（ｃ／ω）²
当α＝１时，质量分布呈球状，如星体和粒子；α<１时，质量分布呈铁饼状，如银河系和其它星系、星团；α>１时，呈竖椭球或近棒状，如磁涡量、量子等。由于涡旋体中心运动的，分布有所偏离。
两涡旋体相邻时，相邻一侧向心场质处反向叠加，具有浓缩趋势，而外侧场质同向叠加，具有弥散趋势，使场质从外侧趋向邻侧以趋于平衡，推动两涡旋体靠拢，即相吸。它是场质外侧趋于邻侧能量变换为动能或位能转化为动能的作用。这样涡旋体总是互相吸引而构成更大涡旋体。通常涡旋体在演化过程中，内外角速度不一致而分离成核心涡旋体和周围涡旋环，这些环中线的里外侧速度不一致而产生旋转，逐渐构成绕核心公转运动的小涡旋体，同理小涡旋体也可因内外角速度不一致，再分离为核心和外围更小涡旋体，构成多层次的涡旋体，如太阳系。稳定时引力大小与其质量成比，与核心距离成反比，称为引力趋势原理。
Ｆ∝ｍｍ′／（ｒ²＋αｚ²）
Ｆ＝ｋｍｍ′／（ｒ²＋αｚ²）
当涡旋体是球形时，则
Ｆ＝ｋｍｍ′／Ｒ²
与距离平方成反比。可见，引力本质是物体外场质叠加或交换不平衡、不对称趋于平衡、对称引起的作用。
涡旋体又不可能无限浓缩质量，势必再弥散，并微旋化成粒子或量子，光热量子高速运动而辐射出去，构成引力浓缩质量与辐射的能量交换。愈近地球表面浓缩场质因涡旋运动而切向分量增大，径向减少，使径向作用愈近常数，称为重力，如
Ｆ＝ｍｇ
三、电磁作用
涡旋运动必浓缩质量，但又不可能无限浓缩而中心必移动或向外弥散质量，使其构成了交换，交换的正反运动又必微旋化。在涡旋体内部构成一系列质块、粒子和量子，不规则高速运动量子向外辐射，而规则的微涡旋沿涡旋体轴正反向交换，即在其周围场质构成涡管式流动。当其交换不平衡时则具有磁性，对应实体坐标系的涡量场或磁场，涡量场线对应磁力线，密度愈大磁感应强度
Ｂ＝ｒｏｔＡ＝μＨ
愈大，方向按右手定则或涡旋指向，从一端进去而另一端出来。这类物体称为磁体，磁体沿磁场方向（或相反）移动，磁场或涡量变化率可化成
ｄＢ／ｄｔ＝ｄｒｏｔＡ／ｄｔ＝ｒｏｔ（ｄＡ／ｄｔ）
＝ｒｏｔ（－Ｇ）
其中Ｇ＝－ｄＡ／ｄｔ定义为电场强度，若Ａ为场流态参量，是场质量密度流态变化率参量。
如果实体周围交换场质流态不平衡，进出场质流态具有加速单向性或具有交换不平衡性场质流态，这类交换场质具有电性。所谓带电粒子或带电体实际上就是其周围具有上述场质流态的粒子或带电体，密度愈大则电性愈强，通常产生于交换平衡粒子的破裂分离或物体摩擦使表面粒子分离时出现的现象。如漆棒与皮毛摩擦等使分子壳粒脱落生电，或者壳粒易脱离原子的导体受磁场或电场作用而使交换不平衡壳粒在导体中移动并形成电流。如果壳粒离开原子时加速场质运动定为负电，而原子核周围加速场质定为正电，两相邻时，相邻一侧加速场质同向叠加，加速度增大，而速度减少具有浓缩趋势，但外侧加速场质反向叠加，而速度增加具有弥散趋势，场质外侧趋向邻侧，推动两电体靠近，即相吸。反之，带同电的电体相邻则相斥。带电粒子周围加速场质趋于交换平衡，即加速场质叠加转化为交换场质，称为电磁趋势作用，这是电磁场质平衡趋势引起的吸引力作用本质。
电磁交换是两实体粒子周围分布着交换场质相邻时，相邻一侧交换场质增强而具有浓缩趋势，并趋向核心或靠近的趋势，而且愈近核心愈强，直到两者碰撞。但若两粒子质量差别较大，即交换频率差别较大且整数倍，相邻一侧交换场质叠加的某些位置上同步而具有浓缩趋势，即相互吸引，只要小粒子同时切向运动，使吸引作用与惯性离心平衡，则处于稳定的允许轨道运动。这样原子壳层粒子跟原子核场质交换是在某些允许轨道上运动，并只能在允许轨道或能级间跃迁。宏观物体交换频率太高太杂，允许轨道间距比物体线度还要小，根本体现不出能级存在。因此允许轨道或能级存在是微观粒子电磁场质交换的基本属性，这是微观粒子电磁作用本质所在。原子由各自涡旋运动形成的，把外壳层的壳粒数和分布一样的归一类，为同元素原子。可见，同元素原子间质量略有差别，原子量具有统计性质。
电能密度用电场强度Ｇ或磁能密度用磁场强度Ｈ定义之，其电磁能流密度
Ｗｅ＝εＧ²／８π
Ｗｂ＝μＨ²／８π
Ｗｅ＋Ｗｂ＝（εＧ²＋μＨ²）／８π
υ＝√(εμ)
√εＧ＝√μＨ
Ｓ＝Ｗυ＝Ｇ×Ｈ／４π
四、原子作用
同元素原子的质量存在差异，使能级或轨道有所偏离，所辐射量子能量或频率也有所差异。光源辐射光量子间能量或频率即使一致，相位和方位还是随机的，从而量子在空间移动中是不同步的，即不相干的。当其入射到光滑介面时，到达介面量子相位或方位各不相同，即动能改变量ΔＥ各不相同，动能改变量ΔＥ愈大，交换作用时间或停留时间Δｔ愈短。反之，相应动能改变量ΔＥ愈小，交换作用或停留时间间隔Δｔ愈大，即ΔＥ与Δｔ或Δｐ与Δｌ或ΔＮ与Δθ成反比，则
ΔＥ•Δｔ＝Δｐ•Δｌ＝ΔＮ•Δθ≥ｈ
加上同元素原子间所辐射量子能量或频率差异，即能量或频率改变量愈大相应交换作用（包括辐射和吸收等过程）时间愈短，使上式大于等于ｈ。
上式是周期性变换和交换作用的基本关系式，对于同频率量子束具有相位和方位调整的作用，这时又可称为相位调整原理。对于不同频率量子束各自虽在介面上也有相位调整作用而产生色散现象，但更主要的是能量或频率改变量不同或愈大而引起交换作用的时间不同或愈小，即交换愈快（频率愈大）作用时间愈短。若上式与量子力学测不准关系等价，那表明宏观上同元素原子间因原子量差异而使壳粒能级和轨道存在差异，所辐射量子不仅能量或频率存在差异，而且量子间相位和方位又是随机的，使光谱线有一定宽度。可见，测不准关系式实际上是微观粒子能量改变量愈大，交换作用时间或量度时间愈小（或愈精确），即动量改变量愈大，交换作用时间里引起位移或量度位移改变量愈小的量度关系。宏观物体动能或动量改变量很大，作用几乎立即产生的。
原子核也是质量浓缩和弥散交换的竖椭球状的涡旋体，并在交换中形成微涡旋的粒子，粒子质量由里往外愈来愈轻分布，即存在重粒子、介子、轻粒子三层次分布。由于交换整数倍，才能使粒子交换同步而处于相对稳定状态，因此重粒子的质量相等或若干整数倍是其稳定处于原子核中的基本条件。又由于质量相等而使重粒子都可能成为中心，即向中心挤压趋势，挤出重粒子并带动边缘的轻粒子而放射出去，构成了放射性元素原子核。重粒子间交换作用为强作用，边缘轻粒子交换作用为弱作用，重粒子与轻粒子间作用为电磁作用。它们都建立在交换同步或交换整数倍基础上，称为交换同步及其整数倍原理。它与外力作用原理和引力真正趋势原理一起成为本理论的三大原理。 |
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发表于 20-12-2005 12:01 PM
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广义力
同元素原子间质量存在差异，具有统计性质，从而原子核或重子之间也存在差异，相应地强作用不是单一值。同理轻子间质量也存在差异，相应地弱作用也不是单一值，而是在平均值附近。介子可以看成重子间的交换粒子，中微子可能是轻子间交换粒子，重子与轻子间交换的是量子。它们是原子核击破后生成“基本粒子”的基础。频率整数倍的交换作用较强，碰撞也是如此，从而同频率或同相位时粒子碰撞最强烈，并构成共振态粒子。可见微观粒子因交换频率较单纯，只要交换频率相等或整数倍，就容易达到同步稳定状态。
低速粒子跟量子类似包含矢量能和标量能，只不过矢量能不是纯粹平动能和标能不是纯粹周期变换能，但包含平动能和周期变换能，即也具有波动性，若变换能并等于动能，它相当于量子的基本关系，所不同的是粒子多了交换能和自旋能。即
Ｅ＝Ｅυ＋Ｅω＋Ｅν＋Ｅν’
Ｅυ＝Ｅν， ｍυ²／２＝ｈν／２
ｐ＝ｍυ＝ｈν／υ＝ｈ／λ
表明粒子速度υ愈小，变换频率ν愈小或波长λ愈长。宏观物体能量交换可以看成大量各种微观粒子交换频率的叠加，即交换频率范围太宽，显示不出波动性。微观粒子交换频率较单纯，不仅运动过程具有波动性，而且交换频率整数倍粒子间交换较强，这就是原子壳层能级及原子核内核子作用存在的基础。
平动、自旋、周期性交换（或变换或递换或递传）是最基本运动形式，而周期性交换决定于粒子或实物体交换频率的宽度，其下限是变换频率。
Ｅ＝Δｈν＝ｍｃ²（１－υ／２ｃ²）
当其处于光速度运动时
Δｈν＝ｍｃ²／２＝ｈν／２
交换频率与变换频率实际上没什么差别。但低速度运动的粒子或实物的交换频率实际是各种频率叠加的结果。
如果交换频率改变量也是与作用时间成反比，即满足测不准关系式的话，这时测不准关系含义已不是原来的意义，而是交换频率宽度或质量愈大，相应地作用时间愈短。宏观物体质量大，作用时间极短，几乎瞬时作用。微观粒子质量小，作用时间长，而且质量愈小，作用时间愈长。从而重粒子间强作用的交换能量改变量大而作用时间又短，相应地交换粒子－介子质量大且交换作用时间短，即粒子性强。轻粒子间弱作用的交换能量改变量小而作用时间又长，相应地交换粒子质量小（相当于中微子）且交换作用时间长，即联系微弱。重粒子与轻粒子间电磁作用的交换能量和作用时间介于两者之间，相应地交换粒子－量子质量和交换作用时间，即粒子性介于两者之间，且量子变换频率愈大粒子性愈强。
电磁作用不同于电作用或磁作用，也不同万有引力作用，更不同于机械摩擦作用或弹性作用。强作用、电磁作用、弱作用是交换平衡作用的主动力，而引力作用、磁作用、电作用是交换不平衡作用的主动力。引力是涡旋运动浓缩质量引起的作用，它作为实物体能量虽然可与辐射量子流出入平衡，但两者性质完全独立的。引力场质本身只往实物体流动，因此应看成交换不平衡的特殊形式。磁作用和电作用就是前面所述交换不平衡的作用另一种形式。机械的摩擦作用和弹性作用都是反抗相对静止破坏引起的被动作用，性质更不同于上述作用。但不管怎样，作用力本质仍是能量的变换（转化）、交换、递传。
五、机械作用
宏观物体内分子不规则运动的能量称为内能，而内能是由温度定义的，因此温度愈高表示分子不规则运动愈激烈，并反映在分子统计分布曲线偏向速度高分子较多或平均动能较大。物体之间存在温差，温度或内能趋匀必向外辐射热量或对外做功，如恒压下膨胀体积或固定体积下增大对外压强或温度。许多动力就是利用气体加热的体积膨胀来推动机械运动。它是一种热能或内能变换转化为机械能的方式，迫使机械改变相对地面静止状态为运动状态。通常在地面上物体间处于相对静止的平衡状态，要使物体或机械重新运动必须提供能量变换、交换、转化条件，如用热能、电磁能、水位能、原子能和其它能量变换转化而来的，一旦停止提供能量，运动就会因摩擦趋于平衡而停下来，并处于相对静止状态。
若外力作用下，机械物体的固体形状不变或可略去不计，可近似作为刚体或质点。地面上宏观物体和机械间存在着重力作用、摩擦作用、碰撞作用、弹性或其它作用等，而地面上物体间重力作用和摩擦作用几乎无处不在，使得物体总是下落和处于相对静止。重力跟引力一样趋于涡旋中心趋势引起的作用，是物体或机械位能与动能变换转化的作用。摩擦是阻碍已处于平衡状态的改变趋势或趋于平衡状态的作用，是动能变换转化为热能的一种作用。推、压、牵、抬或碰撞等的弹性作用也是阻碍处于平衡状态（惯性）的作用，并引起能量变换或交换的作用。可见，作用力是运动状态平衡的趋势（主动力）或破坏平衡状态的能量变换、交换、转化的表现形式。牛顿力学适合于处理机械运动。
地球表面实物体之间作用总是趋于平衡稳定，即相对静止稳定状态，只有相对静止才处于作用力平衡状态，只有重心低，才处于稳定状态。如水总是自动流向低洼处，并逐渐积累形成海洋。由于地球自旋和公转（公转轨道面与太阳自转轴有２３度夹角而形成四季），地面物体随其运动，包括可流动的大气和海洋也随其运动一定地点的大气和海洋受太阳光照射角度周期性变化，形成周期性风向风力和洋流的变化，加上周围各种不规则作用因素，形成不规则风向风力和洋流，两者合成复杂气象。风力、水力等可以推动物体运动，实物存在相对地面运动，在趋于平衡状态或受大气、海洋、地面摩擦过程中停止下来。重心愈低愈不易被推动，即处于愈稳定状态。因此平衡稳定是地面建筑物设计基本根据。
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 |
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发表于 20-12-2005 12:04 PM
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广义力
同元素原子间质量存在差异，具有统计性质，从而原子核或重子之间也存在差异，相应地强作用不是单一值。同理轻子间质量也存在差异，相应地弱作用也不是单一值，而是在平均值附近。介子可以看成重子间的交换粒子，中微子可能是轻子间交换粒子，重子与轻子间交换的是量子。它们是原子核击破后生成“基本粒子”的基础。频率整数倍的交换作用较强，碰撞也是如此，从而同频率或同相位时粒子碰撞最强烈，并构成共振态粒子。可见微观粒子因交换频率较单纯，只要交换频率相等或整数倍，就容易达到同步稳定状态。
低速粒子跟量子类似包含矢量能和标量能，只不过矢量能不是纯粹平动能和标能不是纯粹周期变换能，但包含平动能和周期变换能，即也具有波动性，若变换能并等于动能，它相当于量子的基本关系，所不同的是粒子多了交换能和自旋能。即
Ｅ＝Ｅυ＋Ｅω＋Ｅν＋Ｅν’
Ｅυ＝Ｅν， ｍυ²／２＝ｈν／２
ｐ＝ｍυ＝ｈν／υ＝ｈ／λ
表明粒子速度υ愈小，变换频率ν愈小或波长λ愈长。宏观物体能量交换可以看成大量各种微观粒子交换频率的叠加，即交换频率范围太宽，显示不出波动性。微观粒子交换频率较单纯，不仅运动过程具有波动性，而且交换频率整数倍粒子间交换较强，这就是原子壳层能级及原子核内核子作用存在的基础。
平动、自旋、周期性交换（或变换或递换或递传）是最基本运动形式，而周期性交换决定于粒子或实物体交换频率的宽度，其下限是变换频率。
Ｅ＝Δｈν＝ｍｃ²（１－υ／２ｃ²）
当其处于光速度运动时
Δｈν＝ｍｃ²／２＝ｈν／２
交换频率与变换频率实际上没什么差别。但低速度运动的粒子或实物的交换频率实际是各种频率叠加的结果。
如果交换频率改变量也是与作用时间成反比，即满足测不准关系式的话，这时测不准关系含义已不是原来的意义，而是交换频率宽度或质量愈大，相应地作用时间愈短。宏观物体质量大，作用时间极短，几乎瞬时作用。微观粒子质量小，作用时间长，而且质量愈小，作用时间愈长。从而重粒子间强作用的交换能量改变量大而作用时间又短，相应地交换粒子－介子质量大且交换作用时间短，即粒子性强。轻粒子间弱作用的交换能量改变量小而作用时间又长，相应地交换粒子质量小（相当于中微子）且交换作用时间长，即联系微弱。重粒子与轻粒子间电磁作用的交换能量和作用时间介于两者之间，相应地交换粒子－量子质量和交换作用时间，即粒子性介于两者之间，且量子变换频率愈大粒子性愈强。
电磁作用不同于电作用或磁作用，也不同万有引力作用，更不同于机械摩擦作用或弹性作用。强作用、电磁作用、弱作用是交换平衡作用的主动力，而引力作用、磁作用、电作用是交换不平衡作用的主动力。引力是涡旋运动浓缩质量引起的作用，它作为实物体能量虽然可与辐射量子流出入平衡，但两者性质完全独立的。引力场质本身只往实物体流动，因此应看成交换不平衡的特殊形式。磁作用和电作用就是前面所述交换不平衡的作用另一种形式。机械的摩擦作用和弹性作用都是反抗相对静止破坏引起的被动作用，性质更不同于上述作用。但不管怎样，作用力本质仍是能量的变换（转化）、交换、递传。
五、机械作用
宏观物体内分子不规则运动的能量称为内能，而内能是由温度定义的，因此温度愈高表示分子不规则运动愈激烈，并反映在分子统计分布曲线偏向速度高分子较多或平均动能较大。物体之间存在温差，温度或内能趋匀必向外辐射热量或对外做功，如恒压下膨胀体积或固定体积下增大对外压强或温度。许多动力就是利用气体加热的体积膨胀来推动机械运动。它是一种热能或内能变换转化为机械能的方式，迫使机械改变相对地面静止状态为运动状态。通常在地面上物体间处于相对静止的平衡状态，要使物体或机械重新运动必须提供能量变换、交换、转化条件，如用热能、电磁能、水位能、原子能和其它能量变换转化而来的，一旦停止提供能量，运动就会因摩擦趋于平衡而停下来，并处于相对静止状态。
若外力作用下，机械物体的固体形状不变或可略去不计，可近似作为刚体或质点。地面上宏观物体和机械间存在着重力作用、摩擦作用、碰撞作用、弹性或其它作用等，而地面上物体间重力作用和摩擦作用几乎无处不在，使得物体总是下落和处于相对静止。重力跟引力一样趋于涡旋中心趋势引起的作用，是物体或机械位能与动能变换转化的作用。摩擦是阻碍已处于平衡状态的改变趋势或趋于平衡状态的作用，是动能变换转化为热能的一种作用。推、压、牵、抬或碰撞等的弹性作用也是阻碍处于平衡状态（惯性）的作用，并引起能量变换或交换的作用。可见，作用力是运动状态平衡的趋势（主动力）或破坏平衡状态的能量变换、交换、转化的表现形式。牛顿力学适合于处理机械运动。
地球表面实物体之间作用总是趋于平衡稳定，即相对静止稳定状态，只有相对静止才处于作用力平衡状态，只有重心低，才处于稳定状态。如水总是自动流向低洼处，并逐渐积累形成海洋。由于地球自旋和公转（公转轨道面与太阳自转轴有２３度夹角而形成四季），地面物体随其运动，包括可流动的大气和海洋也随其运动一定地点的大气和海洋受太阳光照射角度周期性变化，形成周期性风向风力和洋流的变化，加上周围各种不规则作用因素，形成不规则风向风力和洋流，两者合成复杂气象。风力、水力等可以推动物体运动，实物存在相对地面运动，在趋于平衡状态或受大气、海洋、地面摩擦过程中停止下来。重心愈低愈不易被推动，即处于愈稳定状态。因此平衡稳定是地面建筑物设计基本根据。
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 |
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发表于 20-12-2005 12:18 PM
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发表于 21-12-2005 04:07 PM
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发表于 21-12-2005 04:18 PM
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发表于 21-12-2005 04:28 PM
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发表于 22-12-2005 03:18 PM
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周期运动是稳定物质基本状态
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 |
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发表于 22-12-2005 03:23 PM
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力的本质是能量交换和趋势
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。 |
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发表于 22-12-2005 03:24 PM
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三、微观粒子作用
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 |
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发表于 22-12-2005 03:32 PM
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天体周期演变论
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。
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发表于 22-12-2005 03:34 PM
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三、太阳恒星
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 |
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发表于 22-12-2005 03:40 PM
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地球演变动力论
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。 |
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发表于 22-12-2005 03:42 PM
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三、地层生成
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。 |
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发表于 22-12-2005 03:48 PM
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五、冰期成因
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 |
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发表于 18-12-2005 03:43 PM
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