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【自然科学】李新民原子结构理论  

2011-04-24 10:35:36|  分类: 量子力学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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李新民原子结构理论
作者天津滨海新区李新民
一玻尔(Bohr)模型
量子力学否认经典力学中的粒子具有确定的运动轨道的概念,认为这是强加给微观粒子的规律。虽然量子力学取得巨大的成功,但是玻尔索末菲(Sommerfeld)电子椭圆轨道的原子模型的成功也是不可取代的。玻尔量子论在人们认识微观世界的历史过程中起到了重要作用,即使在今天,虽然量子论已被量子力学所取代,但是玻尔原子模型的物理图像仍处在现代物理学的基础地位没有被动摇。
玻尔的原子结构理论处在许多困难。处于定态的电子为什么不辐射能量;为什么存在定态的电子轨道;为什么电子不会落到原子核中去。它不能说明量子化条件从何而来。对价电子数多于两个的原子光谱玻尔模型也遇到困难。量子力学是以概率和不确定理论为方法微观世界的,它摒弃轨道概念无可非议,但是量子力学也不应该电子轨道的存在。电子绕核运转,电子与核子的关系及玻尔模型背后都隐藏着深刻的秘密。原子运动紧密的和真空联系着,真空与运动的关系是一切自然规律的本质,是全部自然科学的基础。本原子结构理论是以真空和运动的关系,对玻尔理论进行本质的剖析和理论深化。
二 真空的本质与运动的起源
光和热辐射都被认为是能量子——光子组成的运动。又认定,任何物质只要处在绝对温度零度以上,都会辐射出不同强度的热辐射(能量子);理论也证明,绝对零度不可达到。同时还认定,能量子是一种特殊物质——即能量子是从真空产生的,物质的一种过渡态。也就是说,能量子早晚要变成物质的。现代科学的这种认识显然是荒谬的,物质不停地生物质,宇宙的物质以指数的形式增长,宇宙早就充满物质。
为什么宇宙物质辐射了大量光子而宇宙没有增加一点光亮呢?因为光子是转瞬即逝的运动体,光子根本就不是物质。物质不可以消亡,也不能再生。而处在自由空间的光子寿命是极短的,它瞬间就转化成真空的处在形式了,把光和其他物质分开定义不但是和理的而且是非常必要的。
宇宙物质发出大量的光和热辐射(能量子),能量子在宇宙空间自由膨胀,自由衰减,待能量子膨胀力耗尽,它就转化为基态能量子,消失在宇宙背景——形成宇宙真空;即真空是由基态能量子组成的。宇宙空间是由CMB和真空组成的,在宇宙空间中存在两种运动体——物质运动和能量子运动。物质,能量子,CMB和基态能量子组成整个宇宙。将能量子,基态能量子和CMB定义为非物质,将之外的其他物质定义为物质。
宇宙中的物质放出大量的光和热,释放出大量的能量子这样客观存在的运动体。物质不可能生出非物质,光和热必然有它的消失去处,光和热在宇宙中不衰减,不消失,宇宙早就是一个大火球了。物质吸收基态能量子而运动,物质运动释放能量子,能量子在空间传播又衰减成基态能量子;在物质参与下,非物质从一种形态转化为另一种形态;从真空转化为能量子,能量子又转化成真空的一部分。质子每次吸收一份基态能量子而运动,质子运动后把基态能量子转化为能量子(光和热)释放到空间。质子在吸与放的运动中,将能量子一份一份地放入空间中运动。宇宙空间尤如地球雨水循环系统,蒸发——降雨的循环。空间是什么一直是困扰着科学最基本的问题;也是大造理论的好场所。面对空间本质的揭示,包括相对论在内的一切主观臆测理论统统将抛弃.
三 真实的原子结构
——对玻尔理论的深化
电子和质子相遇必然相吸,成为一个复合粒子。在原子内,因为质子存在核力,必然是质子吸收真空(基态能量子空间);电子一定是吸收从质子释放出来的能量子。 电子没有什么理由不被质子吸进原子核的,质子在释放一份能量子(光和热)被吸进质子活动空间的电子肯定又被膨胀出去。以氢原子及它的同位素为例。在氢原子内,在原子核外运行的电子,在电子和质子电场吸引力在作用下,被吸进质子空间,形成瞬时的复合粒子——中子。即原子核的中子是电子和质子的复合粒子。质子释放能量子时,质子空间急剧的膨胀——爆炸,又把这个电子辐射出去。这个发射距离就是原子的半径,即电子被质子发射到原子核最外层的电子轨道上。这个电子在电场力的吸引下,绕原子核运行n圈,又被吸进质子空间中。对于氢同位素,原子核还存在中子,这时在原子核中的质子和中子是交替地辐射与吸收电子。对于质子A与B,A变成中子时,B发射电子;A发射电子时,B变成中子。在氢原子核中,在核外电子引力的影响下,A变成中子时就向核内运动;A发射电子时就向核运动,由此形成一种质子和中子的对流运动,整体上看原子核是在高速转动的,对于其他大的原子核,这种对流运动会造成原子在运动中形状的变化。自此我们得出一个重要推论:原子核是质子和中子的对流运动。从核外被质子吸进核的电子走的是一条螺旋渐进的椭圆轨道。玻尔轨道是将这种轨道的理性化形式,轨道理性化后便于数学计算和推理。
螺旋渐进的椭圆轨道内屏蔽(束缚)一定密度的能量子,使能量子不能自由膨胀,衰减和转化基态能量子,使能量子能长时间封闭在原子内,形成原子能;封闭在分子内的是化学能;封闭在核内的是核能。由于能量子是自由膨胀的,离核近膨胀小能量高,离核远膨胀大能量低;这就是原子的能级。当外力或能量作用于在螺旋渐进的椭圆轨道某处的电子时,电子可以可以放出它屏蔽的能量子。
玻尔量子轨道是以不同的n个椭圆为n个等势闭合线,他将这n个等势闭合线看成是电子的运动轨道,并有运动方程进行描述。不同的是,量子力学将这n个等势闭合线看成是电子出现的概率,并用电子的势能函数在不同的等势闭合线做周期振动,其方程是波动方程,简单地说其方程是简谐振动方程。也就是说,量子力学将电子的轨道方程,用电子出现的概率周期振动推算出,电子势能的周期振动。玻尔方程是从电场的势能推导出来的。方法不同,他们的目的是一样的。
当质子释放一份能量子hv时,质子把电子发射到原子最外层半径为r的轨道上,质子用一份能量子hv的能量做的功是ee/r,即
ee/r=hv
将光速c=代入上式,并两边同乘以
2πee/hc=2πr/λ=a
a是精细结构常数。原子半径是
r=aλ/
从以上式看,精细结构常数a和光的波长有关。而事实上,从质子放出的光还没有得到膨胀,光波长都是一样的。通过改变思路:用电子是从原子核发射出来的思想,我不但解读了玻尔理论深层的物理意义,玻尔量子化条件的本质;还巧妙地从理论推导出精细结构常数a来,并证明精细结构常数a是原子中电子和质子耦合力程度的指标;反过来说,精细结构常数a间接地证明了电子是从原子核发出的。著名物理学家费曼曾说:这个数(精细结构常数)自五十多年前发现以来一直是个谜。所有优秀的理论物理学家都将这个数贴在墙上,为它大伤脑筋……它是物理学中最大的谜之一,一个该死的谜:一个魔数来到我们身边,可是没人能理解它。你也许会说上帝之手写下了这个数字,而我们不知道他是怎样下的笔。精细结构常数这个被称为上帝之手写下的常数,至今根本无法从现有的物理理论中推导出来。几十年来,尽管世界上有多少人在为推导这个常数而费尽心计。
光与空间的本质
对于自由光子,也就是不被约束或不在光源发出的,不在拥挤的光子流体中运动的光子,它可以自由膨胀,自由衰减能量。这样的光子瞬间就转化为基态光子了。也就是说,自由空间不存在光子或光子没有生存时间。从光源发出的光每个光子之间都是相互约束的,每个光子都不能自由膨胀。从光源发出的光,光子释放膨胀力,后面膨胀力大的光子推动前面膨胀力小的光子前进,由此形成光的运动。我们知道,任何物质对光和电磁波都有遮挡,都有反射,折射,散射和透射等,绝对透明或透射的物质不存在。光可以充满空间,也可以使器件成型,如果不连续供给光,这些作用马上消失,光马上转化成真空了。连续发光中的某一个光子四周都有其他光子阻碍它自由膨胀,这个光子只能将膨胀力以动量的形式向四周拥挤它的光子传递动量,使这个光子不能得到自由膨胀衰减能量,因此这个光子在光束中有更长的运动时间。宏观容器不能把光约束在内,光源不断地向容器辐射,而容器的光子消失的更快。如果在介观尺度上——纳米结构中,光被约束可以在结构中停留时间长一些。介观尺度上光约束与传输已发展成为一种新技术 。在更小的尺度——分子,原子,原子核空间内,能量子几乎能被完全约束住,使能量子不能得到任何膨胀和能量衰减,这些能量子能长期保存在其内,它们就是化学能,原子能,核能。
空间是什么,这个深深困扰着人们几千年的问题,已成为最深刻的哲学问题和科学问题。围绕着空间问题有数不清的理论与学说,最权威的是相对论。所有对空间的认识和讨论都没有同光的本质联系起来,不是数学的空间就是假设的空间;时间和空间是不可分离的认识使人们更远离空间的本质。
空间是由真空和CMB组成的。基态能量子形成的空间——基态能量子空间就是真空。真空为物质运动提供能量,物质运动产生光和热照亮大地和宇宙万物。如光和热没有它们的去处,没有它们衰减转化的地方,宇宙早就是一个大火球了。真空是基态能量子的‘海洋’,物质在能量子海洋中把基态能量子蒸发成能量子——光和热的形式,光和热又‘冷凝’进真空——基态能量子空间。宇宙空间就是在物质作用下,从一种形式转化成另一种形式的循环中运动着,即空间是非物质基态到常态循环的转化运动。真空为物质提供第一推动力,物质运动产生光和热,物质吸收真空运动,真空缺少能量子产生收缩,形成引力。宇宙空间是由真空和CMB组成的,在其中存在运动的物质和膨胀运动的能量子。虽然基态能量子空间——真空已是由耗尽能量的基态能量子组成,但是物质吸收基态能量子,必然使真空形成密度势差,必然形成基态能量子向物质流动的运动,由此形成以物质为中心球对称的真空空间收缩,由此形成万有引力。质子吸收真空中的基态能量子而运动,在质子附近形成一个真空收缩的漩涡流,真空收缩的漩涡区是核力区。万有引力和核力都是真空收缩产生的,弱核力是漩涡边缘区的收缩力。 空间的本质已交代清楚,现在我们看看恒星是如何发光。物理学知道了任何物质都产生热辐射,而忽略了热辐射也是一种客观存在体。当体积大的固体物质,如地球,从地球地心的物质向外辐射热辐射,由于能量子被高密度的物质屏蔽住,使能量子不能很好地膨胀,能量不能很好地衰减;即地球内产生的热辐射远大于地球表面辐射掉的热,使得地球内部热辐射不断地积累,热辐射密度不断增高,温度也不断增高,使地球内部一定的区域(地幔)溶化为液体。当地球内部热辐射密度不断增高,能量子流就会从地壳的某些薄弱处辐射出来,由此引发地震,地光,火山喷发等。当固体物质体积更大时,如太阳,则从星体表面辐射大量热辐射,致使星体表面固体物质溶化,离子化,粒子化,并发出大量的光和热。 从任何物质都存在热辐射,就可以得知太阳的燃烧是热辐射产生的发光。这样,不排除太阳表面某区域由热辐射引起的热核反应。如果完全将太阳看成是热核反应星球,则太阳将是一个不断膨胀的,将把太阳系吞噬掉的星球。发光,化学反应,燃烧,爆炸,核反应等都是将分子或原子核中被屏蔽的热辐射释放出来的结果。的
参考资料
曾谨言 量子力学 北京 科学出版社 2001
章冠人 光子流体力学基础 北京 国防工业出版社 1996 ,
李新民 李新民光子模型

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