《一位老工程师的前沿物理科普贴》
第27节作者:
浅论物理 换言之,如果该底片不是处于一定的长时间曝光状况下而仅仅是瞬间曝光所得,那么无论是在什么时候曝光,又无论是分多少次曝光,那么肯定每张底片上至多只有一个或几个形不成规律的斑点;并只要不改变一个个发射电子,那这种现象就会一直存在。当然如果我们将这无数次分次瞬间曝光所得的底片,同心叠加起来,并且无须考虑曝光秩序的先后,当叠加到一定张数后,我们又可以得到条纹痕迹,再继续增加底片逐渐又可得到漆黑一团的图像。
上述现象告诉了我们光或电的传递是粒子性的传递。衍射条纹图像是无数粒子经过底片时留下的痕迹的组合,而每个粒子仅可能在底片上留下一个斑点。条纹仅仅正确揭示了无数粒子经过某一截面时运动轨迹的统计规律,但它却并无法揭示物质粒子单个的运动规律;与单个粒子运动时的世界线——粒子在四维空间中的一条连续的运动轨迹,它描述 了粒子在任何时刻的位置;除了仅有一个交点外,再无任何联系。用条纹图像来说明物质粒子运动时有波的特征是不足以为凭的。
而单个粒子各自在形成自己斑点的位置时是随机的。光子的这些运动规律是由它自身的特性及四周影响它运动的场共同决定下形成的;另外也不能忽视它们所通过的狭缝边缘对它们产生的影响。例如磁铁四周的磁场将铁粉沿磁力线方向自动排列成条纹,与前述衍射条纹很有相似之处;总没有人会就此断言这是铁粉粒子呈现波的特性吧?但也不要将磁力线条纹全归功于磁场,否则将铁末换成铜末或铝末再试一下便知了。
我们所见到的纸平面上铁粉沿磁力线方向自动排列成条纹其实亦有重力场在起作用;在空间,磁力线其实是以磁源为中心的三维立体状态的。
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日期:2009-12-02 10:29:22
物理学中量子的“波粒二象性”,是对随机出现的单个量子在总体上找到概率解释。波反映出了物质运动的一个特性,但波更是无数物质粒子综合轨迹的组合,在狭缝衍射图像上的波形条纹,是垂直于中心辐射半径的一个切面上无数粒子留下的痕迹,而决不是某个物质的波。因而要说单个粒子具有波的特征是站不住脚的。在普朗克的量子假说中,人们不能用任意少的光的数量,至少要用一个光量子。在量子力学中对量子的解释是:波可被发射或吸收的不可分的单位。对光子的解释也有称作光的一个量子。量子看来是波的最小的基本单位了,那么如果波本身就是由粒子所组成的,粒子就是波的最小的不可分的单位,那么是否能够把量子就看成粒子呢?在一些用单个粒子难以进行下去的场合,就如同普朗克所说的,至少要用一份数量时,是否可以理解成最小的一份粒子包呢?
量子力学中用“量子”来替代粒子,只是由于“测不准原理”所揭示出的暂时无法同时测准粒子的位置和速度,而用可能还具有波特征的量子来敷衍,这是量子理论的不足之处;这一混淆遗害不浅。
其实光子及其它任何物质的最小单位是粒子,只是以目前的手段尚无法测定单个粒子,还只能凭统计资料知晓各种物质各自无数粒子组成的粒子流的特征。而粒子流具有可不间断地源远流长,无限传播,但又可被随机阻断的特征。在其传播过程中又允许与其它粒子流相互在瞬间不间断地穿越却又并不会影响各粒子流所固有的波的基本特征。
在前面的分析中可以看出来,粒子所呈现出波的特征这决不是单单一个粒子就能显示出波特征来的,而是一群众多的粒子将它们整体的运动轨迹综合起来才可能呈现出波的特征。而任何一个单独的粒子均有各自的运动轨迹,也就是各自有各自的世界线,而由于各自受到周围场的不同干扰,或者说周围场的有一定规则范围的影响造成了各个粒子的世界线,有着一定的差异。在现有的客观条件下人们利用“不确定性原理”概率性地总结出粒子群体运动轨迹所反映出来的波的特征,加以研究应用是无可非议的。并且应该说发现的这种物质波的统计性结论,对微观世界的微粒子研究确实起到重大的作用,意义非凡。但也应看到这是在人们还没有条件描述单独粒子世界线的情况下没有办法的办法。并不能因为如此不得以而为之,而放弃承认物质粒子性的原始面貌。
如果物质原本就是粒子性的;如果17世纪牛顿提出的“微粒说”是正确的,物理学应还物质以粒子性的本来面目,从而脱离极其尴尬的粒子与波混淆不清的概念,从而也可以给予量子正名,有利于人们用清晰的头脑更迅速地进行新的研究。
对经历近百年一直困难于解释的“量子力学”,也可以理直气壮地准确、简洁、明了地做出解释。
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日期:2009-12-03 08:08:58
第十章 相对论
物理学在20世纪初量子时代出现的相对论,是由狭义相对论及广义相对论两部分组成。是现代物理学的理论基础之一。论述物质运动与空间时间关系的理论。20世纪初由爱因斯坦创立并和其他物理学家一起发展和完善,狭义相对论于1905年创立,广义相对论于1916年完成。
这两部分各自由两个假设组成,一共有四个假设:
爱因斯坦第一假设:所有惯性参考系中的物理规律是相同的。
爱因斯坦第二假设:光在所有惯性系中速度相同。
爱因斯坦第三假设:引力质量和惯性质量相等。
爱因斯坦第四假设:自然法则在所有的系中都是相同的。
19世纪末。由于麦克斯韦电磁理论及牛顿力学逐步完善,许多物理学家似乎感到几乎已无所事事,认为物理学的整个发展工作已经结束了。但是在光的传递中出现的一系列尖锐的矛盾,却一直在向经典力学进行着严重的挑战。1900年普朗克用量子辐射的理论,即光辐射是采用一种称作量子的波包形式在进行的。后来爱因斯坦对其进行了完善,进一步提出了光子理论。光电效应的解释使爱因斯坦荣获了1921年度诺贝尔物理学奖。就此物理学迈入了量子力学的新纪元。
当时还名不经传的年青的爱因斯坦对经典时空观产生疑问,提出了物理学中新的时空观。1905年9月爱因斯坦发表了《关于运动物体的电动力学》的论文,宣告了狭义相对论假说的问世,该理论认为光总是以常速运动;把空间和时间统一成一个平坦的,四维的空间——时间,但是它没有描述引力的效应。狭义相对论含有爱因斯坦第一假设及爱因斯坦第二假设两部分。
爱因斯坦第一假设可以这么陈述:所有惯性参照系中的物理规律是相同的。在这个假设下,狭义相对论原理是物理学的基本定律及自然规律。
在此第一假设下,惯性系是指静止的或作均匀直线运动的系。第一假设叙述了在惯性系中,不管观察者以任何速度作自由运动,相对他们来说,科学定律仍然一样。换言之,在两个彼此作相对匀速运动的坐标系中,无论选哪一个系为参考系,物理定律的变化不受其影响。本来这些就是与牛顿力学吻合的,无可非议也并不难理解。
关于第一假设爱因斯坦举证的例子是飞机上的实验:假如你正在一架飞机上,飞机以每小时几百英哩的恒定速度,水平平稳地飞行,有人在机舱那边说:“把你的那袋花生扔过来好吗?”你抓起花生袋,但又突然停下来了,仔细思忖着:“我该用多大的劲来扔这袋花生呢?要知道我这可是正坐在一架以每小时几百英哩速度飞行的飞机上,怎么样才能使它恰好不远不近地到达那人手上呢?”其实,诸如此类的考虑根本都是多余的,实际上你什么也用不着想,只要如同平时在地面上完全一样大小的力气和动作随随便便投掷出去就行。花生的运动就如同飞机停在地面上一样。
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日期:2009-12-04 09:21:45
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