《一位老工程师的前沿物理科普贴》
第45节作者:
浅论物理 引力场虽然是那么的微弱,使得人们难以捕捉到它,但它难免会在某些场合留露出它的蛛丝马迹。在目前人们寻找引力场未得,而热衷于制造引力波发生器以图人造引力场时,曾否想到直接利用大自然一直持续不断地,廉价恩赐给我们的引力场;这也就如同物理学家一直梦想建造那根本实现不了的大如太阳系、甚至比银河系还要大的粒子加速器,以求撞击出大能量粒子时,为什么不想想从大自然无时无刻都在免费赏赐给我们的宇宙粒子中去寻求会更为现实些呢?
我们可以用磁铁、纯铁微粉,描绘出二维的磁力线以至描述出三维磁场;举一反三进而推演出引力场及各种力场。它们也许正是各种由线及节点分层次构成很普通的三维网络;而并非那维数众多或曲率难以界定,无法以三维图形绘制表达出来的东西。
什么是力,什么是引力、斥力、……为什么有的异性相吸、同性相斥;它们又都是如何相互作用的?力在未从被禁锢的相互作用的狭小区域里释放出来;从而对其它物体进行相互作用前从总体上来说可以归类于一种储备能量。如果用量子理论分析,就是一种质量极小的粒子,运动方式与光子类同,在物体之间相互作用。就目前将力所分成的四大类来讲,最典型的表现正是那取之不得,祛之不可的万有引力。
物体发射引力粒子的能力与其本身质量成正比,周边无物体时,发射时是以物体为中心,力粒子流以不低于光子的速度呈球面状向四面八方源源不断地均衡发射。依据球面积,如同光发射一样,距离发射中心越远,力粒子的空间平均密度也越小,也就是与发射中心距离的平方成反比的关系。两个互相未接触物体之间相互作用时,便是依据这种距离关系相互等量交换力粒子,力粒子呈现引力,就是我们所知的万有引力,它属于长程力。
力粒子流也带有极性,其正负极性是由力粒子的的旋转方向决定的,它亦具有同性相吸、异性相斥的功能。当力粒子流能高速穿越物体时,其是引力还是斥力并不明显,只有在无法穿越时才呈现出是引力或是斥力的特性。
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日期:2010-01-25 10:41:16
引力是正、负粒子流均在起相吸作用。如同两个任意的磁铁条放在一起会自动翻转各自选择异性端吸引一般。力粒子流亦会自动选择异性流从而产生双向吸引力。万有引力便是如此产生的。 而斥力场产生的原因则是由于双方同性相对被固定无法翻转所产生的同性相斥力形成。
而当两物体之间距离无限接近时便呈现出弱相互作用力及强相互作用力的特征。换句话说,难道强相互作用力及弱相互作用力和万有引力不是同一种力吗?由于相互作用物质之间距离不同而显示出不同的特征,这两个力都属于短程力。质量不变在同样的传递速度下相距越近力粒子流往复交换的密度、频率越大。当我们将两个放在一起的物体分开时费不了多少力,但我们要将一个物体分开成两半则需要很大的力。反之要将已分开后又并拢在一起的两半物体再分开,又无须要多少力了。这是因为在一个物体内部之间的结合力,是无数距离极小的分子间的吸引力,所以非常大;而已经分开过的两半之间距离远比分子间的距离大多了,至多中间只有个别点之间有分子在接触因而力也就小多了。我们可以做这么一个试验,将两个物体平面磨平、抛光后,就如同平面块规压合在一起一样,它们之间的贴合力就大到用手掰不开的程度了。两块湿玻璃贴在一起就分不开了,就是因为水分子充填了玻璃之间的间隙,此时吸引力传递间距属于分子之间的间距,分子直径的数量级为10^(-10)米。
再设想进到分子内部去考察一下,那里面的结合力——吸引力更大,因为那是原子与原子之间的短程距离所决定的力。我们应该注意到一旦距离大到10^(-10)米时,核力也就变得很微弱了。
如果想把分子之间的结合力与原子之间的结合力归入到四大类力中的一种,那这两者也属于短程力范畴,但相互作用距离却要比强力大多了。
再深入到更小的微观世界,原子核与原子核之间的结合力,以及中子或质子的夸克与夸克之间的结合力;或者比它们更小的粒子相互之间的结合力,都划归在四大类力之一的强相互作用力了。氢原子的最小半径为0.53×10^(-10)米(0.53A),而氢原子核(即质子或中子)的半径为10^(-14)米,由此不难看出原子核之间的结合力要比原子间的结合力至少要大10^8倍。同理,组成中子的夸克之间的结合力更是比核力还要巨大的多,这些力都属于强力。
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日期:2010-01-26 09:56:15
另外说明一下弱相互作用力。它包含带有放射现象的弱核力;这是由于核衰变在缓慢的进行状态下,逐步缓缓地一点一点地释放出来的,那就远不如核力猛然一下释放出来那么猛烈。这也就是弱核力如果归类于极缓慢释放的强核力也是可以的。因为从本质上来说它也是核子之间的力。这也就类似于我们进行原子能发电时利用的可控核裂变;又也许有朝一日人们对可控核聚变的利用也取得了成功,这时核能在可控的状态下减缓了它们释放的速度,但是却并不能改变它们仍属于强力的范畴。核衰变中放射现象的力的辐射,可归类于更为缓慢或极为缓慢的核力释放,若按所释放的微粒的阶层来划分,归类于强力更合理一些。也正因为这,切莫等闲视之它所伴随的核辐射威力。
强力是因为它所束缚的粒子自身具有极高能量而必须凝聚起来的。换言之,非聚集了强力才能将诸如此类的大能量粒子束缚得住。反之一旦被束缚粒子在特殊情况下逃逸了或释放了;同时随之释放出来的这部分多余的,原先用以来束缚粒子的强力也是惊人之大的。
核力是由于相互作用的粒子距离无限小而形成相互间巨大的结合力。这种力一旦被释放出来,远远大于物质分子之间拥有的力。据此推理,在比原子核小的所有微粒子中都禁锢有远远大于核力的力。这正是我们致致以求的巨大能源。在研究这个领域时就必须注重爱因斯坦的质能方程式E=MC2所揭示的质量与能量之间的转换关系了。极小的物质可以转换成极大的能量。而在宏观世界中由于受力物质所增加的质量所占比例是微不足道的小所以忽略不计了,并非没有增加。
力只有释放出来才算,也只有这时候才能起作用。任何蕴藏在各层次物质中的力未能被释放前均无法作数;应该说这时候它只是被禁锢于某一局部区域里的相互作用力,哪怕它再巨大,对外界也无作用。
如上所说,我们可以尽量争取从更小层次的物质微粒中索取更大的力。但这仅是理论上的事。我们在实践中是否有能力将强作用力释放出来,更重要的是必须要能有所控制地将它释放出来同时加以利用。如今人们早已知核聚变的威力,并在氢弹中也得到了利用;但人类却始终对受控核聚变一筹莫展,否则的话人类干脆直接到中子星里,甚至到黑洞里去寻找能量好了,那绝对是取之不尽用之不竭的了。
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日期:2010-01-27 10:09:36
四大类力中第二强的电磁力,同万有引力一样都有属于长程力,强度也与距离的平方成反比,它与万有引力的共性就不谈了。另外它不和不带电荷的粒子作用,同时还具有正负之分:异性相吸、同性相斥的不同于其它三种力的独特性质。在两个电子之间电磁力要比它们之间的万有引力大10^42倍。
对于电磁力的根本机理还不是很清楚的,但有如下几点还是可以关注研讨的:
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