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分子原子內(nèi)部不停的在高速運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)需要的能量來(lái)源于哪里?

 見(jiàn)青黃 2017-09-12

中學(xué)和大學(xué)非核物理專業(yè)都沒(méi)有深入探討過(guò)這類問(wèn)題,實(shí)際上當(dāng)代的大物理學(xué)家們也未必就能給出準(zhǔn)確的答案。本人也是物理學(xué)愛(ài)好者,中學(xué)時(shí)曾獲得過(guò)物理競(jìng)賽全國(guó)一等獎(jiǎng),物理一直是我關(guān)注和感興趣的話題,所以也有興來(lái)探討一下這個(gè)問(wèn)題。不知道有多少人讀過(guò)牛頓的《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》?牛頓在這本書的序言部分提到:“古代人在研究自然事物方面,把力學(xué)看得最為重要,而現(xiàn)代人則拋棄實(shí)體形式與隱秘的質(zhì),力圖將自然現(xiàn)象訴諸數(shù)學(xué)定律,所以我將在本書中致力于發(fā)展與哲學(xué)相關(guān)的數(shù)學(xué)?!敝蕴岬竭@句話,是因?yàn)檫@句話所提及的研究與思考的思路是現(xiàn)代科學(xué)真正意義上出現(xiàn)的分水嶺。為什么呢?因?yàn)橹暗娜藗円恢奔m結(jié)于本源問(wèn)題,即牛頓提到的“隱秘的質(zhì)”,而試圖回答這個(gè)問(wèn)題往往都是徒勞無(wú)功的,譬如:力的本質(zhì)是什么?物質(zhì)為何具有質(zhì)量?時(shí)間的本質(zhì)是什么?這些問(wèn)題到目前為止都是沒(méi)有答案的。現(xiàn)代物理學(xué)從經(jīng)驗(yàn)出發(fā),以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),總結(jié)規(guī)律(各種定律),并形成數(shù)學(xué)抽象;然后從定律出發(fā),進(jìn)行各種演算與推導(dǎo)(非常注重推導(dǎo)過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)性),試圖解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象,并解決現(xiàn)實(shí)中的各種問(wèn)題。理論物理中也常常會(huì)提出各種假說(shuō),并最終被證實(shí)或證偽。但不管定律也好,假說(shuō)也好,它們所描述的一定是某種規(guī)律而不是某種本質(zhì),正因?yàn)槿绱?,物理學(xué)才是有用的。其他的科學(xué)大抵都是如此。

現(xiàn)在我們回到這個(gè)問(wèn)題本身,問(wèn)題本身就是不科學(xué)的。運(yùn)動(dòng)需要能量驅(qū)動(dòng)嗎?提出這個(gè)問(wèn)題的朋友可能還沒(méi)怎么學(xué)過(guò)物理。我感興趣的是這個(gè)問(wèn)題的回答倒是挺熱烈的,但大多數(shù)就違背了我上面提到的基本科學(xué)思路;同時(shí)因?yàn)榇蠹覍?duì)一些高深理論存在誤解,又導(dǎo)致對(duì)某些實(shí)際上可探討的問(wèn)題裹足不前。舉個(gè)例子:我們從科學(xué)家測(cè)得的數(shù)據(jù)知道質(zhì)子和電子的電量,我們也知道原子的尺度,從而可以估算出電子受原子核電荷吸引力的大致級(jí)別(以最簡(jiǎn)單的氫原子為模型),我們也知道電子的質(zhì)量,那么我們能否估算出電子在核外運(yùn)動(dòng)的大致線速度呢?這便是一個(gè)很好的問(wèn)題!有人就說(shuō)了,電子的運(yùn)動(dòng)不是一般物體的運(yùn)動(dòng),又啥電子云,又統(tǒng)計(jì)規(guī)律啥的。那我就詫異了,既然電子是一種基本的粒子,難道他的運(yùn)動(dòng)不要遵守基本的力學(xué)原理嗎?離心力與電荷吸引力大致平衡難道完全不適用嗎?如果不適用,那么就一定需要提出新的理論來(lái)解釋電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。實(shí)際上我們只要用離心力與電荷引力大致平衡這一點(diǎn)來(lái)計(jì)算(不用考慮相對(duì)論效應(yīng)),就能大致估算出電子的線速度與光速在一個(gè)量級(jí)!想想原子核多么微小,而電子繞核運(yùn)動(dòng)的速度何其之大,那么談?wù)撾娮幽硶r(shí)刻在什么位置又有何意義?因此描述電子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律遠(yuǎn)比描述其實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡(實(shí)際根本無(wú)法描述)重要的多。

就說(shuō)這么多,拋磚引玉,希望看到更多有意思的探討。

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