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熱探索的歷程和曙光

作者:佚名  人氣: 次  時間:2018年08月25日  星級:

一、熱是什么、來自哪里?

溫度是什么?現代一般的回答是物質的冷熱程度。這是個膚淺的回答。

溫度、是物理學的一個最基本的參量,世間萬物都存在于一定的溫度之中、所有物質特性都能特定的溫度中變化。熱是自然界最普遍的現象,普遍得讓人熟視無睹。然而熱是最神奇的,熱是什么,熱從何而來?一直是科學的天問。

二百年前,研究者看到:陽光帶來溫暖、摩擦產生了熱、燃燒造成了熱。依據現象,熱被定義為:熱是一種特別的物質,熱沒有重量,能夠在宇宙中到處流動,能夠進入物質內部,填補著物質的微粒間的縫隙,并且引起普通物質的擴張、變化。[1]

yabo一百年前,原子、分子論初現端倪,布朗實驗再度被重視:物質溫度高,液體、氣體分子碰撞運動的速率加快。于是定義:熱是大量分子無規則的運動。

yabo這個觀點是一個進步,在熱與(物質的分子)運動的速率之間建立了聯系。但是,該理論只是建立在物質的液體、氣體層面,認為熱來自分子摩擦與碰撞;固體分子位置固定,該理論對固體熱現象的解讀牽強;分子熱運動理論只是停留在分子層面,對熱引起的規律變化的相變、對熱發光的事實探討無能為力、難以深入。

分子熱運動理論依據布朗實驗,呈現的是分子雜亂無章的運動。但是自然物質在溫度中表現得循規蹈矩、精確、規則:所有純凈物質都有固定的熔點、沸點;水在0℃結冰、100℃沸騰;磁性物質在溫度上升到了居里點磁性消失;超導物體一定要達到臨界低溫、超導才能發生。物質這些有規律的現象和變化都與溫度有精準、密切的相關。那么,溫度是什么,在熱的作用下,物質規律、準確變化的內在機制是什么?

大自然坦露天機,給出了大量的物態隨溫度變化的精確數據,揭示了變化與溫度之間的默契,提示著達到默契必然存在著內在的精巧。這精巧的機制的結構是怎樣?是如何運行?精準的變化給物理研究者發出了洪荒之問。

近代學者們在熱機的卡諾循環提示下,提出來“熵、焓”等理論,這些個理論僅僅能夠總結宏觀的熱力現象,熱力學研究只能停留在統計、宏觀層面,統計對微觀具體的物質熱現象無能為力,更難以解釋熱使物質發生的微妙變化。

80年來,量子物理設置禁區、封鎖了對核外電子運動的探索,物質物理的探討無路可走、陷入困境,使熱學研究倒退在熱質之說上,幾十年難有建樹,于是,物理熱學降溫。

國際前沿的物理學關注熱點、大旗直指:上帝粒子、量子糾纏、大爆炸、暗物質、蟲洞穿越等等聳人聽聞、難以檢驗的高大上。

高端、大氣、天馬行空的鼓吹,可成為蠱惑人心的談資、申請經費的噱頭。可是真正的科學是要面對歷史、面對孩子,需要真實誠懇,邏輯理性。

自然物質在溫度中的變化明顯,但是量子物理的禁錮,探索的線索全無、舉步維艱,統計計算、分子熱運動的研究陷于困境。上帝把物理熱學大門緊閉、一定在別處打開窗。研討物理熱學規律的內在機制,路在哪里?大自然的天機深藏在哪里?

不用找,上帝之窗早已打開,明晃晃的——自然火光。

yabo大自然把熱和光造成一對孿生姐妹,物質加熱到了一定程度必定產生光。亙古以來,火光照亮黑夜,人們在爐火中烹飪食物,在篝火周圍歡快的跳舞,在圣火照耀下開奧運會。“熱和光”成了文學的口頭禪,熱和光是熱學探索的曙光。明亮的火光一直述說著自然熱學的奧秘,可惜人們對醒目的火光傳遞來的信息熟視無睹。

二、火光的奧秘

yabo60年前的冬天,家家戶戶燒煤爐取暖,一個好奇的男孩把粗鐵絲、瓷片、石頭、玻璃等分別放進爐火中,這些物體都能燒成橙紅色并發出亮光,取出后,光色由橙紅-紅-暗紅-原本顏色。疑問:黑乎乎的煤為什么能夠燒出紅亮的火光?為什么所有的物體都能燒紅并發光?橙紅色的光是哪里來的?取出來后,溫度逐漸降低,紅亮的物體逐漸變暗,是什么使得顏色發生變化?

yabo自然的爐火、蠟燭、酒精燈、白熾燈在火光中昭示我們:火熱之中、物質就能夠受熱發光,在爐火中,溫度高-火光黃亮;移出爐火,溫度低-火光變暗。這溫度與火光的顏色之間的關系是密切對應、很有規則的啊!這種溫度-光-顏色的關聯來自哪里?

后來在大學學到:光是一定頻率的電磁波。火光來自高熱的物質,那么,是高熱物質發出了電磁波,高熱下物質的核外電子發生躍遷-輻射出了電磁波。火光是高熱物質的電子躍遷所輻射出的電磁波。

yabo物質發出的光實際上是電磁波。溫度升高,電磁波的頻率從微波、紅外波、到可見光——赤、橙、黃、綠、青、藍、紫……由低到高。將以上幾項物理現象聯系起來,加以歸納,我們就可以得到下表:

大自然在火光中昭告我們:

1、溫度高、物質發光頻率高,物質的發光來自高速率的核外電子的躍遷。表明:溫度高-核外電子的運轉速率高-躍遷輻射出的光波頻率高。反之,溫度降低,核外電子運轉速率變慢,輻射的頻率降低,顏色隨之變暗。

2、在這發光顏色與溫度正相關。這種溫度-發光顏色的關聯的內在機制是:核外電子運轉速率隨著溫度規律變化,熱就是核外電子運轉的速度。

3、上述表格中物質光色與溫度的一致以及物質相變準確的溫度告訴我們:物質所有原子的核外電子的速率是規則一致的,

文章開頭的天問:熱是什么,熱從何而來?現在就有了答案。熱不是分子的無規則運動。熱來自物質核外電子的運轉速度。

由此,我們就可以理直氣壯地回答古老的猜想:熱不是專門的物質,所以熱并不能填補物質的微粒間的縫隙;熱蘊含在運動中,是一種運動狀態的表現,熱沒有重量;熱僅僅是物質核外電子的運動速度,速度快-溫度高,所以熱是原子整體才有的效應。原子溫度高于環境,核外電子才會發生躍遷,并且向外輻射電磁波。這也算是熱能夠在宇宙中到處流動。

鐵定的事實:火光、頻率、核外電子速率相依相存的緊密關聯篤定,透露了原子的核外電子的運轉速率是相對穩定的、是隨著溫度改變而呈規律變化的。溫度高-核外電子運轉速率高-價電子躍遷發光頻率高,環環相扣、邏輯明晰,反之亦然。這是一個被近代物理忽略的重要細節,流傳百年的電子運動無規律的電子云理論是物理源頭的疏誤,電子云理論應該收場。

yabo在一百年前,早就有學者發現了火光顏色隨溫度變的自然規律,研究者在溫度與波長(可惜不是頻率)之間建立了數學公式。然而,在電子云的陰霾籠罩下,科學界忌諱探討電子規律運動,與自然事實失之交臂。后來量子物理的波、粒二象性理論、測不準原理,強化了電子運動的不可知論,建立了思想囹圄,強迫劃界了高墻電網,核外電子的運轉線路、速率成為科研的禁區、雷區。之后的科學探索只能繞開禁區、背離自然實在,致使當今物理暗藏諸多自身無法解決的疑難、迷途難返。

其實現代物理學早就在用核外電子運轉速率來測量溫度:如:激光測溫儀,測量的是額頭紅外線的頻率,得到的是人的體溫。

還有一個高端事例:華裔科學家朱棣文教授因激光冷卻捕獲氣體原子實驗,獲得1997年諾貝爾物理獎。朱先生的實驗把鈉(Na)氣體冷卻到了1μK。

如此低溫怎樣測量?用的是飛行時間法(TOF),測量的是原子的初始速度,由速度分布可推出原子的溫度。即:用氣體(價電子)運動的速度推測其溫度。這種測量與以上“溫度——速度”思路一致。原因是:溫度低—氣體的價和電子速率慢,氣體分子運動速度慢。(價和電子速度被囚禁,分子往下掉)

yabo實驗中,激光與Na分子的價和電子的電磁波發生干涉,使核外電子的運轉停頓(實驗所囚禁的實際上是核外電子,使之速度接近零),氣體分子溫度也就冷卻近零。因為主流的量子物理忌諱談論核外電子速率,所以文獻中說的是用飛行時間法(TOF),測量的是原子的初始速度。

知道了熱是物質核外電子的運轉速度、溫度高-核外電子運轉速率高。文章開頭的所述:純凈物質都有固定的熔點、沸點;磁性物質的居里點;超導物體的在臨界低溫、超導發生。都與溫度有精準、密切的關聯、都是物質核外電子的運轉隨著溫度有規律變化結果。

三、幾個推論

yabo科學探索如同偵探破案。細節和線索至關重要。火光顏色隨溫度變化揭示自然物質內部的信息、是破案的蛛絲馬跡、是電子規律運動的冰山一角。冰山下面您會發現:電子的規律運轉是原子核外最活躍、最積極的因素,核外電子規律運動是物質構成及其理、化、生特性的總根源。

yabo上篇文章,以自然物質熱發光的事實,論證了:熱是物質核外電子的運轉速度,物質的溫度與核外電子的運轉速度緊密關聯,這是一個以事實為依據的、全新的物質物理學概念,“”還帶來了什么內部消息?

有網友喜歡看我博客中的邏輯思維,在論證了物質的溫度就是核外電子的運轉速度之后,又有了一連串的推理,請您驗證以下推論是否合理。

yabo推理一、依據:溫度——核外電子的運轉速度,物質熱現象都是核外電子規律運動的結果。所以,凡是與溫度相關的科學探索、都應該首先思考其核外電子運動相應的速度。研討物質的熔點、沸點、居里點、超導臨界點,都要與該溫度時的核外電子的運轉相關聯。

yabo推理二、物質的結構,都是在一定的溫度條件下的存在,溫度變-結構變。那么物質的結構:是冰、是水、是一種熱存在,也是其核外電子運動的結果。所以物質結構的存在,應該是在該溫度條件下核外電子運轉線路、速率的結果,不是化學鍵。百年物質構成的化學鍵理論不是自然的真實。

yabo推理三、材料的的性能取決于其核外電子的線路、運轉速度。這是材料科學的新開端。

yabo推理四、金屬材料的熱處理,是通過溫度改變金屬材料的機械性能。所以熱處理就是通過溫度改變金屬材料的核外電子的運轉速度。

推理五、物理學定義,物質的溫度高,就是該物質具有較高的熱量。那么熱量就是核外電子運轉所形成的物理量。熱量是物理學的多種能量之一,能量可以相互轉換,所以,核外電子運轉所形成的物理量可以與其他能量相互轉換。我們就此可以解讀世紀之問——能量是什么?

yabo推理六、熱是物質核外電子的運轉速度,那么熱傳遞就是傳遞核外電子的運轉速度,也就是逐步改變核外電子的運轉速度。熱傳遞有對流、傳導、輻射三個途徑,所以傳熱也就是通過三個途徑改變核外電子的運轉速度。

推理七、熱是電子繞原子核運轉的結果,溫度是原子整體才會有的現象。所以,單個的電子就不存在溫度、也不能夠攜帶溫度,自然界沒有熱電子、冷電子。那個“金屬由自由電子傳熱、導電”是個流行百年的錯誤。

推理八、超導發生,物質的溫度極低,所以超導形成時核外電子速率緩慢。

推理九、人生病發燒,細胞的電子速率有所上升。

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四、溫度與物質結構

純凈物質存在固定準確的熔點、沸點,說明純凈物的核外電子轉速是精準同步的。都與溫度有確定、密切的關聯,在特定的溫度條件下同步發生變化。

yabo與溫度直接相關的是核外電子運動。規律必然源于且服從更深層的規則,那么,物質與溫度相關的所有特性都是核外電子運動所促成、核外電子的規律的運動是相變溫度變化物質特性發生改變的直接原因。

yabo物質的結構,都是在一定的溫度條件下的存在,溫度變-結構變。那么物質的結構是一種熱存在,也是熱現象、也是核外電子運動的結果。所以物質結構的存在,應該是核外電子運轉的結果。

物質的構成:共價晶體、金屬晶體都與價電子數和價電子的價和運動相關。自然界的氣體,同類原子總是兩兩結合,不同類原子結合、總是使分子的價電子之和是8、或8的整數倍。這種現象告訴我們除了惰性氣體,原子總是相互吸引對方的價電子構成結構元(圖一中橢圓),然后構成晶體。

4價的共價晶體,碳,一般是金剛石(四面體)結構或石墨結構,每個原子對外有4個連接,說明4個價電子與周圍4個原子構成晶體結構。5價的共價晶體,則是構成棱方晶體。(如圖一)

金剛石晶體(四面體)???????? 棱方晶體

圖一

物質的相變-物質呈現為固體、液體、氣體,都與價和電子隨溫度而變化的運動線路、速率相關。物體的構成和相變都是核外電子隨溫度規律變化的結果。[2]那些金屬鍵、共價鍵、離子鍵、范德瓦爾斯鍵等等化學鍵都不是自然的真實。

yabo鐵磁物質常溫下呈現磁性,到了居里點磁性消失。說明磁性與溫度相關、與價和電子的運動相關;天上雷電的形成與冷空氣、與溫度相關,提醒人們:雷電也與核外電子運動相關。

物質熱的現象都是核外電子規律運動的結果,凡是與溫度相關的科學探索都應該首先聯系核外電子運動進行思考。磁性物質在居里點磁性消失;超導體的在臨界低溫、超導發生。

那些測不準、電子云理論、模棱兩可的量子理論,顯然與物質精準同步的特性格格不入,禁錮人們探討核外電子的規律運動,封鎖了人類對物質的研討路徑,蠻橫霸道,是跨世紀的科學錯誤。

五、熱能、能量

明確了熱是什么,也就不難解讀熱量,熱就是核外電子運轉的速度。熱量就是物質核外電子的運轉動能的集合。熱量是眾多的能量中的一種。能量可以相互轉換,那么就可以通過熱能破解其他的能量。

能量,是當今社會最常使用的詞。能量無所不在,但又看不見、摸不著。在中學就學習了各種形式的能量——能量轉換、能量守恒。

能量究竟是什么?是物理學仍然震響的天問。

核外電子在繞核運轉著,溫度——核外電子的運轉速度,大自然用電子的運動速率蘊含熱,也就是運用電子的運動的動能攜帶熱能,于是就告訴我們能量的載體——電子的運動。化學能、光能、電能、都可以轉換成為熱能、都可以提高物質核外電子運轉速率,說明各種能量都能夠加速物質核外電子的運轉速度,能夠加速物質核外電子的運轉速度是所有能量的共同基礎。

yabo除了電能、光能(以下論述),化學能、生物能、都蘊含在物質之中,都具有較高的核外電子速率,但是這種高速率不是溫度很高,這與價電子數和原子結構有關,例如,氧氣和氫氣都具有很高的核外電子速率、具有較高的化學能,氫、氧反應成了水,放出了能量。

電能、光能,化學能、生物能、都具備推動核外電子加速運動的動能,有了這個共同的基礎,因此能量能夠相互轉換,因為轉換前后的能量都是電子的運動,所以總量不變——能量守恒。

yabo宏觀世界的機械能:汽車能夠奔馳,是汽油與氧的化學能反應,形成氣體膨脹(核外電子線路改變),推動發動機的活塞。機床能夠運轉,是電流產生磁力,推動電動機運轉。所以宏觀的機械能都是電子運動推動而來。

能量為什么會守恒?能量為什么能在物質之間轉移、能量的形式為什么能相互轉換?其內因就是核外電子的運動。核外電子的運動方式、運動速率、運動的動能,是獨立呈現的熱能、光能、化學能、生物能存在相互聯系的內在原因;核外電子的運動,是能量轉換、能量守恒的內在原因。

yabo能量是電子規則運動的動能,能量蘊含在電子規律運動的速率之中,能量由電子的運動以及輻射、接收電磁波進行傳遞、轉換。

六、傳熱問題

yabo中學學過:物質的傳熱有三個途徑:熱對流、熱傳導、輻射。熱對流很好理解,現在就來討論傳導、輻射。

yabo熱輻射是不存在的,所以我把輻射前面的“熱”拿掉了。我們已經論證:熱是核外電子繞核運轉速率、熱是原子整體才會有的現象,這種原子現象是不能輻射的。在上篇文章熱和光的討論中,確認了高溫物質輻射的不是熱、實實在在是多種頻率的電磁波(包括紅外線),所以應該叫做電磁波輻射。

核外電子繞著核心旋轉著,電子運轉伴生著電磁波,運轉速率就是物質溫度。原子總是處在一定的環境之中。當外界的溫度較低,高速運轉的核外電子發生躍遷,降低自身的速率同時向外輻射電磁波;當外界溫度較高,處在溫度較低的原子就吸收外界輻射的電磁波,加快自身的核外電子運轉速率,即提升了自身的溫度。

yabo自然界所有原子都不是孤立的、靜止的。都是在這樣不斷地輻射、接收著電磁波,與外界進行著交流,維持著一個動態的平衡。這樣,從傳熱到輻射都成就了“熱總是由高溫物質向低溫物質的傳播”的熱力學第二定律。

yabo原子高溫時,核外電子躍遷,輻射電磁波,降低自身的速率,失去了能量。原子低溫時,核外電子還能吸收外來的電磁波輻射,提升運轉速率——獲取能量。物質就是這樣與外界通過輻射或接收輻射與外界進行熱交流。

人們曬太陽、烤火,接收著熱源輻射過來的電磁波、紅外線,隨即提升了自身細胞的核外電子的速率,感覺到溫暖。于是把電磁輻射叫做熱輻射。光輻射不盡然是熱輻射,光伏電池就直接把陽光能轉換成電能。

yabo有熱學研究者依據“熱傳遞過程的不可逆”,無限擴大其時間、空間,直至整個宇宙都會達到熱平衡,形成所謂的“熱寂”。事實上這種現象從未發生,連熱寂的趨勢也不存在。這是因為:自然界不僅有熱力學第二定律,大自然還存在最基本的哲學——循環,自然萬物都在生生不息的局部循環之中。雨、生命、春夏秋冬都是如此。熱也是循環、在某些局部范圍循環,不會在宇宙間形成熱寂。

熱傳導?? 人們早就注意到,不同的物體,其導熱能力是不相同的,當固體物質局部受到高溫時,金屬物質傳熱快,而非金屬物質及化合物傳熱緩慢。所謂的熱傳導,就是當物體局部受熱時,這個局部的電子速率增加,而且影響到鄰近結構元的核外電子的速率增加,形成了熱傳導。

yabo金屬物質傳熱快,不是因為金屬內有什么“自由電子”。而是因為金屬內的每個結構元內的價和電子的速率相對獨立,金屬受熱時,因價和電子沒有牽連,速率立即升高,通過磁場影響傳遞給鄰近的原子,使鄰近價電子運轉和諧,速度差異接近。熱傳遞是通過電子運轉的磁場傳遞的。

而非金屬的價電子數較多,每個核心周圍有4 個或更多的價和軌道的環繞,(見圖一)而每個軌道的另一端連著另一核心,另一核心又環繞著許多軌道,每個結構元的價和電子的速率都是相互牽制的,它們的速率必須相對同步。當物體局部受熱時,價和電子的速率受到周圍結構元的制約,不能很快增加,因而熱量也得不到較快的擴散、傳播,故非金屬物體的導熱性能很差。

yabo科學的本質是探索、探索的依據是事實。科學理論的基礎必須來源于事實、忠于事實。電子云、量子力學設立禁區,探索被迫回避自然事實、科研喪失了本源、沒有了基礎,喪失根基的大廈必然垮塌,百年物理將從此被顛覆。大自然在熱與光中指引我們探討核外電子規律運動,使眾多的科學之謎迎刃而解,生機已經顯現,前途初見曙光。?

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