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宇宙本原_高培荣
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第二节:光子在物体中的占位形成热

(2011-11-22 16:10:54)
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杂谈

第二节光子与热能的关系

热能是光子占有空间的结果

我们将光子按中国古代科学的四象原理定位以后,光子成了有形的物质。是有形物质就要占据空间,光子从物体中的进进出出,势必会对周围物体发生作用,这种作用就是我们所说的热量。

光子的进出使物体发生热胀冷缩:在我们日常生活中,最常碰到的就是物体的热胀冷缩现象。当物体吸收热量时,体积就膨胀,当物体向外放热时(也就是我们说的受冷),体积就缩小。这与光子进出物体形成的占位现象完全相同。

物体受热后的变化不单是热胀冷缩,它还有一个形态改变的问题,固体受热到一定的程度就会融化成液体,液体受热以后就会升华为气体。这就是科学词语中物质的固相、液相和气相。从科学原理上讲,所有的物质最终都可以被加热到气相。物质被加热,实际上就是用各种方式向物质分子间充入光子,光子形成的光压不但使物质澎胀,而且光子压力使物质的分子被分解,在常温常压下分子的最大形式就只能是气体。我们从元素周期表上也同样可以看到,原子核外电子的增加,使得光子也增加,光子增加促使原子外层光压增加,由此使元素周期表上的元素从左向右逐渐从固相向气相过渡。由于元素周期增加时原子半径相应增大,需要增加一部份光子做为隔离层使用,光子的数量也相应减少,所以无素周期表上显现出右上角为气态元素,向下则逐渐转变为液态和固态元素。

热首先是来自我们对周围环境的感觉,当外部环境温度较高时由于人体对外的散热受阻,我们就感觉热,在外部环境温度低于人体温度而散热过多时我们就感觉到冷。当人类学会用火以后,对热的概念也就越来越强。人类知道了燃烧产生热,又懂得了如何防止热损失。进而人们对热的程度有了定量的词语描述—温度。一般测量温度利用的是物体热胀冷缩的原理,当科学发展到一定的程度时,人们不再靠感觉和感觉也能了解热,这就是光普分析。人们最容易发现的是所有发热体均向外发射红外光,因为红外光是整个光谱靠中间的一个区段。光是电磁波,为什么热又与电磁波产生联系呢?

我们再回到物体受热膨胀这个现象上来。物体受热膨胀的机理是什么?现代科学的解释是原子接受热量后,电子与原子核的距离就会拉大,延伸到分子也同样是这个道理。为什么电子与原子核或分子间的距离变大?热与能之间是什么关系?它们都是看不见摸不着的无形概念。大家都知道热的传播有三条途径;对流、传导、幅射,但能量却没有这样明确的传播途径,看来热和能量又有一定的区别。现代科学描述的能量还有动能、电磁能、核能,它们产生和作用的方式又有不同,现代科学提出的只是模糊的能量转换概念,转换的中间态是什么?热为什么会转为能量,现代科学缺乏合理的解释。

如果我们首先用光子的特性来解释这些热现象,那么热的问题就会迎刃而解。

对热的重新定义:首先讨论什么是热,按照我们关于光子压力的概念来定义热:热是物质分子间光子压力的对外表现。分子间的光压越高对外辐射的电磁频率也越高,反映这种物体的温度越高。

再说热胀冷缩,物体受热实际是物体受到了电磁波的入侵,电磁波进入物体后则凝结成为光子,光子需要占有自身的空间,这样它占位产生的压力就必然使物体内原子间的距离增大,分子的体积同时也就变大,物体自然就膨胀了。如果物体向外膨胀的空间受到限制,这时由于新进入光子的挤撞作用,势必使物体内产生压力,进入的光子增多,产生的光压也增大,这样就造成物体的升温。我们进行检测时接收到的是物体对外释放的光子,这些光子频率反映的光压对应的就是物理学上所说的温度或者热量。所以我们可以说物体产生膨胀的压力是光子挤占空间产生的,环境压力又可以使光子间产生光压,当分子间的光压大于外部环境中的光压时就迫使光子向外逃逸,这些向外逃逸的光子形成的电磁波就是我们所检测到的热。此时的光压越大,光子对外形成的光频就越高,我们常说的温度也就越高。反过来讲如果按照现代科学的说法,光子进入物体后自动消失,那么虚无的能量又如何使物体膨胀呢?看来用光子解释热的所有问题比能量更具体,更符合现代科学的物理学定理。

空调机的工作原理:按照光子占位的原理,我们又可以用增加压力的方式将物质内的光子挤压出去形成放热,被压缩的物质在压力降低时就又会吸收周围环境中的光子使环境温度下降,人们实际上是利用了这一原理制造了空调机。

光子压力决定了物体的形态:关于物质的三种形态,现代科学总是把物体的温度看做变化的依据,前面我们讲到了从元素周期表上,我们可以知道各种元素的原子因最外层电子数的不同,所以携带的光子数也不同,最外层的电子越多,携带的光子也相对增多,光压也就越大。但随着原子半径的增大,电子层之间隔离所需的光子相应增加,造成最外层剩余的光子则减少,光子形成的压力同样降低。这样可以得出结论:原子最外层光子形成的压力与外层电子数成正比(第一周期除外),与元素的周期成反比。原子最外层光子的含量越多,所形成的光子压力越大,光压大的原子形成的物质是气态物质,光压小的原子形成的是固态物质,处于中间状态时物质则呈液态。用外部的压力就可以改变物体的形态,将气态物质压缩到一定程度就会转变成液态(这时大量的光子被挤出),再进一步的压缩就会成为固态,反之,就会从固态变为液态、气态。我们经常说是温度可以改变物体的形态,其实质却是光子的进出在发挥着作用,也就是说物质分子间光子的压力决定了物体的形态,气态物质在极低的温度下才能变成固态,金属在常温下就以固态存在。

气态物质由于分子间携带着大量的光子,光子的大阳特性(活跃性)使它最容易在物质中进出,所以气态物质更容易被压缩,压缩时也就能放出大量的光子即放热,人们在选择制冷剂时,经常会选用含有第二、三周期第Ⅶ族元素的氟、氯在常压下的气态物质,这些物质中的光子在压缩或膨胀中能被较大幅度的挤出或吸收,从而能最大限度地起到吸热或放热的作用。这种吸热和放热的本质,其实就是吸收光子和放出光子,我们所说的热能实际上是光子的作用,温度是光子离开物质时对分子间光子压力的反映。在我们自然界的所有元素中,金属原子由于最外层光子压力低故绝大多数都以结晶的形式存在,非金属元素多以化合键分子的形式存在,这些正是原子外层光压大小造成的结果。

质能转换只能以光子的形式实现:在现代还原论科学中,把物质状态改变的原因说成是能量变化引起的,而能量是不会转化为物质的,爱因斯坦的质能关系式只能应用在物质转化为能量上,在现代科学中还没有能量转化为物质的实例。虽然现代科学将热归纳为能量,但对能量的解释中又认为能量是无形的,所以它并不符合还原论的原则,我们将热能解释为光子占用空间形成的压力现象,将热能的产生和作用力最终落实到光子上来,这样,光子就与能量子画上等号,光子=光量子=能量子。

光子是物质从无形到有形最初级的形态,也是物质的最小单元,其他三种粒子都会在一定的条件下蜕化成光子,爱因斯坦著名的E=MC²的质能关系式中,他认为质量可以转化为能量,但为什么会转化为能量?是以什么方式转化的?物质转化为能量的介质是什么?对这些因素的阐述都还是模糊的。其实爱因斯坦的质能关系式中已提到了光子的因素,只不过是以光速C的形式出现。我们说物质可以转化为能量,最终是将物质完全分解为光子,质量转变为能量的实质是将物质分解成光子后产生挤压占位的结果。核裂变反应就是将原子分裂成光子的反应,这样就又符合了还原论的原则。用光子来解释现代科学遇到的其它难题,绝大多数都能够得到较好的解答。

场的转换最终都将落实到光子身上:四种场的相互转换使得科学家们产生了能量的概念,其实从光子角度来看的话最终的能量转换都是由光子来实现。首先看看重力,物体从高空落下与其他物体碰撞使得被碰撞物体发生变形并产生热量,物体受压变形要克服弱相互作用力对分子中原子的引力,同时受压的分子之间的空间变小,最终使得原先存在于分之间的光子逸出形成放热,光子的逸出完成了重力场对弱相互作用力场的转换,也就是说从重力能转换为光子形成的热能;再看电磁场的转换:首先说发电机,外力(包括重力势能和热能)克服了磁场对导体中光子的引力,使得光子从无序状态变为有序排列并形成压力产生流动,电流在做功时放出光子形成光波或热,热又是光子的占位形成的,当电流流经电动机线圈时光子产生磁力带动转子旋转来做功,这时光子由于失去了电势被排放到空间成为零频率的光子,电动机做功又可以使物体具有势能、热能或者电磁能;强相互作用力场和弱相互作用力场的转换:原子核在衰减中或者核内质子达到极限时原子发生裂变放出了大量光子,光子的做功又可以形成其它能量也可以说是场的转变,但这一切转换最后都是由光子来完成,可以说光子是场能转换的实施者。

物体的颜色与吸热:我们说的色彩,是人的视力能够区分的光频区段,是从红色光到紫色光,我们能够看到的仅仅是整个光谱的中间区段,红色光以下和紫色光以上频率的光波是肉眼看不到的。

我们看到的光波实际上是物体分子间的光压对同频光波的反射,物体分子之间和分子内的光子压力有所不同,总体上形成一定的光频区段。能被可见光穿透的物质就成为透明体,反射可见光的是白色物体,全吸收的为黑色物体,由于能够吸收较多的光子,所以深色的物体往往吸热就快。水和空气分子虽然它们的分子内光子压力较高,这样又造成它们的密度较小,分子处于较自由的状态,分子之间的光子压力也就小,它们对红外光的吸收反而较多。

由于地球表面以水和空气为主,地球大气压力使空气分子间的光压在红外光附近变化,所以我们人体平常感觉的热,一般都是由红外光引起的,因为人体中百分之九十是水。我们生活的环境温度往往在人的体温附近变化,环境温度高于人体时我们会感到热,而环境温度低于人的体温时就感到冷。一般物质的分子都容易让红外光波进入,红外光波进入这些物体内,光波凝成光子在分子表面形成红外光压的光子层,这些光子层内的光子是不稳定的,若外界光压小于该光压时,光子层内的光子则会逃逸出去,形成向外放射红外光,这就是放热或者发热。当大量的红外光波进入到物体内并凝成大量的光子时,这些光子要挤占物体内的空间,从而使物质原子或分子间的距离加大,这样就形成膨胀。更大量红外光的进入,会迫使分子和原子结构的原有形式破裂,可使物质从固态变为液态,此时我们称为融化;红外光子的进一步加入,还可以使液态物质变为气态。反之,光子的丢失使物质也可以从气态变为液态进而再变为固态。我们说在常温常压情况下,一般所说的热就是红外光的作用效应。光子在物体内形成的光压我们称为温度。

热的传播机理:物理学上总结出了热的三种传播方式:传导、辐射和对流。当进入到物体中的光子较多时,为了保持物体内光子压力的平衡,光子会在结构紧密的物体内分子间流动,称为热传导;在物质分子间的光压较大又无法流动时,光子就会离开物体以电磁波的形式向外逃逸,称为热的幅射。而对流则是在那些分子结构松散并且极易吸收光子的物质间发生,在外部光压大于它们分子间形成的光压时,它们吸收外部的光子而产生膨胀,膨胀后的密度变化产生的升降又形成对流,对流传播的本质是热辐射对单个分子的分别传播。

人类早期对热的利用是从用火开始的,用火对食物进行加热,实际也是给食物的分子间充入光子,光子的进入改变了食物分子的结构,结构变小了才能使其便于肠道吸收。

氧分子是光子的运输工具:通常的燃烧离不开氧气,为什么燃烧离不开氧气?这与氧原子外层的光子压力有关。由于氧原子外层携带了大量的光子而形成较大的光压,两个氧原子结合成分子时它们之间的共用光子(化合键)就较少,这使得氧分子的结合就比较松弛,在遇到其它外层光压较低的元素原子时很容易与这些原子发生二次化合,在化合时其它原子的靠近就挤出了氧分子中的光子,这犹如给一满杯水中放入石块水会溢出一样,这些被挤出的光子就形成放热。氢分子比氧分子更具有这种特性,只是氢分子因密度小处在大气层的上方不易与别的元素相遇才使氧分子成为地球上燃烧的主角。氢氧分子的化合放出的光子更甚,液体火箭就是用它们作为助推剂。化学中描述的氧化还原反应其实质就是光子在氧原子中的移动造成的。

物质为什么会有燃点:化学上讲燃烧是发热发光的剧烈化学反应。燃烧的首要条件是燃点,必须对物质加热到燃点后物质才能开始燃烧。为什么物质要有燃点?因为对物质的加热,同样是在分子间强行加入光子,直到一些分子被光子产生的压力胀开。被胀开而分解出的一些物质分子或原子与氧分子结合,结合后使原先储存在氧分子中的光子被挤出来,这些被释放出来的光子再去分解其它分子,这样光子越放越多,燃烧就越来越猛烈。一种物质的分子被光子胀裂的光压临界点就是该物质的燃点。燃烧的程度是否彻底,是以物质是否被分解为原子并能够继续与氧分子发生反应为准;因为原子组成分子时,原子间结合的光压已达到紫外光的稳定光压,那么分解时也就同样要求将该波段光压的光子分解出来才算彻底,这时火焰的颜色应以蓝紫色火焰为最佳状态。

煤炭和石油都不含有热:现代科学认为煤炭和石油能够燃烧,是因为它们的分子中含有大量的热,用光子产生热的理论来看这种说法是错误的。煤炭和石油都是碳氢化合物,它们的分子结构已经比较紧密,所以它们的分子中可对外释放的光子很少,燃烧时从它们的分子中分解出来的碳原子和氢原子再次与氧分子结合时,就会从氧分子中挤出大量的光子来。由于长期以来没有光子在物质中以粒子状态存在的概念,现代科学对于燃烧生热的现象就发生了错误的认识。

植物是氧分子的充光器:氧气为我们提供着大量的光子,地球上随时都在消耗着氧气,被反复利用的氧气如何获得光子的补充?这就是光合作用的问题。我们都知道植物在阳光下吸入二氧化碳而放出氧气,植物将接收到的光子充入到二氧化碳分子之中,氧分子在得到足够的光子与碳原子分离后进入到大气中,碳原子则留在植物内与其它分子结合成碳水化合物等新物质。植物使得氧气在地球上能够反复被使用,这是宇宙的循环性法则决定的,在这个过程中氧分子成了运送光子的集装箱。

氧气在人体中的作用:按照光子来自氧气的理论,人和动物食物中的所有物质都不含有任何热量,动物运动所需的能量也同样来自氧气。氧气在动物体内与碳原子化合成二氧化碳并放出光子,光子一方面在人体细胞中产生热,另一方面光子在动物肌肉中产生磁力使动物获得动能,光子在失去能量后被排出体外形成散热。所以我们又可以说氧气是动物获得能量的主要来源。氧气对于人的大脑来说更为重要,因为正是氧气放出的光子为大脑提供了精神的理,才使得我们能够思考和形成意识,意识也才能够指挥身体各个器官进行正常运行,这就是为什么我们五分钟不吸氧就会死亡的根本原因。关于氧气与生命的更多更详细的问题,我们到本书的第二部分《生命的起源与演化》中再继续深入探讨。

太阳是地球能量的主要供应者:通过前面的讨论,我们已经知道了热能是光子压力的产物,而氧气是光子的主要提供者。现代工业的主要能量也是靠氧化还原反应产生的光子来实现,但氧气的光子最终又来自太阳,煤炭和石油这两大燃料仅起到释放光子的氧化剂作用。看似与光子无关的水力发电,其能量最终也来自太阳,因为把水从海平面提升到高空的主要力量同样是太阳光,这样的话除了核能和地热,现代人类所利用的能量都依靠太阳光来实现,所以说太阳是地球能源的重要根据地。

分子的分解同样产生热:早期人类学会了钻木取火,其实也就是现在说的摩擦生热。摩擦的过程实际上是克服分子间的结合力,使分子或原子脱离原有物质,在分子或原子脱离原来结合的物质时,结合在分子和原子间的光子被释放了出来,这样所产生的自由光子就形成热。

分解一个物体,例如对物体进行切削分割,同样要破坏原有物质的分子结构,破坏就是改变原有物质的形状,这种改变最终还是需要剥离部分物质分子,这样就会将原先储存在物质分子间的光子进行挤压后再释放出来,放出光子就产生了热量。各种能量只要作用到物质上,必然会使物质的一些分子改变原来的形态,形态的改变也就改变了物质间的光压状态。能量的转换是四种场相互之间的转换,所以一切能量的最终结果都要落实到光子上能量的转换是以光子的流动来实现的。所以,做功只能由光子最终来完成。

化学反应同样是光子进出的反应:在化学反应中,存在三种反应状况:吸热、放热和平衡反应。要进行吸热反应就必须从外界给其增加光子;放热则需要将逸出的光子排到外界;平衡反应虽然没有热的变化也就是总体上没有光子进出物体,但反应发生时,首先是原有分子的分解,此时要放出光子,同时分解开的原子重新组合时又需要吸收同样多的光子,放出与吸收的光子数量相等,所以对外界来说是没有光子进出的热平衡反应。

小结:通过这一节的讨论,我们将现代科学认为的热能问题归结到光子的作用中来。用光子的压力作用解释热运动更为合理,虽然我们否定了煤炭、石油含有热量的概念,也否定了食物中含有热量的理论,但是这并不妨碍物理学上热工定理的应用。我们只是纠正了对热能的产生来源的错误说法,如果用光子理论去解释热工定理也会得出同样的结论。根据光子产生热能的理论,读者也许会拓展视野找出更有效的热能利用方式,笔者由于知识有限无法进行更多的探讨,对讨论中出现错误概念的地方敬请大家谅解。

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