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力的本质是能量交换和趋势
作者:佚名  时间:2007/11/22 10:48:00  来源:论文天下论文网

  宇宙物体几乎没有孤立存在,总是跟周围物体不可分割地联系在一起,并一起作整体运动。如地球表面物体处于四周能量交换平衡状态,并跟着地球运动。地球表面物体间通常可以处于交换平衡静止状态,要使某一物体移动,就需要对其施力(即交换能量)或能量变换转化。要使地面物体产生相对地面平动,施以作用力或内能等转化为机械能或平动能,速度逐渐增大或作加速运动。当所施作用力与摩擦力平衡或所消耗内能足以抵消摩擦能量,而保持直线匀速平动。实际上地面物体机械转动也是如此,外加力矩或消耗内能等转化为转动机械运动能量,所加的外力矩或内能等足够抵消内能等消耗,就能维持转动。一旦作用力解除或停止提供内能等,就会逐渐停下来,并处于相对静止平衡状态。
  一、机械交换作用
  首先、牛顿力学第三定律的作用与反作用实际上是受力物体与施力物体间能量交换,是受力物体得到动能,并以其它能量交换给施物体的表达式。这正是作用与反作用量值相等、方向相反、作用在不同物体上的本质所在。其次、如果受力物体得到动能,其动能改变量对位移量之比定义为牛顿力。那么
F=dE/dl=dmυ²/dl=dmυ/dt=dp/dt
p=mυ为动量。这是牛顿第二定律表达式。还可以扩大为动能改变量对角移比值定义为力矩。
M=dE/dθ=dmυ²/dθ=dmr²ω²/dθ=dJω/dt=dN/dt
N=Jω为角动量¸J=mr²为转动惯量,广义的转动惯量为J=kmr²。第三、当F等于零时,速度等于零或常数,即保持静止或匀速直线的惯性运动,为牛顿第一定律。M等零时,角速度等零或常数,即静止或匀角速度或r²ω为常数的螺旋运动。这里关键问题是能量交换必需有一方得到动能,如果双方交换能量而没有任何一方获得动能又如何呢,它只是不产生机械运动的相互作用或机械平衡状态。
  机械平动或转动时如果能略去摩擦,那么其启动之后就能维持原有运动状态,即所谓惯性运动。如果在对称物体转动轴的一点上施一作用力矩,该转动物体就会产生进动和章动。如迴旋仪或陀螺在地面转动时,其重力可分解为轴上和垂直轴两个分量,自旋速度与垂直轴分量同向侧叠加具有弥漫趋势,反向侧叠加具有浓缩趋势,使同向侧趋向反向侧而产生进动。进动速度又与陀螺自旋存在正反向,使正向侧趋向反向侧的章动。但章动向反向侧同时重力垂直轴分量减少,进动和章动相应减少,等零时,重力要恢复原状,继续引起进动和章动,直到这些运动能量全部消耗于摩擦能量上。可见自转、进动、章动是转动趋势或作用的不同方式。
  运动的自旋体的核心速度与其自旋两侧速度叠加必存在同向侧和反向侧,同向侧弥漫趋势必趋向反向侧浓缩趋势,使运动自旋体沿圆周或圈线或弦运动,甚至环运动。这就是圈体或弦存在的根据,也是三旋运动存在的根源。牛顿力学实际上是宏观机械力学,实际上是对宏观物体或机械作“功”,即主要考察能量交换中可产生动能差或受力物体方面运动的一门科学。力可以用动能差或“功”对物体位移比值来定义的。力矩可以用动能差或“功”对角移的比值来定义的。功率即作功效率是动能差或“功”对时间的比值来定义的。机械通常由重力、弹性力、热膨胀力等作功,改变物体运动状态或动能值。它受引力趋势和外力作用原理支配。
  能量交换方式不同所形成物体运动方式也不同,最基本的有原子核重粒子间强交换作用,轻粒子间弱交换作用,轻重粒子间电磁交换作用。原子、分子间交换电磁作用(甚至粒子存在小粒子交换作用,它是实物不同物态、化学、生命产生的根本),粒子和实物间交换作用,实物间交换作用,天体和实物间重力作用,天体间万有引力作用等不同级别交换。牛顿力学研究最多的是实物体间与实物天体间交换作用,并引起受力物体运动状态变化。这类实物体之间作用主要是重力作用、摩擦作用、弹性(推、拉、压、举、碰撞等)作用,可以用牛顿力学描述。宏观物体或机械是由大量不规则运动的粒子组成的,通常情况处于交换平衡的相对静止状态,只有外加作用力下才发生平动或外加力矩下转动。一旦处于直线平动或转动运动状态,若能全部解除所有作用力,那么就能保持其直线平动或转动运动,即所谓惯性,如牛顿力学描述。
  作用力只是能量交换的两方面中可以产生动能改变量的一个方面。对于没有产生动能改变量的交换,不在牛顿力学范围里讨论。
  实物体内分子粒子间交换作用形式不同则构成不同的物态,气态的粒子实际上是独立的不规则运动,但通常只受地面重力作用或容器作用而受到运动范围限制,它跟容器壁交换作用可以对其作功。液体 内分子或粒子通过(电磁)场质交换而联系成体的。固体内分子或粒子通过更小壳粒或粒子交换联结成体的。固体或液体可通过加热或其它办法气化,并产生体积膨胀,推动物体运动。分子粒子和实物体交换作用,尤其固体或液体加热气化的体积膨胀(包括蒸汽机、内燃机、喷气机等)引起对物体作用或作功,构成机械动力,可以用热力学能量转化(变换)和趋势描述。
  二、场质趋势作用
  实物体是以涡旋运动成形为基础的,周围存在引力场质、磁场质、电场质等。若实物体两侧场质重叠而出现不平衡或不对称时,就会在场质趋匀平衡趋势中促使或推动实物体移动,即场质趋势的作用。如两涡旋体浓缩质量场质相邻一侧反向重叠具有浓缩状态,而外侧同向重叠具有弥漫状态,弥漫状态侧有向浓缩状态侧趋势,促使涡旋体向邻侧移动靠近,即相吸。实物体不同侧周围电场质或磁场质重叠出现不平衡,也同样在平衡趋势中推动实物体移动,是另两类场质趋势作用。
  电是粒子(原子核、原子、分子等)破裂时产生的交换不平衡或加速场质状态的现象,带电体运动可产生磁环或涡旋环场质状态的现象,这些带电磁物体周围或两侧场质叠加出现不平衡,就会推动此物体运动,即电磁能转化为机械运动。反之机械交换作用于某些电磁体也会产生电流或电磁场质。电磁应用于电力和电讯两大方面,电讯方面主要是通过导线或电磁波来传递信息,如声音、文字、图象、数码等的弱电设备,主要是高频信息的传递,将音频重叠在高频信号上实现信息传递。电力方面主要通过机械能量转化变换为电磁能,因为机械运动难以产生高频,只能利用低频高能在导线上传输,低频可以减少辐射,高压可以减少电流在导线上热消耗。因此电力主要任务是能量传输和能量转化变换,实现对机械作功或远距离的能量或功的传输。
  对于自旋与部分平动周期性变换运动的光量子来说,其总能由周期变换能和直线平动能组成的,并各占一半。如果光量子在运动途径上遇到介质表面作用时状态将是如何?量子只有周期性变换运动和平动运动,没有固定自旋,因此只能直线平动运动。量子束入射光滑介面(光密介质),在入射的前半周内(相当于在地面的陀螺)若外侧与速度同向则倾向于平行介面,停留到完全平行时才反射,从而实现反射光的相位和方位调整。同时光滑介面对光量子只有垂直向上作用(与入射相反),而水平方向一样,因此反射角等于入射角。入射的后半周若外侧与中心速度反向则倾向于垂直介面,并停留到收缩成点状折射到介质中,也起到相位和方位调整作用。同时使量子先入射部分受到介面交换作用产生偏向介面垂线角度,使折射角度小于入射角度。量子多了一项与介质的交换能,量子在介质中速度变慢。可见周期性变换粒子与宏观物体介面碰撞时,能量交换而维持量子总能量不变性,停留在介面交换时间与动能改变量乘积成常数,起了相位和方位调整作用。
  《广义力》一文指出,一般作用力是能量交换作用,且可产生动能改变量或对外作功方面。但交换方式多种多样,包含众多的不引起动能改变量的交换,如原子核重粒子间强交换作用,轻粒子间弱交换作用,重粒子与轻粒子间电磁交换。原子核破裂产生不稳定粒子,在平衡对称趋势中衰变(甚至多次衰变)成较稳定粒子或被原子所吸收。万有引力、重力、电力、磁力等是平衡趋势作用,分子间场质交换作用、原子核与壳粒间电磁作用、重粒子间强作用、轻子间弱作用等是交换作用,属于趋向平衡稳定状态的主动力作用。前面所述摩擦作用力、弹性作用力(推、拉、压、举、碰撞)、热膨胀作用力等属于破坏平衡稳定状态的被动力。但不管怎么样,它们都要用能量变换、交换、递传来描述。
  各种同场质重叠所产生的平衡趋势作用,如引力、磁性、电性、电磁性、强作用、弱作用等。实际上天体、原子、原子核的涡旋浓缩趋势是建交在前者基础上进步浓缩,因此后者质量密度要比前者高得多。浓缩使同类的邻近时,外侧同向重叠趋向邻侧反向重叠的相当于吸引力作用,如万有引力、电磁作用、强作用(附带弱作用)为不同层次、级别的浓缩重叠作用。对于运动涡旋体间浓缩趋势跟其相对运动状态密切相关的,运动方向与趋势垂直时,而处于螺线式运动,只有速度足够大到一定程度,才能维持圆周运动。平衡趋势使其又处于交换状态,甚至交换平衡状态,可见交换是建立在涡旋浓缩重叠作用基础上平衡趋势中形成的。涡旋体运动必存在自旋速度与中心速度的正反向,使其沿着圆周或环或弦或圈态等曲线运动。如果涡旋体曲线运动刚好是其与核心体浓缩重叠趋势等零,即交换平衡状态时,则处于允许的稳定轨道上运动,并构成稳定的元素原子运动结构状态,即受交换同步及整数倍原理支配。
  三、微观粒子作用
  广义力的交换同步及整数倍原理应当以相互作用的能量变换或交换来描述更为合 理,而交换涉及交换频率、强度、成分、速度和平衡程度等到情况。如果交换只是能量子,而且不只是电磁量子交换,是更广泛意义的能量子,如介子是强作用交换的能量子。那么弱作用的应该是比电磁量子更弱小的能量子,如中微子或微子之类粒子交换。但由于至今尚未有观察中性粒子有效工具,目前很难证实。不过从粒子涡旋形成的,通常具有磁性观念出发,相信不久将来定会找到磁感应材料或磁敏材料来观察中性粒子行迹。这类设备发明将跟现代加速器相比美。但不管怎么样,交换能量子描述广义力可能是较佳方案。

  微观粒子与宏观物体不同完全在于其运动周期性变换和周期性交换作用,不是牛顿力学的宏观物体静止和匀速直线运动。因为宏观物体是大量不规则粒子运动的重叠,根本体现不了周期性运动状态。交换本身虽然存在交换频率、相位、方位、强度、纯度(单纯程度)等问题,而宏观交换是由大量粒子间交换组成的,其频率、相位、方位、强度各式各样的复杂结合,根本体现不出周期性交换频率、相位、方位、波动强度的特性。如《质能再论》一文所指出的交换能是总能减去平动能与周期变换能来描述更为妥当
ΔE=Δhν=mc²-hν/2-mυ²/2=mc²(1-υ²/c²)
质量愈大或速度愈小,交换能或交换频率愈大愈杂,宏观物体失去周期变换与交换属性。
  微观粒子情况则完全不同,除了平动和自旋外,具有明显的周期性变换运动和周期性交换作用。但又不同于量子只有平动和周期性变换运动,它比量子至少又多了自旋运动和交换作用,而且不同类型的粒子具有不同方式的运动与交换。ΔE包含能量差或交换频率差或质量乘以速度平方差,那么粒子愈轻,即质量愈小,交换强度愈弱,正如强(交换)作用、电磁(交换)作用、弱(交换)作用间的关系。强作用产生于重粒子之间交换,质量大交换作用强。弱作用产生于轻粒子之间交换,质量小交换作用弱。电磁作用产生于重轻粒子之间交换作用,质量介于两者之间。这样可将三种作用。甚至万有引力等统一于以浓缩为主的交换观念之中,强作用强度设为1,电磁作用则为1/137,弱作用则为10&sup-14。
  形成上述强、弱、电磁三类作用统一表达式。强度比值是由强作用公式2πf²/hc≈1和弱作用公式2πg²/hc,以及电磁作用公式μce²/2h=1/137等计算得到的,f、g‘荷’实际上是强、弱交换场质总量,称为强、弱交换荷,相当于电荷是电场质总量类似,可以用交换场散度描述。电磁交换是重轻粒子间的交换,又与电场与磁场联系起来的公式,比较特殊,但仍跟电荷平方有关,即强、弱场质交换描述参量。如果改写成相应关系式,则
2πě²/hc=μce²/2h
ě²=μc²e²/4π
其中ě可以看成电磁交换荷或称电磁交换荷。“荷”为交换总量,其交换强度总量除以球面积,即单位面积交换量来表示。


参考资料:
1,《物性论-自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著 厦门大学出版社1994年出版
2,《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著 香港天马图书有限公司2002年出版
3,《思维工程-人脑智能活动和思维模型》 陈叔瑄著 福建教育出版社1994年出版

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