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有关“量子”的系列论述(5)

已有 381 次阅读 2021-2-4 22:23 |个人分类:物理|系统分类:论文交流

有关“量子”的系列论述(5)

4维时空各不同条件下,电中性和带正或负电荷电,的2类“量子”在不同能级跃迁,表现或辐射的,不同特性“量子”和相应的“波”。

必须严格区分,“表现”或“辐射”,不同特性,的“量子”和相应的“波”,因为,“表现”的,只是该物体介质的“特性”,而“辐射”却是,发出、产生,另一物体“量子”

例如,本文{第(4)集},只是给出,“量子”,各维时空、空间,长度(或位置、距离)矢量,的“数”、“形”,及其相互关系的“表现”,本集,将给出4维时空其它各物理矢量,的“表现”和“辐射”的有关量子,及其特性

1. 4维时空动量矢量的特性,导致有,静止质量,m0,与运动质量,m,之区别,相应表现,的2种“量子”

4维时空动量矢量

一切物体,只是,在相应时空,物体特性的介质中,带正或负电荷,和正、负电荷等量,成为,电中性,各自表现的“量子”

一切物体,都有质量,其,维动量矢量都是其速度矢量乘质量:

p(4)[1线矢]=mv(4)[1线矢]=m{i(cv*)[0基矢]+vj[j基矢],j=13求和},其中,c是光速、v*是声速,也只在相应物体动量矢量特性的介质中各自的表现。其模长:

p(4)=m{(i(cv*))^2+vj^2,j=13求和}^(1/2)

=i(cv*)m{1-(vj/(cv*))^2,j=13求和}^(1/2)

=i(cv*)m{1-(v(3)/(cv*))^2}^(1/2),量纲:[M][L]/[T],

v(3)=0m=m0(静止质量),有运动质量:

m=m0/{1-(v(3)/(cv*))^2}^(1/2),

于是,就有:静止质量,m0,与运动质量,m,之区别,量纲都是:[M]

p(4)[1线矢]=m0v(4)[1线矢]/{1-(v(3)/(cv*))^2}^(1/2),就得出:

光子或声子的,静止质量,m0光或m0声,都=0运动质量,m光或m声,都=0/0,其数值,就都不能用静止质量m0或运动质量m表达。

m0=0m0=0,的,各4类“量子”,及其基本特性的同、异。

只有这种辐射的光子,与其它各由相应物体介质表现的各种量子,不同,是可在真空(或近似真空的太空)中运动,因而,光波可在真空(或近似真空的太空)中传播。

在真空(或近似真空的太空)中光速为(或近似)c0,为常量,c=c0n光,n光是所在介质的光折射率,对于均匀介质,为常量,否则,是传送时间,t,的函数。

各种声子、声波,都只是物体介质的相应表现,在真空不存在近似真空的太空中可以忽略。

以标准大气状态,p0v0T0,条件下的声速为v*0(为常量),v*=v*0n声,n声是所在介质的声折射率,对于均匀介质,为常量,否则,是传送时间,t,的函数。

任何粒子的3维空间速度都远小于所在介质的光速。

但粒子的3维空间速度却可大于所在介质的声速,当v(3)=Ma*M为正整数,称为“马赫数”,其时空动量成为超音速动量:

p(4)[1线矢]=m0a*(i[0基矢]+M[(3)基矢])/{1-M)^2}^(1/2)

p(4)=m0a*{(M^2-1)/(1-M)^2}^(1/2)

f(4)[1线矢]=m0a(3){iM[0基矢]+[(3)基矢]}/[1-M^2]^(3/2)

p(4)f(4)都显著地大于非超声,当马赫数M大时,更为显著。

这正是产生冲击波、爆轰波、超声波、声爆、声障,等的缘由,而在近似真空的太空中,因无声子而可以避免。

由此得到,光子与声子的如上显著不同的基本特性。

2. 3维空间各不同条件下,的情况

时轴,分量r(4)0<<3维空间分量r(4)(3)r(4)0可以忽略,就只是3维空间r(3)的矢量。

(1.1)“弹性力”特性,表现的,声子,

弹性力[1线矢],都是电中性“量子”的“力”,基本上有,线()、面()、体()3类,还因其长度、大小、形状,材料性质、着力部位,的不同,而可调节、变化。

线f(3)[1线矢]=md(dr(3)/dt)/dt=kr(3)[1线矢]

k是相应的弹性常量,m是其质量,r(3)是其线,

f(3)[1线矢]=md(dr(3)^2/dt)/dt=kr(3)^2[1线矢]

k是相应的弹性常量,m是其质量,r(3)^2是其面,

f(3)[1线矢]=md(dr(3)^3/dt)/dt=kr(3)^3[1线矢]

k是相应的弹性常量,m是其质量,r(3)^3是其体,

其解,都是空间各相应的,简谐运动函数,电中性量子,在相应不同能级间跃迁运动,相应表现的“声子”。

大量电中性量子,在不同能级跃迁“集体表现”的“振动波”,“空间1维”,例如,各种弹、拨的弦乐器、“空间2维”的 “振动波”,例如,各种敲打发声的锣、“空间3维”,例如,各种敲打发声的鼓、黑体辐射的空腔,等,而通常所谓的,“水波”就是水受,线、面、体,弹性力的综合表现;

(1.2)“热运动”特性,表现的,热子,

大量电中性量子,在不同热运动能级跃迁“集体表现”的“热振动波”

(1.3)“静电力、磁畴”特性,表现的,光子,

电荷量q1的静电势[1线矢]

s静电(3)[1线矢]=q1[1线矢]/r(3)

q1q2的静电力[1线矢]=q2s静电(3)[1线矢]的时间导数:

f静电(3)[1线矢]=q1q2v(3)[1线矢]/r(3)^2

静磁力[1线矢]

f静磁(3)[1线矢]=q2偏分[1线矢]叉乘s静电(3)[1线矢]

=q1q2{(rl/rk)[kl基矢],kl=123循环求和}

也有大量,声子、热子、光子,在3维“空间”统计的,“最可几分布函数”,成为相应的,“声波”、“热波”、“光波”,其能量也只能由hν表达,但因没有,时轴,分量,不是m0=0,的量子,而没有“波函数”的性质。

这种“量子”,“声波”、“热波”,都只能在相应的介质中表现,在真空不存在,近似真空的太空中可忽略。

m0都不=0“量子”,就因3维空间动量的特性,而分别表现为,这类,m0不=0的,振动子、声子、热子、光子,这4类“量子”

m0不=0,的电中性、带正或负电荷,的振动子,量子,都有3维空间,3个自由度,其动能或结合能分别=mv^2/2,各自由度=kT(绝对温度T是能量平均值的平方根,k是波尔兹曼常量)或(若仍按各自由度均分)=hν/3(ν是频率(光或声),h是普朗克常量),其动量分别=mv,其质量分别=m,

m0不=0,的声子、热子、光子,的量子,都有2维空间的,2个自由度,其结合能,若按各自由度均分,分别=hν/2,(ν是频率(光或声),h是普朗克常量,也可自由度分别=kT,其动量分别=(hν/(v*或c)或2kT),其质量分别=(hν/(v*或c)或2kT)/(v*或c)。

当各量子各自由度的能量分别由kT表达时,因温度T是可以连续改变数值的,其总能量按各自由度分配是可行的,因而,维位移定律,由总能量按各自由度分配,得到的能量u(T)的极大值,能与实验观测结果相符合。

但是,当各量子各自由度的能量分别由hν表达时,就因各个自由度的频率ν,是各自不同且不变的,因此,不能“按自由度均分能量”,就出现:维恩黑体频率公式,在短波波段与实验符合得很好,但在长波波段与实验有明显的偏离;瑞利-金斯黑体频率公式在长波波段与实验符合得很好,却在短波范围,能量密度则迅速地单调上升,同实验结果尖锐矛盾。

而普朗克提出的“量子”概念时,并不知道、4维时空,还极力反对过爱因斯坦提出的狭义相对论,并不能确切区分4类量子,但是,按他的“量子”概念,实际上,就是把电中性粒子的振动能,仍然按各自由度=kT均分、热辐射的辐射能就由各频率统计的最可几分布得出的平均能量,而导出的普朗克公式,就能全面符合实验观测的结果。圆满地解决了黑体频率公式的尖锐矛盾问题。由于,没有,时轴,分量,它们也都是没有m0=0,的“量子”

大量m0=0,的正或负电荷量子,就有“空间3维”的,“集体表现”的,“电或磁,波”;也有“静电”、“磁畴”,“空间”统计的,“最可几分布函数”,成为相应的,“电波”、“磁波”。

其能量也只能由hν表达,但因没有,时轴,分量,不是m0=0,的量子,而没有“波函数”的性质。

这种“静电”、“磁畴”,“电波”、“磁波”,也都只能在电磁介质中表现,不能在真空存在,在近似真空的太空,可以忽略。

这样,就形成了:4种各有不同特性表现,各自的各种矢量、和能量,而有相同量纲,的量子:m0不=0的,电中性量子、带正或负电荷量子,m0=0的,均为电中性的,光子、声子。

这些,也都只是在相应物体特性的介质中各自的表现。在没有任何物体介质的真空中,这些表现也都不存在,在近似真空的太空中,这些表现也都可以忽略不计。

3. 4维时空,运动力矢量作功,得出:结合能(=静止质量)的改变=辐射(即产生了新“量子”)光子的能量。

4维时空,运动力[1线矢]

任何粒子4维时空,运动力[1线矢]=4维时空动量[1线矢]的时间导数

   由于4维时空动量的特性,光子、声子的物理量不能用m或m0,表达,但对于,由带电荷量表现的光子(声子就不能),的m或m0,实际上,是由相应的电荷量按相应的量纲,表达的,因而,仍然可表达为:

(m=m0/{1-(v(3)/c)^2}^(1/2))

f(4)[1线矢]=f0[0基矢]+f(3)[(3)基矢]

=4维时空动量P(4)[1线矢]的时间导数=dP(4)[1线矢]/dt

=m0d(v(4)[1线矢]/{1-(v(3)/c)^2}^(1/2))/dt

=m0d((ic)[0基矢]+v(3)[(3)基矢])/{1-(v(3)/c)^2}^(1/2))/dt

=m0{a(3)[(3)基矢][1-(v(3)/c)^2]

+((ic [0基矢]+v(3)[(3)基矢])a(3)v(3)/c^2}

/[1-(v(3)/c)^2]^(3/2)

=m0a(3){iv(3)[0基矢]/c +[(3)基矢]} /[1-(v(3)/(cv*))^2]^(3/2),

量纲:[M][L]/[T]^2,

4维时空,运动力矢量,从r(4)1r(4)2作功

dw(4)[标量]=f运动(4)[1线]点乘dr(4)[1线]r(4)1r(4)2积分。

3维空间部分:

f(3)[(3)]点乘dr3(3)[(3)]r(3)1r(3)2积分。

f(3)[(3)]点乘dr3(3)[(3)]

=m0((dv(3)[(3)]/dt)(1-(v(3)/c)^2)^(1/2)

+(v(3)(dv(3)/dt)/(cv*)^2)v(3)[(3)])

点乘dr(3)[(3)]/(1-(v(3)/c)^2)^(3/2))有:

dr(3)[(3)]/dt=v(3)[(3)],

dv(3)[(3)]/dt点乘dr(3)[(3)]

=dv(3)[(3)]点乘dr(3)[(3)]/dt=v(3)dv(3)

dm=d(m0/(1-(v(3)/c)^2)^(1/2))

=m0(dv(3)^2/c^2)/(1-(v(3)/c)^2)^(3/2),

dE(3)=dmc^2

E(3)=mc^2(此处m是运动质量)

对于光子,动能E(3)=h(频率/2),运动质量m=h(频率/2)/c^2

对于3维空间静止(v(3)=0)的粒子:

dE(3)=dm0c^2

E(3)=m0c^2(此处m0是静止质量)

f0[0]点乘dr0[0]r(0)1r(0)2积分。

f0[0]点乘dr0[0]

=im0{(dc(0)/dt)(1-(v(3)/c)^2)+c(0)v(3)(dv(3)/dt)}

/(1-(v(3)/c)^ 2)^(3/2)

时轴部分动能的改变量dE(0)

=f0[0]沿位移的时轴分量dr0[0]方向所做的功,dw(0)

f0[0]点乘dr0[0]

=m0((dv(0)/dt)(1-(v(3)/c)^2)^(1/2)

+(v(0)v(3)(dv(3)/dt)/c^2))

/(1-(v(3)/c)^2)^(3/2))[0]点乘dr(0)[0]

=m0((v(0)dv(0))(1-(v(3)/(cv*))^2)^(1/2)

+(v(0)dv(0)/c ^2)/(1-(v(3)/c)^2)^(3/2))

=m0((dv(0)^2/2)(1-(v(3)/c)^2)^(1/2)

+(dv(0)^2/(2c ^2)/(1-(v(3)/c)^2)^(3/2))

=m0v(0)dv(0)(1-(v(3)/c)^2)^(3/2)

=m0(dv(0)^2/2)/(1-(v(3)/c)^2)^(3/2),有:

dr(0)[0]/dt=v(0)[0],

dv(0)[0]/dt点乘dr(0)[0]

=dv(0)[0]点乘dr(0)[0]/dt=v(0)dv(0))

dm=d(m0/(1-(v(3)/c)^2)^(1/2))

=m0(2dv(3)^2/c ^2)/(1-(v(3)/c)^2)^(3/2),有:

dE(0)=-dmc^2=-dE(3),即:内势元的减少=动能元的增加。

E(0)=-mc ^2=-E(3),即:内势能的减少=动能的增加。(此处m显然是任何粒子的运动质量)

3维空间速度趋于零,3维空间的动能也趋于零;

而“时轴”部分的能量的变化就反映为静止质量或结合能的改变。即:

dE(0)=-dm0c^2E(0)=-m0c^2

反映粒子结合能的改变=静止质量的改变。

并有:dE0=-dm0c ^2=-dE(3)

即反映:结合能的增加=动能的减少。

对于光子,动能E(0)=-h(频率/2)=-E(3),运动质量m=h(频率/2)/c^2

结合能(=静止质量)的改变=辐射(即产生了新“量子”)光子的

能量。

成为与前面4种量子不同的,是被辐射出的量子,光子。

可在真空(或近似真空的太空)中运动,因而,其光波可在真空(或近似真空的太空)中传播。

而声子就没有这种特性,不存在被辐射出的量子,声子。

这些,都为各基本粒子演变的实验观测结果,证实。

这也表明:狭义相对论采用4维时空的闵可夫斯基矢量表达位置,以及作用后,仍然是4维时空矢量的,“微分”、“积分”“时间导数”、“偏分矢量”,运算,对于认识4种量子,特别是m0不=0的,电中性量子,的各种基本特性,的重要性;3维空间的经典物理学,不可能全面、正确地认识它们,特别是,光子、声子,光波、声波、超声波,等的量子特性。

(未完待续)




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