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不同频率(能量)光子的内部结合力

发布时间:2019-11-22 11:39 来源:未知 编辑:admin

  当代物理学指出:物质是由原子组成的,原子是由原子核和电子组成的,原子核是由质子和中子组成的,不同质量数的原子核稳定性是不同的。原子核在条件合适的时候可以吸收一个或几个中子形成新的原子核,也可以在一定条件下裂变分裂成两个或者两个以上的新原子核并放出若干个中子。总有特定质量数的原子核比其它质量数的原子核稳定得多,我们称之为原子核质量幻数。原子核质量幻数并不是连续分布的,而是形成一个个孤立的岛。质量幻数的存在充分说明原子核是有特定内部结构的,处于质量幻数的原子核比其它质量的原子核内部结合力大很多,因而也稳定得多。原子核发生裂变放出中子的过程伴随着巨大的能量释放,原子核聚变过程也伴随着巨大的能量释放,这个过程是极易被我们观测到的。

  (二)电子内部结构与质量幻数。我们认为:电子的本质属性是粒子性;电子也具有特定的内部结构,既可以吸收光子也可以放出光子:电子离原子核越近质量越小、内部各部分结合的越紧密、饥饿程度越高吸收光子的能力也越强;电子离核越远质量越大、内部各部分结合的越松散、饥饿程度越低吸收光子的能力也越弱。与原子核质量幻数类似,电子也有若干个内部结合力极大的质量幻数,处于质量幻数的电子内部结合力是很大的、吸收光子的能力也远远大于其他质量的电子,每一个质量幻数往往对应于电子在原子中的一条稳定轨道。同时应该看到,电子并不能无限吸收光子增大质量,电子存在临界质量,大于临界质量的电子通常都是极不稳定的、将在极短时间内裂变放出光子重新形成能够稳定存在的电子。

  如果用横坐标表示电子的质量,纵坐标表示电子内部结合力,则我们可以画出电子质量--结合力草图。从图中可以看出,电子的质量并非一成不变的:电子质量越小其体积也越小、内部各部分结合的就越紧密、结合光子的能力越强,在外力作用下越不容易发生裂变;电子质量越大则其体积也越大、内部各部分结合的就越松散、结合光子的能力越弱,在外力扰动作用下越容易发生裂变并放出光子。

  电子能够吸收光子有没有实验证明呢?原子的暗线光谱可以证明特定能量的光子会被电子吸收,暗线光谱实验是用一束能量连续变化的光照射在气态原子上,当光线经过原子后会在连续变化的光谱上形成几条特定频率的暗线,这些暗线表明有特定能量的光子被电子吸收了。有人指出,光子会不会被原子核吸收了呢?这一点是可以否定的,因为原子核的内部结合能是极大的,通常情况下可见光、紫外线光子都不会被原子核吸收,这种情况下光子只可能被原子中的电子吸收了。光电效应实验就直接证明了这一点,能量足够大的可见光、紫外线光子能量将原子中的电子电离(也就是将电子打出原子形成游离态的自由电子)。综上所述,原子的暗线光谱和光电效应实验直接证明了电子可以吸收光子。

  电子能够裂变放出光子有没有实验证明呢?原子的明线光谱可以证明电子能够裂变放出光子,明线光谱实验是指原子中的电子从激发态回到离核较近的轨道时裂变放出光子的现象,光子从原子中发出只可能是由原子中的电子发出或者是原子核放出,而原子核的结合能极大,原子核裂变放出的都是射线这类高能电子,所以光子不可能是原子核裂变放出的只能是电子裂变放出光子的。弗兰克赫兹实验也证明了电子可以损失能量,该实验装置主要是一只充气三极管,电子从加热的铂丝发射,铂丝外有一同轴圆柱形栅极,电压加于其间,形成加速电场。电子穿过栅极被外面的圆柱形板极接受,板极电流用电流计测量。当电子管中充以汞蒸气时,实验发现每隔4.9伏电势差,板极电流都要突降一次。弗兰克赫兹实验测定表明,电子与汞原子碰撞时,电子损失的能量严格地保持在4.9电子伏,即汞原子只接收4.9电子伏的能量。如在管子里充以氦气,也会发生类似情况,但其临界电势差约为21伏。在弗兰克赫兹实验中,从加热的铂丝发射的电子可以认为是自由电子,我们知道自由电子的质量大于处于原子核束缚状态的电子质量,同时自由电子内部结合的较为松散,在适当的时候会裂变放出光子,当自由电子与汞蒸气碰撞时,处于原子核束缚状态的电子由于内部结合力大、饥饿程度高,因而会从自由电子内部掠夺一部分质量,而自由电子被掠夺一部分质量后能量必然减小,这与实验结果完全一致。

  原子核裂变或者聚变放出的能量是极其巨大的,很容易被我们观测到,电子裂变放出光子放出的能量比原子核裂变放出的能量小若干个数量级,但依然能够被我们观测到,而电子裂变放出光子一个重要的产物就是形成热现象,这里我们看到热现象不仅仅是分子(原子)的无规则运动的结果,热现象的产生还有其物质基础,至少放出了光子,这与当代物理学认为热现象是大量分子作无规则运动的结论是截然不同的。热现象不仅仅是物质的运动还有其物质基础,这个物质基础就是存储于原子系统中的光子,更确切的说法是存储于原子系统电子中的光子,当原子受到挤压时核外电子就会裂变放出光子从而使物体温度升高,物体温度的高低并不是取决于分子平均运动速度的大小,对于气体来讲温度升高物质分子平均运动速度也加快,但反过来分子平均运动速度越大并不代表物质温度也越高,温度和分子的平均运动速度是没有直接关系的,以后我们将单独写一章以戳破热现象是大量分子作无规则运动的结果这个慌言。

  (三)不同频率(能量)光子内部结合力不同。根据不同质量电子内部结合力不同、电子质量增大时内部结合力减小这个总体趋势(不包括电子质量幻数特例),我们推测不同频率(能量)光子内部结合力也不相同,光子频率(能量)越大内部结合力越小。同时我们认为光子也存在极限质量(或者极限频率),大于极限质量的光子都是不稳定的,将在极短时间内裂变放出光子并重新生成能够稳定存在的光子。有人指出,以上都是我们的猜测并没有实验证明,从物质结构的角度来讲,任何一种粒子都不会无限增大质量,试问有人见过拳头大的光子吗?这里我们得出一个推论:质量极大的光子在外界扰动作用下会分裂成两个光子,并且光子质量越大越容易观测到这种现象。

  有没有实验证明光子质量越大内部结合力越小这个结论呢?1923年康普顿发现X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射时,散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外,还有波长较长的成分。康普顿散射只有在入射光的波长与电子的康普顿波长相近时(光子能量足够大时)散射才显著,当入射光是可见光或紫外光康普顿效应并不明显,这就是选用X射线观察康普顿效应的原因而。对于康普顿效应,通常认为散射光波长改变是X射线(光子)和电子碰撞的结果,碰撞过程同时满足动量守恒和能量守恒;若X射线(光子)和内层电子相碰撞,光子有一部分能量传给电子,散射光的能量减少,于是散射光的波长变大。在X射线(光子)和内层电子的碰撞过程中,碰撞前内层电子处于原子核束缚作用下因而质量较小、内部结合力较大,也就是碰撞前内层电子饥饿程度较大,所以它可以吸收X射线(光子),而内层电子在吸收了X射线(光子)后同时也吸收了光子的冲量作用,在这个作用下内层电子摆脱了原子核静电引力的束缚成为超过临界质量的自由电子,此时新形成的电子质量大于电子的临界质量。我们知道大于临界质量的超大电子是极不稳定的,这个新电子质量超过临界质量极不稳定,所以其会在极短时间内裂变放出多余能量(光子)并重新生成一个能够稳定存在的电子,由于内层电子吸收了X射线(光子)的一部分能量,所以其放出的光子能量小于原先X射线(光子)的能量。从另一个角度来讲,也可以认为X射线(光子)在和内层电子作用后被内层电子吸收了一部分能量。康普顿效应在一定程度上证明了超临界质量的电子通常都是极不稳定的,会在极短时间内裂变重新生成一个能够稳定存在的电子并放出光子。

  在康普顿散射实验中我们发现,只有入射光的波长与电子的康普顿波长相近时散射才显著(也就是光子能量足够大时才明显),当入射光是可见光或紫外光康普顿效应并不明显,这也在一定程度上表明:光子能量越小(质量越小)越不容易被电子掠夺一部分能量(质量),说明电子能量(质量)越小其内部结合力越大、内部各部分结合得越紧密;反之,光子能量越大(质量越大)越容易被电子掠夺一部分能量(质量),说明电子能量(质量)越大其内部结合力越小、内部各部分结合得越松散,这就是能量(质量)越大的光子康普顿效应越明显的根本原因。

  在这一篇讨论中,我们着重类比讨论了不同质量的原子核内部结合力不同、不同质量的电子内部结合力不同以及不同质量的光子内部结合力不同,很多人认为这些讨论都是猜测,没有实验证明也没有什么意义。从我们的推论中可以知道,质量越小(频率越小)的光子内部结合力越强、因而吸收引力子的能量越强、经过同样的缝后偏移距离越大,质量越大(频率越大)的光子内部结合力越弱、因而吸收引力子的能量越弱、经过同样的缝后偏移距离越小,这一点不仅和实验完全相符,更为重要的是揭示了相同频率(质量)的光子经过双缝或单缝后到达不同位置是由光子频率(质量)不同引起的,波动条纹本质上反映了粒子的内部结构及粒子质量的变化:不偏转的粒子受力小、受力越大的粒子偏转角度也越大,粒子到达某个位置是由受力(物质作用)决定的而不是由几率决定的、上帝决定的。

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