闲聊宇宙（71）——速度守恒定律

文/侯工

侯工：

光波是宇宙球面的最小粒子的波动，没有质量，不受大质量星体引力的影响。在日全食时看到了太阳背面的星光，是因为这些星光在经过太阳周围的气体时产生了折射，也就是产生了弯曲传到了我们的眼睛。如果太阳周围没有气体，那么它就能将后面的星光挡住。
网友：

因为它本身就是引力作用引力波，没有质量是因为它根本就不是粒子。大质量星体只能吸收、折射、发射、反射它。

侯工：

引力波是极高频的脉冲波，它的频率是7.52X10^24Hz.所以能量非常大，可以穿透任何物质，不会被任何物质吸收、折射、反射。由于所有天体引力波的频率都是相等的，所以同方向的引力可以叠加。

引力波不是电磁波，对电子和其它粒子不会产生大量电离，所以对人体不会产生明显损伤。但是它的反作用力——膨胀力可以在微观层面表现为弱力，引起物质的缓慢衰变，这是人会变老的原因之一。

宇宙球面上的最小粒子是粒子，因为它的速度等于光速，由于它们是各自独立的，没有运动阻力，各自自主运动，没有惰性，所以没有惯性，也就没有质量。引力波和光波都利用它来作为传递介质。

侯工：

光电效应用共振解释确实还不够完美，有必要补充说明：当外力的频率大于系统的固有频率时，系统的响应是被动的及时的，这时系统的振动频率由外力决定。系统内部的运动跟得上外力的运动。这时称为谐振。而当外力的频率与系统的固有频率相当（相等或整倍数）时，系统的运动受外力的周期作用而加强，是系统主动配合外力的结果。这时称为共振。无论是共振还是谐振，都只与光的波动性频率有关，而与粒子性无关。当光的频率（1）达到或者（2）高于某一阈值的时候，（1）与电子的固有频率发生共振或者（2）与电子发生谐振，这两种情况都可以发射电子，从而形成光电效应。由此可见，光电效应证明了光的波动性，因为这里不需要粒子的特征——质量，只需要波动的特征——频率。根据普朗克关系式E=hv（E表示能量，h为普朗克常数，v为频率），达到或超过一定频率阈值的光可以使电子获得逃逸原子束缚所需的能量，这就是光电效应的实质。

网友：

楼主基本上说的是伟光正的的话，就是这么个理。
俺在补充点后续的：电子从原子场中逃逸表面磁场，电子的体积一瞬间变大，一下子挤占表面磁场空间，激起表面磁场的波动，这种波就是电磁波或光。

侯工：

天啊！我成伟光正了！这帽子也太大了吧？！

对你的补充，我要说两句：电子从原子电磁场中逃逸出来，体积不会增大，只是成为自由电子而已。当它们进入导体，就会形成电流。如果电流是振荡的，就会发射出电磁波。而光只能从电子跃迁的过程中发出。从运动的角度分析，1/2自旋的电子在原子外围不同层级间的有规律的跃迁动作（电子从外轨道跃迁到内轨道，由于泡利不相容原理，电子又从内轨道跃迁到外轨道）搅动了宇宙球面，在宇宙球面上形成电磁波。从能量角度分析，电子从高能量的轨道跃迁到低能量的轨道就会释出多余的能量，这就是电磁波能量的来源。

电子为什么会产生跃迁运动？主要原因是由于宇宙球面在不断地膨胀，必须有相应的物质粒子释放出来予以补充，首当其冲的就是电子。在所有物质粒子中，电子外在原子的最外层，其质量最小，速度最快，需要逃逸的能量最小，因此最容易逃离原子的束缚成为自由电子。这种现象叫做电离，电离是衰变现象之一，叫β衰变。这些自由电子在太空里就成为β（贝塔）射线（最初的衰变是由弱力引起的）。这种射线的速度接近光速，具有很大的能量，当它们撞到原子，实际上就是撞到原子的核外电子层，使低能级轨道（内层）的电子获得能量而跃迁到高能级的轨道（外层），根据泡利不相容原理（在同一轨道只能允许2个转向不同的电子），这个电子被排斥而退回到原来轨道，在这个过程中就会发出电磁波并且伴随着释放出多余的能量，这种现象称为发光。当光波作用在原子的电子层上，也可以导致电子跃迁，如果光波的频率足够高，还可以引起电子的共振和谐振，形成光电效应。总而言之，当粒子由于衰变、受热，碰撞或辐射等方式获得了相当于两个能级之差的激发能量时，它就会从能量较底的初态跃升到能量较高的激发态，在原子电子层里，越内层的能级越低，由于泡利不相容原理而不稳定，有被迫地回到稳定状态的趋势。在释放出相应的能量后，粒子自动地回到原来的状态，这些行为称为跃迁。在这个过程中遵守严格的量子规则。其吸收或发射的能量都是h（普朗克常数）的整数倍。如果以光的形式表现出来，就造成光谱线的分立性：不同的元素的电子频率不同，发出光的颜色也就不同。

从电磁波产生的条件不同，可分为：

（1）由分子受热振动带动分子上的化学键上的电子振动形成的电磁波叫红外线。这种现象叫分子跃迁。

（2）由电子在相邻能级间来回跃动产生振动形成的电磁波叫可见光。这种现象叫电子跃迁。

（3）紫外线是由原子的外层电子受到激发后发生跃迁产生的。这种现象叫外层电子跃迁。

（4）X射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级（隔层）之间的跳跃（不是来回的跃迁）产生的电磁波：当内层的电子受到自由电子撞击后逸出原子也成为自由电子，这种现象叫电离，会释放更大的能量。由于这时需要更高能级的电子进行补充，相邻层电子的能量差不足以弥补释放的能量，于是隔层电子就会跳越过中间层到空穴去，这时释放出来的电磁波就是X线，是波长介于紫外线和γ线 之间的电磁波。其波长很短，介于0.01~100埃之间。这种现象叫电离跃迁。

（5）放射性原子核在发生α衰变、β衰变后产生的新核往往处于高能量级，在向低能级跃迁时放出的电磁波叫做γ线。在现实中，原子核衰变和核反应均可产生γ线。它是原子核内带正电荷的质子跃迁振动产生的电磁波，不同于电子振动产生的电磁波，所以能量特别强。它实际上是波长短于0.2埃的电磁波 。γ线的波长比X线要短，所以γ线具有比X线还要强的穿透能力。这种现象叫原子核跃迁。

 网友：

侯工说赤道物体的宏观速度大，微观速度就小； 相反，在两极线速度最小，其物体的宏观速度小，微观速度就大，这样，物质粒子就容易逃逸出来成为自由粒子，特别是两极的大气分子更容易被电离。
这个不好理解。为什么？

侯工：

根据速度守恒定律，自然界所有物体的总速度都是相等的。总速度等于宏观（肉眼可见的如汽车飞机）速度加上微观（肉眼不可见的，如原子电子）速度。物体的宏观速度增大，其微观速度就会减小，宏观速度减小，其微观速度就会增大。

网友：

我从来就没有听说过“速度守恒定律”，是楼主的发明吧？

侯工：

是我的发明。

任何物体在任何状态下自身的宏观速度加上其微观速度是一个恒值。也可以这样描述：宇宙的任何不同物体，不管它们的速度如何，其最小粒子的速度总是相等的，且是个恒值。这个速度叫宇宙原速。

自然界任何物体的宏观速度与微观速度，或者其各自的自然速度均存在相互牵制的互补关系，它们的各个自然速度之和等于宇宙原速。速度既不能创生也不能消失，只能由一个速度递变为另一个速度，这种现象叫做速度守恒。

有了速度守恒定律，我们就可以解答“为什么宇宙万物的宏观速度各不相同，却能够同时共存？”这个问题。速度不同的物体是不能共同存在的，但是，太阳地球月球却能够共存几十亿年。人们百思不得其解。

为什么呢？由于人们在研究物体速度时忽略了物体的微观速度，微观速度就是物体内分子原子电子的速度。如果将物体的宏观速度加上所有的微观速度，结果发现所有物体的总速度都是相等的，并且都等于光速。在研究中我们还发现，当物体的宏观速度增大（或者减小），其微观速度就会随之减小（或者增大）。这种规律就是速度守恒定律。我们可以做一个小实验来验证：在一个圆筒形的玻璃瓶内装一些沙子，当瓶子向前加速的时候，沙子（其实包括玻璃分子原子电子）就会向相反方向减速，瓶子以这种方式来保持整体的速度总和不变。以前人们将这种现象称为惯性现象，确切地说是不对的，应该是速度守恒现象。惯性是物体的惰性，也就是物体受邻域阻力作用产生的失速趋势。比如，5个最小粒子组成一个电子后，中间3 个粒子与两端的2 个粒子的速度就难以平衡，于是就产生惰性，如果没有外力，就无法克服它的惰性，电子也就不可能存在。这种惰性其实就是惯性。我们平时说的惯性，其实是速度守恒现象。