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以太作用论
[楼主] 作者:-叶波-  发表时间:2008/04/27 20:16
点击:891次

以太作用论     以太因为没实际作用惨遭否定,特别是在迈克尔逊——莫雷试验中,没有观察到根据以太风理论而计算出来的0.4个干涉条纹的移动,被认为以太的假设得不到试验的证明,再次惨遭否定。但迈克尔逊本意是为了证明以太的存在而设计的试验,在试验失败以后,闷闷不乐,只好好念念不忘那可爱的以太。    时至今日,已经发现了以太的很多特殊的性质,迈克尔逊——莫雷试验也有了很好的新解释,本人根据以太的很多特殊的性质,发现了以太的许多作用,能够很好地解释电磁光的物理本质和发生的各种现象。就把它称为以太作用论吧。 第一节   以太简史刘久明 

以太这个琢磨不定的幽灵,在物理光学的发展过程中三起三落,就象一个摆脱不掉的影子,时刻困绕着物理理论的发展。

1、以太的引入

以太一词源于希腊,愿意是指“空气的上层”,是亚里士多德创造的名词。

17世纪的笛卡儿是一个对科学思想的发展有重大影响的哲学家,1664年他最先将以太引入科学,并赋予它某种力学性质。

在笛卡儿看来,物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递,不存在任何超距作用。因此,空间不可能是空无所有的,它被以太这种媒介物质所充满。笛卡儿的以太是一种无重的、有一定机械性质的物质,它虽然不能为人的感官所感觉,但却能传递力的作用,如磁力和月球对潮汐的作用力。

2、光的波动说需要以太

光的波动说是由胡克首先提出的,并为惠更斯所进一步发展。

在相当长的时期内,人们对波的理解只局限于某种媒介物质的力学振动。这种媒介物质就称为波的载体,如空气就是声波的载体。以太就是光波的载体,由此开始,以太又在很大程度上作为光波的载体同光的波动学说联系起来了。

由于光可以在真空中传播,因此惠更斯提出,荷载光波的媒介物质应该充满包括真空在内的全部空间,并能渗透到通常的物质之中。除了作为光波的荷载物以外,惠更斯也用以太来说明引力的现象。

3、牛顿的追随者最初反对以太

牛顿虽然不同意胡克的光波动学说,但他也像笛卡儿一样反对超距作用,并承认以太的存在。在牛顿看来,以太不一定是单一的物质,因而能传递各种作用,如产生电、磁和引力等不同的现象。牛顿也认为以太可以传播振动,但牛顿不同意光的波动说,因为当时光的波动学说还不能解释光的偏振现象,也不能解释光为什么会直线传播。

18世纪是以太论没落的时期。由于法国笛卡儿主义者拒绝引力的平方反比定律,而使牛顿的追随者起来反对笛卡儿哲学体系,因而连同笛卡儿倡导的以太论也一同进入了反对之列。

随着引力的平方反比定律在天体力学方面的成功,以及探寻以太得试验并未获得实际结果,使得超距作用观点得以流行。光的波动说也被放弃了,微粒说得到广泛的承认。

18世纪后期,证实了电荷之间(以及磁极之间)的作用力同样是与距离平方成反比。于是电磁以太的概念亦被抛弃,超距作用的观点在电磁学中也占了主导地位。

4、以太的首度复兴

19世纪,以太论获得复兴和发展,这首先还是从光学开始的,主要是托马斯.杨和菲涅耳工作的结果。

托马斯.杨用光波的干涉解释了牛顿环,并在实验的启示下,于1817年提出光波为横波的新观点,解决了波动说长期不能解释光的偏振现象的困难。

菲涅耳用波动说成功地解释了光的衍射现象,他提出的惠更斯——菲涅耳原理能正确地计算出衍射图样,并能解释光的直线传播现象。菲涅耳又进一步解释了光的双折射,获得很大成功。

菲涅耳关于以太的一个重要理论工作是导出光在相对于以太参照系运动的透明物体中的速度公式。1818年他为了解释阿拉果关于星光折射行为的实验,在托马斯.杨的想法基础上提出:透明物质中以太的密度与该物质的折射率二次方成正比,他还假定当一个物体相对以太参照系运动时,其内部的以太只是超过真空的那一部分被物体带动(以太部分曳引假说)。利用菲涅耳的理论,很容易就能得到运动物体内光的速度。

1823年,菲涅耳根据托马斯.杨的光波为横波的学说,和他自己在1818年提出的以太密度理论,在一定的边界条件下,推出关于反射光和折射光振幅的著名公式,它很好地说明了布儒斯特数年前从实验上测得的结果。

在托马斯.杨和菲涅耳的工作之后,光的波动说就在物理学中确立了它的地位。

随后,以太在电磁学中也获得了地位,这主要是由于法拉第和麦克斯韦的贡献。

在法拉第心目中,作用是逐步传过去的,他引入了力线来描述磁作用和电作用。在他看来,力线是现实的存在,空间被力线充满着,而光和热可能就是力线的横振动。他曾提出用力线来代替以太,并认为物质原子可能就是聚集在某个点状中心附近的力线场。他在1851年又写道:"如果接受光以太的存在,那么它可能是力线的荷载物。"但法拉第的观点并未为当时的理论物理学家们所接受。

到了19世纪末叶,麦克斯韦的电磁理论和赫兹实验由于借助于以太,从而提高了以太的理论地位。

19世纪60年代前期,麦克斯韦提出位移电流的概念,并在提出用一组微分方程来描述电磁场的普遍规律,这组方程以后被称为麦克斯韦方程组。根据麦克斯韦方程组,可以推出电磁场的扰动以波的形式传播,以及电磁波在空气中的速度为每秒31万公里,这与当时已知的空气中的光速每秒31.5万公里在实验误差范围内是一致的。

麦克斯韦在指出电磁扰动的传播与光传播的相似之后写道:“光就是产生电磁现象的媒质的横振动”。后来,赫兹用实验方法证实了电磁波的存在。用光的电磁理论解释光波的性质,这样以太不仅在电磁学中取得了地位,而且电磁以太同光以太也统一了起来。

麦克斯韦还设想用以太的力学运动来解释电磁现象,他在1855年的论文中,把磁感应强度比做以太的速度。后来他接受了开尔文的看法,改成磁场代表转动而电场代表平动。

麦克斯韦认为,以太绕磁力线转动形成一个个涡元,在相邻的涡元之间有一层电荷粒子。他并假定,当这些粒子偏离它们的平衡位置即有一位移时,就会对涡元内物质产生一作用力引起涡元的变形,这就代表静电现象。

关于电场同位移有某种对应,并不是完全新的想法,开尔文就曾把电场比作以太的位移。另外,法拉第在更早就提出,当绝缘物质放在电场中时,其中的电荷将发生位移。麦克斯韦与法拉第不同之处在于,他认为不论有无绝缘物质存在,只要有电场就有以太电荷粒子的位移,位移的大小与电场强度成正比。当电荷粒子的位移随时间变化时,将形成电流,这就是他所谓的位移电流。对麦克斯韦来说,位移电流是真实的电流。

5、以太的性质的非常化假定

在这一时期还曾建立了其他一些以太模型,使以太论遇到一些难以调和的问题。首先,若光波为横波,则以太应为有弹性的固体媒质。那么为何天体运行其中会不受阻力呢?有人提出了一种解释:以太可能是一种像蜡或沥青样的塑性物质,对于光那样快的振动,它具有足够的弹性像是固体,而对于像天体那样慢的运动则像流体。

另外,弹性媒质中除横波外一般还应有纵波,但实验却表明没有发现纵光波,如何消除以太的纵波,以及如何得出推导反射强度公式所需要的边界条件是各种以太模型长期争论的难题。

为了适应光学的需要,人们对以太假设一些非常的属性,如1839年麦克可拉模型和柯西模型。再有,菲涅耳提出,由于对不同的光频率,折射率也不同,于是曳引系数对于不同频率亦将不同。这样,每种频率的光将不得不有自己的以太等等。以太的这些似乎相互矛盾性质实在是超出了人们的理解能力,很难让人接受。

19世纪90年代,洛伦兹提出了新的概念,他把物质的电磁性质归之于其中同原子相联系的电子的效应。至于物质中的以太,则同真空中的以太在密度和弹性上都并无区别。他还假定,物体运动时并不带动其中的以太运动。但是,由于物体中的电子随物体运动时,不仅要受到电场的作用力,还要受到磁场的作用力,以及物体运动时其中将出现电介质运动电流,运动物质中的电磁波速度与静止物质中的并不相同。

在考虑了上述效应后,洛伦兹同样推出了菲涅耳关于运动物质中的光速公式,而菲涅耳理论所遇到的困难已不存在。洛伦兹根据束缚电子的强迫振动,可推出折射率随频率的变化。洛伦兹的上述理论被称为电子论,它获得了很大成功。

但以太的引入,也使物理学家们碰上了新的困难。光波是一种横波,而只有固体介质才能传播横波,如果说光波由以太传播,那么以太就必然是固态的,而且它必须渗入万物之中,密度比气体稀薄,弹性比金属还大,驯服到不影响人的眼睛的眨动。同时具有这么多神奇特性的以太的存在,谁也觉得是不可能的。

6、以太理论的再次衰落

19世纪末可以说是以太论的极盛时期。但是,在洛伦兹理论中,以太除了荷载电磁振动之外,不再有任何其他的运动和变化,这样它几乎已退化为某种抽象的标志。除了作为电磁波的荷载物和绝对参照系,它已失去所有其他具体生动的物理性质,这就又为它的衰落创造了条件。

神奇的以太困扰着19世纪的物理学家,成了物理学界最大的难题,就在这时,美国物理学家迈克尔逊首资助成功地做了证实以太存在与否的以太漂移实验。

他的第一次是在以太漂移实验1881年。他想,按照菲涅耳的观点,如果认为以太是静止的湖面上航行一样。这样,在地球上就似乎应该测出地球相对于以太的漂移速度,他自己设计制造了干涉仪,以求显示地球相对以太参照系运动所引起的效应,并由此测定地球相对以太参照系的速度。但得出的结果却令他目瞪口呆,与预想恰恰相反的结果:不管光线向哪个方向传播,光的速度总是每秒30万公里。这说明以太不存在,光速不变。

这个实验结果可从菲涅耳理论得到解释,根据菲涅耳运动媒质中的光速公式,当实验精度只达到一定的量级时,地球相对以太参照系的速度在这些实验中不会表现出来,而当时的实验都未达到此精度。为了测出地球相对以太参照系的运动,实验精度必须达到很高的量级。

迈克尔逊也没有立即相信自己的实验结果,他怕仪器不精,测不出极其微弱的光行差来,于是他着手改进仪器。1887年,他用改进过的能够准确测出植物一秒钟生长量的仪器,和美国化学家莫雷一起进行了又一次特别精巧的实验,但得到的结果仍然是否定的,即地球相对以太还是不运动。

他们把仪器安置于浮在水银面上的一块石板上,使仪器能够十分平滑地随意转动。他们使光束射出方向与地球运动的方向成各种不同的角度,结果光速仍然不变。不管他们将仪器对准哪个方向,不管他们重复实验多少次,结果都是毫无差别。

此后其他的一些实验亦得到同样的结果,于是以太进一步失去了作为绝对参照系的性质。这一结果使得相对性原理得到普遍承认,并被推广到整个物理学领域。

这次实验首次成功地对以太存在说提出质疑,并为爱因斯坦建立狭义相对论开辟道路。

19世纪末和20世纪初,虽然还进行了一些努力来拯救以太,但在狭义相对论确立以后,它终于被物理学家们所抛弃。人们接受了电磁场本身就是物质存在的一种形式的概念,而场可以在真空中以波的形式传播。

量子力学的建立更加强了这种观点,因为人们发现,物质的原子以及组成它们的电子、质子和中子等粒子的运动也具有波的属性。波动性已成为物质运动的基本属性的一个方面,那种仅仅把波动理解为某种媒介物质的力学振动的狭隘观点已完全被冲破。

7、狭义相对论不需要以太

对以太的错误认识最终导致了狭义相对论的产生。

相对论是德国的爱因斯坦提出的。1905年,26岁的爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》,创立了狭义相对论,成为物理学发展史上划时代的杰作。

在狭义相对论中,爱因斯坦认为,以太不是必要的。爱因斯坦从光速不变原理和狭义相对性原理这两条基本原理出发,推导出了一系列崭新的物理学和哲学结论,这些结论主要有:

1)抛弃了以太假说,否定了绝对时间和绝对空间的概念;

2)物体的质量与物体运动速度有关,物体运动速度越快,其质量也越大;

3)物体的能量与质量有关,原子内部蕴含着巨大能量,人类有利用这种能量可能性;

4)光速是运动的极限速度,一切物体运动的速度都不可能超过光;

5)当物质在高速运动情况下,会发生钟慢尺缩效应。

虽然爱因斯坦的这些推论不免有些违背了人们认识自然时由已知推断未知的一贯原则,但却能够解释迈克尔逊-莫雷的实验结果,受到了人们的极力推崇。但爱因斯坦本人仍深感不完备,于是继续研究广义相对论问题,经潜心研究于1916年发表了《广义相对论基础》一文,标志广义相对论的正式诞生。广义相对论的基础是广义相对性原理和等价原理。广义相对论指出:引力场和加速运动都是改变时空结构的原因,物质、运动、引力、时空都是有机联系,辩证统一的。

现实存在的空间不是平坦的欧几里得空间,而是弯曲的黎曼空间,空间的曲率体现着引力的强度。他还从广义相对论作出了可供验证的三个推论,即水星近日点的进动;引力场会使光线偏转;光谱线的引力红移。爱因斯坦的相对论认为单独的空间改变或单独的时间改变都是不可能的。空间和时间的变化是必然地联系在一起的。不仅如此,时空的变化和时空结构又与物质的运动和姿态不可分离。这种新的时空观、运动观、物质观对整个自然科学和哲学均产生了极大的影响。

8、摆脱不掉的以太影子

然而人们的认识仍在继续发展。到20世纪中期以后,人们又逐渐认识到真空并非是绝对的空,那里存在着不断有虚粒子的产生以及随后湮没这样的涨落过程。这种真空涨落是相互作用着的场的一种量子效应。

今天,理论物理学家进一步发现,真空具有更复杂的性质。真空态代表场的基态,它是简并的,实际的真空是这些简并态中的某一特定状态。目前粒子物理中所观察到的许多对称性的破坏,就是真空的这种特殊的取向所引起的。在这种观点上建立的弱相互作用和电磁相互作用的电弱统一理论已获得很大的成功。

随着天文观测的不断发展,一些宇宙局部引力异常、暗能量等现象的发现,又需要真空中充满某种神秘的物质。

早在1920年,爱因斯坦就撰文指出:"依照广义相对论,空间已经被赋予物理性质;因此,在这种意义上说,存在着一种以太。依照广义相对论,一个没有以太的空间是不可思议的。“爱因斯坦的新以太观认为:"广义相对论的以太是这样的一种媒质,它本身完全没有一切力学和运动学的性质,但它却参与对力学和电磁学事件的决定。”

不难看出,机械的以太论虽然死亡了,但以太概念的某些精神——不存在超距作用、不存在绝对空虚意义上的真空等仍然活着,并具有旺盛的生命力。

9、以太必定再次复出

随着科学技术的不断发展,人们认识事物的能力不断提高,更多的人们开始注意到,相对论对迈克尔逊-莫雷实验的解释不是唯一的,并且进一步发现了相对论学说的一些错误观念。20世纪实际的科学工作者们开始重新研究以太所必须的物理属性。虽然目前对以太的争议仍然很多,但仍然可以见到有关如下这些性质的描述:

1)以太是一种实在的粒子,以一种超气体形式存在;

2)以太不会大量渗透到物体中,甚至也不能渗透到空气中;
3)以太在太空中的分布是不均匀的;

4)以太对星体的运行会产生一定的阻力;

5)以太可被运动物体进行附层面拖拽;

6)以太是光线和引力的传播媒介。

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[楼主]  [2楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/04/27 20:27 

第二节 新以太观

对新一代的物理学家来说,以太可以说是一个久违的概念了。因为在二十世纪初的那场所谓的物理学革命中,爱因斯坦为了统一实体和场,不得已否定了以太,从此物理学界中就没有以太的概念了。
以太是什么?它是否真的存在?自从1965年人类探测到宇宙背景的微波辐射以来,以太又成了人们新一轮的争论话题,特别是在近几年来,理论和观察证明,真空本身就是物质的一种运动状态,它充满着我们难以观察的混合物质,而且这种物质弥漫于整个宇宙空间,无所不在。虽然人们尚不清楚这种物质的真实面目,但是这种暗物质正在浮出水面。因此,完全否定以太无疑是错误的,新的以太观势在必行。
  什么是新以太观?
以太是一个历史悠久的概念,以太的性质也是在随着时间的推移不断地更新,这就是新以太观。
能简明扼要地说说新以太观吗?
  主要有以下几点。1、以太是一种超流体;2、以太对光呈固体;3、电的物理本质是正电子对以太的浸润和负电子对以太的不浸润;4、磁的物理本质是以太的量子涡旋;5、光的物理本质是交变的以太量子涡旋在以太中的传播。
能具体地说说新以太的性质吗?
好的,我们先从以太的存在性说起。
一、以太的存在性
当冷冻温度下降至2.2K时,液氦- 4中会突然出现一种十分奇怪的现象:一部分液体变得完全没有粘稠性,也失去了任何摩擦作用,这就是所谓的超流。
超流时的液氦有许多稀奇古怪的性质:如果把它盛在一个没有上釉的陶罐中, 它将会从陶器的微孔中溜走;普通的液体有表面张力, 而超流体没有;便令人惊异的是,液氦-4超流甚至可以从无孔可钻的玻璃或金属容器中爬壁外逃。因为超流无稠性、无摩擦,它会自发产生虹吸作用,液体会自动地寻找最低的停留位置;
液氦-4的超流至今还有一个无法解释的重要现象, 即当容器缓慢旋转时,其中的超流部分不会随之转动,也不是相对于随地球自转的实验室静止,而是相对于恒星保持静止,不管时间多长情况始终不变。
1967年美国斯坦福大学的乔治.希思等人做了一个试验:为了保证容器中所有的液体都旋转,他们在超流发生之前就开始转动容器,然后慢慢冷冻到临界温度以下,超流在缓慢旋转的容器中形成了,但仍然是相对于恒星保持静止。
为什么是这样的呢?一定是空间中和物体内存在一种看不见的物质,它的存在使得它与超流液氦- 4相互作用使得超流相对于恒星保持静止。这种看不见的物质是什么呢?它就是以太,由光行差现象可知,以太正好是相对于恒星(如太阳)保持静止的,这就是以太静止参考系。也就是说超流是相对以太静止参考系保持静止的。
超流液氦- 4不能带着以太前后运动,却能带着以太旋转。从而将其角动传递给以太,以太的量子涡旋就是磁场,也就是说超流液氦- 4的转动动能变成了以太的磁能,直至超流液氦- 4对以太的转动停止。无论以太是多么地小,它的蛛丝马迹迟早总会显露出来。这正是:“踏破铁铁鞋无觅处,得来全不费功夫”,从另一个侧面证实了以太的存在。
二、以太是一种超流体
众所周知,固、液、气态物质都具有一定的温度,如果以太也是一种物质,那么它有不有温度呢?我们又如何求得它的温度呢?任何固体、液体或气体,在任何温度下都会发射电磁波。向四周所辐射的能量称为辐射能。这种辐射在量值方面和按波长分布方面都取决于辐射体的温度,所以叫做热辐射。如果把作热辐射的物体看成黑体,便可根据热辐射中的维恩(Wien)位移定律求出其温度。
如果电磁以太存在,它也应该和固、液、气体一样能向四周发射电磁波。显而易见,我们周围空间的电磁以太的分布是各向同性的,因此,我们应能探测到周围空间存在一种各向同性的电磁波辐射。
宇宙微波背景辐射是无处不在的3K热(黑体)辐射, 因其峰值在微波区而得名。微波背景辐射是高度各向同性的温度约为2.7K的黑体辐射,这是一种充满宇宙各处的均匀辐射。把2.7K的黑体辐射作为作为以太的温度是2.7K是非常合理的。
2.7K是一个很低的温度,大量事实表明,低温下的以太是一种超流体。超流体无稠性、无摩擦,它不能被拖曳(只是以太有一部分被介质所吸附,这一很小部分能被运动介质所带动。),但可以被带作转动。所以星体在其中移动不会受到任何阻力,但太阳能带动以太转动,也就是说,太阳的角动量会变成以太的角动量,从而解释太阳角动量困难。
三、以太对光呈固体
以太不是被迈——莫试验否定了的吗?为什么还要谈及它?
这是人们对以太的性质不了解的原因。长期以来人们认为以太对任何物质包括光在内都是呈流体。迈克尔逊把以太风比作河流,把光比作河上的小船,光也在以太风中流动。从而设计出迈——莫试验,当转动仪器90度,预期应有0.4个干涉条纹移动,但实际上干涉条纹没有任何移动。
这不是以太不存在,而是以太对光呈固体。就好象人在流水中游泳,当然会被流水所带动,但如果在水面上建一条浮桥,人在固体浮桥上走,就不会被流水所带动了。以太对光呈固体,光就是在固体的“光桥”中走,不会在以太风中流动,从而迈——莫试验中,无论转不转动仪器90度,都没有光程差,干涉条纹就不会有任何移动。
由弹性力学可知,振动可以在媒质中传播。在只能产生压缩形变的媒质(气体或液体)中,只能传播纵波;在既能产生压缩形变又能产生剪切形变的媒质(固体)中,则能传播纵波和横波。
从光是横波能直接推出以太对光呈固体的结论。
但有一点要注意,以太只对光呈固态,对其它的物体仍然是呈超流体。于是就出现了这样一种情况:流体不再是固定的。对某种物质它是流体,对另一种物质它又是固体。其实这并没有什么奇怪的。
人们一定会认为冰是固体。冰川虽都是些巨大的固体冰块, 但却像个站不稳的巨人.在重力作用下, 由高向低缓慢流动, 难怪阿加西斯把它比作缓缓流动的河流.冰川的流动速度一般每昼夜在1 米以上.快的能达到每昼夜20米.目前创下流速最高记录的大概要算北美洲北部阿拉斯加的黑激流冰川了.1936年10月它的流动速度竟达到每天60米.我国流动最快的冰川是念青唐古拉山北段的阿扎冰川, 年流速约300米.
无独有偶,同一种介质(如水)对低频的声波呈流体,对高频的超声波呈固体。这可是与以太对低速物体呈流体,对高速的光呈固体的道理是相同的哟!
通常情况下,声音在水中的传播速度为1450米/秒,但20年前人们惊奇地发现,当声波频率达到几个T(1T=1012)赫兹时,这一频率下的超声波在水中的传播速度竟是上述的2倍多。多年来,科研人员试图通过建立各种模型来揭示这一问题的本质,但都未获得成功。不久前,意大利物理学家通过实验最终以高弹性介质理论成功地解释了这一现象,解决了困扰物理学20年的难题。该项研究成果发表在近期的《物理学评论快报》上。
意大利物理学家已证明的超声波高弹性介质理论认为,超声波的频率越高,水的弹性越高并更难移动,成为一种高弹性介质,超声波在这种介质中的扩散就像在固体中传播一样,声音在固体中的传播要比在液体中快得多。
我们可以这样来类比:把光比作超声波,把以太比作水,水对频率达几个T赫芝的超声波呈固体,以太对频率达几千个T赫芝以上的光呈固体。
由于介质对它所传播的波呈现固体还是流体与波的频率和速度都有关,对于水中的超声波而言,由于速度慢,频率成为很关键的;但对于以太中的电磁波而言,由于速度极快,频率就成为无所谓的了。
四、电的物理本质是正电子对以太的浸润和负电子对以太的不浸润;
么是电?电是正电子或负电子与以太的相互作用而引起的一种表面现象。我们知道,液体与固体之间存在“润湿”与“不润湿”的作用,例如水和玻璃是“润湿”的,水和蜡则是“不润湿”的。类似地电磁以太和正电子子是“润湿”的,而和负电子则是“不润湿”的。
在正电子的周围会产生这样一种现象:靠近它周围的以太的密度会比离它较远的地方要大,或者说在质子周围吸附有较密集的以太。我们把这种现象叫做正电子带有正电荷。同样地,靠近负电子周围的以太的密度比离它较远的地方要稀疏。或者说,因负电子排斥作用其周围只有较少的以太,于是我说负电子带有负电荷。也就是说,以太和质子和电子之间存在着一种类似表面张力的电磁力,显然,这种电磁力是通过以太来传播的。
如果物质与以太不发生吸附或排斥作用,或这种吸咐与排斥作用恰好抵消,我们就说这种粒子是中性的。
这样假设的一个重要原因是正、负电子产生的电流和磁场的方向是相反的。
下面我们来看看缚住原子和电子的试验。
1985年,美国新泽西州霍姆德尔的贝尔研究所的美藉华裔物理学家朱棣文及其同事们采用所谓“单一射束锥陷阱法”成功地进行了用激光刹住原子运动的试验。他和法兰西学院教授科昂——塔诺季、美国国家标准研究所菲利浦斯博士一起为此荣获1997年诺贝尔奖。
最近几年,美国新泽西州霍姆德尔的贝尔研究所的朱棣文及其同事们采用所谓“单一射束锥陷阱法”成功地进行了用激光刹住原子运动的试验。
霍姆德尔的物理学家们首先将钠原子的运动速度降到每秒20米,然后将这些原子引入称之为“光学糖浆”的区域里,这是用6个相互交叉的激光束构成的光子区域,使来自四面八方的100万个钠原子形成高密度的原子集团。这时使用的激光束直径约1厘米。就在这里,原子的最终速度降到了每秒0.6米,运动几乎停止。这相当于温度几乎降到了绝对零度。
接着用一条聚焦的激光束对准这个原子集团,其作用是为将原子囚禁在浅“能量阱”中提供必须的磁场。只需0.5秒的时间,就成功地将原子的运动完全刹住了。这时原子是静止的,从该原子集团放射的光,能够用肉眼观察到。据这个研究小组宣称,他们用这种方法在十亿分之一立方厘米的体积内捕获了500个原子,时间约1分钟。
其后,科学家们又对电子和光子做了同样的试验,并获得了部分成功。需要指出的是,刹住电子或光子的方法与前述原子的情况稍有不同。
高速运动着的原子、电子或光子被子刹住了到底会引起什么事情呢?咱们这里只对电子感兴趣。
一旦电子被锁住,在电子极近旁会产生惊人的电量!为什么?直到现在仍然无法解释这种现象。
这是为什么呢?电子与电磁以太之间是“不润湿”的,电子对其周围的电磁以太有很强的排斥作用。当电子在高速运动时,这种被排斥以太大部分被甩掉了,电子周围只剩下很少部分这种被排斥以太,从而电量也小。当电子静止时,电子周围的这种被排斥的以太一点也不会被甩掉,从而电量大得惊人。
于是我们就比较合理地解释了这一现象。
五、磁的物理本质是以太的量子涡旋;
和固体、液体、气体和等离子体四态相比,以太有它特殊的运动性质,这就是以太通量的散度为0。也就是说,以太从什么地方发出,通过一条闭合曲线,会重新回到原来的地方。用数学语言即是封闭曲面的电磁以太通量和与所包围体积的比值,当这体积趋于0时其极限为0。或者说任何小的封闭区域都没有纯粹的以太通过(即是任何相同时间里进出该区域的以太通量是一样的,既无源泉,也无漏洞)。只有把以太看成是不能作直线运动仅能产生涡旋才能做到这一点。因此,电磁以太是无散的,其一定不能作平动,因为平动就一定有散。
从整体上看,以太只能作涡旋运动,而不能作平动。换言之,在我们周围的空间中,只存在以太的涡旋,而不存在“以太风”。至于以太为什么只能作涡旋运动,而不能作平动,这是因为它是超流体的缘故。我们以后会用大量的事实来证明这一点。因此,“以太风”虽然不存在,但以太涡旋是存在的,以太当然也是存在的了。
从数学上讲,电磁以太通量的散度为0是一个很清晰很具体的概念。从整体上看,以太只能作涡旋运动,而不能作平动。换言之,在我们周围的空间中,只存在以太的涡旋,而不存在“以太风”。因此,“以太风”虽然不存在,但以太涡旋是存在的,以太当然是存在的了。
科学家们用试验测出,氦-4超流有一个临界流速,流速大于临界点时,通常的摩擦作用和粘滞性又会突然恢复。但当容器快速旋转时,超流部分并非如预期的那样随容器而转,出人意料的是液中出现了一条或几条相同的量子化涡线,它们是一个个小得难以辩认的漩涡,其中心的涡眼垂直延至容器的底部(如图1),超流绕着漩涡中心作相同方向的环流(如图2)。因流速随漩涡中心距离的增加而减慢,同时各漩涡也作互为中心的旋转运动。形成一种奇妙的动态结构。
以太是不是超流体?是。因为以太的温度极低,2.7K。如果把通电线圈作为快速旋转的容器,把磁看成是以太超流绕着漩涡中心作相同方向的量子环流,是非常有道理的。所以磁是以太的量子涡旋是有超流动态涡旋作类比的,不是无中生有。
于是,氦-4超流无稠性、无摩擦,也就是说它不能被带作平动,但当容器快速旋转时,超流部分出现了量子化涡线,它们是一个个小得难以辩认的漩涡,或者说,氦-4超流能被带作转动。
同样的道理,以太也是超流体,它也不能带作平动,只能带作涡旋运动。
[楼主]  [3楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/04/27 20:31 

(续前)

 

[楼主]  [4楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/04/27 20:40 

六、光的物理本质是交变的以太量子涡旋在以太中的传播。
1、光可以旋转和具有角动量
早在20世纪初,人们就已经有了圆偏振光能够输运角动量以致引起旋转的概念。坡印亭于1909年将光与力学系统进行类比后,认为圆偏振光具有角动量。5年后,爱泼斯坦通过计算波作用在各向异性介质中感应电偶极子上的力,精确地得到引起旋转的力偶。
如果假设引起光偏振的系统由波和起偏晶片组成,这个系统当然应符合角动量守恒这一普遍规律,所以,必须承认电磁波也具有角动量,而且它的变化与晶片的角动量变化相反。具体地说,光有三类:不旋转的、左向旋转的和右向旋转的光。
1936年,美国人贝思和霍尔朋从实验上证明了上述结论的正确性。他们设计了一个圆筒型的暗箱,用一根极细的石英丝将一系列的波片和平面镜悬挂在暗箱中。将一束圆偏振光射入暗箱,结果发现波片发生了偏转。
光可以旋转和具有角动量就有力地证明了光是一种涡旋波。
2、光的特性
(1)、光是一种量子以太涡旋波
因为磁是以太的量子涡旋,这种涡旋也会在电磁以太中以光速传播。由于涡旋的大小和方向是可以变化的,也就是说,它可以是一种“交变”的量子以太涡旋,这种交变的量子以太涡旋的传播就是电磁波了。光也是电磁波的一部分,因此,光也是一种“交变”的量子以太涡旋波。实际上,电磁波是一种纯粹的磁波,没有一点电的成分。交变电流仅仅是电磁量子以太的涡旋源——一种受迫振动源。
(2)、光是横波
以太涡旋的切线方向是以太涡旋的线速度方向,也就是以太媒质的振动方向。而涡旋一旦生成就会由内向外传播,这种方向显然是径向。以太涡旋传播的半径的方向和以太涡旋的切线方向是垂直的,因而光是一种横波。
(3)、光是无散波
因为以太的力学特性是无散的,以太只能以涡旋态存在,这便是磁了。显然磁也是无散的。光又是交变涡旋在以太中的传播,因此光就必然是无散波了。这一结论是非常重要的,它能直接推导出光不是纵波和光速不变的结论。
(4)、光不是纵波
由弹性力学可知,纵波是一种无旋波,传播纵波的物质分子仅仅作往复直线运动——平动。而空间中的以太是无散的,只能作涡旋运动而不能作丝毫的平动(发散),也就是说,以太不能作任何的往复直线运动,因此空间的以太自然就不可能产生纵波了。这就是光不是纵波的原因所在。两个平行偏振片有一个位置恰好可以完全遮挡光的试验证明,光是纯粹的横波,丝毫没有纵波的成分。如果光有纵波的成分,纵波部分就可以通过上述两个偏振片。
(5)、光速不变
光是一种无散波就能说明光速为什么不变。如果媒质不动,因为传播光的媒质——以太是无散的,在这种媒质中,以太只能被带旋不能被带散(平动),以太的涡旋只能是自扩张传播,以太不能被其它媒质带作平动(但电荷和介质外面一个很小的被吸附的表层可以带动以太一起作平动)。光是交变量子以太涡旋在以太中的传播,这种量子以太涡旋也是自扩张传播的,根本不能被其它物质带作平动,一般而言,光不能被任何宏观的东西所带作平动,因此光速就是以太涡旋在某种媒质中自扩张传播的速度。这种扩张传播的速度在固定的媒质中是不变的,光速当然也是一个恒量了。
如果媒质在运动,例如流水。那么被吸附在水的质点之中的以太就会被带动,而没有被吸附的以太不被带动,总的效果相当于以太的部分被拖曳,也就是斐索实验证实了的菲涅耳曳引系数1-1/n2。也就是说:当水流动时,能部分地带动以太同其一起运动。
3、光子的物理结构
从光的物理结构来看光无可争辩地是一种涡旋波而不是一种粒子。
磁是以太的涡旋,这种以太涡旋非常小,不是一整个涡旋,是一个个的量子涡旋,这种量子涡旋是大量的。因此磁是不连续的。光是大量的交变的量子涡旋在以太中的传播,所以光是一种涡旋波,也是一种量子波,因此光波也是不连续的,光波不象机械波那样连续。光既是一种波,又是一种量子,这就是光具有波粒两象性的根本原因。所以,光子就是以太的量子涡旋。
1900年普朗克在对黑体辐射的研究中,从物质的分子结构理论中借用不连续的概念提出了辐射的量子理论。他认为各种频率的电磁波,包括光,只能以一个确定能量基元整数倍的能量从振子射出,这种能量基元称为量子,光的量子称为光子。
电子轨道服从量子规则,其原因是电子以一定的频率绕原子核运转,可以把绕原子核运转的电子看成是一个涡旋振子,这个涡旋振子就是电子轨道具有量子的含义。因此,光子并不是粒子,而是一种以太的量子涡旋振子。
一个个的以太的量子涡旋振子——光子具有量子性,而以太的量子涡旋振子的总体呈现出涡旋振子的角位移,这就是波了。这就是光的物理结构。
总而言之,以太、电、磁和光都具有量子性,是某种凝聚态。我们从宏观物质的某种性质去猜度它们,一定是不确切的。
[楼主]  [5楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/04/29 19:53 

第三节 以太、以太风和以太涡旋
因为以太的存在是人们认识电磁现象物理本质的关键,所以必需首先论述以太的存在性问题。
一、以太的历史回顾
对电磁场本质的认识历史上有许多观点,归纳起来主要有如下几种:
“超距作用”论者认为,引入“电场”或“磁场”的概念,是为了电荷或电流之间产生的作用力的需要。由于“超距作用”是在稳恒场的情况下提出来的,在这种情况下,不存在场的传播是否需要时间的问题。后来发现以光速传播的电磁波后,“超距作用”的观点自然就不攻自破了。
另一种说法认为电磁场是“空间的特殊状态”,他们认为有了电荷或电流,周围的几何空间就进入了一种特殊状态,它表现出能对其它电荷或电流产生作用力的性质。所以,这些人又说“场就是力的表现场所”。他们所说的“空间”是空无一物的几何框架,在他们看来“场”也不是物质。
法拉第认为电磁的相互作用是通过一种叫做“以太”的特殊物质而传递的,当时的“以太”假说认为,物质之间没有绝对的真空,空间到处充满一种特殊的物质——“以太”(本人认为“以太”有很多种,为了不相互混淆,能产生电磁的相互作用的“以太”本人叫做“以太”)它具有一系列奇特的性质,在其中可以激发各种非常复杂的物理过程,包括传递电磁作用。麦克斯韦创立他的电磁理论时就直接援用了法拉第的观点,在他看来,电磁波就是“以太”中的一种弹性波。
长期以来,人们一直认为我们周围的空间中存在着一种以太的物质。它是电磁现象的载体,也是电磁力和光传播的媒介。它是继固体、液体、气体和等离子体之后人们认识到的一种新状态的物质。
在十九世纪最后的十多年里,“以太”理论成了物理学中极为灿烂的一颗明星。人们设想自然界中所有的力和作用全都靠“以太”形成。“以太”与原子并列,被看成是宇宙的基本构成要素。
二、“以太”被否定的原因
以1900年为分界线,“以太”这颗明星便开始殒落。当时,一方面,为了说明物体在“以太”中运动丝毫不受阻力,必须假定“以太”比任何气体还要轻得多和稀薄得多;为了说明为什么电磁波是横波,并以极大速度传播,又必须假定“以太”中能产生比任何固体都大的切变应力。因此“以太”具有极其矛盾的机械属性,这是不可思议的。另一方面,固体中激发出横波的同时也伴随着产生纵波,但是在“以太”中产生电磁波的同时却丝毫没有发现“以太”纵波。然而,造成这颗明星殒落的根本原因是迈克尔逊——莫雷试验的零结果。从十九世纪末到二十世纪初,人们深刻地研究了“以太”和物体运动的关系后得出这样的结论:从光行差现象的观测结果来看,地球是从“以太”中穿行而丝毫不带动“以太”;而从斐索流水试验的结果来看,物体是部分带动“以太”;但是从人们精心设计的迈克尔逊——莫雷试验的结果来看,则地球又完全带动“以太”和它一起运动。于是迈克尔逊——莫雷试验的零结果无情地否定了“以太风”。又因为人们认为,既然没有“以太风”,那当然也就没有“以太”了。虽经当时杰出的物理大师们绞尽脑汁,仍然无法解决这一矛盾。最后只好依依不舍而又无可奈何地抛弃了“以太”,从而诞生了洛仑兹 “尺缩”、“钟慢”的电子论。
三、为“以太”翻案
人们认为只要物体运动,就会带动以太一起运动,产生“以太风”。迈克尔逊——莫雷试验的零结果否定了“以太风”,从而以太也当然不存在。这种推论是错误的!这是人们不了解以太的力学特性的缘故。
和固体、液体、气体和等离子体四态相比,以太有它特殊的运动性质,这就是以太通量的散度为0。也就是说,以太从什么地方发出,通过一条闭合曲线,重新回到原来的地方。用数学语言即是封闭曲面的以太通量和与所包围体积的比值,当这体积趋于0时其极限为0。或者说任何小的封闭区域都没有纯粹的以太通过(即是任何相同时间里进出该区域的以太通量是一样的,既无源泉,也无漏洞)。只有把以太看成是不能作直线运动仅能产生涡旋才能做到这一点。因此,以太是无散的,其一定不能作平动,因为平动就一定有散。
从整体上看,以太只能作涡旋运动,而不能作平动。换言之,在我们周围的空间中,只存在以太的涡旋,而不存在“以太风”。至于以太为什么只能作涡旋运动,而不能作平动,目前尚不清楚,我们以后会用大量的事实来证明这一点。因此,“以太风”虽然不存在,但以太涡旋是存在的,以太当然也是存在的了。
地球在绕太阳的轨道上运转和自转时,会带动以太。在地球上空,没有产生“以太风”,而是产生以太的涡旋。这些以太的涡旋不会影响遥远星光向地球的传播。因为对于光而言,它是一种以以太为介质的波,根据波的运动不相干原理,光在以太的涡旋中的传播与在静止的以太中的传播是完全一样的。地球相对于恒星在运动着,因此会产生众所周知的光行差。
同样地,由于以太是超流体,也就是说以太不能带动别的物质作平动,也不能被别的物质带作平动。于是,迈克尔逊—莫雷试验中的水平和垂直臂上,没有“以太风”,只有以太涡旋,因而根本不会产生光程差,从而干涉条纹也不会发生任何变化。迈克尔逊—莫雷试验只不过否定了“以太风”的存在。而以太风在地球的上空本来就是不存在的。
由此可知,从迈克尔逊——莫雷试验的零结果推断出以太不存在的结是一个严重错误。
在“以太”中运动丝毫不受阻力,是因为“以太”比任何气体要轻得多和稀薄得多,同时以太又是超流体无稠性、无摩擦;电磁波为什么是横波,是因为电磁波是一种自扩张的“涡旋”波,涡旋波振动的切线方向与半径的传播方向垂直;其传播速度极大,是因为其密度极小;产生的电磁波中之所以丝毫没有“以太”纵波,是因为电磁波是一种“无散波”。弹性力学已证明,“无散波”不会产生纵波。因此“以太”的力学性质是非常合理的,一点也不矛盾。以后我们还会详细论述。
否定“以太”之所以是错误的,其根本原因是虽然不存在“以太风”,但是存在着一种人们没考虑到的“以太涡旋”。
从数学上讲,以太通量的散度为0 是一个很清晰很具体的概念。从整体上看,以太只能作涡旋运动,而不能作平动。换言之,在我们周围的空间中,只存在以太的涡旋,而不存在“以太风”。因此,“以太风”虽然不存在,但以太涡旋是存在的,以太当然也是存在的了。
只要“以太风”不存在,光行差、斐索流水试验和迈克尔逊——莫雷试验之间就不再有任何矛盾了。
因此,迈克尔逊——莫雷试验并不是“以太”存在与否的判决性试验。
四、著名物理学家论以太的存在性
听一听一些著名的物理学家认为以太是存在的观点,对我们一定有很大的启发。
声名卓著的开尔芬一直十分热衷于构造以太的力学模型。他在1884年宣称:“在我没有给一种事物建立起一个力学模型,我是永远也不会满足的。”1890年,他提出电效应是由以太的平动引起的,磁现象是由以太的转动引起的,而光是却是由以太波动式的振动引起的。
迈克尔逊设计试验的目的是为了证明“以太”的存在。可是事与愿违,为此他非常失望,他称自己的实验是一次"失败",以致放弃了在实验报告中许下的诺言(每五天进行六小时测量,连续重复三个月,以便消除所有的不确定性),不愿再进行长期的观察,而把干涉仪用于其他事去了。
迈克尔逊并不认为自己的实验结果有什么重要意义,他觉得实验之所以有意义,是因为设计了一个灵敏的干涉仪,并以此自我安慰。直到晚年,他还亲自对爱因斯坦说,他自己的实验引起了相对论这样一个“怪物”,他实在是有点懊悔的。他至死(1931年)还念念不忘“可爱的以太”。
1887年实验的否定结果对于当时的每一个人来说都是迷惑不解的,而且在很长一段时间内依然如故。人们并没有认为该实验是判决性的,
洛仑兹在世纪之交虽然积极参与了物理学的几个前沿领域,却极力设法修补旧理论,总想在不触犯经典理论框架的前提下把力学和电动力学调节和起来。但是,1887年迈克尔逊实验否定了为电磁理论所要求的菲涅耳的静止以太说,使电磁力学的基础受到了冲击。洛仑兹为此而郁郁不乐,他于1892年写信给瑞利说:“我现在简直不知道怎样才能摆脱这个矛盾。不过我仍然相信,如果我们不得不抛弃菲涅耳的理论,………我们就根本不会有一个合适的理论了”。 ………直到晚年,他还认为以太是具有一定优点的概念。
洛伦兹对1887年的实验结果一直疑虑重重:“在迈克尔逊先生的实验中,迄今还会有一些仍被看漏的地方吗?”
据玻恩回忆说:“我在洛仑兹逝世前几年看望他时,他对相对论的怀疑态度没有改变。”据板田昌一讲,洛仑兹面对波粒二象性的新概念,曾绝望地哀叹:“在今天,人们提出了和昨天所说的绝然相反的主张。这样一来,已经没有真理的标准了,也不知道科学是什么了,我真后悔我未能在这些矛盾出现前五年死去。”
瑞利在1892年的一篇论文中认为:地球表面的以太是绝对的静止呢,还是相对的静止呢?这个问题依然悬而未决。他觉得迈克尔逊得到的否定结果是一个真正令人扫兴的事情,并敦促迈克尔逊再做一次实验。
威廉.汤姆孙(W.Thomson)直到本世纪开头还不甘心实验的否定结果。
约瑟夫.汤姆孙(J.J. Thomson)在1909年宣称:“以太并不是思辩哲学家异想天开的创造,对我们来说,就象我们呼吸空气一样不可缺少。”
爱因斯坦在以太问题上也曾犹豫不定。他在题为《以太和相对性原理》的讲演中说:“根据广义相对论,空间没有以太是不可思义的。说实在的,在这种(空虚的)空间中,不但光不能传播,而且量杆和时钟也不可能存在,因此也就没有物理意义上的空间——时间间隔。……因此在这种意义上说,以太是存在的。”他甚至说到:“至于这种新以太在未来物理学的世界图象中注定要起的作用,我们现在还不清楚。”
著名物理学家狄拉克对此也有评论。在1970年,狄拉克还指出:“以太观念并没有死掉,只要基本问题仍未得到解决,必须记住这里还有一种可能性。”
 [6楼]  作者:222.125.210.*  发表时间: 2008/05/02 11:55 

严重支持一下!
 [7楼]  作者:黄新卫  发表时间: 2008/05/02 13:20 

现在很多人提出应该恢复以太,我很赞同。
关于以太是什么样,具有哪些性质,我认为应该像曾云海老先生说的那样,先承认它的存在,而不去具体研究它是什么样。
有人认为以太不能存在,否则地球会与以太产生摩擦,地球拖动的以太与太空以太产生摩擦,最终导致运动停止。我觉得这种思考不无道理,但也不一定完全有道理。
中微子能穿过浩瀚的宇宙、穿过直径1万公里的地球,而几乎不与其它粒子相互作用,这难道不是同样难以理解吗?不能理解,我们就可以说这种现象不存在吗?
如果不喜欢以太这个名词,我们也可以换个名词,如场,或者空间。地球拖动自己的场或者拖动周围空间一起运动,在它拖动的场或空间里,光速各向同性,这样难道不可以吗?


※※※※※※
《从真实同时推导出有别于伽利略和洛伦兹的新变换》http://bbs2.xilu.com/cgi-bin/bbs/view?forum=newphysics&message=10472
[楼主]  [8楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/05/02 21:06 

第四节  电的物理本质

电现象是与电子和以太的存在分不开的。彻底弄清电子和以太的特性,才能掌握电的物理本质。
1997年美藉华裔美国斯坦福大学朱棣文教授因“发明了用激光冷却和俘获原子的方法”和法兰西学院教授科昂——塔诺季、美国国家标准研究所菲利浦斯博士一起荣获诺贝尔奖。
朱棣文最早发明出了一套利用激光冷却并捕捉原子的方法。打个比方,犹如以喷水的方式来使一个行进当中的小球静止下来,让它悬浮在空中,把它看个够。这项成就,可使科学家在前人所无法到达的领域内操控物质,同时也是对物理学理论的重大突破。为此,朱棣文从1976年做博士后起整整奋斗了20年的时间。
激光冷却是指在激光的作用下使原子减速。一般来说,常温下自由中性原子的速度高达每秒上千米,而这三位物理学家的此项研究使得原了运动速度可以慢到每秒数厘米,从而使其相应的温度降到极低程度。
1985年美藉华裔物理学家朱棣文当时任贝尔实验室量子电子学部主任,他所领导的小组首先实现激光多普勒冷却在实验上实现了三维的光学粘团。两两相对、沿三个正交方向的6束激光在其交会处形成一个小区域(相当于一个空间直角坐标轴上的每轴上有两束相对发射的激光一齐指向原点),速度较低的原子一旦进入该区域就会被滞留并进一步减速。在朱棣文等人的试验中,脉冲钠原子首先被一束迎面射来的激光减速,然后被光学粘团捕获,不论钠原子企图向哪个方向运动,总会遭遇到有适合动量的光子,从而被迫退回到激光光束交汇区域中。用这样的装置,他们实现了240μK的低温。
用激光冷却来捕陷原子是原子和分子物理学的一个重要突破口,在理论和实用方面都有后果大意义。
高速运动着的原子、电子或光子被子刹住了到底会引起什么事情呢?咱们这里只对电子感兴趣。
一旦电子被锁住,在电子极近旁会产生惊人的电量!为什么?直到现在仍然无法解释这种现象。
这是为什么呢?电子与以太之间是“不润湿”的,电子对其周围的以太有很强的排斥作用。当电子在高速运动时,这种被排斥以太大部分被甩掉了,电子周围只剩下很少部分这种被排斥以太,从而电量也小。当电子静止时,电子周围的这种被排斥的以太一点也不会被甩掉,从而电量大得惊人。
于是我们就比较合理地解释了这一现象。
一、电子的发现(这里的电子是指负电子,下同)
当将阴极射线管抽成部分真空并与高压电源连结时,便有电流从管内流过。伴随着电流流动,阴极射出一束射线。此射线撞在玻璃管壁的屏上,即显荧光。利用荧光现象可以知道有射线的存在。
在19世纪后三十年内,人们对阴极射线的特性进行了充分的研究。特别是,人们发现这种射线在电场或磁场作用下都会发生偏转。
1897年汤姆生(J.J.Thomson,1856—1940)在阴极射线的荷质比实验中,测定了阴极射线的电荷与质量的比值e/m(后来称做电子的“荷质比”),并通过在卡文迪许实验室进行的电磁场偏转实验和威尔逊云室的轨迹观察,对偏转的性质进行了仔细研究之后,他于1897年宣称:这种射线是由带负电的粒子流组成的。这种带负电的粒子就是电子。之后电子理论便在物理学界引起了人们极大的重视,并为现代物理学的发展起了重大的促进作用。电子的发现与汤姆生的名字是紧紧联系在一起的。
二、电子被确认的具体过程
1897年,电子的发现最先敲开了通向基本粒子物理学的大门,它宣告了原子是由更基本的粒子组成的,并预告着物理学新时期的即将到来。大家知道,电子是在它被发现之前命名的。在19世纪中期已有人提出了电子理论,但当时并没有引起人们的广泛重视,直到1896年洛伦兹的电子理论解释了塞曼效应,尤其是1897年汤姆生测定了阴极射线的电荷与质量的比值e/m,并通过在卡文迪许实验室进行的电磁场偏转实验和威尔孙云室的轨迹观察等一系列实验,最终确认了电子,从而使电子理论在物理学界引起了人们极大的重视,并为现代物理学的发展起了重大的促进作用。
克鲁克斯在1879年的几个实验就足以证明粒子论者的观点是正确的,但由于当时普遍认为原子不可再分,因而不能解释勒纳德在1893年将“阴极射线”引出阴极管外的现象,致使论战截至伦琴射线发现时还未结束。到1897年,汤姆生走上了科学实验的舞台,他用不同的方法测定了阴极射线粒子的荷质比,证明它们是一种更基本的粒子,导致了电子的发现,以致真相大白。
英籍德国物理学家苏斯特在1890年最先用磁场偏转阴极射线的方法测得电子的荷质比是氢离子的500倍,虽然不太精确,但却指明了方向。直到1897年汤姆生才知道苏斯特的工作,从此开始了他一系列阴极射线实验中最重要的一步——对阴极射线荷质比的测量,并于1897年4月30日在英国伦敦皇家学院的“星期五晚会”上以《阴极射线》为题作了研究报告,宣布他测定了阴极射线的荷质比,并作出重要结论:阴极射线是由比氢原子小得多的带电粒子所组成。随后在《哲学杂志》上发表了长篇论文,系统地阐述了他采用的两种实验方法和得到的结果。
汤姆生用不同的方法测量炽热金属发出的带电粒子,得到的荷质比也是一样的。汤姆生在1906年出版的《气体导电》一著作中,专题讨论和回顾了这些工作。他以大量实验事实和数据证明不论是阴极射线、β射线还是光电流都是电子组成的;不论是由于强电场或正离子轰击、紫外光的照射、炽热金属或氧化物中原子的热运动还是由于放射性物质的自发过程都会发射出同样的带电粒子(电子),因此,电子是比原子更基本的物质组成单元,或者说,电子是原子的组成部分。
汤姆生为了证实电子的存在,花费了大量精力,做了很多精辟的实验,取得了令人叹服的成果。后来,科学界公认他是电子的发现者。
三、电的物理本质
什么是电?电是质子或电子与以太的相互作用而引起的一种表面现象。我们知道,液体与固体之间存在“润湿”与“不润湿”的作用,例如水和玻璃是“润湿”的,水和蜡则是“不润湿”的。类似地以太和正电子是“润湿”的,而和电子则是“不润湿”的。
[楼主]  [9楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/05/02 21:11 

对【8楼】说:

(续前)

[楼主]  [10楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2008/05/02 21:14 

(续前)
必须强调的是,由于以太之间只能相互带旋,从总体上看,正电子的运动只能产生以太的涡旋。在正电子的运动轨迹上,以太旋转的线速度方向与正电子运动方向一致。而在负电子的运动轨迹上,以太旋转的线速度方向与负电子运动方向相反。因此,运动方向相同的正电子和负电子所产生的以太涡旋,其旋转方向恰好相反。也就是说,正电子和负电子同向运动所产生的磁场方向相反。(磁是以太的涡旋在下一节会详细论述)
五、电荷之间的作用
电荷之间的作用力是一种非常复杂的作用力,它涉及到更深层次粒子的碰撞。下面仅作简要说明。
电荷的存在破坏了以太在空间的均匀分布。由于以太的扩散,分布不均匀的以太便力求恢复到原来的均一状态。
如果空间有两个正电荷,那么处于正电荷位置的以太密度变大。以太的作用会使两个正荷趋于分离,因为它们离得越远,该处的以太密度便越趋近于自然分布。同样地,存在两个负电荷的地方因以太密度变小,也会受到以太的排斥作用。因为它们离得越远,该处的以太密度也越趋近于自然分布。
一个正电荷和一个负电荷之间则会受到以太的吸引作用,当其靠近时,正电荷带得较多的以太与负电荷带得较少的以太正好相互中和。其愈靠近,以太的密度分布也会愈接近于自然分布。因此静电力在某种程度上有些类似于表面张力(以太不存在表面,超流体也不存在表面张力,所以严格地说不是表面张力,是一种电荷力)。
历史上,已经有人根据电磁理论严格地证明了点电荷之间的库仑定律。
如果有人问,什么是电?我们可以这样回答:电是正、负电子与以太之间的“润湿”和“不润湿”的表面现象。


 [11楼]  作者:youngler  发表时间: 2008/06/30 12:49 


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