杨先生：关于磁能与电能的研究,北大BBS论坛上有一篇文章“物理理论上的一个认识错误”（作者：鲁人）可以供参考。
[楼主] 作者:ccxdl
发表时间:2002/08/02 18:57 点击:466次
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杨先生：您好！
关于磁能与电能的研究，北大BBS论坛上有一篇文章“物理理论上的一个认识错误”（作者：鲁人）可以供参考。人们使用某种模型和数学方程对自然现象进行了分类描述，并取得正确的预测结果，并不意味着这些模型和数学方程已经彻底的反映了自然现象的全部面貌。人们对自然现象的认识只能一步一步的更加精确。我自己对磁能与电能的理解，我倾向于它们是表现出两种物理特征的同一种运动存在形式。人们已经找到一些很有效的数学方程来描述该种运动存在形式，但仍然可以继续探索更完美的其它描述方式。问题是，如果没有实验条件进行验证，仅仅是做纸上谈兵的研究，就很难有突破了。
ccxdl 2002.8.2
物理理论上的一个认识错误
——对基本粒子正负性的一点反思
鲁 人
【提 要】我们在从宏观世界转向微观世界的探索过程中犯了一个形而上学的认识错误。量子理论对经典电磁理论的革命还不彻底，正负电荷只是宏观电磁理论上的一个抽象概念，在基本粒子身上没有存在的根据，质子之间没有正电荷的相互作用……
（一）正负电荷在微观世界造成的困惑
1. “是什么把电子结合成整体的，……令人迷惑不解，电子不同部分间的静电作用力是相互排斥的。”（〔美〕E-M伯塞尔《电磁学》p.6）。
2. “……在原子内除了电子与核之间的相互作用外，还存在着重要的电子与电子之间的电荷相互作用和电子与电子之间的自旋相互作用。直到现在原子结构理论还不能正确处理电子——电子之间的相互作用。”（〔美〕 W.J.S《化学原理》P.192）。
3. 强相互作用力的设想“确乎使得现有的物理学理论相当受窘，尤其是关于基本粒子相互作用定律和原子核组成的理论，象现在的一些理论——必须承认关于许多现象并无理论——都是建立在头痛医头脚痛医脚的类比上，……这些理论甚至不免带有玄幻的――希伯来神秘教的——气味”（贝尔纳《历史上的科学》p.435）。
4. “一切运动都存在于吸引和排斥的相互作用中。然而运动只是在每一吸引被另一个地方的与之相当的排斥所抵偿时才有可能发生，否则一个方面会逐渐胜过另一个方面，于是运动最终就会停止。”（恩格斯《自然辩证法》）。不论该哲理的分析目的是否有助于探索物体惯性起源问题，在原子中，如果质子带有正电荷、电子带有负电荷，相互只有吸引力，那是不能保持粒子永恒运动的。
……
（二）正负电荷在基本粒子身上没有存在的根据
自古以来人们把电现象约定俗成地分成了正电场和负电场，作为宏观现象确是不争的事实，不需要论证。但在我们从宏观世界转向微观世界的认识过程中，一是犯了用形而上学的观点看待事物变化的错误，孤立地、“断章取义”地把宏观电场的一面机械地套在了原子核和电子头上，二是犯了“循环论证”的逻辑错误。
经典电磁理论的循环论证和机械式认识过程如下：
经典电磁理论在分析磁场作用导体产生电场这一现象时，先认定了导体一端为正极，另一端为负极（宏观上无可非议），因此认为从负极射出的微观粒子带有负电荷（这是一个在还没有认识原子性质的年代产生的推理。时至今日，这一因果关系在微观上还成立吗？）。后来的原子模型理论以此为依据，分别把正电荷和负电荷的帽子带在了原子核（质子）和电子的头上。反过来，我们的教科书又以此为依据论证到：因为原子是由带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成，因此导（物）体中缺少了电子的一边呈现为正电场，聚集了电子的一边呈现为负电场，故形成了电场的正负两极。……因为电子是从电场的负极出来的，所以电子带负电荷，……
幸好后来的科学实验证明，正负电荷相互作用的观点无法解释微观粒子的量子表现，幸好我们又有了量子理论。用不受正负电荷相互作用概念影响的量子理论分析，所谓的正负极电场不过是（在磁场或其它外力的作用下）电子偏移后造成的导体两端原子的量子数不平衡显现出来的量子力（一些教科书上所称的不明“非库仑力”，即电子都受到趋向稳定构型层的力的作用）在宏观上的一种表象。
但是，尽管量子理论对电子运动规律的描述是那样的精确完美，尽管它感到原子核和电子之间的吸引力与被约束的电子的量子动能是如此的不协调，尽管量子力学产生的本身就是对正负电荷相互作用的否定，它却止步不前，仍将“微观粒子间有正负电荷相互作用”的观念当作金科玉律接受着。量子理论而且还成了一些人用来掩盖和修补被正负电荷破坏的微观世界的工具。经典电磁理论只回答了宏观上‘怎么样’的问题，而微观上‘为什么’ 的问题则推给了量子理论去解决。结果量子理论受其干扰，也只是回答了微观上“怎么样”的问题，‘为什么’的问题却无法回答，也无从推委，因此不但没有说清自己的功劳，而且还遭受一些不白之冤。
在化学上（微观领域与物理理论是同一的），正负电荷相互作用的理由也是不存在的。
以氧原子和氢原子的化学反应为例，若按正负电荷的理论：
——氧原子和氢原子是中性的，相互之间没有电的作用，应互不干涉，根本不应化合。但是客观事实是氧原子和氢原子一见面就亲密地结合了。（而我们现在的教科书理论则至少把功劳的一半分给了正负电荷：氧原子结合了俩个电子带负电荷，氢原子丢掉了电子带正电荷，因此它们在正负电荷相互吸引的作用下结合在了一起。）
——氧原子在和氢原子化学反应时假设先结合一个电子（这时呈负1价），但它宁愿两个负电荷相互排斥也要再结合一个电子。正负电荷的相互作用理论在此不但失灵了，而且结果恰恰相反。
……
不难看出，它们的行为完全不同于经典电磁理论所根据的平方反比力。在化学上，把电子的运动归功于正负电荷的相互作用是没有根据的，是一种“移花接木”的伎俩。支配电子运动的真正主导者是量子力——量子理论揭示，电子都有达到稳定壳层的趋势。这种趋势是形成电子运动的原因。
当然，本人无意否认在宏观上具有生命力的经典电磁理论。只是想说明：作为研究微观粒子特性的化学、原子物理和高能物理等理论不应将从宏观上抽象出来的正负电场概念机械地套用在微观粒子的相互作用上。量子理论应彻底摆脱正负电荷相互作用对它的束缚。事实表明，正负电荷的概念在实际微观粒子的相互作用中不但没有存在的根据和意义，而且阻碍着人们对微观世界的深入研究与认识。
不难设想，原子核内质子之间没有正电荷的相互排斥作用，自然也没有与正电荷相抗衡的强相互作用；原子核外电子之间没有“负电荷”的相互作用；原子核与电子之间也没有正负电荷的吸引力。它们之间而是以相互自身对称的、不同属性的磁场力既有吸引又有排斥地结合在一起，并在这种吸引与排斥的共同作用下运动着。（至于微观粒子的对称相互作用（磁场）是怎样产生量子运动形态的，是以后要讨论的问题。）
………
当然，这只是一点定性的肤浅看法，微观粒子的相互作用是一个复杂的世界，需要我们去研究和探讨。只是但愿它不要象“皇帝的新衣”那样神秘。
（三）几点补充看法
迄今，微观世界建立在正负电荷相互作用上的理论、学说和实验观测众多。且有华丽的数学和各种哲理的装饰。但“仁者见仁，智者见智”。在此仅就以下几个问题谈一点肤浅的看法：
1、关于中子
如前所述，当然也触犯了相对于正负论的中子的概念。
有趣的是中子不能单独存在，它马上衰变成了质子和电子。值得我们注意的是：为什么查德威克用α粒子轰击原子核恰巧轰出了中子？而卢瑟福用α粒子轰击原子核恰巧轰出了质子？为什么他们恰巧轰击出了各自所需要的粒子？为什么做试验时此一时α粒子被原子核排斥回来，彼一时α粒子不但能进入原子核内，还会轰出质子？当用α粒子轰击原子核时，一个α粒子是受到什么力的作用克服了原子核内的强相互作用衰变出来（此时又有人说正电荷的力大于强相互作用力――大部分质子团结起来，赶跑了一小撮质子）？又如何克服了原子核的正电荷的排斥力进入原子核，然后又如何克服了强相互作用的吸引把中子（质子）击出原子核外的呢？考虑到如此令人眼花缭乱的力的相互作用过程，这对他们想着什么粒子就轰出什么粒子来说是必然的结果呢？还是偶然的“幸运”呢？
中子的所谓另一个特性是能在弱相互作用下衰变出β粒子，然后转变成质子。那么请问：所谓的是电磁力10－12的弱相互作用是如何将一个中子分解成一个带正电荷的质子和一个带负电荷的电子的？又如何克服了大于它的正电荷和负电荷的吸引力把电子（β粒子）高速地排斥出来的呢？我们是否还应假设一种既能把中子分解成一个带正电荷的质子和一个带负电荷的电子，同时又能克服正负电荷的吸引，把质子和电子分开的玄幻力存在呢？
其实，我们已经知道“中子”具有磁性，同样可以在磁场的作用下偏转和聚焦，同样可以用加速器在电磁场中加速，同样在研究核力时感到“质子还是中子没有区别，用一个质子取代一个中子所得到的核态与原有核态有相同的结构，所以有相同的能量……核子数相同的核，即使它们的质子数不同，事实上也不能被认为是不同的体系”（〔美〕V.F韦斯科夫《二十世纪物理学》P.53）。
由此可见，所谓的不能单独存在的能衰变成质子的“中子”只是为了满足正负理论需要而产生的主观产物，实验观察到的所谓的中子就是质子。因此，使中子衰变成质子的玄幻力（弱相互作用）是不存在的，使质子衰变成中子的玄幻力也是不存在的。质子也罢，中子也罢，它们就是一种性质的粒子。质子在摘除了正电荷的帽子以后，完全能够做中子所做的一切事情。中子的概念没有存在的必要。
2、关于β粒子
β粒子被认为是中子的杰作。其实它自身很正，就是原子核外的电子。只是我们主观上的错误把它看成了斜影。本人认为有两种情况：
（1）不发生α衰变的同位素原子：原子的电子数与原子核数有一系列稳定的对应值，形成了各种稳定的元素。同位素是两相邻稳定元素之间的相对不稳定的过渡元素。所谓的不稳定并非是原子核不稳定（一会儿中子变成质子，一会儿质子变成中子），而是核外电子构型（数量）在这个原子核数的结构作用下是不稳定的（一个原子属于何种元素应是根据其核外电子的多少确定的），即β粒子可看做是原子核和电子相互作用下的产物。原子核和电子相互作用显现出来的能量变化与电子和电子相互作用（化学反应）显现出来的能量变化是不一样的。因此β粒子的能量之大也就不奇怪了。
（2）发生α衰变的原子（这些原子的同位素还具有第一种情况）：原子的核子数减少了，那么核外电子为了达到新的平衡也应相应地减少。很明显它们的逃逸决不同于一般化学上电子从一个能量较高的第一电离层跃迁到另一个能量较低的第一电离层，它们而是以绕原子核高速旋转的速度飞出。电子可以从原子中各个电子层上逃逸，因此电子产生连续地能量分布也是容易理解的。此外β粒子的能量之大是否也应考虑原子核衰变出的α粒子对核外电子的碰撞作用，α粒子与电子的碰撞概率和散射角都可能造成电子能量的大小变化。能量守恒定律也不需要所谓的中微子来修正。
3、关于能量
辩证唯物论自然观的基本思想是，世界的统一性表现为物质性，物质是运动的，对物质所能作的最一般的度量是能量。用数学语言讲就是：能量是物质运动的一个单值函数。抛开运动谈能量是自然科学和辩证唯物论所不能接受的。而正负电荷的“所作所为”却使能量给人一种奇特的不可琢磨的感觉。
据称，核能是正电荷和强相互作用之间产生的结合能．按照这一观点进行直线思维：要么“不同核子聚合（吸引）成原子核过程总是放出能量，要使稳定原子核裂变（排斥）则需要吸收能量。”（《自然辩证法讲义》P.119人民教育出版社），要么反之。显然这种看法是片面的，不符合实际的。就所有元素的原子核而言，客观实际是原子核聚变可以释放能量，裂变也可以释放能量。同理，认为“在化学反应中，化分时需要吸收能量，化合时需释放能量”（《自然辩证法讲义》P.120人民教育出版社）也是不符合实际的。如有机大分子在分解时释放能量，而当各种原子（分子）化合成大分子时则需要吸收能量。因此在化学反应中，能量的吸收与释放和分子的化合与分解没有必然的联系。
从相对论的质能关系角度讲，当把一个粒子加速时，它的能量就变大，其自身质量也变大。而现在建立在正负电荷相互作用概念上的观点认为，有静止质量的正负电子相遇后湮灭，化做无静止质量的纯能量的光子，既能量越大，质量越小。其一，这是和相对论中真实的质能关系的观点相矛盾的。其二，把能量变成了可以脱离物质单独存在的幽灵，变成了“无本之木”、“无源之水”。这是与自然科学和辩证唯物论“能量是度量物质运动的物理量”，是“物质与物质相互作用强度的度量”的观点背道而驰的。
微观粒子的释放能量过程和吸收能量过程有无规律性呢？
“在原子和原子核的结构中有许多引人注意的相似。其中之一是核性质依质量数而变化的周期性，它起因于壳结构的相似性。惰性气体具有高稳定性和低反应率，它在原子物理中的地位相当于核物理中的那些闭壳核，……也存在着一张核性质的门捷列夫周期表……无论是原子还是核，两者都显示出同一类型的周期性，壳结构的影响是相当明显的。”（〔美〕V.F韦斯科夫《二十世纪物理学》P.11-12）。作为一种研究方法，我们先分析一下化学能是怎样释放和吸收的。
我们同样可以用量子化学的理论观点分析这一问题，找出化学能释放与吸收的规律：不论是化合还是分解，电子都有获取特殊稳定构型的倾向，当电子由一个相对不稳定电子层跃迁到一个相对稳定电子层（即八偶体结构）时都会放出能量。其逆反应则要吸收相应的能量。电子在化学反应中的这种运动规律以及伴随着这种运动规律而产生的能量吸收与释放规律进一步揭示了运动与能量的密切正比关系。
的确，原子核能的阈值非常高。但能因此说它与我们熟悉的大自然中的其它能量有本质上的不同吗？我认为不能。相反，这只能说明原子核内的粒子运动状态更加激烈，“质子磁场”的相互作用更强，因此粒子的能态更高。不论原子核是聚变还是裂变，当原子核的壳层结构从相对不稳定状态变到相对稳定状态（闭壳核）时，原子核的动能、场能、势能以及核外电子相应的能量都要释放出来。反之则要吸收相应的能量。
如前所述，正电荷与强相互作用是不存在的，因而由于它们而存在着原子核的结合能也是不存在的，原子核和电子运动时所具有的能量以及与其相联系着的运动质量是密切相联的。物质的属性之一――能量在本质上也应该是统一的。
没结束的结束语
或许，我们应该问：
为什么原子和原子核都想达到稳定壳层结构？
微观粒子的对称相互作用（磁场）是怎样产生量子运动形态的？
……
否则，除了上述诸多疑问外，我们还要问：
为什么自然界有四种力，为我们寻找统一场制造麻烦？
为什么中子不稳定？
……
问题的回答当然是科学家们的事。但是，在探索大自然的过程中，问题和问题的问题应该怎样提出了呢？
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