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上一主题:在非惯性系中,abada《相对论操作... 下一主题:谁能告诉我庄一龙先生的联系方法?
引力中的热现象研究
[楼主] 作者:youngler  发表时间:2004/03/09 18:37
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 [2楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/03/09 21:22 

坐井观天啊!
将这些问题与引力和惯性相联系那是 1996 年的事情。水库低处常年处于低水温这一现象引发我的感觉,水库低处的水体可能并没有得到理论上说的地下火热世界流向地壳外面的那个热流,要不低处水体怎么会总是保持一个低温呢。

[[小猪:深水低温问题很好解释,那就是水的神奇性质:4℃时密度最大,热导率很低而比热极大。

在冬天气温低时,表层水低于4℃时就会沉降到深处保存起来。到夏天时表层水温度升高,但不能通过对流与深水交换,所以如果水体足够深,终夏都不会被加热。

而地热的能流密度是极小的,除非刚好处于地壳断裂区。

冬天积累的深处冷水有足够大的热容防止在冬天再次来临前被地热显著加热。]]

这使我再次想起那个卫星观测的结论可能没有错。科学家的实验数据一般是不会错的,但问题科学需要的是多方面的证据。那么还有什么证据表明陆地地层并没有地层热流流过?根据热传导现象的规律,热流穿过导热性能相对较差的浅层地层应该留下比较集中的温差。但是实际的陆地地壳地层温度梯度似乎并不与地层的隔热性能相关。根据这一点以及结合卫星观测结论,看来陆地地层并没有地层热流流过,有多种迹象根据。于是我想,如果这一猜测是正确的,那么是什么原因使地下的火热世界通过地层撒向地壳外面的热量减少?换句话说,是什么力量在这个火热世界扮演了凝聚力的角色?会不会是地球的引力呢?

[[由于地表温度的大幅波动,只会形成渗透到地壳深处的“热波”,热波在适当的深度与地表温度的相位差可以达到半年,这就是很深的岩洞冬暖夏凉的原因。在地表温度波动的情况下,不会形成你认为的稳定温度场和单向温差。]]

也许,读者们可能只是从地理书中获知地球内部是炽热的火的海洋世界,很少有过地球内部景象的直观感觉的记忆,关于这方面的直观景象的记忆对于大多数人来说无非是图片或电视提供的火山情景。但是这里想说的问题的确是与地球内部的火热现象有关的问题——也许因为我们都没有关于地球内部的直观记忆,也许我们身处一个不是火热的世界抑或有着不少来自于冰凉的天气景象的记忆,所以,我曾经想地球内部真的是一个火热的世界吗?

怎么会想到这样的问题呢,事情是从水库的水温现象开始思考的。有一篇专门关于水库水温分布规律的论文引起了我的兴趣。文中指出深水库的水温总是上层水温高,底层水温低,水库水温变化规律接近余弦曲线以年为周期循环变化。说来这并不是什么奇怪事情,我小孩子时候,就曾与深水库的灌溉水渠里的水打过交道,那冰凉冰凉的感觉的确总是不能忘记。但是平常的事情有时却联想起一些奇怪的问题。如果把水库比做一个盛着水的锅,另一方面地壳下面据说又是火热的世界,谁说这不是火烧锅底,而水为什么又总是冷的,这是不是一件怪事情呢!

[[想不到这么多年过去了,您还没有得到这么简单的答案,中国的科普工作者真有失职之嫌啊:)]]

根据我们所知的热学定律,地球内部的火热世界必然会通过岩石地壳向地球表面传递着热量。然而,事情的确是这样的话,水库底部的水温又如何常年保持恒定的低温呢?地球内部是一个火热的世界,虽然我们无法理解这是为什么,但是可以从火山现象想到地球内部是一个火热世界的可能存在。当然,历史上这一个问题不是没有让人们困惑过。人们问,是什么燃料维持了地球内部的持续燃烧,以保持这一火热的世界,是煤、石油,还是地球形成时候贮存的热量的维持?自从人们认识了放射性原子能以后,地热的热源问题不再成为困惑的问题。但是事情并不因此而结束。根据地壳岩石的导热性能,可知地球内部的火热世界通过地壳传向地壳外面的热量。但是通过卫星的观测只观测到其中大约一半的数值,即地球吸收太阳的辐射热量减去地球撒向太空的热量,大约只有地球内部火热世界通过地壳传向地壳外面的热量值的一半数值。如果卫星观测结论是可靠的,说明的确存在地球内部通过地壳把热量传向地壳外面的事情,只是可能没有那么多的热量传向地壳外面。按照所知的热学知识,应该有那么多热量撒向地壳外面,为什么又没有那么多热量能够往外跑呢?

[[放射能只是地热来源的一部分,还有很大一部分是潮汐能(固体潮)。木星的一个与月亮差不多大的卫星在木星强大的潮汐作用下成为一个长年的火山星球。而月球却因为已经被地球的潮汐力固定住了自转,不能再释放潮汐能,基本上成了一个“透心凉”的世界,不再有火山活动。]]

在实验室的尺度上,经典热力学知识是能够很好地处理很多实际问题的。但是例外的事情也不是没有,据说在此之前,火箭头部的高温现象是一个怎么好理解的迷。如果不是技术实践向我们证实火箭头部的高温现象,我们从理论上也许永远猜测不到这样一种反常的热现象的存在。工程师们是从火箭头部的金属融化现象确信火箭头部高温现象的事实,因此火箭头部总是采用非常耐高温的材料。我们不凡有骑车会有一种非常凉爽的感觉的经验,即使在炎热高温的暑夏我们也可以开着摩托车兜个凉风。为什么火箭头部兜的却不是凉风呢,为什么高速流过火箭头部的空气带不走火箭头部可能因于摩擦产生的热量?

[[不知您的火箭头“异常”高温所指何物。您是否知道,陨石在大气中划过时因为磨擦生热而燃烧碎裂成齑粉,很少能保存下来达到地面。]]

经典热力学应用于宇宙尺度有一个我们所熟知的热寂说问题,我们不想在这里展开讨论。总而言之,经典热力学应用起来是有一些问题的。比如,这一理论不能很好地用来解决气象学问题。比如说吧,拉萨是个阳光城,但是那里的年平均温度比雾都重庆低得多。高处不胜寒,这为我们所熟知,但是我们也许不知这在经典热力学里也许是一个反常的热力学现象。为什么空气中气温分布不是像水库水温那种规律水面温度高库底温度低,而是平原热,高原寒呢?也许,有人想过基于经典热力学的种种解释。平原拥有更厚的大气保温层,所以气温高。当然,只要解释得能够让自己满意,也无偿不可。但是,我后来总觉得这样的解释不能令人满意。

[[因为大气没有前面所列的水的神奇性质——没有这些性质,生命恐怕都难以诞生。大气比重小,热膨胀系数大,粘滞系数小,而且对电磁波选择性通过和吸收,加上地转偏向力,这些造就了复杂的大气现象。

大气远不是您想象的那样平原热高原寒。在更高空的热层,气温可以高达上千度。去查一下大气的垂直结构就知道了。]]

根据一篇科普文章获知地壳地层大约每深入1.km可以获得25~30K的地热增温。不过,地壳地层的温度分布并不表现出符合经典热力学的规律。根据人类现有关于热现象的知识,地球内部的火热物质组织必定通过整个地壳地层向温度较低的地壳外面传递着热量。且根据热传导现象的规律,热流穿过导热性能较差的地层(比如沙漠覆盖层)会产生比较集中的温差,然而在陆地地壳的很多地方,地层温度的异常分布以及或是恒温层逆温层的发现令人们困惑不解。就总体上陆地浅层地层每深入 1.0 KM 平均地热增温约 25 K,这一数值也是偏低的。热流穿过导热性能相对较差的浅层地层并没有留下比较集中的温差。陆地地壳似乎没有什么热流从其中穿过,地热现象在现有的热现象知识体系里是一个难以解释的谜。

[[以您前面所表现的知识储备来推断这么复杂的地学问题,只能是思而不学则殆了。]]

   自从热质说遭到否定以来,人们认为热是一种分子运动现象。一直来好像没有人怀疑人类这是从一个极端观点走向另一个极端观点。

但是,这一观点好像与现代物理学相对性理论之间隐约地存在着矛盾。当一个物体由于温度升高拥有更多的热量即更多的能量的时候,根据相对性理论这个物体也同时拥有更多的质量。这是不是表明相对性理论某种程度上告诉我们一个热质说的影子以及至少热量和质量这种数量关系的存在。

    其实,当我们确立“光子”概念以及光的物质性概念时,我们就已经往热质说方向扩展了一步。如果说光是物质,那么阳光照射海水导致海水的热量增加,是不是可以说是阳光钻进了海水,或者说海水的热量增加是由于吸收了阳光所致或者干脆说这是一个吸收物质的过程。在这里我们能不能说,这个阳光就是一种直观的热质?

[[表面联系穿凿附会。]]

   也许现代学者无意于关心这些纯理论的问题。热质说还是否拥有合理的因素这一点并不重要。专业物理学家主要关心实用的问题,业余学者主要关心物理的哲学问题。所以很少有人关心人们对于热质说是否公正的指责。一个很受尊敬的老学者,一边坚信诸如运动电子的质量增加是吸附光子的结果,一边指责着热质说的观点错误。当然,确定热的传输过程同时必然伴随着质量的传输过程,推广之,所有能量的传输过程实际上是物质的传输过程。功的本质是场态物质转移的量度。

[[我不知道这位老学者是谁,就算如您所言,他的错误观点只是他个人的。]]

应该说,热既是运动也是物质。在我们这个物质运动世界里,有着运动和物质的紧密联系性。哪里有运动增加,哪里就有物质增加;哪里有物质增加,哪里就有运动增加。不管相对性理论的质能关系式是否完全正确,但是这个关系式所表明的物质和运动不可分割的观点我是一直来相信它是正确的。

如果地球内部没有放射性热源,地球是不是将会失去内部的火热世界?地球的美丽世界,是否会依赖于地球内部的放射性热源?地球内部的火热世界,是火山现象的基础,是造山运动的动力源泉。如果地球没有内部的火热世界,地球将变为一个固体岩石构筑的地球,那么高山终有一天风化为大海,我们的子孙将失去赖以生活的陆地。

其实考察天体世界,天体普遍地拥有一个内部的火热世界。是不是这一星体内部的火热现象都是由于星体内部普遍地拥有放射性热源?想来这不太可能成立。另一方面,我们知道太阳的无限的光和热来源于太阳的核聚变反应能量。可是,太阳的核聚变是如何点燃的?一块大陨石落在太阳上是否可以点燃太阳的核聚变?太阳核聚变最初所需要的点火条件之一几百万度的高温来自何处。这个问题我们有没有必要考虑呢!

[[恒星热来源于核聚变能,行星地热一般地来自放射能和潮汐能,大行星如木星也会有少量的聚变能。恒星的点火温度来自恒星诞生过程中收缩释放的引力势能。阁下真的应当多买几本科普读物,少买几支水银温度计。]]

关于高处不胜寒,我们仅仅以平原地方拥有厚的大气层厚的保温层所做的解释不是能够完全令人满意的。如果以热量的重量效应来进行解释,这些问题将会变得简单。

[[如果您知道了高层大气存在越高越热的现象,就不会这么想了。]]
[楼主]  [3楼]  作者:youngler  发表时间: 2004/03/09 22:18 

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 [4楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/03/10 09:25 

同意!请指出哪一条是偏见?不要辜负了我逐条纠正您的偏见的苦心。
不要不识好人心啊!
 [5楼]  作者:yugon18  发表时间: 2004/03/10 16:15 

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 [6楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/03/10 18:36 

只有发射光谱是黑体谱时色温才等于真实温度。文中有太多类比思维,这恐怕是民科的典型特征之一。
引力中的热现象研究
 [7楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2004/03/10 22:41 

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 [8楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2004/03/12 16:58 

应该是电磁力在起作用,而非引力。地球内部岩浆是带电离子,流动时会产生磁场,我想这个力导致地热的束缚与缓慢释放。

于是我想,如果这一猜测是正确的,那么是什么原因使地下的火热世界通过地层撒向地壳外面的热量减少?换句话说,是什么力量在这个火热世界扮演了凝聚力的角色?会不会是地球的引力呢?

【【【应该是电磁力在起作用,而非引力。地球内部岩浆是带电离子,流动时会产生磁场,我想这个力导致地热的束缚与缓慢释放。

地球内部岩浆电流与电磁力的研究(包括地磁的研究)在一些电动力学书上有。】】】

 [9楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2004/03/12 17:13 

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 [10楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2004/03/12 18:05 

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 [11楼]  作者:yugon18  发表时间: 2004/03/12 23:06 

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 [12楼]  作者:yugon18  发表时间: 2004/03/12 23:54 

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 [13楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/03/14 12:49 

汞灯与白炽灯不同

白炽灯是白热发光,光谱接近黑体谱,因此色温与灯丝温度基本一致。

汞灯不是白热发光,而是气体激发发光,光谱远远偏离黑体谱,色温与气体的实际温度不同。

 [14楼]  作者:yugon18  发表时间: 2004/03/15 19:53 

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