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關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與物質(zhì)內(nèi)部狀態(tài)之間關(guān)系的討論
摘要：一直以來(lái)研究物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，都是將物質(zhì)看成是一個(gè)只有質(zhì)量，而沒(méi)有體積的質(zhì)點(diǎn)，但事實(shí)上，物質(zhì)具有一定的體積。將物質(zhì)看成質(zhì)點(diǎn)，這樣就會(huì)忽略物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與物質(zhì)內(nèi)部狀態(tài)的關(guān)系。質(zhì)量是物質(zhì)的基本屬性，質(zhì)量的大小是物質(zhì)的一種基本狀態(tài)。狹義相對(duì)論的質(zhì)能公式，描述了物質(zhì)速度與物質(zhì)質(zhì)量之間的關(guān)系，也就是描述了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與物質(zhì)內(nèi)部狀態(tài)之間的關(guān)系。由于狹義相對(duì)論仍然將物質(zhì)看成質(zhì)點(diǎn)，所以質(zhì)能公式并不能精確細(xì)致描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化與物質(zhì)內(nèi)部狀態(tài)及其變化的具體過(guò)程。所以要準(zhǔn)確描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化與物質(zhì)內(nèi)部狀態(tài)及其變化的具體過(guò)程，就必須突破質(zhì)點(diǎn)的束縛。
關(guān)鍵詞：物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài);物理學(xué);物質(zhì)內(nèi)部狀態(tài)
下面我就從兩個(gè)假設(shè)開(kāi)始討論物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與物質(zhì)內(nèi)部狀態(tài)之間的關(guān)系。
現(xiàn)代研究表明，能量是一份一份傳遞的，物理學(xué)中將能量的最最基本單元稱(chēng)為能量子。物質(zhì)具有粒子性，正負(fù)電子相遇會(huì)湮滅，生成兩對(duì)以上的光子，而在某種狀態(tài)下光子會(huì)聚合成電子，這說(shuō)明任何物質(zhì)粒子，都是由最基本的粒子組成的。事實(shí)證明物質(zhì)是能量的載體，沒(méi)有物質(zhì)能量是無(wú)法傳遞的，如光合作用時(shí)，植物通過(guò)吸收光子來(lái)吸收能量。基于以上信息，我們可以做出這樣一個(gè)假設(shè)：能量子是組成物質(zhì)粒子的最基本單元，即能量子是物質(zhì)，物質(zhì)是由能量子組成的，能量和質(zhì)量是能量子的基本屬性。如此，我們可以得出這樣一個(gè)信息，物質(zhì)即表現(xiàn)質(zhì)量特性又表現(xiàn)能量特性，能量的傳遞也是物質(zhì)的傳遞，物質(zhì)質(zhì)量變化，必然引起能量的變化，能量的變化必然引起質(zhì)量的變化，即物質(zhì)的能量和質(zhì)量同時(shí)變化。
物理研究表明，光在真空中恒以光速傳播，而光子又?jǐn)y帶著能量子，由此可知，能量子在真空中也恒以光速傳播，由此我們可做出另一個(gè)假設(shè)：能量子在真空中恒以光速傳播。
由第一個(gè)假設(shè)可知，任何物質(zhì)粒子均是由能量子組成的。由第二個(gè)假設(shè)我們可以知道雖然能量子組成物質(zhì)后，被能量子之間的相互作用束縛在一定的體積內(nèi)，但在物質(zhì)所在體積內(nèi)，能量子依然是以光速運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)從微觀角度看所有能量子在一定體積內(nèi)恒以光速運(yùn)動(dòng)，但在宏觀層面看便形成了一定體積的物質(zhì)粒子。
我們先假設(shè)一物質(zhì)粒子處于能量最低狀態(tài)，當(dāng)組成物質(zhì)粒子的能量子的運(yùn)動(dòng)方向在同一方向時(shí)，粒子不可能穩(wěn)定存在，此時(shí)物質(zhì)是一束光。所以粒子要穩(wěn)定存在，組成該粒子的運(yùn)動(dòng)方向在各個(gè)方向的能量子數(shù)目相等，即該粒子的組成結(jié)構(gòu)具有非常好的對(duì)稱(chēng)性。將粒子在能量在最低狀態(tài)下，組成粒子最基本結(jié)構(gòu)的能量子稱(chēng)為：基本能量子。
任何粒子總是會(huì)不停的從外界吸收能量，或者不停的向外界輻射能量，所以組成粒子所在體積內(nèi)，不僅有組成粒子基本結(jié)構(gòu)的能量子，還有游離的以能量存在的能量子。將物質(zhì)所在體積內(nèi)除基本能量子之外的能量子稱(chēng)為：游離能量子。將物質(zhì)所在體積內(nèi)的所有能量子稱(chēng)為：全部能量子。
由此可得 全部能量子=基本能量子+游離能量子
假設(shè)有一粒子，其所含能量子數(shù)目為a，以該粒子的質(zhì)心為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系，將該粒子所在體積內(nèi)在各方向運(yùn)動(dòng)的能量子按矢量法則分解到坐標(biāo)軸方向，運(yùn)動(dòng)方向在ox方向的能量子數(shù)目為x1，運(yùn)動(dòng)方向在ox'方向的能量子數(shù)目為x2，運(yùn)動(dòng)方向在oy方向的能量子數(shù)目為y1，運(yùn)動(dòng)方向在oy'方向的能量子數(shù)目為y2，運(yùn)動(dòng)方向在oz方向的能量子數(shù)目為z1，運(yùn)動(dòng)方向在oz'方向的能量子數(shù)目為z2。則有：
X1+x2+y1+y2+z1+z2=a
則在各方向的能量子數(shù)目與給該粒子所在體積內(nèi)的全部能量子數(shù)目a之比分別為：;則有： 則在任何一瞬間，在xx'直線上，運(yùn)動(dòng)方向在ox方向的能量子數(shù)目與全部能量子的比值與運(yùn)動(dòng)方向在ox'方向的能量子數(shù)目與全部能量子的比值之差為： ，在yy'直線上，運(yùn)動(dòng)方向在oy方向的能量子數(shù)目與全部能量子的比值與運(yùn)動(dòng)方向在oy'方向的能量子數(shù)目與全部能量子的比值之差為：;在zz'直線上，運(yùn)動(dòng)方向在oz方向的能量子數(shù)目與全部能量子的比值與運(yùn)動(dòng)方向在oz'方向的能量子數(shù)目與全部能量子的比值之差為：。
若該粒子不受外力作用，則該粒子的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變，即任意時(shí)刻x1，x2，y1，y2，z1，z2，不會(huì)發(fā)生改變。
當(dāng)該粒子受外力作用時(shí)，x1，x2，y1，y2，z1，z2，必然發(fā)生改變。
一、關(guān)于粒子速度與粒子內(nèi)部狀態(tài)的討論
現(xiàn)有一粒子，其不受外力作用，則它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)該粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)該粒子的速度為v，其運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閛x方向，同時(shí)又因?yàn)椴皇芡饬ψ饔茫栽趚x'直線上 不變。當(dāng)該粒子受到外力作用時(shí)，力的方向在ox方向上，其運(yùn)動(dòng)速度將會(huì)發(fā)生改變，其內(nèi)部狀態(tài)必然發(fā)生改變，即xx'直線上 必然發(fā)生改變。由于在yy'直線上，以及zz'直線上不受力的作用，所以在這兩條直線上的狀態(tài)不發(fā)生改變。所以粒子的運(yùn)動(dòng)速度與該粒子內(nèi)部的狀態(tài)有必然的聯(lián)系。粒子內(nèi)部的狀態(tài)與粒子的速度是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，則有：v=k k為一定值;
當(dāng)該粒子是一能量子時(shí)，則有α=1，△x=1其速度為光速
c，則有; 得： k=c ，則有： v=k 因?yàn)?≤≤1，所以有：0≤v≤c， 當(dāng)=1即△x=α，且α>1時(shí)有v=c=1×c，此時(shí)不可能組成質(zhì)量大于光子的粒子，而是所有能量子形成一束光。而要組成具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的粒子，則必須有0<<1，即α>△x>0，此時(shí)v=c
因?yàn)?，且在yy'直線上以及zz'直線上速度為0，
即在yy'直線上：
在zz'直線上：
由此可得，y1=y2，z1=z2，c，稱(chēng)為方向速度，
則有
c)=c-c=v。 由以上討論可以知道這樣兩個(gè)結(jié)論：(1)粒子的速度等于粒子的方向速度的矢量和，也等于粒子速度方向 所在直線上的相反兩方向的方向速度矢量和; (2)在粒子所在體積內(nèi)，與粒子速度方向垂直的直線上的相反兩方向的方向速度的矢量和為零，令單個(gè)能量子的質(zhì)量記為m0，則該粒子的總質(zhì)量為m=a×m0，我們將，mx1=x1×m0，mx2=x2×m0，my1=y1×
m0，my2=y2×m0，mz1=z1×m0，mz2=z2×m0稱(chēng)為該粒子的方向質(zhì)量。則有：mx1 +mx2+my1+my2+mz1+mz2=m
粒子的總質(zhì)量等于粒子的方向質(zhì)量之和。
二、粒子的加速度與粒子內(nèi)部狀態(tài)變化的關(guān)系
在空間直角坐標(biāo)系中，有一粒子其速度方向在ox方向，根據(jù)公式 可知，要改變?cè)摿Ｗ拥乃俣戎恍枰淖兓蚧騼烧咄瑫r(shí)改變。
給該粒子施加一力的作用F，力的方向與速度的方向相同，力F將改變粒子內(nèi)部的狀態(tài)，即改變粒子內(nèi)部的在力的方向所在直線上的或 或兩者都改變。在這里我只討論彈性力對(duì)物質(zhì)對(duì)物質(zhì)內(nèi)部狀態(tài)的改變以及對(duì)加速度的影響。 假設(shè)有兩物體A，B，他們之間有彈性力的作用，即兩物體相互碰撞或一物體受到另一物體的拉力。當(dāng)兩物體相互碰撞時(shí)，根據(jù)力的作用是相互的性質(zhì)可知，兩物體相互碰撞的作用是改變兩物體各自受力方向所在直線上的相反兩方向的。其被改變的過(guò)程有兩種可能性，取A為研究對(duì)象，設(shè)A的初速度為 ，
力的作用時(shí)間為;
(1) 將物體中，運(yùn)動(dòng)方向與受到的力的方向相反的一部分能量子的運(yùn)動(dòng)方向改變?yōu)榕c物體受到的力的方向相同，也就是說(shuō)物體受到的力改變物體本身的狀態(tài)。則A物體的末速度為
(2) 物體將其內(nèi)部，運(yùn)動(dòng)方向與其施加給另一物體的力的方向相同的一部分能量子傳遞給另一物體，傳遞后運(yùn)動(dòng)方向不變，也就是說(shuō)物體受到的力改變施力物體的狀態(tài)，則A物體的末速度為：
當(dāng)兩物體之間的作用力是拉力，改變只有第一種情況，第二種情況不可能出現(xiàn)。
對(duì)于第一種情況，物體受到的力改變物體本身的狀態(tài)，與力是改變物體狀態(tài)的原因相符，對(duì)于第二種情況，物體受到的力改變施力物體的狀態(tài)，與力是改變物體狀態(tài)的原因不符，所以?xún)晌矬w之間的力是彈性力時(shí)，物體狀態(tài)的改變過(guò)程是第一種情況。則A物體的加速度為：
牛頓第二定律的證明
根據(jù)經(jīng)典力學(xué)及生活中的事實(shí)有：(1)力是改變物體狀態(tài)的原因，即力是改變物體速度的原因;(2)物體受到的力越大，物體的速度在單位時(shí)間里的變化量越大;則有
F=
因?yàn)槭桥c單個(gè)能量子的基本屬性相關(guān)的常數(shù)，因?yàn)橘|(zhì)量也是能量子的基本屬性，可令=m0，則有k=α×m0=m
m0為單個(gè)能量子的質(zhì)量，m為物質(zhì)的總質(zhì)量;
則有
mf為同一直線上相反兩方向的方向質(zhì)量的差值。
由此可知，(1)力的大小是單位時(shí)間內(nèi)被改變運(yùn)動(dòng)方向的能量子數(shù)目;(2)力的大小是在力的方向所在直線上的方向質(zhì)量在單位時(shí)間內(nèi)的改變量。
因?yàn)?/p>
假設(shè)物體的總質(zhì)量不變即α不變，在一定時(shí)間t內(nèi)，F(xiàn)越大，則n越大，α加越大，反之α加越小;假設(shè)F一定，在一定時(shí)間t內(nèi)，n也是定值，當(dāng)物體的總質(zhì)量越大即α越大時(shí)，α加越小，當(dāng)α越小時(shí)，α加越大。
綜上所述，當(dāng)物體受到外力作用時(shí)，物體質(zhì)量越大，其加速度也就越小，即速度變化不明顯，物體的速度越難被改變。
因?yàn)?則有
mf為同一直線兩相反方向的方向質(zhì)量的差值。
將mfc稱(chēng)為方向動(dòng)量，由此可知，力的沖量等于方向動(dòng)量的矢量和。
粒子的速度與粒子的質(zhì)量及粒子的能量的討論
有一粒子，其處于能量最低狀態(tài)，即v1=c=0，現(xiàn)從某個(gè)方向向該粒子不停地發(fā)射電磁波，假設(shè)電磁波能被該粒子全部吸收，被吸收后電磁波所含能量子的運(yùn)動(dòng)方向不變，則該粒子的運(yùn)動(dòng)速度為： v2=c n≥0因?yàn)楹阈∮?，所以v2恒小于c，該粒子的初始質(zhì)量為m1=αm0，該粒子吸收輻射之后的質(zhì)量為m2=(α+n)m0，則△m=m2-m1=(a+n)m0-am0=nm0≥0
由此可知物質(zhì)吸收外界輻射，質(zhì)量變大，越多，反之物質(zhì)向外輻射能量，其質(zhì)量變小。
當(dāng)該粒子受到彈性力時(shí)，其初速度為v1=c，一定時(shí)間t后的末速度為v3=c，根據(jù)上文的討論粒子受到彈性力時(shí)，粒子的總質(zhì)量不發(fā)生變化，粒子受力的方向所在直線上相反兩方向的方向質(zhì)量發(fā)生改變，即△xm0發(fā)生改變。
綜上所述，粒子的速度越大，其速度方向的凈質(zhì)量增大，其速度方向的凈能量也增大。
三、關(guān)于粒子極限速度的討論
當(dāng)一粒子受到彈性力時(shí)，力的方向在粒子的速度方向上，設(shè)其初速度為v1=c，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間t后的末速度為v2=c，則該粒子的加速度為，
由上式可知， x2-n是該粒子速度的臨界條件，當(dāng) x2-n>0時(shí)，該粒子還能夠被加速，當(dāng) x2-n<0時(shí)，該粒子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)被破壞，此時(shí)粒子將分解為更小的粒子，并釋放出大量的能量。
當(dāng) x2-n=0所對(duì)應(yīng)的速度是物體的最大速度則有當(dāng)該粒子達(dá)到最大速度時(shí)有Ft=2nm0c=2×x2×m0c
可得t=，即將該粒子加速到該粒子的極限速度所用的時(shí)t=， 事實(shí)上，該粒子在不可能達(dá)到這樣的速度，當(dāng)游離能量子全部被改變方向后，粒子就已經(jīng)達(dá)到了極限速度。
綜上所述，當(dāng)粒子不吸收外界輻射的情況下，任何粒子都具有極限速度，當(dāng)粒子的速度超過(guò)極限速度，粒子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生破壞，粒子將會(huì)分解為更小的粒子，并且釋放出大量的能量。
若將分裂后的粒子繼續(xù)加速，當(dāng)?shù)竭_(dá)其極限速度后，粒子又會(huì)分解，如此往復(fù)，直至所有的粒子分解成光子，變成一束光。
質(zhì)量越大的粒子，其極限速度越小，所以大質(zhì)量天體其極限速度很小。
航天飛機(jī)不可能永遠(yuǎn)加速下去，當(dāng)其速度超過(guò)一定限度后，機(jī)體就會(huì)被破壞，四分五裂。
四、引力與物質(zhì)體積的關(guān)系
在引力場(chǎng)中，引力場(chǎng)可以對(duì)處在其中物質(zhì)有力的作用。引力可以作用在組成物質(zhì)的每個(gè)基本粒子上。引力場(chǎng)的作用是將物質(zhì)所在體積內(nèi)，運(yùn)動(dòng)方向不引力方向的能量子的運(yùn)動(dòng)方向改變?yōu)橐Ψ较�。設(shè)處在引力場(chǎng)中的物質(zhì)所含能量子數(shù)目為α，其體積為ν，則該物質(zhì)的能量子的密度為ρα，設(shè)引力場(chǎng)的密度為ρb，當(dāng)ρα>ρb時(shí)，引力場(chǎng)只能對(duì)一部分能量子有力的作用，則在任何一瞬間物質(zhì)所在體積內(nèi)被引力場(chǎng)改變運(yùn)動(dòng)方向的能量子數(shù)目為>ρbv，則引力加速度為：
又上式可知，引力加速度與物質(zhì)的密度有很大的關(guān)系，當(dāng)物質(zhì)的密度越大時(shí)，引力加速度越小，當(dāng)物質(zhì)的密度越小時(shí)，引力加速度越大。
這也是在絕對(duì)真空環(huán)境下，密度小的羽毛比密度大的鐵塊下降得快的根本原因。
根據(jù)牛頓第二定律有，
因?yàn)?/p>
則有 F=mg=m0v ρbc
由上可知，引力的大小與物質(zhì)的體積有很大的關(guān)系，物質(zhì)的體積越大，其受引力越大，反之越小。
當(dāng)ρa<ρb時(shí)，引力場(chǎng)可以作用在組成物質(zhì)的每個(gè)能量子上，則引力加速度為
由此可知，當(dāng)ρa<ρb時(shí)，處在引力場(chǎng)中的物質(zhì)將會(huì)瞬間被分解成一個(gè)個(gè)能量子，化成一束光。
在引力場(chǎng)中，物質(zhì)不能被看做是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，引力也不作用在質(zhì)心上，要準(zhǔn)確描述引力場(chǎng)即引力，就必須考慮物質(zhì)的密度和體積。
參考文獻(xiàn)：
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