2004年06月15日
物理学大事年表

  约公元前6世纪,泰勒斯(Thales,公元前624?—546)记述了摩擦后的琥珀吸引轻小物体和磁石吸铁的现象。
  公元前6世纪,《管子》中总结和声规律。阐述标准调音频率,具体记载三分损益法。
  约公元前5世纪,《考工记》中记述了滚动摩擦、斜面运动、惯性浮力等现象。
  公元前5世纪,德谟克利特(Democritus,公元前460?—370?)提出万物由原子组成。
  公元前400年,墨翟(公元前478?—前392?)在《墨经》中记载并论述了杠杆、滑轮、平衡、斜面、小孔成像及光色与温度的关系。
  公元前4世纪,亚里士多德(Aristotle,前384—前322)在其所著《物理学》中总结了若干观察到的事实和实际的经验。他的自然哲学支配西方近2000年。
  公元前3世纪,欧几里得(Euclid,前330?—前260?)论述光的直线传播和反射定律。
  公元前3世纪,阿基米德(Archimedes,前287?—前212)发明许多机械,包括阿基米德螺旋; 发现杠杆原理和浮力定律;研究过重心。
  公元前3世纪,古书《韩非子》记载有司南;《吕氏春秋》记有慈石召铁。
  公元前2世纪,刘安《前179—前122》著《准南子》,记载用冰作透镜,用反射镜作潜望镜,还提到人造磁铁和磁极斥力等。
  1世纪,古书《汉书》记载尖端放电、避雷知识和有关的装置。王充(27—97)著《论衡》,记载有关力学、热学、声学、磁学等方面的物理知识。希龙(Heron,62—150)创制蒸汽旋转器,是利用蒸汔动力的最早尝试,他还制造过虹吸管。
  2世纪,托勒密(C.Ptolemaeus,100?—170?)发现大气折射。张衡(78—139)创制地动仪,可以测报地震方位,创制浑天仪。王符(85—162)著《潜夫论》分析人眼的作用。
  5世纪,祖冲之(429—500),改造指南车,精确推算л值,在天文学上精确编制《大明历》。
  8世纪,王冰(唐代人)记载并探讨了大气压力现象。
  11世纪,沈括(1031—1095)著《梦溪笔谈》,记载地磁偏角的发现,凹面镜成像原理和共振现象等。
  13世纪,赵友钦(1279—1368)著《革象新书》,记载有他作过的光学实验以及光的照度、光的直线传播、视角与小孔成象等问题。
  15世纪,达·芬奇(L.da Vinci,1452—1519)设计了大量机械,发明温度计和风力计,最早研究永动机不可能问题。
  16世纪,诺曼(R.Norman)在《新奇的吸引力》一书中描述了磁倾角的发现。
  1583年,伽利略(Galileo Galilei,1564—1642)发现摆的等时性。
  1586年,斯梯芬(S.Stevin,1542—1620)著《静力学原理》,通过分析斜面上球链的平衡论证了力的分解。
  1593年,伽利略发明空气温度计。
  1600年,吉尔伯特(W.Gilbert,1548—1603)著《磁石》一书,系统地论述了地球是个大磁石,描述了许多磁学实验,初次提出摩擦吸引轻物体不是由于磁力。
  1605年,弗·培根(F.Bacon,1561—1626)著《学术的进展》,提倡实验哲学,强调以实验为基础的归纳法,对17世纪科学实验的兴起起了很大的号召作用。
  1609年,伽利略,初次测光速,未获成功。 1609年,开普勒(J.Kepler,1571—1630)著《新天文学》,提出开普勒第一、第二定律。
  1619年,开普勒著《宇宙谐和论》,提出开普勒第三定律。
  1620年,斯涅耳(W.Snell,1580—1626)从实验归纳出光的反射和折射定律。
  1632年,伽利略《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》出版,支持了地动学说,首先阐明了运动的相对性原理。
  1636年,麦森(M.Mersenne,1588—1648)测量声的振动频率,发现谐音,求出空气中的声速。
  1638年,伽利略的《两门新科学的对话》出版,讨论了材料抗断裂、媒质对运动的阻力、惯性原理、自由落体运动、斜面上物体的运动、抛射体的运动等问题,给出了匀速运动和匀加速运动的定义。
  1643年,托里拆利(E.Torricelli,1608—1647)和维维安尼(V.Viviani,1622—1703)提出气压概念,发明了水银气压计。
  1653年,帕斯卡(B.Pascal,1623—1662)发现静止流体中压力传递的原理(即帕斯卡原理)。
  1654年,盖里克(O.V.Guericke,1602—1686)发明抽气泵,获得真空。
  1658年,费马(P.Fermat,1601—1665)提出光线在媒质中循最短光程传播的规律(即费马原理)。
  1660年,格里马尔迪(F.M.Grimaldi,1618—1663)发现光的衍射。
  1662年,波意耳(R.Boyle,1627—1691)实验发现波意耳定律。14年后马略特(E.Mariotte,1620—1684)也独立地发现此定律。
  1663年,格里开作马德堡半球实验。
  1666年,牛顿(I.Newton,1642—1727)用三棱镜作色散实验。
  1669年,巴塞林那斯(E.Bartholinus)发现光经过方解石有双折射的现象。
  1675年,牛顿作牛顿环实验,这是一种光的干涉现象,但牛顿仍用光的微粒说解释。
  1676年,罗迈(O.Roemer,1644—1710)发表他根据木星卫星被木星掩食的观测,推算出的光在真空中的传播速度。
  1678年,胡克(R.Hooke,1635—1703)阐述了在弹性极限内表示力和形变之间的线性关系的 定律(即胡克定律)。
  1687年,牛顿在《自然哲学的数学原理》中,阐述了牛顿运动定律和万有引力定律。
  1690年,惠更斯(C.Huygens,1629—1695)出版《光论》,提出光的波动说,导出了光的直线传播和光的反射、折射定律,并解释了双折射现象。
  1714年,华伦海特(D.G.Fahrenheit,1686—1736)发明水银温度计,定出第一个经验温标——华氏温标。
  1717年,J.伯努利(J.Bernoulli,1667—1748)提出虚位移原理。
  1738年,D.伯努利(Daniel Bernoulli,1700—1782)的《流体动力学》出版,提出描述流体定常流动的伯努利方程。他设想气体的压力是由于气体分子与器壁碰撞的结果,导出了玻意耳定律。
  1742年,摄尔修斯(A.Celsius,1701—1744)提出摄氏温标。
  1743年,达朗伯(J.R.d’Alembert,1717—1783)在《动力学原理》中阐述了达朗伯原理。
  1744年,莫泊丢(P.L.M.Maupertuis,1698—1759)提出最小作用量原理。
  1745年,克莱斯特(E.G.V.Kleist,1700—1748)发明储存电的方法;次年马森布洛克(P.V.Musschenbroek,1692—1761)在莱顿又独立发明,后人称之莱顿瓶。
  1747年,富兰克林(Benjamin Franklin,1706—1790)发表电的单流质理论,提出“正电”和“负电”的概念。
  1752年,富兰克林作风筝实验,引天电到地面。
  1755年,欧拉(L.Euler,1707—1783)建立无粘流体力学的基本方程(即欧拉方程)。
  1760年,布莱克(J.Brack,1728—1799)发明冰量热器,并将温度和热量区分为两个不同的概念。
  1761年,布莱克提出潜热概念,奠定了量热学基础。
  1767年,普列斯特利(J.Priestley,1733—1804)根据富兰克林所做的“导体内不存在静电荷的实验”,推得静电力的平方反比定律。
  1775年,伏打(A.Volta,1745—1827)发明起电盘。
  1775年,法国科学院宣布不再审理永动机的设计方案。
  1780年,伽伐尼(A.Galvani,1737—1798)发现蛙腿筋肉收缩现象,认为是动物电所致,
  1791年才发表。 1785年,库仑(C.A.Coulomb,1736—1806)用他自己发明的扭秤,从实验得到静电力的平方反比定律。在这以前,米切尔(J.Michell,1724—1793)已有过类似设计,并于1750年提出磁力的平方反比定律。
  1787年,查理(J.A.C.Charles,1746—1823)发现气体膨胀的查理—盖·吕萨克定律。盖·吕萨克(Gay-lussac,1778—1850)的研究发表于1802年。
  1788年,拉格朗日(J.L.Lagrange,1736—1813)的《分析力学》出版。
  1792年,伏打研究伽伐尼现象,认为是两种金属接触所致。
  1798年,卡文迪什(H.Cavendish,1731—1810)用扭秤实验测定万有引力常数G。伦福德(Count Rumford,即B.Thompson,1753—1841)发表他的摩擦生热的实验,这些实验事实是反对热质说的重要依据。
  1799年,戴维(H.Davy,1778—1829)做真空中的摩擦实验,以证明热是物体微粒的振动所致。
  1800年,伏打发明伏打电堆。赫谢尔(W.Herschel,1788—1822)从太阳光谱的辐射热效应发现红外线。
  1801年,里特尔(J.W.Ritter,1776—1810)从太阳光谱的化学作用,发现紫线。杨(T.Young,1773—1829)用干涉法测光波波长,提出光波干涉原理。
  1802年,沃拉斯顿(W.H.Wollaston,1766—1828)发现太阳光谱中有暗线。
  1808年,马吕斯(E.J.Malus,1775—1812)发现光的偏振现象。
  1811年,布儒斯特(D.Brewster,1781—1868)发现偏振光的布儒斯特定律。
  1815年,夫琅和费(J.V.Fraunhofer,1787—1826)开始用分光镜研究太阳光谱中的暗线。
  1815年,菲涅耳(A.J.Fresnel,1788—1827)以杨氏干涉实验原理补充惠更斯原理,形成惠更斯——菲涅耳原理,圆满地解释了光的直线传播和光的衍射问题。
  1819年,杜隆(P.1.Dulong,1785—1838)与珀替(A.T.Petit,1791—1820)发现克原子固体比热是一常数,约为6卡/度·克原子,称杜隆·珀替定律。
  1820年,奥斯特(H.C.Oersted,1771—1851)发现导线通电产生磁效应。毕奥(J.B.Biot,1774—1862)和沙伐(F.Savart,1791—1841)由实验归纳出电流元的磁场定律。安培(A.M.Ampère,1775—1836)由实验发现电流之间的相互作用力,1822年进一步研究电流之间的相互作用,提出安培作用力定律。
  1821年,塞贝克(T.J.Seebeck,1770—1831)发现温差电效应(塞贝克效应)。菲涅耳发表光的横波理论。夫琅和费发明光栅。傅里叶(J.B.J.Fourier,1768—1830)的《热的分析理论》出版,详细研究了热在媒质中的传播问题。
  1824年,S.卡诺(S.Carnot,1796—1832)提出卡诺循环。
  1826年,欧姆(G.S.Ohm,1789—1854)确立欧姆定律。
  1827年,布朗(R.Brown,1773—1858)发现悬浮在液体中的细微颗粒不断地作杂乱无章运动。这是分子运动论的有力证据。
  1830年,诺比利(L.Nobili,1784—1835)发明温差电堆。
  1831年,法拉第(M.Faraday,1791—1867)发现电磁感应现象。
  1833年,法拉第提出电解定律。
  1834年,楞次(H.F.E.Lenz,1804—1865)建立楞次定律。珀耳帖(J.C.A.Peltier,1785—1845)发现电流可以致冷的珀耳帖效应。克拉珀龙(B.P.E.Clapeyron,1799—1864)导出相应的克拉珀龙方程。哈密顿(W.R.Hamilton,1805—1865)提出正则方程和用变分法表示的哈密顿原理。
  1835年,亨利(J.Henry,1797—1878)发现自感,1842年发现电振荡放电。
  1840年,焦耳(J.P.Joule,1818—1889)从电流的热效应发现所产生的热量与电流的平方、电阻及时间成正比,称焦耳 -楞次定律(楞次也独立地发现了这一定律)。其后,焦耳先后于1843,1845,1847,1849,直至1878年,测量热功当量,历经40年,共进行四百多次实验。 1841年,高斯(C.F.Gauss,1777—1855)阐明几何光学理论。
  1842年,多普勒(J.C.Doppler,1803—1853)发现多普勒效应。迈尔(R.Mayer,1814—1878)提出能量守恒与转化的基本思想。勒诺尔(H.V.Regnault,1810—1878)从实验测定实际气体的性质,发现与波意耳定律及盖·吕萨克定律有偏离。
  1843年,法拉第从实验证明电荷守恒定律。
  1845年,法拉第发现强磁场使光的偏振面旋转,称法拉第效应。
  1846年,瓦特斯顿(J.J.Waterston,1811—1883)根据分子运动论假说,导出了理想气体状态方程,并提出能量均分定理。
  1849年,斐索(A.H.Fizeau,1819—1896)首次在地面上测光速。
  1851年,傅科(J.L.Foucault,1819—1868)做傅科摆实验,证明地球自转。
  1852年,焦耳与W.汤姆生(W.Thomson,1824—1907)发现气体焦耳——汤姆生效应(气体通过狭窄通道后突然膨胀引起温度变化)。
  1853年,维德曼(G.H.Wiedemann,1826—1899)和夫兰兹(R.Franz)发现,在一定温度下,许多金属的热导率和电导率的比值都是一个常数(即维德曼——夫兰兹定律)。
  1855年,傅科发现涡电流(即傅科电流)。 1857年,韦伯(W.E.Weber,1804—1891)与柯尔劳胥(R.H.A.Kohlrausch,1809—1858)测定电荷的静电单位和电磁单位之比,发现该值接近于真空中的光速。
  1858年,克劳修斯(R.J.E.Claüsius,1822—1888)引进气体分子的自由程概念。 普吕克尔(J.Plücker,1801—1868)在放电管中发现阴极射线。
  1859年,麦克斯韦(J.C.Maxwell,1831—1879)提出气体分子的速度分布律。基尔霍夫(G.R.Kirchhoff,1824—1887)开创光谱分析,其后通过光谱 分析发现铯、铷等新元素。他还发现发射光谱和吸收光谱之间的联系,建立了辐射定律。
  1860年,麦克斯韦发表气体中输运过程的初级理论。
  1861年,麦克斯韦引进位移电流概念。
  1864年,麦克斯韦提出电磁场的基本方程组(后称麦克斯韦方程组),并推断电磁波的存在,预测光是一种电磁波,为光的电磁理论奠定了基础。
  1866年,昆特(A.Kundt,1839—1894)做昆特管实验,用以测量气体或固体中的声速。
  1868年,玻尔兹曼(L.Boltzmann,1844—1906)推广麦克斯韦的分子速度分布律,建立了平衡态气体分子的能量分布律——玻尔兹曼分布律。
  1869,安德纽斯(T.Andrews,1813—1885)由实验发现气——液相变的临界现象。希托夫(J.W.Hittorf,1824—1914)用磁场使阴极射线偏转。
  1871年,瓦尔莱(C.F.Varley,1828—1883)发现阴极射线带负电。
  1872年,玻尔兹曼提出输运方程(后称为玻尔兹曼输运方程)、H定理和熵的统计诠释。
  1873年,范德瓦耳斯(J.D.Van der Waals,1837—1923)提出实际气体状态方程。
  1875年,克尔(J.Kerr,1824—1907)发现在强电场的作用下,某些各向同性的透明介质会变为各向异性,从而使光产生双折射现象,称克尔电光效应。
  1876年,哥尔茨坦(E.Goldstein,1850—1930)开始大量研究阴极射线的实验,导致极坠射线的发现。 1876—1878年,吉布斯(J.W.Gibbs,1839—1903)提出化学势的概念、相平衡定律,建立了粒子数可变系统的热力学基本方程。
  1877年,瑞利(J.W.S.Rayleigh,1842—1919)的《声学原理》出版,为近代声学奠定了基础。
  1879年,克鲁克斯(W.Crookes,1832—1919)开始一系列实验,研究阴极射线。斯忒藩(J.Stefan,1835—1893)建立了黑体的面辐射强度与绝对温度关系的经验公式,制成辐射高温计, 测得太阳表面温度约为6000C;1884年玻尔兹曼从理论上证明了此公式,后称为斯忒藩—玻尔兹曼定律。霍尔(E.H.Hall,1855—1938)发现电流通过金属,在磁场作用下产生横向电动势的霍尔效应。
  1880年,居里兄弟(P.Curie,1859—1906;J.Curie,1855—1941)发现晶体的压电效应。
  1881年,迈克耳孙(A.A.Michelson,1852—1931)首次做以太漂移实验,得零结果。由此产生迈克耳孙干涉仪,灵敏度极高。
  1885年,迈克耳孙与莫雷(E.W.Morley,1838—1923)合作改进斐索流水中光速的测量。巴耳末(J.J.Balmer,1825—1898)发表已发现的氢原子可见光波段中4根谱线的波长公式。
  1887年,迈克耳孙与莫雷再次做以太漂移实验,又得零结果。赫兹(H.Hertz,1857—1894)作电磁波实验,证实麦克斯韦的电磁场理论。同时,赫兹发现光电效应。
  1890年,厄沃(B.R.Eotvos)作实验证明惯性质量与引力质量相等。里德伯(R.J.R.Rydberg,1854—1919)发表碱金属和氢原子光谱线通用的波长公式。
  1893年,维恩(W.Wien,1864—1928)导出黑体辐射强度分布与温度关系的位移定律。勒纳德(P.Lenard,1862—1947)研究阴极射线时,在射线管上装一薄铝窗,使阴极射线从管内穿出进入空气,射程约1厘米,人称勒纳德射线。
  1895年,洛仑兹(H.A.Lorentz,1853—1928)发表电磁场对运动电荷作用力的公式,后称该力为洛伦兹力。P.居里发现居里点和居里定律。伦琴(W.K.Rontgen,1845—1923)发现X射线。
  1896年,维恩发表适用于短波范围的黑体辐射的能量分布公式。贝克勒尔(A.H.Becquerel,1852—1908)发现放射性。塞曼(P.Zeeman,1865—1943)发现磁场使光谱线分裂,称塞曼效应。洛仑兹创立经典电子论。
  1897年,J.J.汤姆生(J.J.Thomson,1856—1940)从阴极射线证实电子的存在,测出的荷质比与塞曼效应 所得数量级相同。其后他又进一步从实验确证电子存在的普遍性,并直接测量电子电荷。
  1898年,卢瑟福(E.Rutherford,1871—1937)揭示铀辐射组成复杂,他把“软”的成分称为α射线,“硬”的成分称为β射线。居里夫妇(P.Curie与M.S.Curie,1867—1934)发现放射性元素镭和钋。
  1899年,列别捷夫(A.A.Лeóeдeв,1866—1911)实验证实光压的存在。卢梅尔(O.Lummer,1860—1925)与鲁本斯(H.Rubens,1865—1922)等人做空腔辐射实验,精确测得辐射以量分布曲线。
  1900年,瑞利发表适用于长波范围的黑体辐射公式。普朗克(M.Planck,1858—1947)提出了符合整个波长范围的黑体辐射公式,并用能量量子化假设从理论上导出了这个公式。维拉尔德(P.Villard,1860—1934)发现ν射线。
  1901年,考夫曼(W.Kaufmann,1871—1947)从镭辐射线测β射线在电场和磁场中的偏转,从而发现电子质量随速度变化。理查森(O.W.Richardson,1879—1959)发现灼热金属表面的电子发射规律。后经多年实验和理论研究,又对这一定律作进一步修正。
  1902年,勒纳德从光电效应实验得到光电效应的基本规律:电子的最大速度与光强无关,为爱因斯坦的光量子假说提供实验基础。吉布斯出版《统计力学的基本原理》,创立统计系综理论。
  1903年,卢瑟福和索迪(F.Soddy,1877—1956)发表元素的嬗变理论。
  1905年,爱因斯坦(A.Einstein,1879—1955)发表关于布朗运动的论文,并发表光量子假说,解释了光电效应等现象。 1905年,朗之万(P.Langevin,1872—1946)发表顺磁性的经典理论。爱因斯坦发表《关于运动媒质的电动力学》一文,首次提出狭义相对论的基本原理,发现质能之间的相当性。
  1906年,爱因斯坦发表关于固体热容的量子理论。
  1907年,外斯(P.E.Weiss,1865—1940)发表铁磁性的分子场理论,提出磁畴假设。
  1908年,昂纳斯(H.Kammerlingh—Onnes,1853—1926)液化了最后一种“永久气体”氦。佩兰(J.B.Perrin,1870—1942)实验证实布朗运动方程,求得阿佛伽德罗常数。
  1908—1910年,布雪勒(A.H.Bucherer,1863—1927)等人,分别精确测量出电子质量随速度的变化,证实了洛仑兹-爱因斯坦的质量变化公式。 1908年,盖革(H.Geiger,1882—1945)发明计数管。卢瑟福等人从α粒子测定电子电荷е值。
  1906—1917年,密立根(R.A.Millikan,1868—1953)测单个电子电荷值,前后历经11年,实验方法做过三次改革,做了上千次数据。 1909年,盖革与马斯登(E.Marsden)在卢瑟福的指导下,从实验发现α粒子碰撞金属箔产生大角度散射,导致1911年卢瑟福提出有核原子模型的理论。这一理论于1913年为盖革和马斯登的实验所证实。 1911年,昂纳斯发现汞、铅、锡等金属在低温下的超导电性。
  1911年,威尔逊(C.T.R.Wilson,1869—1959)发明威尔逊云室,为核物理的研究提供了重要实验手段。 1911年,赫斯(V.F.Hess,1883—1964)发现宇宙射线。
  1912年,劳厄(M.V.Laue,1879—1960)提出方案,弗里德里希(W.Friedrich),尼平(P.Knipping,1883—1935)进行X射线衍射实验,从而证实了X射线的波动性。能斯特(W.Nernst,1864—1941)提出绝对零度不能达到定律(即热力学第三定律)。
  1913年,斯塔克(J.Stark,1874—1957)发现原子光谱在电场作用下的分裂现象(斯塔克效应)。玻尔(N.Bohr,1885—1962)发表氢原子结构理论,解释了氢原子光谱。布拉格父子(W.H.Bragg,1862—1942;W.L.Bragg,1890—1971)研究X射线衍射,用X射线晶体分光仪,测定X射线衍射角,根据布拉格公式:2dsinθ=ν算出晶格常数d。
  1914年,莫塞莱(H.G.J.Moseley,1887—1915)发现原子序数与元素辐射特征线之间的关系,奠定了X射线光谱学的基础。弗朗克(J.Franck,1882—1964)与G.赫兹(G.Hertz,1887—1957)测汞的激发电位。查德威克(J.Chadwick,1891—1974)发现β能谱。西格班(K.M.G.Siegbahn,1886—1978)开始研究X射线光谱学。
  1915年,在爱因斯坦的倡议下,德哈斯(W.J.de Haas,1878—1960)首次测量回转磁效应。爱因斯坦建立了广义相对论。
  1916年,密立根用实验证实了爱因斯坦光电方程。爱因斯坦根据量子跃迁概念推出普朗克辐射公式,同时提出了受激辐射理论,后发展为激光技术的理论基础。德拜(P.J.S.Debye,1884—1966)提出X射线粉末衍射法。
  1919年,爱丁顿(A.S.Eddington,1882—1944)等人在日食观测中证实了爱因斯坦关于引力使光线弯曲的预言。阿斯顿(F.W.Aston,1877—1945)发明质谱仪,为同位素的研究提供重要手段。卢瑟福首次实现人工核反应。巴克豪森(H.G.Barkhausen)发现磁畴。
  1921年,瓦拉塞克发现铁电性。
  1922年,斯特恩(O.Stern,1888—1969)与盖拉赫(W.Gerlach,1889—1979)使银原子束穿过非均匀磁场,观测到分立的磁矩,从而证实空间量子化理论。
  1923年,康普顿(A.H.Compton,1892—1962)用光子和电子相互碰撞解释X射线散射中波长变长的实验结果,称康普顿效应。
  1924年,德布罗意(L.de Broglie,1892—1987)提出微观粒子具有波粒二象性的假设。
  1924年,玻色(S.Bose,1894—1974)发表光子所服从的统计规律,后经爱因斯坦补充建立了玻色-爱因斯坦统计。
  1925年,泡利(W.Pauli,1900—1976)发表不相容原理。海森伯(W.K.Heisenberg,1901—1976)创立矩阵力学。乌伦贝克(G.E.Uhlenbeck,1900—)和高斯密特(S.A.Goudsmit,1902—1979)提出电子自旋假设。
  1926年,薛定谔(E.Schrodinger,1887—1961)发表波动力学,证明矩阵力学和波动力学的等价性。费米(E.Fermi,1901—1954)与狄拉克(P.A.M.Dirac,1902—1984)独立提出费米—狄拉克统计。玻恩(M.Born,1882—1970)发表波函数的统计诠释。海森伯发表不确定原理。
  1927年,玻尔提出量子力学的互补原理。戴维森(C.J.Davisson,1881—1958)与革末(L.H.Germer,1896—1971)用低速电子进行电子散射实验,证实了电子衍射。同年,G.P.汤姆生(G.P.Thomson,1892—1970)用高速电子获电子衍射花样。
  1928年,拉曼(C.V.Raman,1888—1970)等人发现散射光的频率变化,即拉曼效应。狄拉克发表相对论电子波动方程,把电子的相对论性运动和自旋、磁矩联系了起来。
  1928—1930年,布洛赫(F.Bloch,1905—1983)等人为固体的能带理论奠定了基础。
  1930—1931年,狄拉克提出正电子的空穴理论和磁单极子理论。
   1931年,A.H.威尔逊(A.H.Wilson)提出金属和绝缘体相区别的能带模型,并预言介于两者之间存在半导体,为半导体的发展提供了理论基础。劳伦斯(E.O.Lawrence,1901—1958)等人建成第一台回旋加速器。
  1932年,考克拉夫特(J.D.Cockcroft,1897—1967)与沃尔顿(E.T.Walton)发明高电压倍加 器,用以加速质子,实现人工核蜕变。尤里(H.C.Urey,1893—1981)将天然液态氢蒸发浓缩后,发现氢的同位素—氘的存在。 查德威克发现中子。在这以前,卢瑟福于1920年曾设想原子核中还有一种中性粒子,质量大体与质子相等。据此曾安排实验,但未获成果。1930年,玻特(W.Bothe,1891—1957)等人在α射线轰击 铍的实验中,发现过一种穿透力极强的射线,误认为ν射线,1931年约里奥(F.Joliot,190 0—1958)与伊伦·居里 (1Curie,1897—1956)让这种穿透力极强的射线,通过石蜡,打出高速质子。查德威克接着做了大量实验,并用威尔逊云室拍照,以无可辩驳的事实说明这一射线即是卢瑟福预言的中子。安德森(C.D.Anderson,1905—)从宇宙线中发现正电子,证实狄拉克的预言。诺尔(M.Knoll)和鲁斯卡(E.Ruska)发明透射电子显微镜。海森伯、伊万年科(д.д.ивaнeнкo)独立发表原子核由质子和中子组成的假 说。
  1933年,泡利在索尔威会议上详细论证中微子假说,提出β衰变。盖奥克(W.F.Giauque)完成了顺磁体的绝热去磁降温实验,获得千分之几的低温。迈斯纳(W.Mcissner,1882—1974)和奥克森菲尔德(R.Ochsenfeld)发现超导体具有完全的抗磁性。费米发表β衰变的中微子理论。图夫(M.A.Tuve)建立第一台静电加速器。布拉开特(P.M.S.Blackett,1897—1974)等人从云室照片中发现正负电子对。
  1934年,切仑柯夫(П.A.Чepeнkoв)发现液体在β射线照射下发光的一种现象,称切仑柯夫辐射。约里奥-居里夫妇发现人工放射性。
  1935年,汤川秀树发表了核力的介子场论,预言了介子的存在。F.伦敦和H.伦敦发表超导现象的宏观电动力学理论。N.玻尔提出原子核反应的液滴核模型。
  1938年,哈恩(O.Hahn,1879—1968)与斯特拉斯曼(F.Strassmann)发现铀裂变。卡皮查(Π.Л.kaпичa,1894—)实验证实氦的超流动性。F.伦敦提出解释超流动性的统计理论。
  1939年,迈特纳(L.Meitner,1878—1968)和弗利胥(O.Jrisch)根据液滴核模型指出,哈恩-斯特拉斯曼的实验结果是一种原子核的裂变现象。奥本海默(J.R.Oppenheimer,1904—1967)根据广义相对论预言了黑洞的存在。拉比(I.I.Rabi,1898—1987)等人用分子束磁共振法测核磁矩。
  1940年,开尔斯特(D.W.Kerst)建造第一台电子感应加速器。
  1940—1941年,朗道(Л.Д.Лaндay,1908—1968)提出氦 Ⅱ超流性的量子理论。
  1941年,布里奇曼(P.W.Bridgeman,1882—1961)发明能产生10万巴高压的装置。
  1942年,在费米主持下美国建成世界上第一座裂变反应堆。
  1944—1945年,韦克斯勒(B.И.Bеkcлер,1907—1966)和麦克米伦(E.M.McMillan,1907—)各自独立提出自动稳相原理,为高能加速器的发展开辟了道路。
  1946年,阿尔瓦雷兹(L.W.Alvarez,1911—)制成第一台质子直线加速器。珀塞尔(E.M.Purcell)用共振吸收法测核磁矩,布洛赫(F.Bloch,1905—1983)用核感应法测核磁 矩,两人从不同的角度实现核共振。这种方法可以使核磁矩和磁场的测量精度大大提高。
  1947年,库什(P.Kusch)精确测量电子磁矩,发现实验结果与理论预计有微小偏差。兰姆(W.E.Lamb,Jr.)与雷瑟福(R.C.Retherford)用微波方法精确测出氢原子能级的差值,发现狄拉克的量子理论仍与实际有不符之处。这一实验为量了电动力学的发展提供了实验依据。鲍威尔(C.F.Powell,1903—1969)等用核乳胶的方法在宇宙线中发现л介子。罗彻斯特和巴特勒(C.Butler,1922—)在宇宙线中发现奇异粒子。H.P.卡尔曼和J.W.科尔特曼等发明闪烁计数器。普里高金(I.Prigogine,1917—)提出最小熵产生原理。
  1948年,奈耳(L.E.F.Neel,1904—)建立和发展了亚铁磁性的分子场理论。张文裕发现μ子系弱作用粒子,并发现了μ-子原子。肖克利(W.Shockley),巴丁(J.Bardeen)与布拉顿(W.H.Brattain)发明晶体三极管。伽柏(D.Gabor,1900—1979)提出现代全息照相术前身的波阵面再现原理。朝永振一郎、施温格(J.Schwinger)费因曼(R.P.Feynman,1918—1988)等分别发表相对论协变的重正化量子电动力学理论,逐步形成消除发散困难的重正化方法。
  1949年,迈耶(M.G.Mayer)和简森(J.H.D.Jensen)等分别提出核壳层模型理论。
  1952年,格拉塞(D.A.Glaser)发明气泡室,比威尔逊云室更为灵敏。A.玻尔和莫特尔逊(B.B.Mottelson)提出原子核结构的集体模型。
  1954年,杨振宁和密耳斯(R.L.Mills)发表非阿贝耳规范场理论。汤斯(C.H.Townes)等人制成受激辐射的微波放大器——脉塞。
  1955年,张伯伦(O.Chamberlain)与西格雷(E.G.Segrè,1905—)等人发现反质子。
  1956年,李政道、杨振宁提出弱相互作用中宇称不守恒。关健雄等人实验验证了李政道杨振宁提出的弱相互作用中宇宙不守恒的理论。
  1957年,巴丁、施里弗和库珀发表超导微观理论(即BCS理论)。
  1958年,穆斯堡尔(R.L.Mossbauer)实现ν射线的无反冲共振吸收(穆斯堡尔效应)。
  1959年,王淦昌、王祝翔、丁大利等发现反西格马负超子。
  1960年,梅曼(T.H.Maiman)制成红宝石激光器,实现了肖格(A.L.Schawlow)和汤斯1958年的预言。
  1962年,约瑟夫森(B.D.Josephson)发现约瑟夫效应。 1964年,盖耳曼(M.Gell-Mann)等提出强子结构的夸克模型。
  1964年,克洛宁(J.W.Cronin)等实验证实在弱相互作用中CP联合变换守恒被破坏。
  1967—1968年,温伯格(S.Weinberg)、萨拉姆(A.Salam)分别提出电弱统一理论标准模型。
  1969年,普里高金首次明确提出耗散结构理论。
  1973年,哈塞尔特(F.J.Hasert)等发现弱中性流,支持了电弱统一理论。丁肇中(1936—)与里希特(B.Richter,1931—)分别发现J/ψ粒子。
  1980年,克利青(V.Klitzing,1943—)发现量子霍尔效应。
  1983年,鲁比亚(C.Rubbia,1934—)和范德梅尔(S.V.d.Meer,1925—)等人在欧洲核子研究中心发现W±和Z0粒子。

一道光学题的讨论与分析

            
    在“光电效应”的教学中,遇到了一道题目、学生间产生了激烈的争论,现

将原题抄录于下.

    题目  两束强度相同而频率不同的光入射到同一金属表面上,若均能产生光

电效应,则在单位时间内从金属表面逸出的光电子数为

    A. 相同         B. 频率小的多

    C. 频率大的多   D. 无法确定

    笔者发现,学生争议的中心–是该题的答案应取哪一个;二是入射光强度到

底指什么;三是光电效应规律是否有问题。同学们各抒己见,各摆理由,争论不

休。

    意见一  由光电效应规律“在单位时间里从受光照射的极板上射出的光电子

数跟入射光强度成正比”可知,只要入射光强度相同,那么在单位时间内从金属

表面逸出的光电子数一定相同,故应选答案A。

    意见二  利用类比的方式,由声强的定义推理得出光强的定义,可认为光强

是单位时间内通过与光的传播方向垂直的单位面积的能量。设单位时间内入射

到金属表面上的光电子数为n,而每个光子的能量为hv,那么单位时间内入射

到金属表面的光子总能量为nhv.该题的题设条件是“两束强度相同的入射光照

射到同一金属表面”,即照射面积相等,光的强度相同,则总能量nhv也相等,

其中h是普朗克恒量,若入射光的频率v较小,则单位时间内入射到金属表面的

光电子数n就较大,因而产生的光电子数也就较多,故应选答案B。

    意见三  课本上没有“入射光强度”的定义,对由意见二得出的光强定义应

予否定;又因课本上用实验得出的光电效应规律之一“在单位时间内,从受光照

射的极板上射出的光电子数跟入射光强度成正比”并没有明确指出是对同一频率

的入射光适用还是对不同频率的入射光都适用,否定了意见二,所以该题的难度

已超出高中的内容,无法判断,故应选答案D。

    意见四  对意见二用类比的方法得出光强的定义表示赞同,同时认为还应该

考虑光的入射方向,若两束入射光照射的方向不同,所以尽管强度相同,但单位

时间内射向金属表面的光子总能量不同,那么从金属表面逸出的光电子数就不相

同。本题未给出两束入射光的方向关系,故应选答案D。

    笔者认为上述四种意见均有正确的一面,但又不同程度地存在着某种不足之

处。意见一只是死板地运用书上的定义而忽略了得出定义的前提条件;意见二

虽然判断出光强的概念但把经典物理与量子物理概念混淆在一起;意见三尽管注

意了得出定律的前提但没有正确分析;意见四比意见二考虑较为全面,但也存在

着同样的问题。

    分析  入射光强度指的是单位时间内通过与光的传播方向的垂直单位面积

的能量,与频率无关,而只决定于入射光光子的数目.“两束强度相同而频率不

同的入射光”是指单位时间内通过与光的传播方向的垂直单位面积的光子数(用

n表示)相同。如图1所示,设金属表面积为s,入射光与金属表面的夹角为θ,

金属表面积在入射光传播方向的垂直分量为s1,则s1=sinθ.单位时间内光入射到金

属表面的光子数N=n.s1=nSsinθ,如果n与S相同,但两入射光的传播方未知,即θ不

一定相同,那么N就不一定相等,所以在单位时间内从金属表面逸出的光电子数就

难以判断,故答案D是正确的。若该题多加一个条件,两入射光方向一致,答案则

是A。

    光电效应规律“在单位时间内,从受光照射的极板上射出的光电子数跟入射

光强度成正比”错了吗?没错。因为此规律是由实验总结出来的,在课本上不难

找出光电效应的装置简图,如图2所示,金属板K是装在一真空容器中的,入

射光只能从石英窗口C入射到金属板K上,即入射光的传播方向是给定的,所

以应用此规律时应有一个前提:入射光与金属板间的夹角是不变的。

二、科学的方法

  一位理工科的研究生发出了这样的感慨:
  用几条简单的偏微分方程式来解释自然界的物理现象,就叫科学,
  那为什么用天上星宿的排列组合来解释人生,就会叫迷信呢?……
  为什麽学科学的人,却往往掉入自己所擅长的逻辑的陷阱之中呢?
  这位同学提出了一个发人深省的问题–什么是科学?什么是迷信?什么是伪科学?  今天的科学(有了微分方程的包装)就一定是真正的科学吗?
  我们先来看看今天书本上写的、老师们讲的科学是怎么来的:

  千百年来,人类不断地对自然界的事物进行探求、思索,面对自然界千奇百怪的万物,及尽猜想。人们依据物质的外在特性来猜想其内部构成,人们对已观察到的,尚无法用实验证明的自然现象竭尽思考,进行尝试性的解释–于是一种假说就诞生了。
  比较有说服力的几种假说都有其拥护者,从而形成各种学说及学派。如果这种假说若被多次连续的实践证明,或假说所作出的预测被实验验证,那么这个假说即上升成为理论。她将生机无限,形成一座丰碑,送科学前进一程。
  当然也有的假说出自某权威人士,尽管一时间会得到大多数人的信奉,然而天长日久得不到实践的验证,它将变得繁杂而神秘,渐渐枯萎,失去生机,终究被新的理论所取代。
  然而在现行的教学中,经常把科学的结论干净利落的摆在学子的面前,使他们以为探索科学之路很顺利、很轻松、科学理论是一言堂。
其实,科学–尤其是历史渊远的学科,经常是在愚昧和谬误的压制下,在嘲讽和诋毁的包围中,极其艰难地挣扎着前进。任何一种新理论新学说诞生以后总是有因循守旧者怀疑它、旧学说的卫道士们反对它。卫道士的阵容是强大的,新生的科学是稚嫩的。科学的道路是一条充满艰辛的坎坷道路:

  哥白尼为了免遭地心说卫道士的迫害,把笃信无疑的真理埋藏心中,强忍骨哽在喉之苦,在内心煎熬中走完人生之路,直到临终前才将日心说发表于世。
哥白尼的忠实拥护者布鲁诺,因捍卫日心说 ,被宗教裁判所逮捕,1600年被烧死在罗马鲜花广场。
  拉瓦锡在1771年就发现了”好的气体”–氧。然而,燃素说的卫道士们拼命地反对这一学说,十几年拉瓦锡饱受冷嘲热讽,直到15年后,拉瓦锡的燃烧理论得到了当时著名学者拉普拉斯的鼎力支持,终于得到了承认。
  道尔顿的原子理论,一开始就受到激烈的反对,当时一些著名的学者攻击说原子理论是臆想,还有人诬蔑他是搞剽窃。
  门捷列夫的周期表发表后受到冷遇,而后也饱受冷嘲热讽,直到若干年后,他所预言的元素一一被发现,反对者的声浪才逐渐平息,门捷列夫才一次一次地名声鹊起。
还有更多的科学工作者,勤勤恳恳、默默无闻地为科学工作奉献了毕生的心血。

  在现行教材中经常把已经证实的理论和大多数学者认同的假说混为一谈,使学子良莠难辨,习惯于全盘接受,丧失了思辨开拓的机会。这种鱼目混杂形成了对科学的亵渎,对学子的蒙蔽。
  纵观历史,被大多数学者认同的假说不一定是事实,真理往往在少数人手里的事例屡见不鲜,”地心说”"燃素理论”当时不是拥有大多数拥护者吗?
还有的理论,观察的结果与计算的数据惊人的吻合,取得了巨大的成功。得到了广泛的推广运用。然而就在这推广运用中,忽略了该理论所适用的客观条件,不知不觉地走向了科学的反面。这种正确谬误混杂的理论有很大的迷惑性,成了科学前进航线上的暗礁。
  科学不尽然是深奥的理论和复杂的计算。科学的实质是探求事物运动的内在联系和规律,因此她更钟爱质朴自然的实在和通俗简单的基本的道理。当年,哥白尼就是摈弃了复杂深奥、选择了和谐简单。
  青年朋友们不要以为科学探索只是科学家的事,其实历史上许多极负成就的科学家都是在青少年时代就开始了他们的科学思考。
  科学总是要向前发展的,科学的发展就是作出新的探索,抛弃今天的错误、习惯和偏见。这也就是说,在今天的科学中不可避免地存在着谬误、存在着不科学或伪科学、存在着偏见和误导。科学的生命在于创新,要用新的知识来开拓新领域;用新的理论来埋葬今天的伪科学。青年朋友们要抛弃偏见、打开锁链、勇于探索、大胆发表意见。

  那么,怎样去参入探索,怎样在各自振振有词的雄辩中进行思辨,怎样对”金科玉律”的教科书进行反思,甚至对科学泰斗的理论搜寻疏漏,提出有理有据的置疑。所以,我们得具备辨析事物的基本思想方法,面对不同的说法,面对与与现行的理论多有径庭的观点,怎样明辨其是非;如何判别其真伪;我们思想方法的依据是什么?这正是我们教育中比较薄弱的地方,所以我们以上简要地谈到了科学的形成,接下去还要谈谈科学思想的形成,谈谈辨析事物相对正确的观点和方法。
  事物的基本特性是大自然赋予的,我们人类也是大自然的产物,我们看待事物必须符合自然的基本原则,什么是自然的基本原则?–自然界的事物是在不断的运动着的,事物是客观联系的、相互影响的,构成系统的。因此,我们看待事物也必须具备这样的几个基本观点–运动的观点、系统的观点、实践第一的观点。

1、运动的观点

  自然界的万事万物都在不停的运动之中,云移水流、飞禽走兽、开花结果、潮起潮落……。山岗、房舍看似不动,可它们坐落在地球上,随着地球日行八万里。同时组成这万物的原子及核外电子也时时刻刻在高速的运转着。
  物质的运动是绝对的,这是人们普遍承认的真理。 既然是运动则必然包含运动方向(路线)、运动速率及其变化,以及参与运动物质的数量、质量等基本要素。事物的特性都是其运动的表现,事物的各种特性都是与其运动息息相关的。科学技术的实质就是探讨和驾驭事物的运动。
  哥白尼的伟大贡献就在于他第一次向人类展示了地球运动的正确路线。
  近一百年来,人类发明了汽车、轮船、火车,其实质就是提高了物资和人员的运动速度。后来又发明了飞机,把运动线路从二维平面提升为三维空间,使速度提高了一个数量级。人类的科技活动林林总总,究其实质,很大程度是研究或改变事物的运动。
  生命的运动使得我们这个星球上生生不息、鸟语花香。物质的运动才构成了这光怪陆离、丰富多彩的物质世界。
  在物质结构的研究中,人们也曾注意到物质的运动,作出了核外电子是在一定能级轨道上高速运转,并能在一定条件下辐射电磁波等科学论述。
  遗憾的是具体到从物质的性能来研究其微观构成时,却囿于前人的观点,背离了运动的初衷,置核外电子的这个最积极最活跃的因素于不顾,人为的阻断了电子运动与物质特性之间的必然联系,对电子的运转线路和速率这样一些至关重要的方面很少提及,而一言蔽之“电子云”。
  电子云是一种文学语言,就象文学家形容”车流”"人海”一样。其实每辆车都有其目标、线路、速率;每个人都有其家庭、归宿。
一场足球赛,足球在场上来回穿梭、纵横飞舞,似乎是无章可循,细究起来,球的每一方向、每一速度都有其动因。
  设想把一场精彩的足球赛每分钟拍照一张,然后把这90张照片的人和球都描点在一个画面上,告诉你这就是足球,你一定会指着画面说:”嗨,足球有什么意思–人球云!”如此炮制的篮球云,排球云也将是大同小异,趣味索然。
  虽然目前我们还没有手段去探测电子的运动线路和速率,但我们必须清醒地认识到物质的运动决定其性质,探测电子的运动是科技前进所必须逾越的障碍,是我们必须为之奋斗的目标。
至少,我们的想象力要跟得上电子的运动,不能用定格描点的方法去替代电子生动有序的运动;决不能用”电子云”之类的词汇形成误导。
  (近代量子物理认为,研究核外电子的运动是没有意义的。由于涉及的内容比较宽,将在本文的最后讨论。)
  电子如云,似乎是核外电子的运转漫无目标,线路无章可循,速度或快或慢都毫无意义。从而把对物质各种特性的研究与其电子的运动割裂开来,导致了现行的一些物质理论(如:自由电子理论等)都回避了核外电子运动的线路和速率,背离了物质运动的基本事实,在所难免地陷入了形而上学的囹圄之中。
  尽管目前论述物质的各种学说似乎已成体系,但运动的观点作为研究问题、思考问题的基本出发点是不容忽视的。试想,若地球不是以现在的线路和速率运转,地球上还会有今天的生灵万物吗?抛开物质的运动去论证运动着的物质,无论其论证是多么复杂都是缺乏根据的,是靠不住的。

2、系统的观点

  事物是普遍联系的,系统性是事物的根本属性。事物的整体与部分、外在与内部、原因与结果之间都是相互关联、相互影响、相互制约的。
  前面已谈到,事物都是在不断的运动着的,运动就是事物相互关联、相互影响、相互制约的重要原因。正如地球上的一年四季、冷暖炎凉,都与地球运动的线路、速率息息相关。
在物质的原子中、在原子与原子之间,最活跃、最明显的就是核外电子的运转。这运转的结果,必然关联–乃至支配着物质所显示出的各种理、化特性。
  物质所显示出的各种特性,无一例外的是受该物质微观构成(原子核、核外电子)与运动的整体功能的支配。物质的各种理、化特性必然是这系统整体的各个侧面,它们是相互关联的,并与其微观的运动存在直接的联系。
  因此,各种物质的所有宏观性能,如:液态、固态,脆性、塑性、延展性,传热、导电性等,都应与其微观的构成与运动存在着全面的因果联系。即这所有的宏观性能都是其原子及核外电子运转的必然结果。宏观性能与微观运动必然相辅相成;所有说明物质各种性能的理论都应与其构成全面地相符不悖。
人们从机械、化学、物理等各个方面对物质进行研究,从而感知到物质的各种性能,每种物质通常是集各种性能于一体,这所有的性能应该是一个系统的整体。
  如,一颗铁钉它能导电;有一定的强度;遇高温时塑性增加;温度再高直至熔化(相变);遇磁场被磁化;能进行许多化学反应;能构成各种合金等等。很明显,这各种宏观性能都是该物质内在构成和运动的外在体现,这些外在体现必然与物质的微观构成和运动存在着客观的普遍的全面的联系。
然而现有的物质结构理论往往是研究到物质的某方面的性能就有一种与之对应的结构理论,于是上述铁钉的6 种性能就有6 种理论。这些从各自角度建立的理论虽能解释物质某一方面的特性,却往往有悖于另一理论,或是无法说明该物质的其它性能。这种片面的缺乏整体性和系统性的理论,是不可能反应真实的客观实在的。
  因此人们完全有理由企盼一种统一的,或者称为系统的物质结构原理。
  事物之间客观地存在着因果联系,而科研就像侦探一样,已知的是结果,探寻、推理的是原因。自然界提示我们的只是蛛丝马迹和司空见惯,例如:月圆月缺、火红、叶绿。如果忽略了这些细微的条件,侦探将一无所获;如果是司空见惯,侦探将无从着手。如果是离开了条件,杜撰出原因,则会出现假伪错劣,害人害己。
  一定的原因必然引起一定的结果,相同的结果可能存在相似的原因。多种物质常常都具有的某一相同的特性,这些具有相同特性的多种物质,同样也应具有相同或相似的原因,如:所有的物质都能在一定的条件下相变,那么,它们相变的机理应该是相同的;不少的物质能够导电,(导体、半导体、某些液体)那么,它们的导电原理就应该是相同的,都应与物质内部的构成和运动全面地相符不悖。那种在导体中是自由电子,半导体靠空穴,液体导电是靠离子的说法,丧失了逻辑的一致性,显然是与事物的系统性相违背的。
由于事物客观地具有系统性,所以一个正确的理论往往可以综合一个广泛的领域;综合说明事物的各个侧面、各种特性,成为解释许多定律的基础,并且可能开拓一个科学研究的新领域,还可作出科学的预见,如,拉瓦锡的氧化理论及门捷列夫的元素周期理论。
  而错误的假说总是从事物的某一方面出发,未能涉及事物的实质,只能对事物的某一现象作出孤立的解释,它不能对同一事物的其它现象、其它特性的解释提供帮助;更谈不上作出综合说明。仔细分析它的各种解释,往往隐含着自相或互相矛盾。这样的假说连自圆其说都十分勉强,根本不可能开拓新的领域。 大家都知道,当今的物理学分为力、热、声、光、电、核等几个部分,除了在功和能的当量上有一些实验数据的联系,这些个学科是相互独立的,是缺乏系统性的。不少的有识之士感觉到这些个物理分支之间应该存在着内在的、必然的联系,以毕生的努力,以期建立一门系统的物理学。本人在这方面也有同感,认为物理学的各个分支是一个系统的各个侧面。本文以物质的电子的运动为纽带,对物理学的力、热、光、电的联系作了部分的尝试。

3、实践

  实践是理论的本源,是检验理论的标准。
  从古至今,人们对自然的猜想是漫无边际的,各种流派各种假说多如繁星。能够经受考验、树立丰碑的恐怕只是九牛一毛,这个考验就是实践。
  随着人们不断地开拓、发现、发展,科学逐渐进步。其重要标志是,人们制作了各种仪器、设备对物质进行了各种实验观测,使得以上的众多的学说有些被扬弃了(因为与事实不符)有些则得以存在和发展(如原子、分子学说)。
  正确的理论来源于实践,并能接受实验的验证。所以今天的自然学科的教学总是安排较多的实验,教科书也用较多的图文表述实验。
  人脑对事物的思索是没有阻碍的,可以上天入地,可以钻入原子内部;又可以立即登临100亿光年外的河外星云。而实验能力受到技术水平的限制,总是有限的。
  所以设计一个实验往往比提出一个理论更困难,这就要求实验科学家有广博的知识、聪慧的头脑、很强的动手能力。科教书中常常把著名的实验和设计实验的学者载入史册,就是对设计者的崇敬和褒奖。
现代有不少的理论在实验的启示下才得以提出和建立。
  正确的理论能经受实践的考验,综合提高后还能作出一些预测,指导实践活动。如,元素周期理论,它在综合排列已有的元素性能之后,能预测某些尚未发现的元素,并能较准确地预言其原子量和某些主要的理化性质,在几年、十几年之后就得到有力的验证。
  又如,火箭及空气动力学理论,能指导设计让火箭上天,把卫星送入准确的轨道,这样既能指导实践又经实践证实的理论亦属正确的理论。
  在科技高度发展的今天,那种长期(几十年)得不到实践验证的理论,其正确性往往是值得怀疑的。
前不久,在电视节目《科技之光》中,一位研制新材料的专家谈到,现代新材料的研制,80%都是试出来的!这也就是说现代的材料理论基本上不能指导实践,即研制人员只能够凭经验,经多次试验加上撞大运,才能逐渐地研制出接近目标的新材料。

  只有被实践证明,并能指导实践的理论才是正确的理论。那种虽然复杂却又不能指导实践的理论,往往就是伪科学!
  现有的物质结构理论裹着高深的外衣,貌似高雅。却回避了许多常见的现象,如:物体为什么有的呈脆性、有的呈塑性;为什么温度升高金属的导电率下降、而半导体正好相反;为什么催化剂能加快化学反应速度;液体表面张力是怎么产生的;液体相变成气体体积为什么会膨胀?等等。
  现在,已有的解释往往是不尽人意的,于是这些司空见贯的自然现象就成了自然之谜。究竟是坦诚的自然在捉弄人们,还是现有理论背离了客观实在,我想结论是后者。
  此外,面对具有综合性能的新材料,如记忆合金是怎样进行记忆?超导材料如何形成超导?现有理论更是显得无能为力。遗憾的是,有的学者不是着力对事物的本质进行系统的探讨,而是用长达几十页的复杂数学计算进行所谓的推导论证。这种推导不是常人所能看懂的,科学于是变得神秘高深。
  事实上广大科学工作者也感到现有理论的缺憾和不足,他们在微粒物理、表面物理、非晶态物理等领域对物质结构开展了更深入的研究,他们的实验结果用现有理论也是解释不通的。上述种种事实促使人们进一步研讨微观物质世界,以期建立新的广泛符合客观实在的物质结构理论。
  我在以下的讨论中非常清醒地注意到事件的本源性,我用大量的篇幅叙述我的论点与实践之间的关系。正因为我的论述是在综合分析了大量的物质现象、广泛地考察了各学科的有关实验后,进行系统综合分析所得的结论,故几乎所有的自然现象(包括上述的’自然之迷’、新材料、新研究)都可以用我们的论点作出合乎逻辑的解释,人们所做的有关实验都可以拿来作为我们的实验。
  青年朋友们从以上诸多问题中不难看出,这将是一个亟待开发、大有可为的新领域。欢迎朋友们和我一起进入原子之间,追踪电子运动的踪迹进行探寻。
  本文有许多地方与我们所学的教科书不尽相同,我也不企望读者全盘地接受本文的观点,你们可以进行思辨、展开讨论,发表见解,从承受灌输的泥潭中跋涉出来,培养起比知识更为重要的科学精神。

 三、物质的电子运动的速率

  首先,要感谢科技的先哲们用毕生的精力为我们创造了今天的科学世界。使我们了解到世上万物都是由原子组成,而原子是由原子核和绕核高速运转的电子构成。原子核的质子数是与核外的电子数一一对应,核外电子数的不同形成了不同元素,核外电子按层规律排布,依最外层电子的数目构成了不同的族,同时也构成了元素不同的理化特性。
  1897年英国物理学家汤姆逊测出了电子质荷(质量与电荷)比 , 1909年密立根测出了电子的电荷,从而也确定了电子质量。于是我们在中学就了解到:原子核外运转的电子是有一定质量的粒子,它带有一定的负电荷,而且电子的运动伴生着磁场。从中,我们不难看出,在千差万别的物质特性中,核外电子的运动是物质中最明显、最活跃、最积极的因素。
  本文是研究物质的,为什么首推的科学家是天文学家哥白尼?–是因为哥白尼是首位以科学的方法研究物体(天体)运动的科学家,当s年哥白尼测算出了地球的运动线路,开创了人类科学的新纪元。正是因为地球以此路线、速率运转,地球上才有了这白天黑夜、四季冷暖;才有了这鸡鸣鸟唱、春芽秋实。地球上的动植物的生息繁衍、气候的冷暖炎凉无不与地球的运动息息相关,这些就给我们提示了一个认识事物的基本思想方法:研究事物必须一丝不苟地面对事物的运动–物体的运动决定了物体的特性。
  哥白尼的天体运行理论、门捷列夫的元素周期表以及无数科学成就表明:自然的法则是极有规律的。正因为客观存在着这有规律的法则,遵循自然的法则探寻自然的规律才有可能获得成功。相反,回避自然的法则、回避运动的规律、回避事物特性与运动之间的联系就会把科学引进死胡同。
今天,我们所要做的是探究物质,所面对的最明显、最活跃的是核外电子的运动。所以,要研究物质,则必须探寻物质核外电子运动状况,从而在物质的核外电子的运动与物质的构成及各种特性之间,建立其有机、必然、客观的联系。
  事物的运动决定着事物的特性;电子的运动决定着物质的特性,物质的电子运动是物质具有各种特性的根本原因。不顾核外电子的运动,而去研究物质,如同缘木求鱼。
正如前文运动的观点中所说,既然是运动,则必然包含运动的线路和速率。如何求得核外电子的速率,怎样探寻电子的运动线路,是当代科学必须解决的难题。那种认为电子的运动是不可捉摸的;探寻电子的运动是没有意义的说教,是误人误己。我们不要忽略司空见惯的任何自然现象,依据自然的每一细微的提示,探索着前进。本文冠名《物质寻踪》,其本意就是:追寻电子运动的踪迹,来探寻物质的结构原理。
  我们先来看电子绕核运转的速率。大自然告诉我们,电子运动的速率是变化的,而且是随温度变化的。她从古到今都在耐心地提示着我们,她是在火光中告诉我们的。

  火红的说明 几十万年前,人类发明了用火,橙红色的火焰伴随着人类进入了今天的文明世界,”火为什么是红色的?”这是几万年来一个恒古的话题。直到本世纪初,人们才用电子的跃迁放出”光子”,作出了初步的解释。但是这种解释太粗糙,只能解释火光的形成,未能说明火光为什么出现各种颜色;未能说明火光的变化;更没能说明变化的各个阶段和细节。没能把外部的变化与内在的运动进行有机的联系。
  今天,还有不少的小孩(学生)在问这个问题,火柴的火焰为什么是橙红色,而酒精灯的火焰却是蓝色?大人往往几句话就把这个问题打发了,殊不知这是大自然给我们的提示、是今天的科技前沿。
  我们先来看看火吧。一根燃烧着的树枝(或火柴)发出耀眼的火光,火旺时,温度高,光色黄亮,随着火焰的逐渐熄灭,温度逐渐降低,火光逐渐由亮黄变橙、变红、变暗红,最后火光熄灭,尚有余热,这说明余烬还在辐射红外光波。
  当今我们也可以用电阻丝或白炽灯泡来观察这一过程:随着电流的增大,电阻丝的温度逐渐升高,所发光的频率也由红外-红-橙-黄-白逐渐升高。
  如今人们已经知道,燃烧物质或灯泡发出的光 ,实际上都是电磁波,而且是各种电磁波频率
中的一小段,电磁波在低频时叫微波、红外波,这种波能使人感到热,但见不到光,随着电磁
波频率的逐步增加,就有了我们肉眼所能见到的光——赤、橙、黄、绿 ……,而且温度越高
光的频率也就越高。
  燃烧的火柴、点亮的灯泡、灼热的岩浆,不管它是金属非金属、是固态还是气态、是有机还
是无机物,自然界的热发光都是由灼热的物质发出的,(日光灯等我们另外讨论)灼热的物质
为什么会发光?——光是电磁波,只有电子的运动才能发出电磁波。这说明这灼热的物质中必
定有电子在运动,而且它的运转频率是与所发出的光波频率是一致的,正是这些运转着的电子
向外发出电磁波的辐射,才有了我们所看到的光。这就是自然界给我们的启示。
将以上温度、颜色、频率、速率等物理现象联系起来,作一归纳,我们就可以得到下表:

火焰颜色: ……微波红外波 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 紫外波……
光波频率: ←—低———————————高—→
火焰温度: ←—低———————————高—→
核外电子速率: ←—低———————————高—→

  从这一过程中我们不难看出,火焰由旺到熄,温度由高到低,其火光颜色由橙变暗,其
光波的频率也由高到低。这种联系这么明显、这么紧密、这么相关,这说明这灼热的物质中的
电子的运转速率一定是紧随温度而变化,温度由高到低——电子速率由快到慢。于是,才有我
们眼里的这由橙到红,由红变暗。这不是杜撰、不是巧合,这也是自然的火焰给我们的启示。
有经验的炼钢工人,观察钢水的颜色就能估计炉内的温度。
  火焰除了红色以外还有蓝色、绿色,(如酒精灯,煤气炉的火焰)这说明其燃烧的温度更高
,其中的电子运转更快,速率与高频率的光波相当。
  就是同一火焰,如,蜡烛或火柴的火焰,其外部、内部、中部及下部的颜色也都不尽相同,
这也与其各部分的温度息息相关。
  正是因为电子的运转速率随温度变化,才导致了物质的相态的变化。一般物质都能随温度的变化而形成固态、液态、气态,这些都是电子运转变化的结果。
  教科书上说:温度是物质的冷热程度,这是一个广义直观的定义。如果把常态下的物质现象与物质的运动结合起来,进一步进行定义,那么:温度就是物质核外电子运转的相对速度。
  处在较高温度的物质向外辐射着电磁波,一定频率的电磁波也可以使被照射物质的电子运转速率增加,温度升高。这就是所谓的热辐射,实际上是电磁波的辐射。所以人们就在篝火边、在阳光下取暖。

  阳光问题 “温暖的阳光照耀着大地。”这是许多文学作品常用的一句话。然而,这句话是错的!至少是不确切的。因为阳光不是温暖的。
  ”阳光怎么不温暖?我们在阳光下,冬天暖、夏天热。”是的,这是事实,这是因为在这里除了阳光,还有你,还有周围的物质。
  阳光是由太阳辐射出的许多不同频率的电磁波,纯粹的电磁波是没有温度的。不信?几千米的高山上的皑皑白雪就是证明。如果你在夏天的中午登上峨嵋山,此时你离太阳更近,应该感到更热,然而事实是,山顶的温度比山下还低十几度,所以山上出租棉大衣的生意十分兴隆。这是因为高山上空气稀薄、物质较少,由于只有较少的物质接受电磁波,因而温度也较低。
有物质才有温度,故而,高处不胜寒,在太空中没有物质也就没有温度(接近绝对零度),在高空航行的飞机,也有一个防冻的问题。
  设想在地球以外,在地球公转的轨道上(等于地面到太阳的距离)放置一个温度计,那么这个温度计上显示的温度恐怕只有零下二百度。
  阳光(电磁波)只有照射在物质上,使原子核外的电子加速运转,物质的温度才得以升高。而且不同的电磁波的频率对不同的物质作用不尽相同。红外波的升温效果最明显,紫外波则不显什么热量。这还说明,一般物质的电子运转频率与红外波的频率相近。
  微波炉对食物的加热效果很好,而且穿透性很强。这说明食物–碳氢化合物的核外电子运转的频率与微波的频率相近。用微波炉你还可以做一个实验:把一个装半杯水的杯子和一个空杯子同时放进微波炉,微波二分钟。开门察看,哪个杯子的温度高?
  为什么有水的杯子温度会高些?这说明:1、微波没有温度,有物质才有温度。2、微波的波长对水的(氢、氧)核外电子作用更大,

  燃烧问题 在中学化学课上,我们了解到燃烧,燃烧是物质氧化反应的一种形式。碳燃烧可以形成一氧化碳CO,一氧化碳燃烧可以形成二氧化碳CO2。二氧化碳也是由碳和氧组成,碳和氧都可以燃烧,为什么二氧化碳就不能燃烧,而且还可以作灭火剂?
  现代文献上说,燃烧放出了热量,是焓的减少。那么什么是焓呢?焓是从哪里来的?焓给人的感觉很像是燃素,只不过是没有了重量,其含意有点象能量,但又不全是。为什么碳有焓,氧有焓,二氧化碳就没有了焓?焓听上去很高深,实际上什么也没说,焓也是一个唬人的包装。
  其实,从电子运动的观点来看,燃烧是因为氧气的核外电子的速率很高,它与燃料的原子结合时(氧化反应),必须降低速率,在降低速率时释放出电磁波,于是就表现出发光、发热。
  碳和氧结合,在氧不充分的条件下,形成一氧化碳。这时它们的核最外层电子之和有10个(6加4),核外电子的速率还处在较高的状态。如果氧气充分则形成二氧化碳。其核最外层电子之和有16个(二个8),三个原子结合成最稳定的状态,大部分的能量以电磁波的形式向外辐射了,电子速率维持在一个最低最稳的状态,再不能大幅降低。这就是定组成的制约,所以也就不会出现三氧化碳。
  这燃烧时发出的光、热能量,实际上是核外电子降低速率的部分动能。我们平时所说的煤炭、石油、酒精等的化学能,实质上都是核外电子的动能。从这种意义上讲,今天我们的汽车、轮船、飞机竟是由微小的核外电子推动的;火箭、卫星也都是由微小的核外电子送上天。
  亿万年来,太阳用辐射的电磁波加速了核外电子,今天我们用核外电子的部分动能推动了汽车、火箭。自然的法则就是这么和谐简单。
  综上述,热能、化学能都是蕴藏在原子中核外电子运动的动能。这样,使得热能、化学能都归纳到动能的领域,使得能量的概念更加系统和谐。
  用电子运动速率的思路进行开发,人类有可能研制出清洁高效的新能源。

  呼吸 再看看我们人类和动物,时时刻刻都在呼吸,吸入氧气,呼出二氧化碳。从体积上看,吸入的和呼出的气体体积相等。从原子数量上看,吸入两个氧,呼出两个氧,还搭上一个碳,其意义何在?大自然给我们人类和动物有限的体内安置了这么大的肺和完善的呼吸系统,难道就是要做这赔本的事?我们确信大自然的作为是精确、精细的,是效率极高的。
  是的,从原子个数上看是亏了。然而从能量上分析,我们吸入的氧气,其核外电子的速率比呼出的二氧化碳的速率要高得多。人们在呼吸中所获取的就是这核外电子的速率–能量。氧把较高的核外电子速率传递给了人体内的原子,使这些原子获取了能量,从而使细胞充满活力。人和动物时时刻刻都在呼吸,从呼吸中所获取的能量比食物中所得到的要多得多。
  当然我们必须吃进食物,其中一个重要内容是从食物中获取碳,以供我们呼吸。医学专家应当研究一下碳在我们体内的循环,碳循环涉及到人体的几个系统。
  秋天,一头大熊吃得胖胖的,身体充满着脂肪,体重达300公斤。冬天来了,大熊躲进了树洞,不吃不喝,保持着微弱的呼吸,进入了冬眠。一个冬天下来,胖熊变成了瘦熊,体重减少了三分之一,在此期间它没有排泄、没有出汗,100公斤的重量到哪里去了呢?–被微弱的呼吸呼出去了!脂肪的主要成份是碳氢化合物,脂肪里的碳都被呼出去了。

  核外电子的速率 综上所述,我们已经知道了核外电子的速率是随温度变化的,怎样求得核外电子的速率?将是今后科学所必须面对的问题。然而在现代学界有一种理论说电子既使粒子又是波,(即波粒二相性理论,本文将在第十章专题讨论。)说电子的运动是无规律的,电子在核外运转形成电子云。电子的运转是测不准的,探讨电子的运动是无意义的。尽管这一理论的创建者极具权威,但是大自然的提示是绝对不应也不能忽视。
  设想一群外星人在遥远的天体观测到我们太阳系,他们看到,太阳只是一个中等亮度的星星,行星系在高倍望远镜下也只是一群若隐若现的暗物质。正当大家感到茫然时,一个权威说到:那些围绕恒星运转的只是行星云,行星的运转是测不准的,研究行星的运动是没有意义的,只能用几率来统计,于是他们的研究就到此为止。这样,他们将与多少科学知识失之交臂、他们将陷于多么深重的无奈和愚昧之中。今天,我们对核外电子的认识正与他们相似。
  是的,今天我们测量核外电子的运转是极其困难的,要想测量准确更是困难重重,然而我们人类就是在不断的克服困难中发展起来的。想当年我们人类还不是结绳记事,跨步丈量,壶漏计时,一步一步走到今天。我们完全有理由充满信心去探测电子运动的线路和速率,做一个新时代的哥白尼。
大自然已经给我们提供了讯息,我们不妨顺其指引。
1、 把某纯物质移至温度较低的环境之中,监测物质温度和环境温度,检测物质所辐射的电磁波的  频率。从而建立此物质的温度–频率对应表。
2、 用一定频率的光照射某纯物质,记录其温升情况。
3、 用微波……。
4、 铯原子钟有着极其准确的辐射,这种辐射从何而来?
  相信你能设计出更多、更好的检测核外电子速率的方案。

  自由电子置疑 以上文中多次谈道核外电子运转的速率及变化,而且这变化是紧随温度而改变的。有人会问:金属内的电子是自由电子,其运动是自由的,难道也是要随温度变化?如果是紧随变化,那么其运转半径、速率岂不都成了固定的,又谈何自由?
  从中学到大学,理化书中都写到:”金属内部充满自由电子,金属是靠其内部的自由电子导电。”事实真是如此吗?为什么银、铜内的电子有更多的自由?而其它金属内的电子的自由度要差些?为什么非金属内的电子一点自由也没有?
  如果金属中充满自由电子,而且有充分的自由,那么,自由电子在原子之间就像石子间的沙子可以自由运动。如果电子比原子重。那么埃菲尔铁塔下面的电子就会多些;如果电子比原子轻,则铁塔下面的电子就会较少。
  如果金属中的电子自由,那么在高速旋转的发动机飞轮里、在高速运转的火车轮子中,自由电子就会被甩出,至少也会被甩到轮子的边沿。然而这样的现象从来未发生。看来自由电子理论是值得怀疑的。
  其实那种认为导体是靠自身的自由电子导电之说,是历史留下的误会:自由电子论是本世纪初特鲁德(Drude)等人面对金属良好的传热、导电性能,而提出的解释性的假说,虽几经修改,但如前文所述,此说在解释物质各种性能中有很大的局限性,但又无人提出相左的意见,所以沿用至今。
笔者对自由电子理论是持否定态度的。除了上述置疑,我还做了一个实验,这个实验很简单,每个读者都可以做,这个实验实际上是一个手电筒,只是多了两个温度计,其装置如图(3-1)。

    (A)             (B)
            图3–1

  漆包线在两个温度计的感温头上缠绕了18圈。当电流导通后,电珠发光,电珠电阻丝上的温度至少有600–800 C°。如果金属是靠自由电子导电,那么从电阻丝高温中流出的应该是”较热的自由电子”,图(A)中右边的温度计的读数就应该较高。把电池反向后图(B),左边的温度度计的读数就应该较高。
  然而事实是,不管是接通还是断开,不管是正接还是反接,两个温度计的读数基本没有差别。看来金属是靠自由电子传热的假说是不能成立的。金属是靠自由电子传热的理论是一个流传了近百年的错误。
  有条件的实验室还可以用更大功率的灯泡、更高电压的直流电源来作同样的实验,还可以用更精密的仪器测量,结论我想是相同的。
  因为温度是原子行为,是原子的核外电子运转速率的表现。电子只具备电性能和磁性能,实验表明,电子自身不具备温度性能,即电子自身不能携带温度。因而那种靠电子传热、靠”自由电子”传热的说法是错误的。
  那为什么金属的传热性能较好,而非金属的传热性能很差,不是靠自由电子,金属是靠什么导热的呢?这一问题将在介绍了物体结构之后、在第五章讨论。
另一猜想–金属是靠自由电子导电的假说也是不真的。那么金属是靠什么导电的呢?在了解了金属的结构之后,将在《导电原理》一节中论述。

四、核外电子运转的线路

  运动是自然物质的普遍规律,自然界的宇宙天体、板块漂移、动物迁徙、交通运输的流向、体内的物质代谢,这些运动不仅有速度,而且有其特定的线路。物体自然特性与其运动线路相存相依。
  在上一章谈道物质原子中的核外电子是以一定的速率运动着的,而且速率是随温度而变化。在本章则要讨论核外电子的运转线路。
  运动有两要素–速度及方向,对于旋转运动则有–速率及线路。
  在中学课本中我们已经了解到物质的核外电子是在绕着原子核作旋转运动。在此我们要放开思路,考虑电子可能的旋转运动线路有:1、绕什么旋转–绕一个核心旋转、绕二个核心旋转、还是绕多个核心旋转?旋转半径几何? 2、是平面的圆(椭圆)运转或空间的球面(橄榄球面)运转?
核外电子的运动线路是怎样、速率如何?是原子之间相互联系的直接原因;是关系到物质的各项性能的关键因素。
  现在,一般认为原子所有的电子在任何温度条件下,都是围绕着一个核心呈空间球面运转,这样的认识是有很大的局限性的。

  认识的由来和疏误
人们对原子结构及电子运动的认识,是与原子的光谱实验分不开的。当以火焰、电弧等灼热各种物质的气体或蒸汽时,它能发出不同波长的光,经过折射,得到物质的光谱。
随着光谱分析的精细化,人们对原子结构的认识有了长足的进展。了解到原子中电子是按能级、按稳定结构、呈球状,绕原子核均匀排布。其运转频率形成了光谱,光谱实验的结果与数学计算的数值惊人的吻合,取得了巨大的成功,光谱分析的结论得到广泛的推广应用。
  然而就在这推广中产生了疏误–温度条件。光谱实验时,是把物质加热到灼热气态,此时其密度比液、固态相差上千倍,其它物理性质更明显地存在着不可比拟的差别。从微观看,呈灼热气态物质时,核外电子运转的速率比常态下要高得多,其运转的线路也有很大的差别。
  把光谱分析时,灼热的气态物质的原子的结构和核外电子运动的规律,一成不变地照般到比之低几千摄氏度的液体和固体之中。认为常温下的气体、液体、固体的核外电子也是如同灼热的气体一样,呈球状绕着一个原子核、速率不变地旋转。把核外电子运转的线路速率看成是恒定不变的,忽略了核外电子的运转随外界条件变化的重要事实。如此不顾客观条件的生般硬套,如同刻舟求剑。温度变了、核外电子的运转也随之改变,时过境迁,必须面对变化了的客观实在。
  温度不同,物质的宏观状态不同(气态、液态、固态);宏观性能不同;其微观的运动(运转线路、速率)也必然不同。忽略物质构成和运动的客观条件,不正视这种疏误,必然陷入形而上学的桎梏之中。
  事实上,物质所表现出的所有特性,如:气态、液态、固态;脆性、塑性、传热、导电、超导等都是在一定温度条件下所具有的,原子核外的电子运动的线路、速率,都与温度条件紧密相关。

  自然的启示 在常温下,在我们周围的大气里,氢、氧、氮气等同种元素的原子,它们总是两两紧密结合成分子存在着,它们为什么不是单个原子出现?在化学作业中,方程式中的的氢气、氧气在也要配平,写成 O2 、 H2 ;写成 O1 、 H3 就错了,为什么?
  这是事实,这是大自然在告诉我们,同种元素的原子总是两两紧密结合,成双成对的存在着。物质在温度较高的气态尚且如此,那么在温度较低的液态和固态,物质的内聚力更大,原子间结合得更紧密,原子间的成双成对的结合不会分手,必定是保持在液体或固体之中。
  原子间这样的的成双成对的结合,继而构成物质,如同我们人类两两结合成家庭,继而构成社会。我们把原子间两两结合构成的原子家庭叫作结构元。原子就是先结合成结构元然后才构成物质。这就是大自然的启示。
  我们再来看看大自然的座次表–元素周期表,原子核最外层电子数–价电子,总是从1到8一个周期,而外电子数已是8 个的则是惰性气体,其化学性质很稳定,总是单个存在,满足现状,不易与其它元素起反应。这就是元素周期表告诉我们的–核外电子数达到8个就达到稳定状态。
在化学实验中,较易发生的化学反应一般都是使生成物的共有外电子数之和达到或趋近8 个(稳定状态)。
  当物质呈气态时,不同元素的物质(如: CO2 、H2O)则是按定组成规律,几个不同原子相结合,形成几个相扣的结构元,组成分子,使分子的共有的价电子数之和达到或趋近稳定状态(8个或8的整数倍)。当温度下降气体凝华成液态或固态,物质的内聚力更大、更稳定,分子的这种结合不会分手,
这,就给我们一个启示:当物质呈化合状态时,不同元素的原子相互结合,以使共有的外电子数达到稳定状态(即8 或8 的整数倍)形成多个结构元的结合;当物质呈单质状态时,相同原子则两两结合以达到自身的稳定状态,然后再依照温度条件形成多个或单个结构元的结合。物质呈气态时如此,物质呈液态或固态时同样如此。那么,各种物质是怎样来满足核心对电子的需求,怎样达到或趋近稳定状态,怎样实现这样的结合的呢?

  电子的价和运转 上述启示告诉我们,除惰性气体以外,每个原子都不能单独存在(即:除惰性气体以外,自然界没有游离状态的原子)。物质的所有原子都相互吸引相邻原子的外层电子–价电子,形成外电子共享,共享的价电子在两个原子核的作用下,形成椭圆形的轨道围绕着两原子核及内层电子高速运转。
  我们把原子核及内层电子叫作核心,把原子的最外层电子(价电子)运动线路是围绕两个核心,同时受两个核心控制(共享)、促使两核心结合在一起的运转叫做价和运转,参入价和运转的电子叫做价和电子。
  根据泡利不相容原理,每个电子轨道上只能有一对电子运转。原子间的价和电子的运转也遵循泡利原理,每个价和电子轨道上只有一对电子运转。我们把一对价和电子围绕两个原子运转所结合成的整体叫做结构元
  结构元是构成物质的又一级基本单位,除惰性气体以外所有物质的原子都是两两结合成结构元,再由结构元构成大千世界的各种物质。
  其实人们用X射线衍射法早已观察到了电子的价和运动。在〖美〗C基泰尔所著《固体物理导论》第70页上写到:”在硅中,两个最邻近的原子中点处的电子浓度与计算出来的两个自由原子的电子密度交叠处应有的电子浓度相比较,有显著的增高。”这里,两原子中点处高浓度电子实际上就是价和电子。

          固体      结构元       液体
      
                  图 4-1
  如(图4–1),中部:一对价和电子围绕两核心运转,形成结构元;左图:在固体物质中,价和电子在平面轨道上稳定运转,结构元间位置相对整齐固定,形成了稳定有序的固体架构;右图:在液态物质中,价和电子的运转轨道不在固定平面,物质的内聚力方向紊乱,不能形成连续架构,结构元之间如链如环挤在一起,不停运动。
  从元素周期表中,我们可以看到原子的内层电子都是呈2、8等排列成稳定壳层,所以内层电子一般不会参入价和运转。
  物质的运动决定着物质的性质,核外电子的运动状态(线路、速率)决定了物质的结构及由此产生的各种特性。以下我们将会看到价和电子的数量、线路、速率的变化能改变物质的内聚力,使物质呈现不同的相态,息息关联着物质的各种性质。
价和电子的运转,形成了结构元,并决定了结构元相互连接方式,形成了液、固体物质的内聚力,从而构成了各种物质;同时也决定了物质的不同相态及其各种理化性质。
物质的内聚力–价和力和电磁力
  价和力 电子的价和运转,是在两个原子的共同作用下形成的,两个核心相互吸引对方的外电子,这样,就把原子对电子的吸引力–库仑力的一部分变成了两原子之间的结合力,在这种结合力的作用下,结构元内的两核心结合十分紧密,我们把结构元内两原子之间这样形成的结合力叫做价和力。
价和力与价和电子运转速度的平方成正比,与运转半径成反比,即价和电子的速率越高、两核心的半径之和越小,价和力就越大,原子之间结合得越紧密,这样我们就可以求得价和力的大小。
碳原子的核心半径很小,价和电子的速率很高,所以其价和力较大,加之有四个结构元形成金刚石结构,外力极难损坏。宏观的表现就是:金刚石的硬度很高。
  动能是与速度的平方成正比的,价和电子的动能也就构成了结构元内两原子之间的结合能。
  在较低温度条件下,价和电子在平面轨道运转。原子有几个价电子就能与相邻的几个原子结合成几个结构元。在价电子大于3的固态的单质或化合物中,原子的4 个价电子(这里用4价原子示例,5、6、7 价的元素与此同理)与周围的4 个原子形成价和运转,组合成4个辐射状的结构元,这些结构元遵循最短线路的原则,向周围三维空间均匀、致密、有序的排布,从而把把原子结合成连续有序的晶体架构,构成了晶体物质。(图4-2)价和力是这类物质的主要内聚力。而不是所谓的共价键、极性键。
           价和结构         电磁力结构
       
                   图4–2
  在价和电子组成结构元,形成价和力的同时还伴生着另一种力:

  电磁力 当价和电子高速运转时,在旋转平面中心的垂直方向产生着较强的磁力,这些磁力南北极相互吸引,把结构元相互吸引在相对固定的位置,于是就形成了物质内另一种内聚力–电磁力。

  左图为非金属物体(碳、硅)的结构示意:处出在三棱锥每个定点上的原子也象其中心的原子一样,有4 条价和轨道的环绕,如此连续有序地向周围扩展,形成了稳定的固体结构。
右图为金属物体(铜、银、铝)的结构示意:棱形表示价和电子运转轨道所在的平面,上下两平面相互平行,价和电子运转所形成的电磁力南北极相互吸引,同时还有处在与此平面垂直位置的价和电子的运转,形成三维方向的电磁力,构成了金属结构。
  金属物质中,原子之间主要是靠电磁力维系其结构。例如铜,铜元素只有一个价电子,每个铜原子只能与相邻的一个原子结合成一个结构元。当价和电子高速旋转时,在旋转平面的垂直方向伴生着较强的电磁力,电磁力位于价电子的旋转中心南北指向。相邻结构元的电磁力南北极相互吸引,使价和电子的轨道相互调整到彼此平行的位置且稳定运转,这样就构成了金属结构。
  由于金属结构元间是靠电磁力维系其结构,这种结构,如同无数个微型磁铁相互吸引,结合在一起。受到较大外力时,结构元能在物质内滑移换位,重新结合,因而金属具有延展性和塑性。
  当平整光洁的两金属物体表面紧密接触时,在接触面产生一种引力,这个引力就是电磁力。
价和电子运转所产生的价和力、电磁力形成了物质的内聚力,构成了各种物质的形体结构、构成了物体的强度、导致了物质的各种特性、构成了丰富多彩的物质世界。
  价和力、电磁力实质上是价和电子向心运动所致,也就是说原子之间是通过价和电子的向心运转而维持其相对位置的。联想到宇宙天体、世上万物无不是在向心力的作用上而保持其相对位置,这种不谋而合使得自然的法则更加和谐、系统。

五、固体

  山岗岩石、土地房舍、楼宇建筑。除了海洋、江湖,我们周围大多数物质都是以固态呈现在我们眼前。
  固体物质一般都能自立于自然界,有固定的形态,有一定的强度(抵御外力破坏的能力)。它不会象液体那样充满容器,又不会象气体那样被压缩。在常温下,物质分别以气、液、固态存在,在很低的温度条件下,所有的物质都呈固态,水结成冰、二氧化碳凝结成干冰、空气中的氮和氧等也都凝结成液态,继而凝结成固态,固态是物质的最低的能量状态。
  正如前文所述,物质的结构是由价和电子的运转所形成。在固体物质中,价和电子的运转的速率虽不是很高,但运转线路却相当稳定,价和力、电磁力的方向十分稳定,从而使各结构元的位置相对固定,形成了具有刚性的固体结构。
  包罗万象的物质,依照其原子的成分,可分为单质、化合物、及多种物质混合而成的混合物。固体是物质存在的一种形式,固体的种类也是按此划分。单质依照其核外价电子的个数又分为金属和非金属,一般把价电子数是1~3的元素划为金属;把价电子数是4~7的元素划为非金属。大多数固体物质的原子都是按一定的规律整齐有序的重复排列–形成晶体,所有金属都是晶体结构。

  金属 纯的金属一般都易于传热、导电,有金属光泽,有一定的强度,有延展性,遇高温时塑性增加,达到一定的高温能熔化成液态,能构成各种合金。
  金、银、铜原子只有一个价电子,是典型的金属。我们先就这单个价电子的物体进行讨论,例如铜。铜原子最外层只有一个价电子,两个原子之间只能构成一个结构元,在一根铜丝里头上亿个结构元在空间位置,上下、左右、前后对应排列,相互平行,构成晶体,价和电子运转所产生的电磁力是铜丝的主要凝聚力,结构元间的电磁力使其晶格整齐有序的排列,形成连续扩展的面心立方。
  正是因为金属是这样的构成,因而伴生着上述各种性能。价和电子运转所产生的电磁力构成了其固体的强度,受到较大外力时结构元可之间以伸缩间距乃至换位,所以铜丝可以被折弯或被轧扁–表现出金属的延展性。正是铜丝表面价和电子运转所产生的电磁波对自然光波有反射作用,所以光洁的金属表面有漂亮的金属光泽。
  金属的温度效应–变软、熔化将在相变章节讲述。金属的导电性能将在导电原理一章讲述。金属的传热性能将在以下与非金属对比讲解。
有二个价电子的代表金属是铁,钢铁是人类最大量使用的金属,将专立一章进行讲述。有三个价电子的代表金属是铝。
  铝原子的外层有3 个价电子,三个价电子在球体的原子表面是不可能均布稳定的,于是有两个价电子排在次外层,一个价电子在最外层。这个最外层的的电子参与价和运转,所以铝具有与铜、银一样的晶体结构,和类似的物理性质(铝与铜、银一样有很好的传热导电性能)。同时,由于铝的三个价电子不均布、不稳定,它能和许多不同化合价的物质起反应;也能与一些酸或碱起反应,化学性质十分活泼。   非金属 价电子数从4~7的都是非金属,单质的非金属和许多化合物的原子也都是整齐有序的排列,形成晶体状态。
晶体物质的所有的外层电子都有形成价和电子的趋势,每个核心有几个价电子,就吸引相邻几个核心的外层电子构成几个结构元,因此核心只有按一定的空间几何位置分布,才能使得价和电子运行线路最短,以利共同控制。
  如Ⅳ族元素碳、硅、锗等,其外层有4个价电子,这4个电子在空间绕自身与相邻的4个原子核进行价和运转,构成了4个结构元。该所有的原子都象这样一个连着4个,形成了Ⅳ族晶体的点阵结构──金刚石型结构。(图5 -1)
  同样的,Ⅴ族元素如砷、锑等,其一个原子通过5个结构元在空间与5个原子连接,形成了菱方结构的晶格(图5-1)
  由于同一族元素有相同的价电子,而晶体结构与其价电子所构成的结构元的组合息息相关,无数个这样由结构元联接而成的几何形体在空间扩展开来就形成了整齐有序的晶格点阵。所以同一族元素的晶格结构完全一样或大部分相同。正是因为价电子的价和运转在每个原子的周围构成了相应数目的结构元,才构成了如此多姿的晶体世界,若按传统理论只考虑原子间的引力与斥力,那么,所有的晶体将是呆板雷同的。

        金刚石结构          菱方结构

    
              图5–1 晶体的结构

  强度  固体的强度是人们最感兴趣的问题,人们希望建筑材料轻质高强、希望金属材料坚固耐用,强度是指物体抵御外力破坏的能力。要抵御外力物体必须得有较大的内聚力。
在第三章我们说到,物体的内聚力是由价和力与电磁力所组成,这两种力都是价和电子运转所至,并且,价和力正比于价和电子速率的平方,反比于价和轨道半径。因此,在以价和力为主要内力的非金属电材料中,价和电子速率越高、原子半径越小,物体的内聚力就越大,物体的强度就高。
在金属物体中,电磁力是主要内力,电磁力实质上也是由价和电子的运转所形成,电磁力正比于价和电子速率的平方。所以物体内价和电子速率越高,原子半径越小,物体的内聚力就越大,物体的强度就高。
此外,参入价和运转的电子增多,使得结构元增加(在晶体结构范围内)价和力、电磁力的密度增加,物体整体好,物体内聚力增大,硬度增大强度提高。
  人们在实践中采用了许多增加物体强度的措施(如钢的渗碳淬火、混凝土的养护等)其实质就是增加价和电子速率和有限地增加价和电子数量。

  硬度 一把小刀,可以削木头,却削不动玻璃,玻璃角可以划伤小刀,而小刀的刀口在玻璃上打滑,留不下任何痕迹。为什么玻璃能划伤小刀而小刀不能够削玻璃?这里,有一个硬度问题。
硬度是原子(结构元)之间结合紧密程度。原子之间结合得紧密–价和电子速率高,价和力较大,物体的硬度就大。外物体的结构元就不能进入其间,反而能楔入外物体。
纯的金属物体的结合力是电磁力,外力能使结构元之间相对滑动位移,因而,纯金属的硬度不大。
因为玻璃(氧化硅)原子之间结合得较紧密,价和电子速率较高,价和力较大,而小刀(铁)原子结合成结构元之间的价和电子的速率相对较小,电磁力较小,所以玻璃的硬度较大,能压入小刀表面、划伤小刀。、电磁力

  脆性  虽然玻璃的硬度比铁大,但是用小铁锤轻轻一锤它就破碎了,用一根木头也能轻易砸碎它,这就是许多固体物质所表现出的脆性。脆性物体一般是价电子数大于3 的非金属及其化合物。在脆性物体中价和电子多,结构元多,结构元彼此相互连接,建立了相互牵制的整体性结构,。物体受外力时结构元相互牵制不能换位移动,表现出很好的整体性,当外力突然较大时,只要损坏了几个结构元,这些结构元的价和电子逸出,造成价和运转的混乱,使结构元连续解体,物体全线崩溃、破碎,呈脆性。如陶瓷、玻璃、白口铁等物体内价和电子多,结构元互相牵制,故这些物体的脆性大。
当外界温度降低,物体内的价和电子速率降低,使得价和力减小,物体的强度降低、脆性增加,即所谓冷脆。

  塑性  温度升高或减少价和电子数量,都能使得物体的塑性增加。温度升高,使得部分价和电子离开原在平行平面,而在一定的角度内的空间内进行扭曲运转,从而导致电磁力方向紊乱,物质内聚力不像低温时那样整齐稳固,遇外力时,结构元之间容易移动换位,于是物体塑性增加。
  在一些2、3价金属物体中,还有一种情况,随着温度的升高,参入价和运转的电子减少,其结构元就少,由结构元所形成的价和力的密度减少。使得电磁力在固体结构中的作用相对增加,结构元之间主要靠电磁力相互吸引,这样,物体在受外力时结构元一般不被破坏,而是在物体内移位补充,物体呈塑性。如铁在常温下是二个价电子组成二个结构元环绕一个原子,在高温情况下,核心收回一个价电子,形成铜一样的结构,使得塑性增加。
  如金、银、铜等金属的原子外层仅一个电子,每个原子只能与相邻的一个原子组成结构元,金属内的结构元靠电磁力联接并保持其位置,受到较大外力时,结构元能在其间换位移动、从新结合,因而塑性较好,延展性也很好。
  在塑性物体中加入少量的脆性物质,能使其内部结构元增多,能够增加其硬度或强度,如在铁中加入少量的碳,就形成钢。钢比铁的硬度高、强度好,这个问题将自成一章专题讨论。
在脆性物体中加入少量的塑性物质,可降低脆性,增加强度,如:在玻璃中加入少量的金属。由于金属中的价电子较少,结构元少,散布在脆性物质中,替代了非金属中多结构元的原子的位置,使脆性物质内出现了少量的架体结构不连续,价和力中断;而由电磁力补充其间的情况。这种玻璃杯在局部突然受热时,由于价和结构的中断(不连续),局部增加速率不会受到整体的牵制,亦不会对较远处的价和运转有直接的影响,因而这样的杯子不会炸裂。由于电磁力的缓冲作用,掉在水泥地上也不会摔破。
  有些脆性物体在温度升高的条件下,脆性消失,塑性增加(如玻璃等)。金属物体在高温条件下其延展性、塑性增加。这是因为在高温状态下,固体内价和电子速率增加,参入价和运转的电子减少,结构元减少;或是价和电子的运转部分脱离了平行的平面轨道,进行半立体的运转,因而使得电磁力方向紊乱,内聚力减小,从而使得物体塑性增加,趁热打铁就是这个道理。 传热问题 在中学,我们学习到:热总是由高温度物质向低温温度物质传播。有的同学就想,热为什么就不能由低温物质向高温物质传播呢?正因为热是核外的电子的运动现象,高温物质价和电子速率高、低温物质价和电子速率低。当一组快的价和电子与一组慢的价和电子靠近时,两组电子相互影响,快的减慢、慢的加快,即高温的物质降温、低温的物质升温,这也是热只能由高温度物质向低温度物质传播的原因。
  在中学我们还学习了热传递的三个途径,即热传递的三要素–热对流、热传导、热辐射。热对流很好理解,就是温度较高的物质,如热的液体、气体流向了温度较低的物质,也把自身的热带到了新的地方。
  热辐射是不存在的,因为热是原子的电子运动的速度表象,这种现象是不能辐射的。高温物质辐射的不是热,实实在在辐射的是电磁波,所以是电磁辐射。核外电子绕着核心不停地旋转着,电子的运转伴生着电磁波。当外界温度较低,核外电子就发生跃迁,降低自身的速率同时向外辐射电磁波;当外界温度较高,核外电子就吸收外界辐射的电磁波,跃迁到较快的运转速率,即提升了自身的温度。自然界的物质都是在这样不断地辐射着、接收着电磁波,维持着一个相对平衡。
  一直困惑着我们的是热的传导。人们早就注意到,不同的物体,其导热能力是不相同的,当固体物质局部受到高温时,金属物质传热快,而非金属物质及化合物传热缓慢。所谓的热传导,就是当物体局部受热时,物体内的某局部能量增加,促使电子(内层电子及价和电子)速率增加,而且影响到邻近结构元的核外电子的速率增加。
  金属物质传热快,不是因为金属内有什么“自由电子”。而是因为金属内的各个结构元由电磁力维持其相对位置,每个结构元内的价和电子的速率相对独立,与其它价和电子的速率没有直接的牵连,不受其它结构元的价和电子的直接影响。金属受热时,因价和电子没有牵连,速率立即升高,使得电磁力增加,电磁力增加后,对邻近的结构元产生影响,邻近的结构元内的价和电子因而立即增加速率,以维持电磁力的平衡。这样,局部的升温,由价和电子速率的较快增加和电磁力的增大而迅速的传播,从而导致了金属良好的导热性能。金属局部降温时,其低温的传播与此同理。
  而非金属的每个核心周围有4 个或更多的价和轨道的环绕,(见图2-1左)而每个轨道的另一端连着另一核心,另一核心又环绕着许多轨道,如此有序连续地构成了(充满)整个物体。每个结构元的价和电子的速率都是相互牵制的,它们的速率必须相对同步。当物体局部受热时,价和电子的速率受到周围结构元的制约,不能很快增加,因而热量也得不到较快的扩散、传播,故而非金属物体的导热性能很差。
  当非金属物体局部突然受热(冷)时,局部的价和电子的速率升高(降低)或是有升降的趋势,而未受热的部位的价和电子仍维持其原有的速率,于是在冷热交界处价和电子的速率紊乱,拥挤、移位,导致了结构元的损坏,由于其结构元之间是互相牵连的,结构元的损坏使得这一局部的价和电子更加混乱,与之相连的结构元纷纷解体,于是物体就炸裂了。如:玻璃杯中突然注入热水,热砂锅置于冷水中时,它们的炸裂都是这个原因。 以上用物质结构原理简要地说明了物质的强度、塑性、脆性。而用传统的化学键理论、位错理论是难以说明物质的上述特性的由来及其变化的。

  量子问题 早在19世纪,科学家就开展了对辐射的精细研究,并由此导致了今天热门的量子理论。
  为了研究辐射,科学家精心设计并制作了一个装置–黑体辐射。它的结构示意如图5-2A所示:在密闭的黑体内钻一小孔,黑体所受到的热仅只能由此小孔向外辐射。经过多次精细的实验,得到了图5–2B所示的温度、辐射波长及辐射量的曲线。

       
            A    图5-2        B

  面对这样的曲线,学者们发挥自己的数学才能,运用数学表达式来拟合这条曲线,(即寻求一个数学表达式,如抛物线方程能画出抛物线;圆方程能作出圆一样,在此公式代入相应的值后,所绘制出的曲线与实验曲线相符。)其中著名物理学家普朗克所写出的数学表达式与实验曲线拟合得相当好,可以说是天衣无缝。但是,普朗克先生的公式中,代表能量的数值不能是连续的,而必须是一个最小值的整数倍,这个最小值就是普朗克常量。数学表达式一般是客观实在的反应,普朗克常量表达了微观世界的实在,于是也就把科学带入到了量子时代。
  物质的电磁波的辐射由何而来?是由于外界温度较低,核外电子就发生跃迁,向外辐射电磁波,同时自身的速率降低一个档次。由于宏观的电磁波辐射是无数单个核外电子集合,而单个核外电子的每一次辐射是自身一次跃迁所辐出的,是一份一份的,其能量的变化也是一级一级的,所以是量子化的,普朗克常数就是反应了这个客观实在。
  反之,当外界温度较高,无数个核外电子就吸一份一份收外界辐射的电磁波,使自身运转的速率向高速跃迁,宏观的表现就是提升自身的温度。

  普朗克的量子理论吸引了人们的注意,其实这条黑体辐射正向人们揭示物质构成的更多信息。在这条曲线旁还有两条虚线,这是人们对曲线的拟合,更是对黑体辐射的猜想。
在图5-2B中,横坐标是辐射波的频率,纵坐标为单色辐出度(在某一频率下所辐射的能量)。实验曲线的开始段,随着辐射频率的增大,辐出度随之增大,于是就有人根据这开始段的趋势,按照已有的分子热运动理论,拟合了一条左边的虚线。若依照这条曲线,频率越高辐出度越大,当频率高到了紫外线或X射线,辐出度达到更大值,如果事实真是如此,地球上的一切生物都要遭受灭顶之灾,在科学史上,人们戏称这条曲线为”紫外灾难”。幸亏事实上实验曲线到了中段变缓、变平,到了极大值辐出度随着频率的增大而下降。
  ”紫外灾难”曲线失败了,败在何处?有人说这是经典理论的失败,不对!这条曲线是由当时的物质理论–分子的热运动推导而成。这正说明着分子的热运动理论暗藏猫腻,热辐射不是分子振动所发出的。这正是人们反思物质理论的绝佳时机,可是学者们至今都没有去探究实验中为什么会形成这样的曲线。面对困惑,学界没有认真去反思以往的物质理论、没有认真去反思分子热运动理论,而是关注普朗克公式中能量的不连续,刮起了一股否定经典理论之风,坐失了探寻物质内部构成的良机,使有问题的的物质构成理论沿用至今。
  按现行的物质理论,不考虑物质的核外电子的运动,不考虑核外电子的运转速率、线路和跃迁,仅以分子的热运动理论是解释不了这条优美的曲线的。按现行的分子热运动理论,温度越高,分子的振动越加剧。这一理论正是紫外灾难的根源,奇怪的是今天的学界一边袭用着这一导致灾难的理论,一边在微观领域建立新的学说。
  实验中出现的这条的曲线,是因为:实验中的黑体,不管它是什么材料制成的,它总是由原子、分子构成的,原子、分子的核外电子总是在不停的运转着。当外界温度高于物体(黑体)温度时,物体吸收电磁波,核外电子速率增加,向高速跃迁;当外界温度低于物体温度时,核外电子向低速率跃迁,物体发射电磁波辐射,核外电子的运转速率就是横坐标中的频率,在这一频率下的辐出度就对应得到纵坐标上的一个点,物质的核外电子在不同的频率下有不同的辐出度,把各种频率下的辐出度的点连起来,于是就得到了这条优美的实验曲线。
  图中曲线表明,核外电子在不同的转速(频率)条件下的辐射量是不同的,在不同的温度环境下辐射量也发生变化。这说明,核外电子的运转速率是随外界条件不同,在一定范围内变化,这种变化不是线性的,核外电子发生跃迁只是在某频率段最积极、最活跃。在低频和高频段跃迁减弱。这是自然赋予的规律,所以也就不会发生那种”紫外灾难”。

六、 相变

  以上我所讲的固体,是指这些物质在常温常压所呈现的状态,在常温常压下水是液态,氧是气态。这些固态、液态、气态统称为相态。物质所具备的物理特性,很大程度上取决于它的相态。我们平时所喝的水,当温度在0℃下结成了冰,冰是固体,很难把坚硬有形的冰与柔软流动的水相比。工程技术人员对钢的强度、硬度关心备至,然而到了1400℃的高温下,钢铁相态改变,熔成铁水,铮铮铁骨荡然无存,强度、硬度也无从谈起。我们所说的物质的物理特性,都是在一定相态下所具有的,相态变化–相变了,流水成了坚冰;钢筋铁骨成了钢水铁水,诸多的物理特性都面目全非。
  众所周知,温度、压力是物质相变的重要原因。(为了便于讨论,我们先把引起相变的两因素中,暂时固定一个,即在一个标准大气压下,温度对相变的作用。)温度的作用虽然至关重要,然而只有达到了某一特定值,相变才能发生,这就是我们熟知的熔点、沸点,在大多情况下,温度变化并不能导致相变,只能使物质发生热胀冷缩。

  热胀冷缩 随着温度的变化,物质会热胀冷缩,温度升高体积增大。人们已经很精密的测量到一些物体随温度升高时长度增加,精确地记录了一些物体的线膨胀系数。
因为物质是是由原子构成,热胀了,肯定是原子之间的间隙增大、或是原子半径胀大了。为什么温度升高能够增加间隙、增大半径?
  ”温度”最初是人类对外界冷热的感知,现代有了各种温度计来测量物质的冷热程度。在第三章讲到,温度实质上就是核外电子运转的速度。核外电子速率加快,宏观的表现就是温度升高。
核外电子绕着原子核快速运转着,价和电子则是绕着两个核心进行价和运转。温度升高,核外电子速率加快,使得向心力加大,运转的半径也略微加大,结构元也略微加大,宏观的表现是热胀。反之,温度降低,核外电子速率降低,减小了向心力–运转半径–结构元,宏观的表现是冷缩。
  然而,有的物质是冷胀热缩,如零下4℃的水和冰,其冷胀热缩的机理将在”水”一节专题讨论。

  温度的作用 温度对物质形态及结构的作用是巨大的。而热胀冷缩的这种热胀是有限的,这个限度是随着温度的升高,物质自身的状态发生了变化。
  如果温度压力超过了一定限度,物质的形态会发生巨大的变化,物质不只是简单的热胀冷缩,而是物质的相态发生了变化–相变,即:随着物质的温度升高、固体能相变成液体、液体能相变成气体。而且这种相变的是可逆的,即随着温度的降低、气体能相变成液体、液体能相变成固体。相变了,物质的物理性质、机械性能发生了不可比拟的巨大变化。这样的变化,外因是温度压力,内因是什么?现代教课书上把内因笼统地归结为分子的热运动,热是怎样使得分子运动的?分子在热作用下是如何运动的?说得模糊含混。
  相变在物质内是如何进行,原子之间是如何紧密地连系–形成固体;如何”松散”地连系–形成液体;如何又分道扬镖–形成气体?有的气体物质如:水蒸气,在大气中仅占千分之几,它们如何在”茫茫人海”找到同类、相聚成液体?原子之间是如何牵手分手,分子之间如何相聚相散,仍是当代科技研究的前沿课题。
  本文的核心是正视电子的运动,探索核外电子的运动在物质构成、变化中所起的作用。在此,以核外电子的运动为线索,探讨物质相变的本来面目。
  原子的核外电子是运动、变化的,而且运转速率与温度直接相关。物质之所以呈现为气、液、固态,温度、压力是外因,物质的电子运动状态(线路、速率),及由此导致的结构元之间连接形式,则是构成物质相态的根本原因。
  物质的结构形状是由其电子运动状态所决定的,温度对电子运动状态的作用是通过原子核来实现。以往囿于原子是化学反应的基本微粒的理论而把原子核看成一个僵化的质点,忽略了原子核对周围电子的需求和控制作用。加之有些理论认为电子的运动是模糊的、不确定的。从而使研究工作陷入主观盲目之中。
  原子虽小,但它也有复杂的构成,是一个运动着的有机的整体。所有物质的核外电子有规定的数目、在有规律的层面(能级)、以规律的线路、规律的速率运转着。在原子的最外层客观地存在着各面对电子的需求、故而两原子相互结合成结构元。
  前已述及温度就是核外电子运转的速度。温度升高则核外电子速率加快,反之温度降低则核外电子速率减慢。温度对物质的相变的作用是巨大的,实质上也就是说价和电子的运转对物质相变的作用是至关重要的。

  熔化 随着外界温度升高,一般物体都是由固体相变成液体–熔化(如铁熔成了铁水);由液体相变成气体(由水蒸发成水蒸气)。千百年来人们总是在思索,这样的变化是如何进行的?温度是怎样起作用的?
熔化是物质由固态相变成液态的过程,为此,先从固态物体的物质结构入手,在原子之间、在结构元之间看它是如何运动变化、是怎样进行熔化的。
  宏观上看,固态物质有一定的自身形状、有一定的刚性,能承受一定的外力,它不会象液体那样充满容器,又不会象气体那样被压缩。固态是在较低温度条件下的物质状态、固态是物质的最低能量状态。
物质的结构是由价和电子的运转所形成,在固体物质中,位于原子外层、次外层的所有价电子全部参入价和运转。价和电子的运转的速率虽不是很高,但运转线路在固定的平面却相当稳定,价和力、电磁力的方向十分稳定,从而使各结构元的位置相对固定,形成了具有刚性的固体结构。
  当物质的外电子数大于三时,物质是由结构元所连成的空间架体结构,构成了固体,价和力是其主要内力。
  价电子数等于或小于三的物质一般是金属,金属物体则是由结构元之间稳定的电磁力把结构元相互吸引,使结构元整齐有序的排列,构成固体,电磁力是其主要内力。
  可见,价和力和定向的电磁力是支撑物质固体结构的骨架,而相变成液态物质就丧失了这些骨架。价和力与电磁力都是价和电子运转所至,所以,要了解相变,就必须关注价和电子的运动与变化。价和电子运动的线路和速率的变化,使得构成结构元的价和力和结构元之间的电磁力改变,物质的内聚力变化了、结构元之间的连接方式改变了,从而也改变了物质的相态。
  在金属物体或以电磁力为主的固体中,随着外界温度的升高,价和电子的速率升高,许多结构元挤在一起,不可能有更多的膨胀空间,于是,许多价和电子脱离了原相互稳定平行的平面轨道,在一定的角度范围内围绕两核心进行空间立交的扭曲运转,从而使得电磁力方向在一定角度范围内摇转,造成了电磁力方向紊乱,因而也导致了相邻的结构元的电磁力方向的紊乱,这样紊乱的电磁力使得结构元之间的的引力不稳,在外力的作用下容易换位移动,宏观的表现是物体此时受到外力时很容易变形,物体的刚性降低、塑性增加。
  当温度进一步升高,价和电子的速率更高、扭转角度更大,电磁力的方向更加紊乱,结构元失去了定向电磁力的支持,同时又受到侧向电子间斥力的干扰,在物质内换位、滚动、转向、重组。原来的金属物体的刚性彻底消失–物体熔化了,相变成了液体。(如图6-1),图中,外椭圆表示撖榄状球体,阴影表示价和电子空间立交的扭转运动的区域。

      固体     塑性增加      液体       气体

   
         图6–1 价和电子运动的线路与物质的相态

 这样,熔化的过程已经明朗了:温度升高,导致了价和电子的运动速率加快并由平面进入到立交,形成了扭曲运转,从而使得电磁力方向紊乱,结构元之间丧失了定向的连接,宏观的表现就是熔化。
  需说明的是在液体内部物质仍然以结构元的形式存在,这些结构元成链成团成环、时合时分,不能形成整齐连续的架体结构,但物质内仍有一定的价和力、电磁力,(但方向紊乱、瞬变),正是如此才构成了液体的内聚力,构成了液体内分子的布朗运动,构成了液体表面张力。
  温度降低时液体内结构元间电磁力较持久、结构元间聚合力增大,(链长团大)宏观的表现就是粘度增大、表面张力增大。
 在熔化过程中,最先受热的部分结构元的电磁力方向的紊乱,激化和干扰了邻近的结构元也必须加快价和电子的速率以适应这种变化,电子加快速率必须吸收热量,(吸收周围物质的电磁波辐射,使周围物质降温。)宏观的表现则是熔化时的吸热现象。化雪时气温降低就是由这种吸热所导致的。
  凝固是熔化的逆过程,是由于温度的降低,物质由液态相变成固态的过程。简述为:温度降低,价和电子速率下降,运转线路由空间扭曲进入到稳定平面,电磁力方向稳定,结构元之间的位置相对固定,宏观的表现就是凝固。凝固时物质一般都释放热量。

  布朗运动 布朗运动是液体中悬浮的微粒所作的不规则的运动,也是研究液体内部运动的一种方式。取一滴稀释了的墨汁放到显微镜下观察,可以看到小碳粒在做无规则的布朗运动。
布朗运动是怎样产生的呢?布朗运动产生于液体内部,产生于成链成团、时合时分的结构元,产生于价和电子的立体运动。
  正如上文所述,熔化的发生–液体的形成,是由于在较高温度条件下价和电子的立体运动。在这样的立交运动中,价和电子是在上下扭曲地运转着,在运转的垂直方向所产生的电磁力的方向是晃动不稳的,同时,在扭曲运转的平行方向伴生着相斥力,于是结构元之间的结合是不稳的。结构元时而结合时而分手,有时几个结构元结合,上下运动、左右翻滚。外来的微粒到了这样的环境里,时而被拉一把、时而被踢一脚,所受的吸力或斥力是极不规则的,受力的方向是紊乱的,因而也就形成了这人们眼中所看到的布朗运动。
实验表明,布朗运动随着温度条件变化,温度升高,运动激烈,温度降低,运动趋缓。这种现象是与价和电子的运动是息息相关的,温度升高,价和电子运动速率加大,运转扭曲角度增加,立交范围变宽,导致电磁力晃动加剧,结构元之间的翻转运动加剧,液体内的结构元结合成的链短团小,内聚力减小,表面张力减小,布朗运动加剧。
  布朗运动形式上是分子的运动,实质上是价电子的立交扭转运动所致。温度降低,整个情况与上相反,导致布朗运动趋缓。

  气化  气化是物质由液态相变成气态的过程。若温度进一步升高,价和电子速率进一步增高,运转线路的扭转角度越来越大,形成了包围核心的空间立体运转,空间立体运转时,价和电子在其表面形成了一个包围两核心的饱满的壳层,壳层之间价和电子相斥,斥力推开邻近的结构元,于是一个个结构元(分子)就从液体中飘逸而出,占据较大的空间形成了气态,此时,这些个结构元就形成了一个个气体分子,如氧气、氮气等。正是由于壳层间的斥力使结构元之间尽量分离,于是就形成了气体体积比液态时的体积要大上千倍,而且总是充满空间。
  如果是化合物,则是由几个不同元素的原子,以共有价电子数趋向稳定的方式进行组合,相互结合成几个紧密相连的结构元,价和电子在其间有规律地进行立体运转,结合成三仁花生状或其它状的壳层,形成气体。如 二氧化碳(O∞C∞O 氧- 碳-氧)、水蒸汽(H∞O∞H氢-氧-氢)等。(用”∞”代表价和运转)。
  物质呈气态时,其价和电子的速率比液态时更高,具有更多的能量,所以物质在气化时必须吸收大量的热量。电冰箱、空调就是利用了物质在气化时大量吸热来制冷、降温。
  若外界压力较大,液体中的价和电子必须具备更高的速率,才能使结构元间有较大的斥力,形成气体。所以当气压较高时,液体必须在较高的温度条件下才能沸腾,即压力高,液体的气化热较高。
  在元素周期表的最右边有一族元素叫惰性物质,在常温下,这些元素总是呈气态,于是人们常把它们叫作惰性气体。为什么惰性物质总是呈气态?为什么很少见到惰性液体、惰性固体?大家了解了上述物质气态的形成,也就不难回答这一问题了。惰性元素除了氦的核外电子是两个,其它惰性元素的核外电子都是8个,原子的外层电子是均衡、稳定的,所以惰性物质的原子之间没有价和运转,不需要与其它原子结合构成结构元,(或者说单个原子自成结构元)从而,确立了元素的惰性。氦的2个均衡空间扭转高速运行的电子;或其它惰性元素的8个均衡稳定的外层电子绕着一个核心,形成饱满的壳层,斥力使得原子之间推开距离,形成气体。只有在极低的温度条件下,氦的两个电子才由空间运转转入立交运转,形成液态。其它惰性元素的8个核外电子总是均布在空间运转,饱满的壳层难以出现空缺,所以也就很难出现液化、难以呈现液态。 熔点、沸点 温度是使物质发生相变的关键因素,然而只有达到了某一特定值,相变才能发生。这就是我们熟知的熔点、沸点,不同的物质,其熔点、沸点是不一样的,这也就是说不同物质其价和电子发生空间立交运转的条件是不相同的。在20℃时,有的物质呈气态,如氧气,其价和电子在空间球面高速运转;有的物质呈液态,如水,其价和电子在空间立交面运转;有的物质呈固态,其价和电子在稳定平面运转。一般来讲,在常温下呈气态的物质的分子量较小,价和电子运转受内层电子的牵连较小、速率很高。呈固态的物质的原子量较大,价和电子运转线路平稳,速率相对低些。液态物质则介于二者之间。
  物质熔点、沸点较高的物质,其原子直径较小,价和电子与内层电子的层间较小、运转受内层电子的牵连较大,速率相对较高,要改变其运转线路–从平面到立交,即物体从固态熔化成液态,需要有更多的能量,也就是需要更高的温度,所以熔点较高。
物质沸点的高低情同此理,不再赘述。

  气体的性质 两个(或几个)空间运转的价和电子形成一个橄榄状、三仁花生状或其它状的壳层,其产生的电磁力方向肯定紊乱瞬变,于是导致了气体的分子处在不断变向的斥力或引力之中,因此就形成了气体分子的不规则的布朗运动,并且也导致了气体的其它许多性质:
  结构元之间的斥力总是使气体的分子尽量分离,向四面八方占据空间,于是,壳层间的斥力总是与外界的压力达到某种平衡,即气体内部的分子在不断地相互”碰撞”(没有实际的碰撞,只是相互接近、排斥,进行着气体的布朗运动)。这样,就导致了气体内部的压力,这压力随着气体的密度、外界的温度、压力而变化,且向四周均匀传递。
  气体内的压力是气体分子之间的斥力形成的,外界压力大,气体分子之间的距离近,单位体积内的气体分子多,分子之间的斥力也较大。如果外界压力相同,(都是一个标准大气压,)那么气体分子之间的距离相同,单位体积内的气体分子就会一样多,这样就有了阿佛加德罗常数。(即在一个标准大气压下,单位体积内的气体分子的个数都是6.02×10 ).尽管不同分子的原子个数相差几倍,但是分子的体积与所占空间相比是微不足道的,所以阿佛加德罗常数一般是准确的,适用于各种气体。
由于气体分子之间的距离较大,当外界压力增大,可以使得气体分子间距被挤小,这就形成了气体的可压缩性。当气体被压缩时,气体的分子的间距被迫减小。分子之间的斥力增大,分子外围的价和电子的运行受到邻近分子斥力的干扰,价和电子就加速运转,增加斥力,以抵御外力(外来干扰),这种加速运转就形成了气体被压缩时的发热升温。
 若气体的温度升高、核外电子速率加快,使得结构元间的斥力增大,若体积不变,则压力会增大。

  凝华 凝华是由气体相变成液体的过程。当温度降低时,气体物质的价和电子速率降低,气体中某一种价和电子速率降低到不能形成饱满的壳层,由空间立体运转进入到扭曲运转,在壳层出现破口,斥力减小,具有大致方向的电磁力显现出来。这种带有破口的气体分子在空气中转摆滚动,同类物质的分子也都出现了相同的状况,同类相逢就相互吸引,逐渐聚合成微小的液体。在空气中,水蒸汽就这样聚合成云,温度降低,小液滴进一步聚合成大液滴,于是由云聚成了雨。
  晚上靠近地面的水蒸汽就这样在小草上聚集成露珠。小草在白天勤奋地进行着光和作用,光和作用中形成的氧带走了热量,使小草的温度较低。晚上,气温降低,在较凉的小草附近,水蒸气的价和电子速率首先降低,分子壳层出现破口,电磁力在破口处产生吸向小草,渐渐地附近更多的水蒸气降温,产生的电磁力与小草上那个先形成的电磁力相互吸引,如此越聚越多,逐渐聚成小露珠。
  热天,把冰棒放进杯子里,一会儿,杯子外面结出了一些小水珠,这些小水珠是从哪里来的?是空气中的水蒸气凝结而成,其凝结的过程与小草上露珠的形成是一样的。
  在分子的这种聚合中,彼此的价和电子都要降低速率,才能维持或加强这种相聚,于是聚在一起的分子都放出了热量。这就形成了凝结时的放热,这种放热在天冷时不明显,夏天,下雨前的闷热就是由这种放热所形成。
  在较冷的空气中,由于价和电子速率较低,空气中的水蒸汽大部分都凝结成水或冰,所以冷空气较为干燥。
  空气是氮、氧、二氧化碳等多种气体的混合物,而液氮、纯氧、干冰(固态的二氧化碳)在国民经济中各有较大的用途,如何把它们从空气中分离出来?在制气工业中就是利用了不同分子的结构元在不同温度条件下的价和电子的速率和线路的破口相聚凝结的特性,在很低温度条件下,把空气逐步冷凝,首先除去了水份,接着二氧化碳凝结成液体,进一步凝固成干冰,氧气凝结成液态氧、氮气凝结成液氮。 升华 有些非金属固体物质,在温度升高时,它不是先相变成液体、再相变成气体,而是直接由固态相变成气态,这种相变形式叫升华。升华的过程是:当温度升高,价和电子速率增加,并且也开始了空间运转,然而这种物质有多个价电子,每个核心有多组价和电子围绕,一组价和电子进行空间运转,必然挤得别的价和电子无路可走,于是,核心回收了部分次外层电子,部分结构元解体,每个原子外不足四个结构元,不能建立空间架体结构。结构元失去了原来三维方位的价和力的支持,不能维持在原相对固定的位置,剩下的价和电子的速率立即升高,形成了围绕核心空间的立体运转。结构元间的斥力骤增,物质由固体直截相变成气体,即形成了固体的升华。如碳、萘等都是直截由固体升华成气体。 溶解  溶解是溶质的分子均匀地扩散到溶剂之中,与溶剂中的结构元重新组合,形成溶液的过程。固态物质如盐溶解在水中,固体相变成液体;气态物质如二氧化硫溶解在水里,形成了硫酸,气态物质也相变了,所以不同相物质的溶解也存在着相变问题。
  溶解的过程是溶剂中的价和电子(正在不断组建或离散结构元)冲挤和损毁着溶质的结构元,使溶质中原有的结构元部分地解体,从而能较均匀地分散到溶剂中,与溶剂中部分结构元重新组合成一种新物质–溶液。
  在溶液中,构成溶质、溶剂结构元的价和电子在其间自相、互相价和或解体,因此溶解的重要条件是溶质和溶剂的价和电子速率应一致或相互调节达到一致或成整数比,否则就不能溶解。在溶解时电子速率可塑性大的原子将增加或减少库仑力以利调节电子速率,因而也导致了溶解过程中常伴生的吸热或放热现象。
  在溶液中,溶质、溶剂的结构元部分解体,不同元素的原子相距很近,各原子都加强了对自身电子的控制以免被邻近原子俘获,于是库仑力增加,各原子相互牵制以维持现有的共存状态,保持现存的相态,不易达到沸腾和凝固,从而导致了溶液的沸点升高,凝固点下降,蒸气压降低。正因为溶液中各原子增加了内聚趋势,故而也导致了溶剂向溶液的渗透现象。

八、导电原理?

  自由电子理论是在100年前为了解释金属传热、导电性能时而提出的.在本文《自由电子置疑》中,笔者已经用一个简单的实验否定了电子传热–否定了自由电子传热。金属的传热性能之所以很好,本文第五章已经叙述,金属的较好的传热性能是与其固体的构成相关–是由其独立的结构元,和结构元间电磁力相互影响所导致,而与自由电子完全无关。金属是靠自由电子传热的理论是一个即将被人们删除的错误。
  自由电子导电理论认为,金属是靠其内部的自由电子导电。这一理论尽管已流传了近百年,同时,也留下了疑虑重重:原子核带正电,电子带负电,原子核对核外电子有着巨大的吸引力–库仑力,自由电子的自由是从何而来?为什么有二个自由电子的铁比一价的铜导电性能还要差些?为什么三价的铝又比二价的铁导电性能又要强些?面对(没有自由电子的)液体的导电、半导体导电,此说已显得无能为力,面对物体的超导事实,此说更是无计可施。于是有人就液体导电,增设了离子导电理论;就超导事实,增设了电子隧道理论,这样一来就使得导电的理论五花八门、更趋复杂、丧失系统。更令人质疑的是100年来还没有被其它途径证实自由电子的存在和作用。
  在第五、六章,读者已经了解到物体的构成:所有元素,不管是金属还是非金属,其原子的电子数是与核内的质子数一一对应的,是不可改变的。物质内不管其原子的内部或外层有几个电子,其电子有的是在内层轨道、有的是在价和轨道,每个电子都是在一定轨道上运转,都从属于一个或二个核心,没有电子是所谓自由的,当然就不存在自由电子导电。那么,导电是怎么样形成的呢?导体为什么能够导电?半导体、液体为什么能导电?物质是靠什么导通电流呢?

  导电原理 电流是电子的定向流动,这就象水流是水的定向流动一样。这叫人联想到一个常用的中国词”流通“,通则流,不通则不流。水流不是因为该物体内有水(桶里的水,池塘里的水就不能形成水流)。除了压力差之外还必须得”通”–必须得有让水定向通过的空间(如渠道、管道等);电流不是因为该物体内的电子有自由,除了电压差之外还必须得”通”–必须得有让电子定向通过的空间。
  那么,是什么使得物体能够导电?–是该物体内原子的最外层,即价和电子层,因价和电子数量较少并且运转不够饱满(在平面运转,没能形成饱满的球状),在价和电子运转的同时,存在着能让外电子窜入的间隙时机;存在着能让电子在其间穿越运动的空位,我们把原子外层所呈现的这种空位叫做电子空位。电子空位是电子流动的通路,有了这样的通路,外来的电子才能在其间运动,形成电子的流动–电流。
  导电原理是: 某物质的原子的价电子较少,外电子层不饱满,存在着电子空位,在电压的作用下外来的电子进入电子空位,多出的电子在电子空位间换位移动,形成电流。
  有了电子空位,才能形成通路,外来电子才能进入,才能在物质内定向运动形成电流。导体、半导体、液体导电都是如此,超导原理也是如此。
  电子空位是由价和电子的数量、速率及线路所决定。金属原子外层电子较少,组合成结构元之后,每个原子的外层仅有一、二个价和运转围绕:铜、银等仅有一个价和运转围绕;铁、铬等原子则有二个价和运转围绕,原子的外层仍存在较多的电子空位,能容外来电子进入、换位,因而易于导电。
在绝缘体内,因原子的价电子多,多个价和运转包围着一个原子,使原子的外电子层趋近饱和,没有电子空位(或很少),不能容外界电子进入,因而不能导电。
气态物质则是因为物质的价和电子速率过高,而且进行立体运转,一般不会产生电子空位,外电子不易进入。加之分子间的斥力较大,分子间距离太远,因而也不导电。只有极高的电压才能在其间冲开一条血路–闪电。

  液体的导电 金属熔化成液态,铁熔化成铁水、铜熔化成铜水,按理说其自由电子会更加自由、导电能力应随之增加,然而事实恰恰相反。铜、锡熔化成液态,其导电能力比固态时要低得多。汞在低温条件下凝结成固体,其导电性能却大增。究其原因是,液态物质的价和电子速率较高,而且脱离了平面轨道,进行半立体运转,产生电子空位的机率较小,外电子不易进入,也不易于在其间换位流动。因而导电能力一般比固态时差。
有些液体能导电,有些则不能。一般盐类物质的溶液导电能力较好,能导电的不是该液体内有”离子”,而是与固体物质的导电一样–是其间存在着电子空位。
如食盐(NaCl)其钠原子外层只有一个价电子,存在着较大的电子空位,但在食盐晶体中钠原子处氯原子的包围之中,氯原子有7个价电子,外电子层饱满,外来电子难以进入,也难换位,故其电阻很大。
  食盐溶入水中,其晶体结构受到溶液的冲击损毁而解体,其结构元与水溶液均匀混合成链成团,钠原子不再受包围,外来电子能够进入其电子空位,通过钠原子的接力传递,外电子在其间换位移动形成电流,于是就形成了溶液的导电。
  那么水为什么不能导电呢?这是因为水的氢氧结构元的价和电子速率很高,从电线中来的外电子速率相对较低,难以钻入其间(这就象行人过不了车速很高的马路一样),故而纯水不能导电。

  超导   1911年荷兰著名物理学家卡梅林·昂内斯首次将氮液化,获得了4.6K(-268.4℃)的低温,一个奇妙的现象发生了!当昂内斯将金属汞置于低温液氮中,发现汞的电阻急剧下降,直至消失,电阻为零!这在当时简直是不可思议。
我们知道,自从人类发明了电,伴生的电阻就损耗了大量的电能,科学家们就一直在努力找寻电阻最低的材料,幻想着能够出现电阻为零的导电物质,这一天,幻想成了事实,奇迹真的出现了,于是科学界为之激动,开始了向低温世界的大举进军。在各国科学家的努力之下,现已发现了几百种金属、合金、化合物在低温条件下出现这种电阻几乎为零的导电特性,人们称这种现象为超导现象。
  超导现象总是在温度很低的条件下发生,人们把超导体发生超导现象时的温度称作临界温度。人为的制作低温是很麻烦的,显然,临界温度越高超导材料的应用就越方便,越有应用价值,于是世界各国的科研大军又致力于研制高临界温度的超导材料。目前我国的实用超导材料的临界温度已达到-190℃,超导材料进入实用阶段已为期不远了。
  为什么这些金属或化合物在低温条件下会出现非凡的超导性能,各国的科学家都想揭开这个电阻为零的超导之谜,各种学说应运而生:有的说在产生了电子隧道;有的说是在低温条件下原子被冻僵了……。但是隧道怎样产生,原子如何冻僵?难有交代。
  本文所阐述的是核外电子的运转线路、速率,以及由此引起的物质的各种特性及其变化,超导的发生就是明显的特性变化。在前文”火红的说明”中就论述了核外电子的运转速率是与外界温度密切相关的,在此,物质的超导特性又与温度密切相关,再一次为此论点提供了例证。
  在很低的温度下,物体的所有的价电子参入价和运转,运转线路是在固定的平面上,运转速率很低。达到临界温度,核心对外电子的管束不力,乃至原子的内层电子的运转也由空间进入到立交或平面运转,形成较大的空位。通电后,外电子进入,核心把外来的电子流当成自己所需求的电子一部分,用核心的库仑力(原子核吸引核外电子使电子绕核运转的力)去顺势输运它,让其在自己身边流过,于是外来电子不仅不受到阻力,而且还获得了一份来自核心的输运力。在顺序排列的原子核库仑力的接力输送下,电子直截在其间畅通无阻,形成了电阻为零的超导现象。
由于超导时外来电子是核心边轻轻滑过,而且还得到了核心的输运,所以外来电子必须整齐有序、顺畅守纪。电子的流量(电流)一不能过大、二不能冲击、三不能紊乱。
  因材料在超导时必须是在低温条件下,核心对外电子层的控制能力很弱,价和电子速率不高,物体的价和力、电磁力都很小。故而推断材料此时脆性大、强度低。

  4价元素导电问题  写到这里有人会问:硅、锗、金刚石等物质的原子外层仅4个价电子,还有4个空位,那它们为什么不导电?石墨也是碳原子构成,它为什么又导电呢?这里需要说明的是:导电是物质的整体性能,不应以单个或几个原子的状态来认识整体;电子空位是电子在价和运动时出现的暂时效应,不能以静止的眼光来看待空位,亦不能以静止的眼光来看待物质的导电。
  在硅、锗晶体中每个原子与相邻的4个原子共用外层电子组成4个结构元,四周的价和电子以较均匀的速率绕过核心而进进出出,从整体上看,其核外电子层是均匀饱满的,外来电子不易进入,所以它不导电(电阻很大)。
  石墨是由碳原子构成,其外层也有4个价电子,但是其晶体的构成是片状石墨晶格结构,每个原子与周围的3 个原子组成3 个结构元,进而结合成平面的蜂窝状结构。而另一价电子则在两平面间作价和运转,其原子的层间间距是平面间距的二倍多,层间价和电子在途时间较长,层间电子在途时,就形成了暂时的电子空位,这就使得核外电子层时挤时松,松时外来电子乘虚而入,并在其间换位移动,于是石墨就成了良好的导体。
金刚石也是由碳原子构成,其外层的4 个价电子构成紧凑稳定的金刚石结构,价电子整齐有序的同步运行,不能形成电子空位,故而一般不导电。

  半导体导电原理 半导体一般是由4 价的硅或锗为主体材料,它们的晶体结构也和金刚石一样,每个原子由4 个价和运转在空间等距、有序环绕,构成金刚石结构,很纯的单晶硅基本不导电。
N型半导体  在纯硅晶体中加了少量的磷元素后,就形成了N型半导体。5价的磷原子镶嵌在硅晶体中,本来硅晶体的每个原子通过4个结构元相互联接,价和速率相同,而磷的5个价电子参入硅中价和运转,尚有一个电子无价和轨道,它杂混在其它价和轨道中,扰乱了原均匀的速率,使得整个晶体中的价和电子出现了拥挤和等待的紊乱现象,有许多瞬时价和电子因途中紊乱而没有到位,于是晶体中出现了临时性的电子空位(临时性空位在晶体中占有一定概率),外来电子可乘虚而入,晶体的导电能力增加,形成的N型半导体。

  P型半导体  在硅晶体中加入少量的硼元素后,硼在价和结构中顶替了一个硅原子,因硼外层只有3个价电子,使得与硼相连的4个结构元中有一个是单电子串位,与这个结构元相连的6个结构元外端又连着18个结构元,这样电子空位呈2×3 扩展,所以该晶体的导电能力也呈几何级数增加。电子空位扩展之后空位出现的时间越来越短,也就不成其为空位了。
  以上论述说明,不管是N型还是P型半导体,其导电能力都是由电子空位提供的。电子空位则是由晶体中杂质分布引起价和电子紊乱运行所致,所出现的电子空位是瞬时的、随机的。这也导致了半导体的”测不准”及温升,热敏等诸多物理性质。
  晶体管的PN结的实质是疏通或堵塞电子空位。

  二极管 把N 型和P 型半导体材料紧密结合起来,两端连上导线,就形成了半导体二极管。二极管最关键的部位在两种材料的结合处,人们称之为P N 结。
由于N 型半导体是5 价的磷镶嵌在硅晶体中,磷在以4 价为主体的硅结构元的连接中,有多出的电子。而在P 型半导体中是3 价的硼在以硅为主体的结构元连接中,顶替了一个硅原子的位置,在整体上有缺少电子的趋势。
把这两种晶体紧密结合:N 型半导体中多出的电子向缺少电子的P 型半导体中扩散。这样,在结合部附近,各结构元的价和电子数正好达到平衡,(图8–1)每个原子周围的价和电子平稳运转,没有了电子的紊乱和等待,也就没有了电子空位。这就是在不导电时的P N 结。

           多出电子           缺少电子
            N 区     P N 结     P 区

          
                   图8-1

  如果在外电压作用下,电子流趁电子空位从P 极进入,到了P N 结处没有了空位,运动受阻,外来电子在P 型晶体内,把更多的缺电子的价和线路都填满,使更多的结构元达到价和运转的平衡,即填满了更多的电子空位,使无电子空位的地带变得更宽,电阻更大。所以从P 极进入的电子填平了电子空位,没有了电子空位,所以此路不通。
  在二极管上加上相反的电压,(由N 向P )外电子从N 极因价电子多出,而造成价和运转紊乱所形成的电子空位进入,外电子的到来,更加剧了N 区价和电子运动的紊乱,多出的电子涌向P N 结,打破了P N 的平衡,使得P N 结的电子运转也出现紊乱;出现了因拥挤等待所产生的电子空位。更多的电子挤入了空位,通过了P N 结(实际上这时P N 结已不存在)涌向P 区的电子空位,形成电流。
  综上述,电子由P 区向N 行不通,而由N 向P 则势如破竹,这样,就形成了二极管的单向导电性能,由于二极管有羚性,所以二极管可以用来整流、检波(截断反向电流)还可以利用二极管反向电阻大,在电路中起隔离作用。

  晶体管 晶体管的全称是晶体三极管,它是由二个P N 结所构成的半导体器件。如果两边是P 型晶体,中间夹着N 型晶体,则称之为P N P 型晶体管。如果中间是P 型晶体,则称作N P N 型晶体管。
晶体管的中间部分叫做基区,由此引出基极,两头分别为集电极和发射极。
晶体管基区做得很薄,非4 价元素掺和得较少,故电子空位较少。而发射区掺和的非4 价元素比基区多得多,在正常使用情况下,发射区单位体积的电子空位比基区多100 倍以上。
N 型与P 型材料的结合部位,多出电子的N 区向缺少电子的P 区局部扩散,形成了两个P N 结。
如果基极不接通电流,那么从集电极到发射极之间的电流在P N 结的阻挡下,电阻很大,电流趋近于零。如果基区接通电路,电子将从N 区进入,流向P 区。
在P N P 型晶体管中,电子由基极进入,在电压的作用下流向发射极,其原理与二极管相同。(如图8–2左)即由N 向P 的P N 结,在多出的电子的紊乱的运动中形成电子空位,形成外来电子的通路,形成基极电流。与此同时,由于N 区电子多出且紊乱,又由于P 区的电子空位的密度比N 区多上百倍,且N 区做得很薄。这N 区的紊乱电子随即扰乱了上游的P N 结(即由集电极与基极间的P N 结)使这个P N 结的电子顺势流动,于是这上游的P N 结又形成了电子空位,形成了电流的通路。

          集电极  基极  发射极    集电极  基极  发射极
          
           P N P 型晶体管     图8–2   N P N 型晶体管

  由于发射区电子空位密度比基区多上百倍,绝大部分电子由此通过,所以其电流比基极电流大得多,而且是随基极电流成比例增大,这样就形成了晶体管的放大效应。
N P N 型晶体管的导电,是电子首先由集电极N 区进入,由基极P区流出,情同二极管。由于中间P 区很薄,基极的电子流出,扯动了下游P N 结的电子,使下游N 区少量电子也向P 区移动,造成了P N 结地带的电子运动紊乱,下游的P N 结基本消失,从集电极来的电子趁紊乱所形成的电子空位进入发射区,由于发射区电子空位多,电子运动通畅,形成了主电流。根据工艺配方的不同,主电流一般要比基极电流大几十倍乃至一百多倍。同时不同的工艺配方,也决定了晶体管的其它各项性能参数。

  电阻  物质内的电子空位多,外电子易于进入,并且易于在其原子间换位流动,该物质的导电能力就强,电阻较小。如银、铜的核外层价电子仅1个,相应地电子空位多,故导电能力强。铝只有最外层的一个价电子参入价和运转,所以和铜一样,电子空位较多,导电能力亦很好。此外,若价和电子速率低,外电子在换位流动中受阻概率小,该导体的电阻就小。
  当外界温度降低,导体的原子核最外层电子–价和电子在稳定平面运转,电子速率减慢,这样,外来电子易于进出换位,故温度降低时导体的导电能力增加、电阻小。反之,若温度升高、价电子速率增快、运转线路往往超出平面,使得空位存在时间越来越短,外来电子进入及换位受阻概率增加,因而导电率下降。
  而在半导体中,电子空位是由于价和电子速率紊乱所致,温度升高电子速率增加,也就加剧了半导体内价和电子运行的紊乱程度,因而使得电子空位增加,导电能力增加。
外电子趁半导体内的紊乱进入其间,换位流动,”挤”出一条通路。当电流过大时,价和电子紊乱加剧,核心则有失掉电子的危机,于是核心升温,增加对电子的控制(这就形成了半导体导电的升温现象)。有少数电子被吸引到核心周围脱离价和运转,这时4价的原子只有3个电子参入价和运转,这就象在硅晶体中增加了3价的硼原子一样,使得半导体内电子空位大增,导电率也随之增加。

  发电原理 人们利用水能、风能、燃料、原子能作为动力,推动着世界各地的发电机日日夜夜不停地运转着,发电机的导线分分秒秒不知疲倦地切割着磁力线,把电流源源不断地送往各行各业、千家万户。电流在导线内是如何产生的,为何闭合的导线切割磁力线就能发电?
试验证明,电子在磁场的作用下就能发生运动,若导线中充满了自由电子,那么,这种闭合导线放到磁场里,电流就会自动不断地产生。然而事实并非如此:导线不作切割磁力线的运动,电流无论如何也不会产生。而且闭合导线在作切割磁力线时会遇到一定的阻力,这阻力何来?为什么导线克服阻力运动后电子才会流动?
  在第五章我们讲到,金属(铜,银等)的原子只有一个价电子,二个原子组合成一个结构元,组成这个结构元的价电子在价和运转时,伴生着较强的电磁力,使无数个结构元就象无数个小磁铁。小磁铁在空间上下、左右对应整齐排布形成并维系着其金属的固体结构。
当金属置于磁场中时,部分价和电子立即调整方位,”小磁铁”既结合金属的固体结构;又与外部磁力达到平衡,没有电流产生。此时若把导线顺着(不切割)磁力线方向运动,这种平衡维持不变,也不会产生电流。
  此时若让导线作切割运动,这种平衡就要遭到破坏,导线内部结构元的电磁力就会竭力维持平衡,可以想象是无数个小磁铁与外磁场发生的斥力,这就是切割运动时的阻力。
当使导线作切割运动的外力较大时,打破了无数小电磁力与外磁场的平衡,结构元的电磁力抵御不了外力,于是在导线移动之时就导致了价和轨道的翻转、电子的调位再组合,就在这翻转重组的同时,在外磁场力作用下,电子移动换位,形成电流。
  因为磁力线也是由物质的结构元所产生,虽然很密,从微观上讲,其间还是有间隙,若上述导线的切割运动是连续进行,则电子就不断进行翻转、复原、翻转运动,电流就源源不断。若导线向相反方向运动,则电流方向相反。若导线运动快,使得流动的电子增多,电流强度增大。当然,切割的线速度也不能太快,太快了超过了价和电子的反应速度,则不能产生更大的电流,反而使电子的运动出现紊乱,使导线发热、电阻增大。
  发电机飞旋的结果是产生了强大的电流–电能,电能实际上也是电子运动的动能,是电子在结构元之间运动的动能。联想到第三章所述,化学能、热能都是核外电子运动的动能,这样,使能量的概念更加和谐系统。电能、热能、化学能之间的相互转换是有其内在的联系的。燃料电池、蓄电池的发电蓄电机理也在于此。
      蓄电池 待写

十、二相性问题

  我们周围的万千物质都是由原子构成。如此丰富多采、变化万千的物质世界,竟只是由上百种原子构成。原子之间是如何结构,如何联系、变化,一直是人们探寻世界的重大课题。
  原子是由原子核和核外高速运转的电子所组成,核外高速运转的电子是原子的最显著、最活跃、最重要的特征。人们会自然地联想:这样的运动会导致怎样的结果?–它应是原子之间联系、变化的最积极最活跃的因素,探寻电子的运转线路和速率将是破译原子之间联系的关键。
  然而,近代科学对电子是什么存在着歧见,一些人认为:电子既是粒子又是波。自己走入了波粒的怪圈,还要大声宣告?quot;探讨电子的运转是没有意义的”。由于这一理论的权威,封锁了探讨物质结构的路径,使人们回避电子运转来探寻运转所构成的物质,研究工作迷茫、艰难。我们尊重权威,更要尊重事实,为此,我们有必要先探讨电子、认识电子。

  认识电子 长期以来,人们在实验中测得电子带s有一定量的负电荷、有一定的质量,普遍认为电子是一种粒子。

  什么是电子?”电子既是粒子,又是波;电子既不是粒子,又不是波”这就是现代书本上的定义!书中亦不否认这是一个有悖逻辑的定义。这逻辑混乱的定义堂而皇之地呈现在科学殿堂,使无数学者陷入困惑之中。
  大自然创造了世上的万物和我们人类,世上万物都是按一定的逻辑规律发生、发展、运动、变化。于是也就造就了人类的逻辑思维,按照逻辑思维,人类取得了一个又一个的伟大进步。然而逻辑在此遇到了麻烦。
  为什么会出现这样一个既是又不是、有悖逻辑的定义?这是从实验中得来的!其中较为著名的是托马斯·杨的双缝实验。
  实践是理论的本源,人们往往是依据物质外在的各种实验特性,加上逻辑推理和哲学联想。来探究其内在的连接、构成。这样的研究的难度是很大的,稍有疏忽就会导致理论上的失误。
在电子的双缝试验中,电子束发生衍射,电子在靶上的落点形成了波状的同心圆。这是非常典型的波干涉现象!事实摆在眼前不容怀疑,作何解释?于是就认定电子又带有波的性质,人们不得不违心地给出了上述定义。爱因斯坦老年时也感到这一理论的别扭,力图改变它,可惜烈士暮年壮心未已。
  有人说此时的粒子是非经典的粒子、波是非经典的波。可惜我们人都是经典意义上的人,思维是平常的思维。为什么正常的逻辑思维到了微观领域就不适用了?湖南科技出版社翻译出版了一本英国科普读物《原子中的幽灵》。书中对波或粒子莫衷一是。是原子中存在着幽灵,还是人们的认识有了疏忽或偏差?答案应该是后者!

  电子运动伴生着磁场 自从18世纪人类发明了电,随即就发现了电的磁现象,电和磁二者相依相存密不可分,这种现象在中学物理中已有详尽的表述,直流电周围伴生着磁场已被无数个实验所证明:小磁针的偏转,同向导线相斥、异向相吸……。(图10-1)在直流电路中,只要电路导通(电子定向移动),导线周围的小磁针立即发生偏转–外磁场立即发生。即:电子运动伴生着磁场。
    
                    图10–1

  还有,运动的电子在磁场作用下能发生偏转(正因为此,我们才有电视显像管),电子的运动为什么能发生偏转?事实告诉我们,磁场并不能对一般粒子起作用,磁场只能对磁性(或可磁化)物质产生作用。磁场能使电子运动发生偏转,这说明电子在运动时伴生着磁场,即,电子是粒子,电子在运动时伴生着电磁波。
  粒子和波是不同的概念,电子既不可能二者都是,也不应该都不是。我们不要去刻意其中选择,然而这样的伴生则是完全可能的、经常发生的。物质运动时,周围伴生着其运动信息是自然界普遍现象。人们用钳形电流表测量的是电磁的感应,得到的是电子的流量。
  我们可重做上述双缝实验,所有装置完全相同,只是在电子运行的路径上设置电磁检测装置,我们应该在飞去的电子周围检测到电磁波(图10-1B),小磁针将发生偏转。电磁波从何而来?这是电子的运动伴生着电磁波K械脑硕牡缱佣及樯诺绱挪ǎ庑┎ㄏ嗷ジ缮妫哦税椴ㄔ诵兄械牡缱樱蛊淦朐吹姆较颍逑蛄税械牟煌恢谩T谡飧鍪笛橹校缱泳褪窃谄浒樯牡绱挪ㄖ渌娌ㄖ鹆鞯酱锇忻妫纬筛缮嬉嘣谇槔碇小?br>  事实上,这种伴生现象在自然界比比皆是屡见不鲜。如:船是实体,船在水中航行伴生着波浪,同时,船又在波浪中起伏,我们能够测定船的振幅、频率,你能说船就是波吗?设想一个看不见波浪、把船看成粒子的巨人,当他测得?quot;粒子”的振幅、波长,他很有可能把”粒子”看成既是粒子又是波。
机械运动伴生着振动。如:火车是物体(粒子),其运行时伴生着轰隆隆的响声(波),人们在铁路附近听到了轰隆隆的响声,知道火车来了。此刻的火车是粒子(实体)还是波?
  运动着的物体及其伴生的波是一个系统。人们不应抛开系统而用单向思维,把一个关联的体系刻意去捏合或分开。就像太阳(实体)和阳光(波)一样,没有太阳,阳光(波)从何而来?一个没有阳光的太阳还能叫太阳吗?此时,有人定义:太阳既是天体又是电磁波。(因天体和电磁波是不同的概念,于是又加上一句:)太阳既不是天体又不是波。其荒谬则不言而喻了。
  同理,运动着的电子及其伴生的波是一个微观的系统。正是因为运动着的电子伴生着波,所以电子电子能够长期稳定地绕着原子核运转,而不致于呈螺线落进核内。如果把电子仅仅看成一个粒子,而忽略了其伴生的波,那么就会得出核外电子会落入核内;电子的运转速率超过光速的荒谬结果。
  伴生是自然界普遍现象,从宏观宇宙天体到微观质子电子,无不存在着伴生状况。在现实世界,一切运动的物体都伴生着信息:抛出一个石子,就伴生着质量,方向、角度、初速度、加速度、轨迹、落点等多种信息。前面所讲的火车,除了伴生着响声外,还伴生着车次、车速、车况、行车里程、燃料状况等诸多信息。再看我们人生,一个人一出世就伴生着出生日期、父母姓名、家庭住址,接着就有了自己的姓名、就读的学校、学历、文凭、兴趣、爱好、身份证号码、电话号码……。
  用伴生的观点看待事物,看待粒子和波,符合事实、符合逻辑、符合哲理,显然比那种”既是又不是”有理有利。伴生是用系统的观点看待事物,看待事物的运动、看待事物的联系、反映事物的客观实在,它能逻辑清晰地把观测到的事实普遍联系起来,丝毫没有牵强和矫揉,并能综合解释一个广泛的领域。

  物质中的电子 在真空中的电子是粒子,运动的电子伴生着波。同样,物质中的电子也是粒子,物质中运动的电子依然伴生着波。在物质中,电子围绕着原子核高速运转,形成了物质中运动变化最积极最活跃的因素。其运转的线路、速率及运转时伴生的电磁波决定了物质的各种特性。
  加热一根金属棒,开始发红光,然后依次变成橙色、黄色、白色、和蓝白色。离开热源,金属棒逐渐降温,颜色也由蓝白色逐渐变黄变红,最后颜色消失,继续辐射着红外线。这种颜色的变化与光波(电磁波)自然频率的逐渐变化完全对应!这不是巧合,这说明金属棒内一定有物质运动时辐射着电磁波,而且,其运动的速率随着温度而变化,于是就有了这有规律的色温变化,这就是物体中核外电子的运动。金属棒的这种在相同温度下有相同波长的电磁波的辐射,就昭示着物质内核外电子运动的线路、速率是整齐一致的,是极有规律的。而且同样的规律在非金属物质也有体现。
  不同物质,其质子数与电子数随元素周期顺序变化,每一原子的核外电子数是一定的,并且是按能级轨道准确分布的,以一定速率在各自的轨道上和谐运转,能吸收或辐射一定频率的电磁波,且运转速率及线路能随外界温度和压力变化。这样的核外电子的运转构成了世间万物,形成了万物的不同特性及变化。
那种电子既是粒子又是波,既不是粒子又不是波的理论,给出了电子的波粒二相性。从而就导致了电子的运动的线路是模糊的;速率是不确定的;研究电子的运动线路、速率是没有意义的,研究电子运动只有用统计方法,这种方法所能得到的结果,背离了物质运动的客观实在。这样的理论不能解释金属棒在高温条件下的光色的变化。二相性的理论是生涩、缪误的,不过它有一个美丽的光环–徉缪。
  由电子的二相性理论进而得出物质中的电子都只是”电子云”。电子如云,那么,电子以何种线路运转、转快转慢都是没有意义的。这样一来,就把物质的运动与物质的性质完全割裂开来,使探寻工作迷失了方向。
  不同物质,其质子数与电子数随元素周期顺序变化,内层电子与价电子在不同的轨道上运转,且运转速率及线路能随外界温度和压力变化,从而构成了世间万物,形成了万物的不同特性及变化。

  光是什么?“光既是波又是粒子,光有二相性”,写在目前的教科书上,书中亦不否认这是一个有悖逻辑的定义。常识告诉我们:波是连续延伸的;粒子是单个独立的,既是波又是粒子的提法是与逻辑相悖的。这逻辑混乱的定义堂而皇之地呈现在科学殿茫刮奘讼萑肜Щ笾小?br> 是的,二相性的提法能对许多自然现象作出解释,不少的解释是合情合理的。因为光本身就是电磁波,用电磁波解释光的行为是不会错的。电子本身就是运动着的带电粒子,用粒子解释电子行为是没有问题的。于是这一套理论得以生存、发展至今。
  但是把二者混淆起来,说光既是波又是粒子,则使波、粒概念模糊。光何时起波的效应?何时起粒子作用?学说中说这要按需要而定,因为有这个按需要而定,所以此理论用起来十分方便,亦能解释许多问题。这叫人想起了孙悟空的金箍棒,可大可小、可长可短,按需要而变。这样的确带来了许多方便。当孙悟空变成一只小苍蝇时,一万多斤的金箍棒哪里去了?这一问题,几岁的小孩也能作出合乎情理的解释。但是,坦诚的自然不会变戏法,研究科学毕竟不是写神话小说。

  光波还是光子 在300年前的牛顿时代,学者们看到光能通过很小的窄缝小孔,光总是沿直线运动,普遍认为光是一种微小的粒子。到了二十世纪初,人们发现了电磁现象,逐步认识到光是一种电磁波。同时人们发现,很难证明直线运动就是粒子的属性。宇宙之间的粒子大至星球,小至电子、质子都是旋转着、作曲线运动,就是射出的子弹时也必须仰仗着旋转(一种振动)才能直线运行一段。倒是波总是均匀向四周发散,沿着发散的角度维持原直线运动。波是在连续的振动中维持了其直行的平衡、稳定,直线运动恰恰是波的属性。光是直线传播的,恰恰说明光是一种波。
  经过300年的争论,到了十九世纪初,光的波长、频率、干涉、衍射等波的特征已被人们精确测量或观察到,光且具有波的一切性质,已被无数实验和事实所证明,1801年终于有了结论–光就只是电磁波。

  光电效应的困惑 但是,不久人们发现了光电效应,一定频率的光照射在某些金属物体上,能产生电流。光照产生了电流,这是个事实,光照为什么能产生电流?电子是一个微小的带电粒子,它在物质中不停地绕着原子核运转着。电流是电子的定向运动。而光是有一定波长的电磁波,光怎么能、又是怎么样驱使电子使它定向运动?
 面对新问题,有人就回想到上一世纪的争论。设想光也是粒子,一束光带着无数粒子,冲到金属表面,把核外电子敲打出来,形成了光电效应。这样,光电效应发现后,光波又摇身一变,成了粒子。不过,这一次的粒子理论并不能否定光的波动理论,于是就有了这光既是粒子又是波的二相性理论。
在光电实验中,一定频率的光照射在某些物体上,能产生电流,人们利用这一原理制成了光电管、电视摄像管、光电池等。
  光电实验的装置如(图一A)所示:入射光通过石英窗照射到金属制成的阴极K上,使K释放出电子,电子飞向阳极A形成电流。光电实验有以下特征:
    

                   图 10–2

1、频率特性:不同的金属,有其不同的极限频率,只有入射光超过其极限频率时光电效应才能发生。低于  极限频率,再强的光也不能产生光电效应。(图一 表)
2、光强特性:在一定的光强下,外电压增加,光电流逐渐增大,达到饱和。入射光强,激发的电子较多,  饱和电流较大。(图10-2 B)
3、瞬时响应:只要超过极限频率的光,即使很微弱,一经照射,光电效应立即发生。没有能量积聚的过程。
4、遏止电压:光电效应发生后,把电压减小到零,而此时的电流并不为零,(还有电子在流动!)只有加上反向电压,即加上一定的遏止电压才能使光电流减小到零。
  囿于当时(直至今天)人们对物质结构认识的局限,认为原子的核外电子的运动是紊乱无章的;金属内是充满自由电子的。以上各条光电特性,用当时(现有)的经典理论是完全不能解释的,困惑在于:
  1、经典理论认为:金属内充满着自由电子,当光照射在金属表面,光的强度越大,则电子获得的动能也越大。而实验表明光电子的初动能与入射光的强度无关。(有悖于光强特性)。
  2、经典理论认为:金属内充满着自由电子,光电效应的产生与入射光的频率无关。而光电实验表明,只有当入射光的频率大于极限频率,光电效应才能产生。若入射光的频率小于极限频率,无论光强多大,光电效应都不能发生。(有悖于频率特性)。
  3、经典理论认为:金属表面逸出电子所需的能量,是入射光的照射能量,当光强很弱时,光的能量需要有一定的时间积累,光电效应才能发生。(有悖于瞬时响应)。
当今,被人们鼎礼膜拜的爱因斯坦的光电理论,70年来广为传颂。光电实验的事实,及人们对物质结构了解的片面,使经典理论在此遇到了麻烦。为了解决光电效应与经典理论之间的矛盾,爱因斯坦先生提出了假设:光是无数微小的粒子—-”光子”,光电效应中,电子是被”光子”敲打出来。光的频率越高、光子的能量越大。只有当光子的能量足够大(频率足够高),大于该物体的”逸出功”,光电效应才能发生,即著名的爱因斯坦光电方程。
  这样,光电实验光强特性、频率特性、瞬时响应特性都得到了解释,又有了数学方程的佐证,光电效应的所有理论问题似乎都解决了,爱因斯坦因此而获得了诺贝尔奖。此前,爱因斯坦先生在相对论领域作出过重大的建树,享有崇高的声誉,于是,光电理论获得了广泛的传颂。人们就停止了对物质光电频率的探究,失去了探寻物质内电子运动的极好时机,也带来了迷茫–即二相性问题。
  爱因斯坦先生提出的假设,光是无数微小的粒子—-”光子”,是有依据的,这个依据就是普朗克的量子理论.黑体辐射的实验曲线说明,辐射是量子化的,事实正如第五《量子问题》所论述的:电磁波(光)的辐射是随核外电子的跃迁而形成,光波的量子化是客观事实。然而,一份一份的量子化的光波仍然是波,丝毫不能证明光就是粒子,更不是撞出电子的”光子”。
  除了二相性困惑外,爱因斯坦先生的光电理论还留下了以下一些问题:
1、光电子的方向问题。 如果按爱因斯坦先生所设想的那样,光电效应中溢出的电子是在光子的撞击下发生的,那么产生的光电子应是沿着入射光子的方向运动,而事实是:产生的光电子不是顺着入射光,却是逆着入射光(图一 A),这样的碰撞是与自然常理格格不入的。
2、”逸出功”问题。 其实”逸出功”只是一个新名词,没有说明不同物质为什么有不同的”逸出功”,没能说明物体光电频率的实质。
3、甚高频率问题 爱因斯坦先生的光电方程显示,光的频率越高,”光子”的动能越大,光电效应越易发生。有条件的实验室可重作光电实验,频率过高,有些物体的光电效应反而会减弱直至停止。这种事实用光电方程是不能解释的。
4、遏止电压问题。 遏止电压由何产生?为什么外电压为零了,电子还在运动。没有了外电压,被碰出的电子应沿着入射光的方向运动,为什么事实正好相反。
5、逻辑一致性问题 现代教科书讲述光电理论,先是讲光子碰撞;遇到了方向问题就讲能量;(光强大能量就大)遇到能量问题就讲频率。给人的感觉像是在绕圈子,缺乏逻辑的一致性,也没有说清楚其间能量是如何传递的。
6、半导体光电问题 在几十年后,人们发现了半导体,光照射在半导体上能导电率大增,产生光电流,人们把这种事实叫作光电现象。目前人们最普遍使用的是硅半导体,硅不是金属,没有自由电子,其光电效应是如何碰撞、如何产生?现代的凝聚态物理用另一种理论来解释光电现象。然而好的理论应该综合一个广泛的领域。
  以上的问题是客观实在,是令人困惑的。所以人们完全有理由对爱因斯坦光电理论进行反思,有理由去探寻与事实全面相符的光电原理。

  光电原理 了解了物质、了解了物质的核外电子是在各自的轨道上绕着原子核按一定的速率有规律地运转,且在运转轨道的垂直面上伴生着电磁波。电子运转的速率就形成了这电磁波的频率,内层电子速率较高,外层电子速率较低,外层电子的运转速率,就是不同的金属所具有的的极限频率。
  明确了物质结构,我们再回过头去看光电效应,前述经典理论的所有困惑都迎刃而解了,我们就可以心平气和地用经典的理论、用经典的思维去讨论和认识光电效应,用逻辑和理性来解释光电实验的所有特性。
光电效应的发生是光波与物质核外运转着的电子相互作用的结果。
1、频率特性:
  因为金属内不存在自由电子,光电效应中的电子流不是”碰”出来的,而是共振”振”出来的。一定频率的光照在该物体上,照射光(电磁波)的频率与物体外电子运转所形成的电磁波的频率互相吻合,形成了共振,共振之下电子溢出,在电压的作用下换位移动形成电流,于是就形成了光电效应。
  入射光的频率高,激发的是速率较高的内层电子,所以光电子的初动能较大。

2、甚高频率:
  当入射光的频率更高,超过了内层电子运转伴生的电磁波频率,二者不能发生共振,故而把光的频率加至甚高频,光电效应将减弱直至停止。所以,不存在溢出功。
3、、光强特性:
  共振的发生与光强(振幅)无关,只跟入射光的频率相关,所以低于极限频率,再强的光也不能产生光电效应。效应中溢出电子的动能,源于核外电子共振前绕核运转时的动能,也与光强无关,所以再强的光也不能增大电子的动能。
  在一定的光强下,只有部分原子受到光波的激发,外电压增加,光电流逐渐增大,达到饱和。入射光强,激发的电子较多,饱和电流较大。
4、方向特性:
  因为光电效应发生的原因不是碰撞,所以就不存在被撞后的运动方向问题。光电效应的发生是源于共振,共振出的电子向内运动阻力较大,所以只在阻力较小的受光面跳跃。在电场作用下形成电流。
表面电子跃出后,表面原子就向内部原子外围挪用电子,于是就造成了金属内层缺少电子。使验电器带正电;如果把验电器置于受光表面则会带负电。
5、瞬时响应:
  因为光电效应发生的原因是共振,只要超过极限频率的光,即使很微弱,一经照射,光电效应立即发生。不需要能量积聚的过程,所以光电效应具有瞬时性。就像大声喊叫引发雪崩一样,二者的能量是不需成比例的,也不需要能量聚积。
6、遏止电压:
  光电效应发生后,把外电压减小到零,然而光电流继续流动不止。这是因为在光波共振作用下,受光面电子继续跃出,表面原子继续向内部原子外围挪用电子,形成电流,只有外加一定的反向电压,光电流才能停止。于是就有了这遏止电压。
7、非金属的光电现象:
  光电效应不是靠”光粒子”撞出”自由电子”的,所以光电效应在非金属物体中也能发生。许多没有”自由电子”的半导体物质在一定的频率的光的照射下,其导电能力大增,例如硅半导体。人们把硅产生的光电功能叫作光电现象,或叫作内光电效应,用另一种理论来解释,其实大自然不会把事情弄得那么复杂,光电效应和光电现象的原理是一样的,都是光波对运转的核外电子所形成的共振。
  在光电现象中,原子一定频率的光波对运转中的硅原子的外层电子形成共振,共振之下电子的运动发生紊乱,造成了电子运转的拥挤和等待,在等待之时形成了电子空位,外来电子在空位间穿行,使硅的导电能力大增。

  大家都知道我国古代有一器皿叫鱼洗(也有叫龙洗)。用湿手摩擦其两个上柄时,盆体振动,盆中水受激振动,从水面跳出近 20 厘米高的小水珠。这些小水珠不是用什么东西碰出来的,也不是靠什么粒子打出来的,而是由于用手摩擦后盆的振动频率与水的振动频率一致,形成了驻波振出来的。鱼洗现象中跳出水珠的高度并不是与力气大、频率快成正比,也存在着频率特性、振幅特性、瞬时特性。光电现象情同此理,也是振出来的:入射光的频率与物质内电子的运转频率一致,在物质内形成驻波,使运转的电子共振,脱离了原轨道,在电压的作用下定向移动形成电流。
  在有条件的实验室可以做以下实验:在测试某种材料的截止频率时,改变材料的温度、压力,即加快或降低材料的电子速率,这样将能使截止频率有所改变。笔者推测:温度、压力增加,材料的核外电子速率增加,这时其光电效应的截止频率将有所增加。

  光化学现象 除了光电效应之外,光还能使某些在黑暗中不能进行的化学反应变为可能、而且有的还迅速快捷。阳光能使塑料老化、布匹褪色、胶卷感光。这些反应中,有的是光与空气中的氧共同作用,反应缓慢进行;有的反应的原理与光电效应的原理完全相同,如胶卷的感光,及某些光敏化学药品,其与光的反应十分迅捷。
  在这后一反应中,光照电磁波的某些频率与物体中某些价和电子的频率一致,光波的某些频率与价电子的电磁波形成共振,振开了某些结构元,价电子在其间重新组合,构成新的结构元,形成新物质。在光波的促成下,这个光化学反应迅速地完成了。
  在高中物理教科书中,把在微弱光线作用下,照片暴光所形成的局部斑点作为光的粒子性的证据,这是一种误导。在胶片感光反应中,入射光电磁波的某些频率与胶片表面光敏物质的核外电子的电磁波频率一致,形成共振,使一些光敏物质发生反应、重新组合,形成新物质,于是,在胶片上形成亮点。胶片上的感光材料也是物质,也有材质均匀、反应快慢、相互影响的事实。在微弱的光线作用下,光敏反应要么在某一局部(点)完成,要么就引不起反应,因而所形成效果是一些分散的小亮点。把局部分散的反应看成光波粒子性的证据是很幼稚的。 光电池 光电池实质上它是一种把光能转换成电能的转换器。由于光电池性能稳定、寿命长、不污染环境,所以越来越获得广泛的应用。人造卫星和星际空间站几乎全都是用太阳能电池为其提供电能;太阳能航标灯、信号灯已随处可见;太阳能汽车、小艇亦有不少的研制和试用;装有光电池的手掌计算器、游戏机也时有所见。
  光电池的光–电转换原理相同于光电效应。现在,最常用的是硅半导体光电池,它是在N 型硅片上(单晶硅中加少量的五价的磷)用扩散法渗上薄薄一层硼,再配以电极制成。(图10–3) 在N 型硅片上有多出电子的趋势,而渗上的一层薄薄的硼则有缺少电子的趋势,在两种材料的结合处形成了PN 结。
图10–3
  在阳光(或其它光)的照射下,某一频率的光波与硅、硼结构原中的价和电子运转的电磁波形成共振,振开了部分结构元,使电子运行紊乱,由于PN 结的单向导电性,紊乱的电子不断的由N 区移向P 区。移到P 区的电子在PN 结受阻挡,不能反向运动,这样,在P 区有多出电子,而在N 区则缺少电子,于是在N、P两极间产生了电动势,形成回路之后就能源源不断的进行电子的流动–形成电流。
  由于阳光的频率带很宽,从红外到紫外光,而硅的价和运转频率相对较窄,阳光中只有一小部分频率的光波与光电池中的硅价和频率形成共振,所以光电池的效率不是很高。若要提高太阳能电池的效率,一是对部分光实行频率转换,二是在太阳能电池中综合多层其它价和速率的物质。
  这样,在认识了物质、认识了物质核外电子的运转之后,所进行的光电效应的研讨,思维方式是经典的、前后逻辑是一致的、论证过程是理性的,所有的事实、过程与论证全面的相符不悖,没有任何牵强、造作,更没有幽灵。显然比那种”既是又不是”更具理性、更接近事实的本来面目,并能综合解释光电现象,涵盖一个广泛的领域。

2004年06月02日
  1. 新骗局案例 给所有的朋友(女孩子特别注意)
    一、案例一: 
      1、时间:2003年2月15日 
      2、地点:石家庄办事处员工康** 
      3、案情:2003年2月15日中午12:05分,公司石家庄办事处员工康接到一条来自深圳的一部手机发送的短信息:“请注意:我们将连续六小时内不断地拨打你的电话,请作好心里准备。你可以选择关机,谢谢!”在收到这条短信息后, 便有一部深圳的小灵通不打来电话,康**一接听,对方就说:“我们将在六小时内连 续不停拨打你的电话,你可以选择关机”。 康**问对方为什么这样做,对方回答说是测试;问对方是什么单位,对方不回答,然后挂机。此后,康大约每分钟接到一次由这部小灵通打来的电话, 康**每次接听,对方就叫他关机。对方不断地拨打,康**终于不堪忍受,只好关机。 就在关机之后不大一会儿,康远在成都的家属打他的另外一部手机,说有人打电话 到家里。来电人声称是华为公司人员,有关于康**的急事找他的父 母。康**不解,于是向安全管理部总控中心员工求助热线求助。 
        
      案例分析: 
      这是一起典型的诈骗未遂案件,其诈骗方法:犯罪嫌疑人狂打当事人的电话,当当事人不堪忍受而关机或拔线(固定电话),然后,犯罪嫌疑人将打电话给当事人的亲友,称当事人突发事故正在抢救,请对方立即汇多少钱到某某帐号,并声称,如果在多长时间内收不到钱将停止抢救。这时,接到电话的亲友会在 第一 时间内打当事人的电话,而当事人的电话恰恰因前述原因而关机或无法接听这恰恰佐证 了当事人出了事故的“事实”,“救人”心切的亲友往往因此而上当。 
      
      启发及忠告: 
      1、当您碰到类似的事情时,请不要慌张,您可以在电话中主动揭穿犯罪嫌疑人的伎俩,以免对方心存幻想而不断来电骚扰。 
      2、立即打电话给自已的亲友,告之此类事件的真伪,提醒亲友切勿上当受骗 
      
      针对员工的几点预防措施: 
      1、牢记公司24小时应急求助电话,并知会你的家人,任何有需要时均可电话求助,安全管理部会在第一时间受理并调动相关资源处理; 
      2、及时更新你在公司《电话号码查询系统》中的记录,包括手机号码、办公电话及部门信息,这是安全管理部与你联系的主要利用平台; 
      3、及时更新你在公司的人事档案,紧急情况下,安全管理部可以通过SAP系统查询你的相关信息,包括家庭住址及电话。 
      
      
      案例二:
      2003年02月21日傍晚18:00左右,某公司一员工行走在广州市北京路步行街上,马路边的众多推销人员不断向其递来传单或宣传资料;某员工出于礼貌便接了几张传单,但当其拿着那几张传单数分钟之后,忽然觉得头脑昏眩起来,继而感到头前所未有地痛,此时某员工感到情况不妙,急忙跌跌撞撞地走到文明路口,拦了部出租车直奔附近的省人民医院。医院诊断,该员工是由于接触或吸入了一种混合性麻醉药 (学名:达克罗宁,医生称如果过量容易导致死亡!!!!)而导致以上症状。 
      
      案例分析:这是一起有预谋的抢劫未遂事件,一些图谋不轨的不法分子向路人发放预先喷上类似以上麻醉性药物的传单或宣传资料,然后锁定一些目标 (特别是女性),紧随其后,一旦药物发挥作用,不法分子便伺机对事主进行抢劫。
      
      
      建议:
      1、尽量不要接受街头派发的传单或宣传资料,特别是在独自一人的情况下,女性尤其要警惕; 
      
      2、万一您误接了上述资料,并感觉身体不适,请立即向就近的警察求助,尽快就医。(可借鉴上述员工的方法,打车离开)
      
      案例三: 
      主题:女生一定要看–可怕的广州火车站和几乎被拐的MM
      时间:2003年3月3日; 
      地点:广州火车站广场 
      人物:一个2002年毕业的涉世不深的女孩 
      事件: 
      今天下午,我的一个留校的同学给我突然给我打来电话,说有一个师妹去深圳找工作了,没有找到要从广州回家。让我帮忙请她吃顿饭,把她送上回家的火车我当时就答应了,然后根据同学留给我的电话,马上就给她联系了,电话打通后她告诉我现在已经进站了!因为我住处离火车站比较远,接站已经来不及了,于是就问她以前在广州站下过车吗?她说,每次去深圳都要在广州下车,她问我住哪儿她下车后直接打的来找我。我听她的口气很自信,而且因为是大白天,我就同意了, 然后告诉她一个广州很有名的大厦的名字,告诉她我在那下面等她挂了电话我就开始换衣服,准备出发了。
      
      此时这个女孩开始随着人流出站了。出站后她发现她的手机经过刚才的电话已经没有钱了!而在此之前她从来没有见过我,这是她在车站广场上发现了IC卡电话机,她想先给我说一声手机没钱了,然后在问问我穿什么衣服,于是她便拉着箱子走到一部话机旁边。她绝对没有想到,这时一个阴谋已经在悄悄的向她逼近了! 她把箱子放在身前,开始拨电话了,这时她后面站了一个男的手里拿着卡,好像在排队打电话。正当她刚刚把我的号码拨完,突然后面那个人伸出手 “啪”的一声把话机的压簧按了下去,电话没有接通。这时女孩转过身很气愤的看着那个人,那个男人立即满脸堆笑,连声说对不起!说不是故意的。然后告诉女孩,你按重播键就可以了!!! 
      
      这个阴谋像一张网此刻已经张开了!!!女孩满脸疑惑的转过来,按了重播 键。这次没有再挂断,通了!但是,是另外一个陌生的声音。女孩问:“**在吗?”那个声音:“对不起,他刚才有急事出去了,连手机都没有拿,他让我去接你。”女孩又问“他不是让我打的去××大厦吗?”那个声音:“是这样子,我们有车,现在我们去车站接你,你到车站旁边的××等我!”这是一直站在女孩身后的那个男子说话了:“我知道××这个地方,离这儿很近的刚才不好意思啊,为了表示歉意我送你去哪儿!!”说着就拉起女孩的行李,这是电话那边已经挂了! 那个可怜的女孩就傻乎乎的相信了那个人的话,跟着那个男子走,还不时的给那个男子道谢!!! 
      
      当走到流花车站旁边的时候,那个男子好像遇到了一个熟人,打了个招呼。那个人笑嘻嘻的说:”行啊你,这么靓的都搞得到!”那个男子立刻板起脸,骂了一句。这时小师妹突然间像是意识到了什么,经过十几秒钟的思考,立刻明白了自己处境。她的腿都软了,但是那个人拉着她的行李,而行李里面装着她的学历学位证。小师妹装作很关心的说,你看你累得,满脸是汗!给擦擦汗吧!说着,便递过一沓纸巾!
      
      那个男子装作很憨厚,一边傩市实乃当鹱偶保过去就到了。一边接过纸巾把行李放下,开始擦汗!!!小师妹这时突然拉起行李,像疯子一样飞快的跑起来,一边跑一边叫:“救命啊,救命!!!”那个男子也反应过来开始追,人很多,小师妹根本跑不快。但是就在这千钧一发之际,一个保安从前面听到喊声跑了过来,跑到小师妹跟前问:“怎么了!”
      
      可是我那可怜的小师 妹已经神经高度亢奋了,根本不理保安还是一直跑。但是那个男子已经不敢再追了。小师妹看到前面停有一辆的士,这次作罢。惊魂未定的上了!而我在大厦下面已经等了15分钟了。终于我看到一个披头散发的女孩拉着行李朝我走过来了。我赶过去,问她是不是**.呵呵,她用近乎呆滞的眼神死死盯着我,要我出示身份证。幸好我的身份证总是放在钱包里面随身携带。看过之后,她结果我的手机,给我那个同学打通电话,让我接。之后又拿过电话,给我同学说了几句。
      
      挂机之后,拉着我的胳膊好一阵哭啊!!!从来没有见到女孩子掉那么多眼泪!当时真把我吓坏了。不管怎么问怎 么哄就是一直抱着我的胳膊哭,一句话都没有!!! 引得过路的人纷纷侧目。没有办法,我只好带着她回到我的住处,她真的哭了一路!到家里,我让她洗了把脸给她到了杯茶,她的情绪才稳定下来,这时眼睛已经哭肿了。等她边哭边说,把经过讲完之后,我要带着她报警!她说死也不去广州火车站了。不管我怎么劝都不去报警了。歇了一会她让我带着她去东站上车。于是我带她到东站买了火车票,我一直把她送到窝铺车厢,把她安顿好!然后在她感激的眼神中下了车!她给我说的最后一句话是:我再也不来这儿!!! 注意:那IC电话是做了手脚的!!!据称武昌、成都、西安火车站都有这样的事情??不要轻易和陌生人说话,不然不久以后你就可能出现在河南的山沟沟里面 
      
      案例四:
      大约一个月前,我看到一个女子站在大型购物中心的入口。女子写了个自己的经历,好警告其它的女子们。几天前,这个女子购物完后走出购物中心,在上车前发现的车胎泄气了,于是她从后车箱中拿出千斤顶准备换车胎。一个穿著西装手拿公文包的男士走到她旁边对她说?我看到你在换车胎,需要我帮忙吗?女子欣然的接受了男士的帮助。换车胎时女子与男士相谈甚欢,男士换好新车胎后帮女子将泄气的车胎及千斤顶放入后车箱并盖上车盖,并将手上的尘拍掉。当女子谢谢男士的帮助要进入车内时,男士告诉女子他的车子就在购物中心的附近,希望女子能让男士搭个便车送男士去自己停车的地方。女子有点意外并问男士怎么会将车停在另一边。男士解释说来购物中心和一个不常见面的老朋友饭、见面,离开时却走错出口。但他现在快迟到,而他的车子就在附近而已。女子不想拒绝男士,因为男士才帮自己更换车胎,而换车胎对女子并不容易。女子忽然想起男士在盖上后车盖前,将自己的公文包放入后车箱中,而那是在男士开口请女子让他搭便车之前。女子于是对男士说:自己很乐意载男士去他停车的地方,但自己忘了买一样东西。女子接着说只需要几分钟,男子可以坐在车内等,她很快就会回来。女子进入购物中心后找了安全人员,并将刚刚的事告诉他,安全人员与女子一起回到车旁时,男士已经离开了。女子及安全人员一起将后车箱中男士的公文包带到警察局。警察将公文包打开..(表面上而言是可以看看有没有证件好将公文包还给男士)他们发现里面装的竟然是绳子、胶带及刀子。当警察检查女子泄气的旧轮胎时,发现根本没有问题,只是被放气而已。男士有什么意图很明显,而且事前已经小心计划过。女子幸运的逃过一劫。 
      如果女子当时坐在车里等男士替她换车胎,或者女子有小孩坐在系安全带的儿童安全座椅上,或者当时女子拒绝男士的要求将会发生多可怕的伤害。 
      
      希望你能将这封信传给每个你认识的女性。这个动作可能救一条命。一根蜡烛因点亮其它的蜡烛而更炫亮我只传这封信给女性,但男士们!如果你爱你的母亲、太太、姊姐,妹妹、女儿 等等请将这封信传给她们。将这封信寄给每个你认识的女性,藉此提醒大家我们生活的世界有许多疯狂的事,事前防范安全总比事后的后悔好。保持警觉性并常用你的脑袋!传送此信给每个在计算机名单中的女性。永远不要松懈你的警觉性!有时,自身无可言喻的感觉是上天的声音。相信自己的直觉。