量子力學萬有斥力的效果之一《萬有引力和萬有斥力》續篇

量子力學萬有斥力的效果之一

《萬有引力和萬有斥力》續篇

1,前言。6月 8日已上發一文《萬有引力和萬有斥力》,以下把此文簡稱為《斥力》。文中提出萬有斥力的概念,萬有斥力是在量子力學中的不確定原理制約下質點的位置受禁錮而引起的。本文利用這一概念,討論靜電場場源點電荷所處的狀態,所得的結果是,靜電場的點電荷不是處於靜止的狀態,而是處於一個幾率雲球的狀態。

2,物質的點模型。

經典力學研究一個物體的運動時,用質點模型代替物體,獲得很大的成功。質點模型是最簡單,很有效的模型,甚至在量子力學,量子場論中仍然把微觀粒子看做是一個質點。“點模型”不存在旋轉的概念,不可能具有電子的自旋,在著名的狄拉克相對論性電子方程中,為了仍然使用電子的質點模型,寧可人為地加多自旋自由度。因此,“點模型”是從古至今普遍使用的模型。基本粒子體積很小,當人們說不出它有多麼小,並且說不出它是什麼樣子的時候,人們只能把它當作一個點。既然對於電子使用質點模型,那麼,對於電子裡的元電荷,更是使用點模型,稱為“元點電荷”。

2,元電荷。

人們知道,自然界所有帶電體的電量都是電子電量Qe或質子電量Qp的整倍數,因此,Qe或Qp是電荷電量的最小單元,把電量的最小單元稱為“元電量”Q,人們已測得元電量的數值

Q=Qe=Qp=1.6021892×10-19庫倫

電子和質子裡的電荷除一正一負外,所有屬性都是一樣的,統稱為“元電荷”。古典靜電學把點電荷作為帶電體的模型進行宏觀觀測和研究,得出了系列(整套)的電荷屬性,並確立了靜電場的概念。對於電荷的屬性,這裡不逐一複述,只是特別指出的有如下,

2,1. 靜電荷Q周圍的靜電場電場強度的大小E

E=KQ/R2 K=1/4πε0 (1)

R是與Q的距離,K是庫倫常數,ε0是真空介電常數,

2,2. 在R處有一試驗電荷q,電場與其作用力的大小F是,

F=qE (2)

2,3. 既然靜電場能夠施力做功,說明靜電場具有能量。真空中的點電荷Q靜電場的能量密度ω是

ω=(1/2)ε0E2= Q2/2(4π)2ε0R4 (3)

由於公式裡出現的是Q2,不是Q,因此,正電荷電場和負電荷電場的能量密度都是正值的。

3,電荷是什麼?

電荷是什麼?至今無人能回答,但人們卻十分熟悉電荷的屬性,在此約定,

約定1:電荷所有屬性的集合稱作“電荷屬性包”,或簡稱“電性包”。

顯然,電性包與電荷密不可分,電荷消失了,電性包就不存在了,只要發現電性包裡某種屬性存在,就可以肯定電荷存在。

既然人們無法直接觀察到元電荷是什麼東西,是什麼樣子的,但可以觀察到人們熟悉的“電性包”,作為權宜之計,避談電荷是什麼的問題,因此,我們約定,

約定2:“元電荷”是“電性包”的不可分割的源頭,其力學模型與電子一樣,是點模型,電子作質點處理,元電荷作點電荷處理。

元點電荷質量是多少,甚至有沒有質量,至今也難以判斷,並且元點電荷的存在由電性包的存在體驗,因此把這個元點電荷看做是一個幾何點,也不會防礙下面的討論。

元電荷有三個奇怪的事實,

3,1. 人們至今沒有發現不帶電場的裸元電荷存在。

3,2. 元電荷必須存在於具有靜止質量的“實粒子”內,人們至今也沒有發現脫離實粒子的裸電荷存在。

3,3. 帶一個元電荷的基本粒子的性質千差萬別,但其內存的元電荷的“電性包”卻是一樣的。同樣的元電荷對不同的粒子呈現出的不同性質沒有貢獻,雖然元電荷要存在粒子裡,但卻自成一個獨立的系統地存在。人們不知道在不同的粒子裡,這一獨立的系統是如何跟粒子相處的。

雖然以上3個事實難以理解,但卻是事實。人們不能穿越電場和粒子,直接觀測到元電荷是什麼樣子的。特別是,同樣的元電荷放在不同的粒子這裡,對粒子的不同性(比如粒子的靜止質量)有何關係,至今是不清楚。既然人們不知道在不同的粒子裡,這一獨立的系統是如何跟粒子相處的,倒不如把元電荷和它的不可分割的電性包從粒子裡抽象出來,成為一個獨立的討論對象,看看有何推論。

4,推論

4,1. 距離點電荷越近的電場強度E越大,R→0,E→∞(無窮大),電場能量密度ω→∞。

4,2. 根據狹義相對論的質(m)能(W)公式W=mC2,R→0,電場質量密度→∞。

4,3. 點電荷與電場是一個不可分割的體系,因此,點電荷的質量=∞,無窮大質量的點電荷不能被加速,因此靜止。

又厚又重的電場禁錮著一個靜止的元點電荷,其實,這一結果也是古典靜電學討論的起點,但是根據《萬有斥力》一文,在現代的量子力學考察下,點電荷不可能靜止地存在。由不確定原理引起的無窮大的排斥力反抗電場對點電荷位置的禁錮,把電場往外推,推出一個微觀尺度的球體空間,點電荷在這個微觀空間內按量子力學規律運動,也即作幾率運動。因此得結論,

5,結論。在量子力學規律制約下,元點電荷不是以一個固定位置的幾何點的形態存在於電場的中心,而是以一個幾率雲球的形態存在於電場中心。靜電場的場源不是一個點電荷,而是有一定微觀半徑的點電荷的幾率雲球。

5,1. 靜電場體系的這種結構就避免了體系的無窮大能量(或質量)的計算結果。體系的能量分為兩個部分W1和W2,W1是電場能量,W2是點電荷的幾率雲球的能量。設幾率雲球的半徑是R0,那麼,W1就是對(3)式的電場能量密度,從無窮遠處到R0球面處的體積分。以各向同性這種最簡單的情況進行計算,忽略計算過程得

W1= Q2/2(4π)ε0R0 (4)

5,2. 至於W2,是一個新概念,是元點電荷的幾率雲球的能量。既然在不確定原理的制約下,元點電荷存在動量的幾率,也就存在動能的幾率,就相當於說,幾率雲球存在動能。在這個微觀球體的空間裡,點電荷作的不是軌道運動,而是由波函數表述的幾率運動。

5,3. 波函數應存在兩個邊界條件

1,在R=0處,波函數的強度等於零。原因是此處的反抗禁錮的萬有斥力等於無窮大,因此,點電荷在此處出現的幾率等於零。

2,在R=R0處是電場禁錮力與萬有斥力交匯的地方,對抗最激烈的地方,應該是點電荷出現的幾率最多的地方,因此,在R=R0處是,波函數的強度存在極大值。

6,至於W2如何算出來,請有興趣的人士共同努力吧!


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