关于电荷、库仑定律的认识及波函数的意义.pdf

-57-第3期2023年6月No.3June，2023关于电荷、库仑定律的认识及波函数的意义吴义举（北京京鲁数码快印有限责任公司，北京 102200）摘 要：原子的结构是原子核相对于不同质量的电子形成不同轨道的存在。基于此，进一步解释基本粒子的电荷问题以及对库仑定律的认识，同时，推理波函数是以原子核为框架结构形成的不同轨道电子相对于同一能级的电子运动，进一步解释波函数只用来描述微观粒子的运动状态，其与原子的结构无关。关键词：因果性作用力；因果性连接力；空间系数；波函数作者简介：吴义举（1988），男，安徽宿州人；研究方向：理论物理。1 基本粒子的电荷问题电荷是带电粒子的属性。学界规定，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，是原子核失去电子的表现；用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷，是原子核得到电子的表现。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。电荷存在的周围空间具有电场的属性，电场是传递电荷相互作用的物质存在。本研究认为，原子结构中以原子核为中心的不同电子轨道上存在不同质量的电子1，原子核最外层的电子受原子核束缚的作用力最小，最容易失去电子或者得到电子。由于某种原因，比如用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒的原子核会失去电子，表现出失去电子的因果性作用力2，这就是“带正电荷”；由于某种原因，比如用毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒的原子核会得到电子，产生得到电子的因果性作用力，这就是“带负电荷”。由于带正电荷的原子核表现出失去一些电子的因果性作用力，则会表现出吸引带负电荷的因果性作用力；而带负电荷的原子核表现出由于原子核得到一些电子的因果性作用力，则会表现出吸引正电荷的因果性作用力或者被正电荷吸引的因果性作用力，这就是异种电荷相互吸引的原理。如果带正电荷的基本粒子之间相互作用，则因为带正电荷的基本粒子之间表现出失去一些电子的因果性存在，它们之间会形成对立的失去电子的因果性作用力而相互排斥；如果带负电荷的基本粒子之间相互作用，因为带负电荷的基本粒子之间表现出原子核得到电子的因果性存在，它们之间会形成对立的得到电子的因果性作用力而相互排斥，这就是同种电荷相互排斥的原理。在属性空间中，基本粒子存在于空间系数（或场）中，则会对空间系数有因果性作用力的作用，作用力的大小是粒子以自身为中心对空间系数的因果性存在，即：（）d（1）式中：m指基本粒子的质量，指相对于绝对本质本性的实在，n指基本粒子含有实在 的量，r指粒子以自身为中心形成因果性改变量对应的距离，u指粒子具有的空间密度，G指空间系数或空间中场的量。可知粒子对空间系数的作用就是电场的存在，它是粒子存在于空间系数中具有的属性，受磁场的作用，同时也受“带电粒子”之间电场的相互作用，所以电荷、电场的存在都是对基本粒子存在的一种规定或者是一种人为形成的概念。正电荷与负电荷之间的作用实际上只是原子结构中存在的原子核与围绕原子核运动的电子相互作用产生的一种规定现象，它们之间的作用力是因果性作用力，与“电荷”无关，而电荷形成的电场实际上是基本粒子对属性空间中存在的空间系数的因果性作用。电场之间与电场和磁场之间的相互作用实际上是因果性作用力对空间系数的作用。同时，不带电的粒子（比如中微子，它是更小、运动速度非常快的粒子，不可能像原子核一样形成因果性作用力吸引电子围绕其运动，也很难被原子核捕获而形成“不带电荷”的现象）也是学界规定的一种存在方式。原子核中存在的电子在不同轨道上对应不同的质量，也就是说，电子有质量大小之分，这一点从物理学对夸克的认识即可明白。在强相互作用力2中，组成强子的介子与大质量重子的存在是由于原子核中不同能级上的电子相互作用、组合产生的“粒子”，把组成“粒子”的基本粒子称为夸克，而夸克有之分，可见，夸克的大小之分实际上就是原子核中不同能级上存在的电子质量大小之分。这一事实证明电子确实存在不同的质量而分布在原子核不同的轨道上。2 对库仑定律的认识库仑定律是指两个点电荷之间的相互作用力与两个点电荷的电量成正比，而与它们之间距离的平方成反比，如式（2）所示：（2）式中：q1、q2是两个点电荷的电荷量，r是两个点电荷相互作用的距离，k是静电常量。点电荷之间的相互作用力实际上是粒子之间的相互作用现代盐化工Modern Salt and Chemical Industry-58-第3期2023年6月No.3June，2023力，从经验上对粒子之间的关系描述（比例关系式）就是万有引力公式：（3）式中：两个粒子m1和m2之间的相互作用力F与质量成正比，而与距离的平方成反比。但是，经验上的万有引力公式要表达的应该是粒子之间相互作用的本质存在因果性作用力，即：（4）此式表达的是两个粒子m1和m2相互作用力的本质存在，而非相互之间作用的描述。已知电荷之间的相互作用力就是粒子之间的相互作用力，而电场的存在就是粒子的因果性作用力相对于空间系数的作用。由此可见，点电荷之间的相互作用力应该是：（5）（6）式中：k是静电常量，也是“点电荷”之间因果性作用力对空间系数的作用（注意，它指的是一种对空间系数的作用，而非空间系数的定量存在）。此式表达两个点电荷相对于属性空间系数的作用力。对比万 有引力与库仑定律可知，万 有引力常 数G=6.6710-11(Nm2)/kg2，静电常量k=9109(Nm2)/C2，这两个“常量”都是粒子之间相互作用对空间系数的作用力，其数值相差甚远的原因如下。万有引力常数是指两个物体或基本粒子之间的因果性存在相对于空间系数的作用，是相当于它们之间相互作用存在的常量。静电常量是指由于电子移动对空间系数的作用力而使电荷之间相互作用的存在，换言之，电荷对空间系数做功而使电荷相互作用，它是电荷产生的因果性作用力对空间系数的作用。所以，万有引力常数与静电常量虽然相互作用的都是空间系数，但是表达的意义不同，数值当然也不同。3 关于波函数的存在3.1 原子核之间的相互作用可知粒子之间的相互作用力即因果性改变量的作用力（或者相对于空间本质本性的作用力）（见图1）：（4）（7）式中：m1、m2是两个粒子m1和m2相互作用共同因果性改变量所对应的质量，r是m1和m2相互作用的距离，是m1和m2相互作用所对应的空间系数。图1粒子m1和m2相互作用因果性改变量对应的作用力在原子结构中，不同质量的电子以原子核为中心存在于不同的轨道上，每一条轨道上存在的电子一般都是稳定的、确定的且相互作用的存在；各轨道上存在的电子因为质量的不同而形成确定的、与原子核有一定的距离且相互作用、相互影响的稳定存在，形成一个稳定的原子结构（同时，由于外因的作用，原子核包括电子的存在总体而言应该有一定的逆时针方向自旋的趋势）。首先，分析原子核之间的关系。原子核之间因为因果性改变量的作用力（或因果性作用力）而相互作用。如果一个原子核自旋，就会对空间系数（或场）产生因果性连接力（因果性作用力的积分），使空间系数随之转动，而空间系数的因果性连接力对相互作用的原子核产生作用力，使其同向转动，形成稳定的因果性存在。如果两个原子核反向运动，就像创造的纠缠态粒子一样，每个原子核都以自身为中心产生因果性连接力，但方向相反。由此可以求出两个相互作用且反方向自旋的原子核产生的因果性连接力：设原子核的质量分别为m1和m2，自旋角速度分别为w1和w2，相互作用的距离为r，可知两原子核反方向自旋产生的因果性连接力是相互排斥的作用，即：（8）式中：m1和m2是两原子m1和m2相互作用共同因果性改变量对应的质量。其次，当两原子核之间反方向自旋产生的相互排斥的因果性连接力小于原子核之间的相互作用时，其自旋速度会减慢，一直达到同向运动，形成稳定的因果性状态，这一情况与金星的运动情况相似（也就是说，从目前太阳系的角度来看，金星的自旋情况独立于太阳自旋形成的因果性连接力，金星最终会受太阳的因果性连接力的作用与太阳同向自旋）。如果两原子核自旋产生排斥的因果性连接力大于原子核之间的因果性作用力，它们就会反方向自旋、分离，形成以自身为中心、与自旋方向相反的作用，这一情况与量子的纠缠现象类似。在物体的存在中，大量原子核相互作用，同时相互影响，形成稳定的因果性存在。3.2 波函数的存在原子核之间的关系如图2所示。图2原子核之间的关系从图2中可以看出：在原子结构中，同一能级上存在的电子是以原子核为框架结构形成的同一能级上的波形粒子，它们受原子核的因果性作用力相同。由此可知，原子核最外层电子形成的能级具有的能量量度设为E1，电子的质量设为m1，对应的频率设为v1，则：现代盐化工 研究与开发-59-第3期2023年6月No.3June，2023E1=m1v1（9）原子核内层轨道上存在的电子形成的能级具有的能量量度为E2，电子质量为m2，对应的频率为v2，则：（10）由此可以看出，以原子核为框架结构形成的同一能级上存在的电子具有的能量都是确定值，由同一能级上存在的电子质量与形成的波频率决定。分析可知：如果在通路中有一定的小电流存在，则电子之间的相互作用使电子移动，因为原子核相互作用最外层的电子受力大小相等，且从原子核的结构上看，电子会在空间系数中波形运动。如果提高电压，则对原子核的做功增加，使原子核更内层电子轨道上的电子突破原子核的束缚（因果性作用力），在空间系数的同一能级上波形运动，从而形成波形运动的粒子。以此类推，以原子核为框架结构形成的电子在同一能级上都是波形存在。由此可见，原子结构中射出的电子是波形运动的粒子，具有波动性，比如可以发生干涉、衍射等现象。同时，它也具有粒子性，比如发生光电效应等现象。这就是微观粒子的波粒二象性。关于电子的波粒二象性，通过下列实验证明。美国物理学家戴维森用镍晶体做实验，以验证电子的衍射现象。戴维森将一定电压下的加速电子射向镍晶体光栅的截面，电子会发生散射，结果发现，在一些特定区域出现了电子的极大值，此现象与X射线的衍射图样完全相同，间接证明了电子的衍射现象，说明电子具有波动性。另一个实验是汤姆孙在210 kV电压下加速电子射向光栅的金属箔，结果发现了同心圆环，此现象也与X射线穿过金属箔的现象一致，从而证明了电子的运动具有波动性。微观粒子的波粒二象性使薛定谔提出了原子核中电子的分布波函数。薛定谔以事实为基础，通过微观粒子波粒二象性性质的定性研究对原子的结构进行描述并建立模型，称为波动力学。从经验上得到微观粒子的描述3，即：Understanding of charge,Coulombs law and the significance of the wave functionWu Yiju（Beijing Jinglu Digital Fast Printing Co.Ltd.,Beijing 102200,China）Abstract：The structure of the atom is the existence of a nucleus with different orbits relative to electrons of different masses.Based on this,the charge of elementary particles and the understands of Coulombs law are further explained.At the same time,it can be deduced that the wave function is the movement of electrons in different orbits with the atomic nucleus as the frame structure relative to the same energy level.It further explained that the wave function is only used to describe the movement state of microscopic particles,which is independent of the atomic structure.Keywords:causal force;causal linkage;space factor;wave function（11）式中：指波函数，E指粒子具有的能量，p指粒子的动量，指约化普朗克常数。此式描述的是微观粒子的运动状态。（12）此式描述的是微观粒子在空间某处单位体积元dV中出现的概率，实际上是对微观粒子的定性描述。上述公式是从经验中得出的电子在空间中的分布情况，最多只能表达一种现象或者一种电子的运作方式。4 结语分析了基本粒子之间的电荷本质问题以及对库仑定律的认识。在波函数的意义中，对微观粒子的定性描述只是以原子核为框架结构形成的不同能级的电子运动所表现的微观粒子运动状态，它们表达的仅是电子以原子核为框架、以一定的方式运动的情况，与电子运动相对于原子核的结构没有关系。某一波形上的粒子都是原子核某一能级或者轨道上的电子，不能表达电子与原子核之间的关系，也不是原子的结构，应该属于以经验为基础对微观粒子的描述。微观粒子的波粒二象性也间接证明了原子核与电子之间的因果性存在：因果性的作用使原子核之间形成因果性改变量的作用力而相互作用；因果性的作用使原子核同一能级存在的电子受原子核的作用力相等，对电子做功所需要的能量相同，从而使同一能级的电子以波形粒子发射出去，形成波粒二象性。由此可见，波粒二象性恰恰证明了因果性的存在。参考文献1吴义举.关于原子结构的认识J.科技风，2021（16）：79-82.2 吴义举.关于四种基本作用力的认识J.科学技术创新，2021（4）：7-10.3 王学建.波函数与薛定谔方程J.科技信息，2012（30）：122，125.现代盐化工 研究与开发