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最近,我在多篇文章中論述到,角動量和運(yùn)動的關(guān)系。想起2013年4月科學(xué)智慧火花欄目發(fā)表的“動物走路時(shí)怎樣讓身體保持平衡”一文論證的動物走路時(shí)角動量的奧秘,蘊(yùn)藏著重要的物理學(xué)原理。文中論述道,為什么雞走路的時(shí)候頭一伸一縮,而鴨或鵝走路的時(shí)候卻不是這樣的呢?我們先來仔細(xì)觀察動物走路時(shí)的足跡,我們會發(fā)現(xiàn),大多動物走路時(shí),總是要傾向于盡量將兩足或者四足走成一條直線,這樣,根據(jù)運(yùn)動力學(xué),行走的過程中總要產(chǎn)生兩種慣量,一種是向前方向的基本運(yùn)動慣性,這種慣性會隨著力的傳遞和兩腳步伐的規(guī)律而形成前后擺動。另一種是因?yàn)橛昧r(shí)用力方向的內(nèi)傾斜,而一定要形成的扭量性、轉(zhuǎn)動性角動量,并且。這種角動量同時(shí)符合邁右腳時(shí)的右手標(biāo)旋轉(zhuǎn)規(guī)則,邁左腳時(shí)的左手標(biāo)旋轉(zhuǎn)規(guī)則,這種扭轉(zhuǎn)角動量的結(jié)果是形成運(yùn)動時(shí)的左右擺動,其擺動的幅度與走路過程中所產(chǎn)生的角動量大小有關(guān),大則擺幅大,小則擺幅小,其公式符合:即L=r×p=r×m×v。足以說明,動物走路時(shí)存在角動量,動物走路時(shí)一定也存在動量,動物走路是角動量和動量的和諧統(tǒng)一。
說明動物走路時(shí)同時(shí)具備兩個(gè)動量:角動量和動量,兩個(gè)動量“和諧”才能穩(wěn)定的運(yùn)動。動物行走是如此,非生物長期穩(wěn)定也是角動量和動量“和諧配合”的結(jié)果。
現(xiàn)在我們將角動量和動量比較,兩者相比:L/P=r×m×v/m×v1,其中,v1是運(yùn)動速度。由于動物走路時(shí),轉(zhuǎn)動質(zhì)量或許不是動物質(zhì)量的全部,所以對于動物m的大小可能是不同的。對于非生物,轉(zhuǎn)動的質(zhì)量和運(yùn)動的質(zhì)量是相同的,所以對于非生物,角動量和動量比較,兩者相比:L/P=r×v/v1。
角動量和動量之比一定是物質(zhì)轉(zhuǎn)動半徑的倍數(shù),即一定也是特定的長度,這個(gè)長度的物理意義的本質(zhì)是什么非常重要。可以說,不論動物還是非生物他們的運(yùn)動都是角動量和動量的合運(yùn)動,這種合運(yùn)動是物質(zhì)波形成的根本原因。我們再研究物質(zhì)波的規(guī)律:λ=h/p,h是普朗克常數(shù)、p是動量、λ是波長是特定的長度,對此我猜想,普朗克常數(shù)h也是角動量。我在多篇文章也論述過,普朗克常數(shù)是基本粒子的角動量,與此非常契合。所以科學(xué)推理,任何物質(zhì)角動量和動量之比都是物質(zhì)運(yùn)動的波長,即任何物質(zhì)角動量和動量之比就是物質(zhì)運(yùn)動的波長。波長能否顯現(xiàn),決定于運(yùn)動速度和角速度的大小。
自然界的物體(包括宏觀物體和微觀粒子)都是自轉(zhuǎn)的也是運(yùn)動的,宇宙間的運(yùn)動都是角動量和動量的統(tǒng)一。對于宇宙的所有物質(zhì)都存在:L/P=r×v/v1=λ,其中,L是角動量、p是動量、r半徑、v自轉(zhuǎn)速度、v1是運(yùn)動速度、λ是運(yùn)動的波長。
普朗克常數(shù)的出現(xiàn),是微觀粒子存在粒子性的有力證明,德布羅意公式,λ=h/p同時(shí)存在普朗克常數(shù)和波長,說明實(shí)物粒子既存在粒子性,又存在波動性,同時(shí)波動性和粒子性是物質(zhì)存在不確定性的根本原因。粒子存在粒子性是無需說明,需要說明、證明的是粒子存在波動性。分析德布羅意公式λ=h/p,h是普朗克常數(shù),粒子存在明顯的波動性p必須足夠小,即動量足夠小。進(jìn)而推出,同一個(gè)或同一類粒子,運(yùn)動速度越小,越容易呈現(xiàn)波動性。足以說明,粒子的波動性必然和運(yùn)動速度相關(guān),換句話說,粒子的速度是決定粒子能否呈現(xiàn)波動性的重要因素。
解析微觀粒子存在波粒二象性的原因的關(guān)鍵是普朗克常數(shù),普朗克常數(shù)和波長聯(lián)系在一起是物質(zhì)存在波粒二象性的理論基石。基本粒子的角動量是守恒的,所以才存在普朗克常數(shù)。可以說,非基本粒子能否呈現(xiàn)波動性決定于非基本粒子的角動量和動量的比值,而非普朗克常數(shù)和非基本粒子的動量之比,角動量和動量的比值大于非基本粒子的半徑,則非基本粒子能呈現(xiàn)波動性,否則不能呈現(xiàn)波動性,即物質(zhì)在運(yùn)動過程中,波長被轉(zhuǎn)動物質(zhì)的半徑隱藏了。
德布羅意波的規(guī)律:λ=h/p對基本粒子的制約是非常準(zhǔn)確的,對于非基本粒子是近似利用德布羅意波規(guī)律,例如中子、分子和基本粒子差異不太大,是近似利用德布羅意波的結(jié)果,已經(jīng)難于指導(dǎo)波動性的屬性,對于大分子或更大的物質(zhì)利用德布羅意波揭示本質(zhì)理論分析就會存在更大的誤差,原因就是中子、分子等微觀粒子的角動量的值和普朗克常數(shù)存在的差異不太大,易相對較容易實(shí)現(xiàn),對于大分子或更大的物質(zhì)粒子它的角動量的數(shù)值遠(yuǎn)大于普朗克常數(shù),所以仍用普朗克常數(shù)會出現(xiàn)較大的偏差,對實(shí)驗(yàn)的理論指導(dǎo)會出現(xiàn)誤導(dǎo)。
據(jù)此我們在分析德布羅意波的規(guī)律:λ=h/p,由于普朗克常數(shù)就是基本粒子的角動量,所以h=mrv,其中,m是基本粒子的質(zhì)量、r是基本粒子的空間半徑、v是基本粒子的自轉(zhuǎn)速度。變換德布羅意波長公式λ=h/p,由于h=mrv、p=mv1,其中v1是基本粒子的傳播速度,所以λ=h/p=mrv/mv1=rv/v1,據(jù)此我們可以得出結(jié)論:基本粒子存在波粒二象性和基本粒子的質(zhì)量沒有關(guān)系,基本粒子存在波粒二象性只與基本粒子的自轉(zhuǎn)速度和傳播速度及基本粒子的半徑有關(guān)。也就是說,可以認(rèn)為,物質(zhì)存在波粒二象性和物質(zhì)的質(zhì)量沒有關(guān)系,和物質(zhì)的質(zhì)量沒有關(guān)系,可以認(rèn)為和微觀、宏觀也沒有關(guān)系,即宏觀、微觀物質(zhì)都可以存在波粒二象性,那么為什么至今還沒有觀測到宏觀物質(zhì)的波粒二象性呢?分析、論證如下:
首先,分析上述得出的結(jié)論:λ=h/p=rv/v1,即λ=rv/v1,物質(zhì)呈現(xiàn)波動性的條件是:物質(zhì)的半徑小于物質(zhì)形成的波長,否則,物質(zhì)的半徑就隱藏物質(zhì)形成的波長,按照微觀粒子遵循的不確定原理,此時(shí)物質(zhì)的半徑就隱藏物質(zhì)形成的波長,呈現(xiàn)的現(xiàn)象就是確定的,不存在不確定性。例如,電子形成的波長一定大于電子的半徑,這是客觀事實(shí),所以電子能形成波動性。也就是說,物質(zhì)的運(yùn)動速度或傳播速度大于物質(zhì)的自轉(zhuǎn)速度。宏觀物質(zhì)運(yùn)動的速度幾乎都大于它的自轉(zhuǎn)速度,是宏觀物質(zhì)不能呈現(xiàn)波動性的原因。
其次,即使存在宏觀物質(zhì)運(yùn)動速度小于它的自轉(zhuǎn)速度,目前我們也無法找到這樣的宏觀物體呈現(xiàn)波動性的環(huán)境,或者特殊天體已經(jīng)顯示波動性我們也無法識別。
大自然奧妙無窮,每一個(gè)細(xì)小的差別中,都可能隱含著重要的機(jī)理,我們仔細(xì)的觀察大自然,深刻的思考大自然,尋找其相同和不同,深究他們的變化機(jī)理,這可以是我們探索大自然,認(rèn)識大自然,讓大自然造福人類的重要途徑和方法。大自然永遠(yuǎn)是我們最可靠的老師!
結(jié)論:物質(zhì)波是普遍存在的,能否顯現(xiàn)物質(zhì)波決定于物質(zhì)運(yùn)動速度和自轉(zhuǎn)線速度之比。
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