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都是電子惹的禍 物理大師費曼曾經說過：如果在某次災難中，所有的科學知識都將毀滅，只有一句話能夠傳給下一代，那么怎樣的說法才能以最少的詞匯包含最多的信息呢？我相信那就是原子假說，即萬物由原子組成，原子是一些小粒子，它們永不停息的四下運動，當它們分開一段小距離時彼此吸引，而被擠到一堆時則相互排斥。 宇宙萬物都是由原子組成的，但是，當我們進入原子內部考察電子的運動規律時，卻發現原子模型存在著三個致命的弱點。 1：原子是由居于原子中心的帶正電的原子核和核外帶負電的電子構成。由于異性電荷相吸，那么為什么質子和電子不會湊到一塊來呢？ 2：原子核中有若干個全部帶著正電荷的質子，為什么它們不會相互推開呢？ 3：是什么東西把帶負電的電子保持在一起呢？ 這也意味著，理論上是不可能存在由電子、質子、中子組成的原子，但是，這是不正確的，萬物的確存在，原子也的確存在，而且是穩定的，有大量的實驗事實和整個化學的支持。”（摘自《費曼物理》） 那么導致原子不能穩定存在的原因到底是什么？ 1·1 引入“某某素”“某某子” 十七世紀以后，機械唯物主義戰勝了神學，自然科學發生了一次巨大的飛躍，以牛頓為代表的一批科學家用觀察和實驗的方法研究自然現象，他們建立了以經典力學、熱力學、統計物理學、經典電動力學為基礎的一個完整、嚴密的經典物理學的理論體系。這個理論體系的建立、大大擴展了人類對客觀世界物質結構及其運動規律的認識。在科學技術領域和哲學領域均產生了劃時代的影響。 當時人們研究問題的方法，是迪卡爾奠定理論基礎的分析方法：一般把事物分解成若干部分，然后抽象出最簡單的因素來，再以部分的性質去說明復雜事物。由于受到唯物機械觀的影響，當時人們在把自然科學分出去的時侯，不自覺的引入了一些“某某素”“某某子”，然后用這些性質各異的“物質粒子”去分別解釋各類現象。 例如，在研究燃燒現象時，引入了一種物質“燃素”。 在研究熱現象時，引入一種0質量的熱物質“卡路里”。在分析摩擦起電現象時引入“電子”。在分析磁現象時尋找“磁極單子”。在研究光現象時，粒子說引入了“光粒子”，波動說引入了傳遞機械振動光波的媒介物質“以太”。 那么引入這些物質后，到底能不能幫助我們更好的了解大自然？大自然是否真的像人們猜測的那樣客觀存在這些物質？ 現在我們已經了解到，引入“燃素”、“卡路里”雖然能夠簡易地解釋當時發現的大部分燃燒現象、熱現象，使人們相信它是正確的。但是，現代化學之父拉瓦錫在做金屬的煅燒實驗時，發現金屬在煅燒后重量是增加的，而按照燃素說，燃燒后的灰燼應該比燃燒前要輕。在這種鮮明的事實面前，拉瓦錫毫不猶豫的拿起奧卡姆剃刀剃掉了“燃素”這種物質，提出了科學的燃燒學說-氧化學說。 1798年，英籍物理學家倫福德用鈍鉆頭加工炮筒時，發現摩擦生的熱是“取之不盡的”， “熱質守恒”觀點是錯誤的。于是倫福德果斷的向0質量的熱物質（卡路里）剪去；熱是物質內部粒子運動的一種宏觀表現，物質內部根本不存在熱物質（卡路里）。倫福德的實驗徹底摧毀了熱質說，并為物理學的發展開辟了道路。 1905年3月，愛因斯坦根據著名的麥克爾遜、莫雷“以太漂流實驗”否定了以太的存在。 1·2 摩擦起電的困惑 可以說電學是從研究摩擦起電現象開始的。18世紀中期，富蘭克林經過分析和研究后提出；世界上有兩種性質不同的電，一種為正電，另一種為負電。摩擦兩個不同物體就會引起電子的轉移，得到電子的物體帶負電，而失去電子的物體顯正電。 但是，如果富蘭克林當時再做一個實驗；同種材料進行相互摩擦會不會產生摩擦起電現象？相信他絕不會輕易做出以上結論。 現在讓我們拿一些容易起電的同種材料進行相互摩擦，例如；用力掰斷一根舊圓珠筆套，然后用這二截圓珠筆套相互摩擦，我們會發現兩個摩擦表面能夠出現帶電現象。通過進一步的實驗表明：兩個表面所帶電荷為同性電荷，并且有的材料摩擦可以帶同性正電荷，有的摩擦后可以帶同性負電荷。在排除了外界的影響(如通過其它導體導走電荷等)之后，實驗仍能得到相同的結果。 實驗表明同一種材料相互摩擦后，兩個物體表面帶同性電荷，這也表示同一種材料相互摩擦時，某一種電荷在兩個物體的摩擦表面同時增加了。顯然電子轉移說遇到了與熱質說完全相同的問題，它根本沒有辦法解釋這一現象，而這一現象又是客觀存在的。 1·3 我們發現了電子 1897年，湯姆遜通過陰極射線實驗，第一個發現了“電子”。但是，湯姆遜測得的陰極射線粒子的荷質比平均值是1·3×10-11千克/庫倫，而理論值卻是0·56857×10-11千克/庫倫，顯然實驗值和理論值相差很遠。進百年來，不斷有科學家重復湯姆遜的實驗，實驗表明湯姆遜當時的實驗誤差最高只能達百分之二十，而扣除這一因素，實驗值和理論值仍相差很大。 現在出現了一個問題，如果我們通過湯姆遜實驗發現了電子，那么它會導致我們的一些精密電磁實驗的實驗值和理論值不相符。為了解決這一問題，愛因斯坦提出“只要摒棄牛頓所確立的絕對空間和絕對時間的概念，一切困難都可以解決。”現在，一些精密電磁實驗的實驗值和理論值必須通過“洛倫茲變換”才能達到一致。 1·4 原子不能穩定存在的力學原因 在建立原子模型時，我們引入了二種電物質“電子”和“質子”，但是，根據電的同性相斥、異性相吸的性質，原子自然發展的趨勢卻是：同性粒子在斥力作用下將會自動分離，而異性粒子又是相吸的，這就造成同性粒子因斥力而分離，又因異性粒子的引力而聚合。同性粒子在引力、斥力雙重作用下，將自動分離向著異性物質方向運動，其結果自然是異性粒子相互結合在一起而不再分離。 當我們想盡各種辦法的把電一分為二，認為獨立存在二種電性物質時，大自然以其不可阻擋的力量，使“二”重新結合成“一”。而要阻止大自然的這一趨勢，我們不得不認為在質子之間存在一個比電力更為強大的“強作用力”。但是，由于“強作用力”不是來自于物質自身，因此我們目前仍不清楚其產生原因是什么、作用機理是什么。這也表示強作用力，目前它只是出于原子穩定需求，人為增加的一種動力。 為了阻止電子墜入原子核中，有人猜測：“原子必定有一種“穩定態”，在這種狀態下，電子的運行軌道是穩定的，它不輻射光，也不會跌入原子核。”但是，處于“基態”的電子與原子核之間的異性電荷吸引力就會突然消失嗎？ 這個問題我們即躲不過去，也繞不過去，我們只能勇敢的正確面對。現在關鍵的問題真的不是討論那一個“假說”更有希望解決原子穩定問題，而是應該考慮大自然是否真的存在一個由“電子”構成的原子。 如果大自然真的存在這樣的原子，那么，我們一定能夠建立一個穩定的原子模型。因為，大自然從來就沒有欺騙過我們，相反，人的感覺、思想有時卻會欺騙我們。 如果大自然根本就不存在這樣的原子，那么，無論我們再怎么努力，我們“永遠”也找不到解決原子穩定的辦法。正如中國古代思想家早就指出的“孤陰不生、獨陽不長”，只有一面的基本粒子是不可能獨立存在的。只有一面的基本粒子不但不能構成萬物，反而會導致萬物不能穩定存在，阻礙我們客觀、真實的認識大自然。 正如愛因斯坦在《物理學的進化》所說的：“······ 某些自然之謎已經解決了，但是進一步研究之后，證明了其中有許多只是暫時的和表面上的解答，往往有一個理論看來似乎很圓滿了，但是進一步來讀它就發現它還是不適當的。新的情況出現了，它們跟舊的理論是相互矛盾的，或者不能用舊的理論解釋它們。我們讀得愈多，我們對這本書理解得就愈充分，雖然我們不斷地往前邁進，但是圓滿的解答卻似乎不斷地在向后退逃。” 不可否認的是，借助電子的幫忙，我們確實能夠解釋許許多多的自然現象，使人們相信它是正確的。但是進一步來讀它，就發現它還是不適當的，在電子所涉及的所有領域都出現了這樣那樣的問題。新的情況出現了······ 既然大自然的力量是讓電子和質子結合在一起，那么我們為什么還要把它們分開？ 既然大自然的力量是讓電子和質子結合在一起，那么我們人類真的有能力把它們分開嗎？ 既然大自然的力量是讓電子和質子結合在一起，那么我們為什么不能順應大自然的這一趨勢，認為二者原本就是同一物體的正反二面。 也許在順應自然后，我們的理論會變得越來越自然。 也許在減去一些東西后，我們的理論會變得越來越簡單。 也許離開電子的幫忙，我們反而能夠更好的了解大自然。 也許沒有了電子，經典電動力學理論反而變得更加牢固。 |
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