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空氣或者氣體沒有重量
志勰
本文是氣體在引力場中受作用以及給與物體作用的分析，提出了氣體沒有重量的概念。本文從定性的意義上說明了氣體稱量過程的狀態及定量模式。
引言：
大多數朋友都會認為氣態物質在空間中存在是存在重量的，并且是可以稱量的，可以采用普通的稱量方法來稱量氣體分子的重量（比如采用天平來稱量確定體積的氣體分子的重量）。這種觀念是錯誤的，這種稱量方法也是錯誤的。在常規的稱量氣體分子的方法中，我們所得到的氣體分子的重量并不是氣體分子本身的重量。這1點導致氣體分子重量的定義或者采用稱量氣體分子的重量的客觀實踐應用中，我們所得到的觀念和結論是錯誤的。
1、常規的觀念
稱量物體重量的方法來自于物體在引力場中所受到的萬有引力的作用，并且具有確定的規律，即物體在引力場恒定的情況下，它所受到的引力同物體的質量成正比。這樣1個規律最初作為約定俗成的經驗約定，并且同人們生活中鑒定物體量的多少而1同誕生�，F在最簡易的稱量方法，除了采用彈簧秤來稱量物體的重量之外，較為精密點的測量還可以采用天平稱量物體質量的方法來獲得物體的重量。兩種方法是等效的。
氣體和固體都存在質量，并且都會被萬有引力所吸引，從而被認為在引力場中可以表現為重量。然而，由于氣體和固體的分子存在屬性的不同，存在1定的區別。我們采用這種常規的方法，即：采用質量正比的方法所稱量到的固體的質量，毫無疑問是通過固體的重量來實現的，即物體的質量在引力場中所受到的引力來實現的。
對于氣體，常規的稱量方法則是采用普通秤量固體的方法先稱量出確定容器和容器中氣體分子的和重量，然后再減去容器的重量。從而得到氣體分子的重量。
但是，采用這種常規的方法所稱量到的氣體的重量則不是氣體分子的真實重量。當然，這種方法所稱量的氣體分子的質量也同樣不會是氣體分子的真實質量了。在技術上，我們通常不直接稱量氣體的方法，比如讓其體悟之和固體物質發生化合反應，稱量固體重量，然后確定氣體分子質量的方法。
我們下面先來看1下固體和氣體在稱量屬性上反映出的差別。
2、氣體和固體表現為重量的區別
氣體和物體在存在模式上是不同的，這種不同在于存在狀態的不同。
固體是以固態存在的，氣體則是以氣態存在的，具有壓縮性。它們之間最為本質的區別在于：
構成固體的物質個體之間存在著強烈的相互作用，固體的分子以聚合的狀態作為1個物體的整體而存在，任意相鄰的兩個分子之間存在著強烈的相互作用。萬有引力施加給每1個固體分子的引力會通過固體分子間的相互作用而表現在物體整體受到引力作用的矢量上。這樣定量的物體的所受到的作用力同物體的質量成正比是毫無懷疑的。
但是，組成氣體的每1個個體都在無時不刻的在空間中運動，并且分子和分子之間可以作為單獨的個體在空間中獨立的存在，在不是碰撞的狀態下，分子間的作用可以忽略不計�，F在我們知道，氣體分子都在無規則的運動，并進行著無規則的碰撞。無規則碰撞過程中所反映出來的矢量作用，僅表現在于氣體分子在沿引力作用方向的碰撞上的動量變化量上，這個量就是氣體分子的質量么？這很值得懷疑，以至于才有本文的結論。
3、稱量容器中氣體分子作用的意義和常規對這個領域的錯誤判斷
如上我們將氣體分子和容器壁分離開來僅僅是為了說明稱量過程中對稱量對象提供重力的貢獻。如果我們要考慮我們所稱量對象的重力情況，這實際上需要我們所考慮的整個的稱量對象在引力場中所受到的矢量作用力。剛才我們已經考慮到分離氣體分子和容器作用的情況，在這種情況下，氣體分子不會提供貢獻。這樣，我們就得到1個結論，通過稱量容器的方法來獲得容器中氣體分子重量的，其實質是氣體分子給于容器的作用力的積分。這個作用力等于由于引力的作用，氣體分子給于容器瞬時沖量的差異值。
那么，這樣我們可以得到1個結論。我們采用稱量確定體積種氣體分子重量的方法，我們所稱量的是萬有引力所造成的氣體分子和容器壁瞬時沖量的差異值，而不是氣體分子的重量。如果這個差異值等量于氣體分子的質量所表現出的重量，那么我們可以判斷采用稱量確定體積中氣體分子的方法所稱量到的量是氣體分子的重量，否則，我們所稱量到的則不是氣體分子的重量，氣體分子質量和氣體分子存在狀態的關系，理所當然的也是錯誤的，現在科學中所采用的氣體分子重量（質量）的數值和分子狀態的關系、以及自然界物質的含量等等等等相關的科學結論存在著錯誤。
除了稱量氣體分子重量的本身上，在對氣體分子狀態的處理上，比如容器中氣體壓強、氣體分子的運動速度等，1些觀念也存在問題。我們通常都是采用將氣體分子在容器中各向同性化處理。當作均勻的分子分布空間。氣體分子給于容器壁的作用各向同性。這無疑是1個錯誤的處理方法，當然，可以看作1種近似處理。即忽略掉氣體分子重力的作用。因為這樣處理的結果是，氣體分子沒有重力，換句話說，氣體分子不對重力提供貢獻。那么容器中氣體分子在狀態上的分布是什么樣的呢？下面我們來看這個問題。
4、容器內氣體分子的狀態和稱量容器中氣體所受引力作用的關系
1、由于引力的作用而引起的空氣分子給與物體作用的差異
我們知道，處于水中的物體都存在1個浮力，這個浮力是由于處于水中的物體上方和下方的水給于這個物體的壓力差造成的，空氣也具有流動性，那么處于空氣中的物體是不是也會受到大氣給于它的浮力呢？
很顯然，空氣和水的屬性是完全不同的，這是由空氣的可壓縮性所決定，我們知道水不具有可壓縮性。另1方面，水的不可壓縮性并且由于自身的密度和物體材料的密度都處于1個相同的數量級，浮力是很明顯的�？諝庥捎谑强蓧嚎s的，空氣給于物體的作用完全決定于物體上方和下方氣體分子給于物體的碰撞作用的矢量。因此不能采用同樣的方法來決定物體外面的空氣給與物體浮力的數值。
但我們可以采用同類的方法來給于空氣分子給于物體的作用定位。即采用物體上方空氣分子給于物體瞬時沖量的作用和物體下方空氣分子給于物體瞬時沖量的差值。這個差值依賴于物體上方和下方空氣分子的存在狀態。
萬有引力會對空氣分子存在1個豎直向下的引力作用，空氣分子會由于這個引力作用產生1個加速度，其數值等于9.8米每秒。因為氣體分子在不停的運動、碰撞。因此，氣體分子在平均自由程里在豎直向下的方向會存在這個9.8米每秒的加速狀態，通過氣體分子間的碰撞，將萬有引力的這個引力作用均分到氣體分子所處于的空間平面上�？諝獾臏囟仍诰嗟孛娌煌母叨却嬖谥町�，在高度差異不大的情況下不明顯。這樣的1個事實說明在較大的空間距離里氣體分子存在狀態的差異是顯著的。在科學實驗和理論計算上，我們通常將高差不大的氣體分子的存在狀態當作各向同性處理。忽略掉引力所引起的分子狀態差異。
關于不同高差的分子狀態差異的近似計算方法
在不同空間高度上,分子的存在狀態存在著不同。這種不同主要是由于萬有引力對分子的引力作用所引起。我這里僅提出近似的計算處理方法。
（1）不同高度分子運動速度差異值的近似方法
不同高度處氣體分子速值的差異值同兩個不同高度處的距離成正比。
這1點主要依據是氣體分子會受到引力的作用，由于分子的自由程很小，那么加速過程在分子自由程的運動過程中，其加速過程所引力的速值的增加在空間距離上是均勻的。
（2）不同高度分子密度差異值的近似方法
不同高度處氣體分子密度的差異值同兩個不同高度處的距離成正比
這1點主要依據是氣體分子會受到引力的作用，由于分子的自由程很小，那么加速過程在分子自由程的運動過程中，受到加速運動的分子會給與它的碰撞界面的分子1個整體的矢量作用力，并且這個矢量作用力在距離的遞加上是均勻的。
（3）不同高度空氣溫度差異值的近似方法
不同高度處氣體分子密度的差異值同兩個不同高度處的關系可以分兩種情況來處理。這是由于傳統對溫度概念的觀念所引起。
1種是在氣體溫度同分子運動速度的平方成正比，那么根據（1）可以得到，不同高度處氣體分子的溫度平方差異值同距離成正比。這是傳統的觀念。即溫度同分子的動能（質量和速度平方的2分之1）成正比。本人不推薦這種關系，因為這種關系存在1個問題，這個問題我們將在下1部分（下1個問題的第2個部分傳統稱量方法的缺陷）討論。
另1種則是氣體溫度同分子運動速度成正比。那么根據（1）可以得到，不同高度處氣體分子溫度的差異值同兩個不同高度處的距離成正比。這是我提出的看法。即溫度同分子的動量（質量與速度的乘積）成正比�？蓞⒁�機械運動的能量體系。
2、容器內部的氣體分子給與容器的矢量作用力，即：氣體分子的重力。
（1）傳統的稱量方法
最為典型的證明空氣具有重量的方法是通過對容器中氣體分子的稱量來實現的，但是稱量方法卻是不對的。我在中學時接觸到的稱量方法是這樣的，如左圖：
另1方面，這個實驗間接證明氣體是存在質量的�，F在來看，但并不能證明我們采用天平所稱量到的“質量”數值就等于氣體分子的質量。
（2）傳統稱量方法的缺陷
在前面，我們已經討論了關于不同高差的分子狀態差異的近似計算方法，那么根據這個簡單的關系，我們可以得到如下的結論：
在談到這個結論之前，我們先要討論1個問題，這個問題就是氣體分子在和容器壁的碰撞過程中所給與容器向下作用力的關系。這個關系直接導致了我們對氣體重量稱量的結果。是我們必須要討論的。
我們根據分子的動量和氣體溫度的關系。存在兩種關系，1種是傳統的關系——溫度同分子的溫度同分子的動能（動能氣體分子質量和速度的平方乘積的2分之1）成正比；另1種是我在機械運動的能量體系中提出的——溫度同氣體分子的平均動量成正比（可參見機械運動的能量體系中的溫度與物質分子動量的關系）。前者不推薦，因為和常規的關系不符。可參見機械運動能量體系中的壓強公式。主要是如下：
如果氣體的溫度同氣體分子的運動速度的關系遵守傳統的溫度同分子的動能（動能氣體分子質量和速度的平方乘積的2分之1）成正比，那么，密閉容器中的氣體給與器壁的壓強同氣體分子的動量成正比，即：同分子的運動速度成正比。理想氣體狀態方程中的關系——密閉容器中，氣體的壓強同溫度成正比不符。
在相同的1個容器中，相同氣體狀態下的氣體分子的狀態在容器中的分布是相同的。這個相同氣體狀態包括氣體的溫度、氣體的壓強、氣體的分子總量。我們知道不同氣體分子的分子質量是不同的，比如空氣和2氧化碳、氫氣和氧氣等等，其分子質量是不同的。但是，氣體分子的動量是相同的。
（相同溫度下相同體積相同狀態的氣體分子動量相同的證明方法：如果氣體分子的動量各不相同，那么當這些氣體分子在碰撞的時候，動量大的氣體分子會通過碰撞將動量傳遞到動量小的氣體分子身上，這1點是通過彈性碰撞實現的。只有當相互碰撞的氣體分子的動量相等的時候，兩個分子的動量才不會發生傳遞。如上的說明方法嚴格1些，應該再加上宏觀統計上）
如果我們將密閉容器中的氣體分子在容器中的分布當作各向同性看待，很顯然，容器中的氣體分子將沒有重量。這是因為氣體分子對容器壁的碰撞（或者說作用）是各向同性的。那么密閉容器中的氣體分子將不會對密閉容器形成矢量的作用。這就不會存在重力的作用。如果這樣處理的話，容器外面的氣體分子當然也可以當作各向同性看待，這顯然是和客觀事實不符的。比如將1個氣球充入氫氣，那么這個氣球會飛向高空。這就需要我們必須承認不能將地球引力場空間中不同高度距離處的的氣體分子的狀態分布當作各向同性看待。
同時，不能將由于引力的作用，氣體給于確定物體的豎直向下的作用力，當作重力。因為這是由于引力的作用，氣體分子給于容器壁的彈性碰撞的作用而決定。
因此常規的天平稱量密閉容器的方法不能稱量氣體分子的重量。氣體在大氣中不具有重量。
（3）引力所形成的氣體分子對密閉容器碰撞，形成矢量作用力的幾個關系。
第1、碰撞時間
在相同條件的氣體狀態下，密閉容器中的氣體分子給與容器壁的瞬時沖量作用滿足同氣體分子的動量成正比（可參見機械運動能量體系中的關于壓強公式），那么氣體分子和容器壁的碰撞時間必須是相同的。這需要假設所有的分子在碰撞過程中所表現出的屬性（或者剛性作用）必須是相同的，與分子的質量、分子的電荷分布、分子的運動速度無關的。這是因為分子的屬性是由分子中電荷的分布狀態所決定，不同的電荷分布會決定不同的分子屬性。我們知道，分子屬性這是不可能的。不同的氣體分子和容器壁的碰撞，其碰撞時間必然是不相同的。
在機械運動的能量體系中，曾經討論了氣體分子的碰撞時間，當時的處理方法是將碰撞時間掠而不計，即當作1個很小的常數。這樣的處理方法是1種近似處理方法。但應用到解釋氣體分子的由于引力而引起的重量效應，則不能采用這樣的處理方法了。盡管碰撞時間極短。
相同氣體分子的電荷分布狀態可以看作是相同的，由于分子的屬性是相同的。因此，在彈性碰撞中，我認為可以將相同的氣體分子和容器壁的碰撞時間看作是相同的，并且與分子的運動速度無關。這1點不適用于氣體分子的非彈性碰撞，比如離子狀態。
第2、瞬時狀態的分子碰撞的疊加
首先，“瞬時狀態的分子碰撞”是需要說明1下的。在1個氣體分子和容器壁碰撞時，其它氣體分子也同時和容器壁在進行碰撞過程的這種狀態。在機械運動的能量體系中也討論了不考慮引力情況下的這種碰撞過程和溫度的關系，這里引用原文吧，詳細的參見原文。
“隨著密閉容器中氣體溫度的升高，運動速度會隨之增加。碰撞時間為1常數會使同時作用在容器壁 上的分子數量增加，氣體3個狀態間的關系不再遵守理想氣體狀態方程。此依賴于氣體分子在其自由程上運動的時間和碰撞時間，前者越小，此效果越明顯。因此，容器中單位體積內氣體分子數量越多，理想氣體狀態方程越不成立�！�
那么我們考慮引力的情況會怎么樣呢？
前面我們已經討論了引力所形成的氣體分子分布狀態。分別是：
不同高度處氣體分子速值的差異值同兩個不同高度處的距離成正比；不同高度處氣體分子密度的差異值同兩個不同高度處的距離成正比；不同高度處氣體分子溫度的差異值同兩個不同高度處的距離成正比。
在如上的3個關系中，決定了空間中的氣體分子狀態在不同的空間位置處的關系，引力對空氣分子個體引力的作用，導致了氣體分子在密閉容器中的狀態分布的不同。使容器中底部的分子密度、分子運動速度、動量略大于容器中上部的分子密度、分子運動速度、動量。瞬時狀態的分子碰撞的疊加所形成的矢量作用力在容器中的底部要大于容器中的上部。這個力就是通常我們所說的氣體的重力。
第3、不同質量的氣體分子所表現出的“重量”，引力對不同質量分子的加速結果。
在本文第2個圖中，所說明的是稱量空氣和2氧化碳的結果。這個稱量的結果說明2氧化碳氣體的在引力場中所反映出來的“重量”，要大于空氣的“重量”。根據相同溫度下，運動的氣體分子的動量是相同的，與分子的質量無關。我們完全可以得到空氣和2氧化碳有相同的稱量結果。但事實說明，不是這樣的。其原因就在于萬有引力對氣體分子的加速過程的區別上。
在溫度相同的狀態下，相同體積的空氣和相同體積的2氧化碳含有的分子數是相同的（這1點并不是嚴格的，這是根據摩爾體積的結果），分子的自由程是相同的。但是，分子的運動速度同質量成反比。那么萬有引力給與分子的加速度所引起的速度的增加是哪1個更大1些呢？當然是分子運動速度較慢的2氧化碳了。引力在相同的空間距離里會給與2氧化碳分子更多的作用時間。這樣，2氧化碳分子和容器底部1次碰撞提供的動量要大于空氣分子1次碰撞提供的動量。
第4、不能確定的因素
空氣分子的平均質量要小于2氧化碳，同時，在相同狀態下的空氣分子的運動速度要大于2氧化碳。那么瞬時狀態的分子碰撞的疊加數量要大于2氧化碳分子的疊加狀態。這個量和引力給與2氧化碳分子1次碰撞動量增加的效果是相削的。
5、容器外氣體給與容器的作用
關于氣體的存在狀態和空間高度的關系以及氣體分子和容器碰撞過程中的關系在上1部分已經討論過了，這部分內容似乎已經沒有討論的必要了。因為即便要討論，也是屬于氣體浮力的內容，和氣體的重量沒有關系了。但在這里我仍然想提1點所謂的空氣浮力的內容。
物體在引力場中所受到的向上的浮力完全來自于物體上方和物體下方空氣分子給與物體的作用差異。而采用傳統的定義方法是不合適的。記得在中學時曾學過阿基米德定律，也就是在液體中物體受到的浮力等于物體排開的液體的重量。這樣1個關系應用于空氣無疑是錯誤的。因為空氣具有可壓縮性，另1方面，空氣分子和物體的作用是通過彈性碰撞來實現的。這是不適用的。中國古代的孔明燈就說明了問題。
在1個上端封口的較輕的物件里，比如糊個1端封閉紙筒，封閉端沖上。然后再另1端點燃較輕的火焰。只要在這個封閉的系統里滿足氣體分子給與孔明燈向上的作用力大于孔明燈的重量， 這個孔明燈就可以飛到空中。即便孔明等排開空氣的重量小于孔明燈的重量也不例外。
只要讓阿基米德定律稍作改動，就可以使“浮力”的概念適用于所有的流動體。即：流動體給與物體向上的作用力減去流動體給與物體向下的作用力就等于物體在流動體中所受到的“浮力”。
6、關于氣體“重量”觀念的看法
對于氣體的稱量，在科學上大多采用化合物化合和分解的方法來獲得氣體的質量，從而計算出氣體的“重量”。因此，氣體“重量”不是采用天平稱量的結果。
此外，還可以采用對物質進行氣化或者對氣體進行冷凝的方法，通過稱量液體或者固體的質量來得到氣體的質量或者重量。直接采用天平稱量氣體的方法來獲得氣體的重量或者質量的方法是錯誤的。所稱量到的不是氣體真實的質量。
需要特別注意的是，不能采用和固體相類似的重量來描述氣體在引力場中所受到的引力。我建議，取消掉氣體重量的概念。
2002年5月12日
后語：本來這篇文章不會在這里和大家見面，本想在5月份完成關于原子核的看法。由于意外的事故，硬盤在4月份報廢。以前寫的關于原子核的東西不能在這么短的時間里完成（關于以前的寫作紀錄全部沒有了，以前計劃的東西需要大量的時間進行整理）。正好借這個機會重新瀏覽了機械運動的能量體系，感覺似乎有點缺陷，于是近期就補寫了這篇文章。
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