物質運動狀態與物質內部狀態之間關系的討論

關于物質運動狀態與物質內部狀態之間關系的討論

　　摘要：一直以來研究物質的運動，都是將物質看成是一個只有質量，而沒有體積的質點，但事實上，物質具有一定的體積。將物質看成質點，這樣就會忽略物質運動狀態與物質內部狀態的關系。質量是物質的基本屬性，質量的大小是物質的一種基本狀態。狹義相對論的質能公式，描述了物質速度與物質質量之間的關系，也就是描述了物質運動狀態與物質內部狀態之間的關系。由于狹義相對論仍然將物質看成質點，所以質能公式并不能精確細致描述物質運動狀態及其變化與物質內部狀態及其變化的具體過程。所以要準確描述物質運動狀態及其變化與物質內部狀態及其變化的具體過程，就必須突破質點的束縛。

　　關鍵詞：物質運動狀態;物理學;物質內部狀態

　　下面我就從兩個假設開始討論物質運動狀態與物質內部狀態之間的關系。

　　現代研究表明，能量是一份一份傳遞的，物理學中將能量的最最基本單元稱為能量子。物質具有粒子性，正負電子相遇會湮滅，生成兩對以上的光子，而在某種狀態下光子會聚合成電子，這說明任何物質粒子，都是由最基本的粒子組成的。事實證明物質是能量的載體，沒有物質能量是無法傳遞的，如光合作用時，植物通過吸收光子來吸收能量。基于以上信息，我們可以做出這樣一個假設：能量子是組成物質粒子的最基本單元，即能量子是物質，物質是由能量子組成的，能量和質量是能量子的基本屬性。如此，我們可以得出這樣一個信息，物質即表現質量特性又表現能量特性，能量的傳遞也是物質的傳遞，物質質量變化，必然引起能量的變化，能量的變化必然引起質量的變化，即物質的能量和質量同時變化。

　　物理研究表明，光在真空中恒以光速傳播，而光子又攜帶著能量子，由此可知，能量子在真空中也恒以光速傳播，由此我們可做出另一個假設：能量子在真空中恒以光速傳播。

　　由第一個假設可知，任何物質粒子均是由能量子組成的。由第二個假設我們可以知道雖然能量子組成物質后，被能量子之間的相互作用束縛在一定的體積內，但在物質所在體積內，能量子依然是以光速運動。也就是說從微觀角度看所有能量子在一定體積內恒以光速運動，但在宏觀層面看便形成了一定體積的物質粒子。

　　我們先假設一物質粒子處于能量最低狀態，當組成物質粒子的能量子的運動方向在同一方向時，粒子不可能穩定存在，此時物質是一束光。所以粒子要穩定存在，組成該粒子的運動方向在各個方向的能量子數目相等，即該粒子的組成結構具有非常好的對稱性。將粒子在能量在最低狀態下，組成粒子最基本結構的能量子稱為：基本能量子。

　　任何粒子總是會不停的從外界吸收能量，或者不停的向外界輻射能量，所以組成粒子所在體積內，不僅有組成粒子基本結構的能量子，還有游離的以能量存在的能量子。將物質所在體積內除基本能量子之外的能量子稱為：游離能量子。將物質所在體積內的所有能量子稱為：全部能量子。

　　由此可得 全部能量子=基本能量子+游離能量子

　　假設有一粒子，其所含能量子數目為a，以該粒子的質心為原點建立空間直角坐標系，將該粒子所在體積內在各方向運動的能量子按矢量法則分解到坐標軸方向，運動方向在ox方向的能量子數目為x1，運動方向在ox'方向的能量子數目為x2，運動方向在oy方向的能量子數目為y1，運動方向在oy'方向的能量子數目為y2，運動方向在oz方向的能量子數目為z1，運動方向在oz'方向的能量子數目為z2。則有：

　　X1+x2+y1+y2+z1+z2=a

　　則在各方向的能量子數目與給該粒子所在體積內的全部能量子數目a之比分別為：;則有： 則在任何一瞬間，在xx'直線上，運動方向在ox方向的能量子數目與全部能量子的比值與運動方向在ox'方向的能量子數目與全部能量子的比值之差為： ，在yy'直線上，運動方向在oy方向的能量子數目與全部能量子的比值與運動方向在oy'方向的能量子數目與全部能量子的比值之差為：;在zz'直線上，運動方向在oz方向的能量子數目與全部能量子的比值與運動方向在oz'方向的能量子數目與全部能量子的比值之差為：。

　　若該粒子不受外力作用，則該粒子的狀態不會發生改變，即任意時刻x1，x2，y1，y2，z1，z2，不會發生改變。

　　當該粒子受外力作用時，x1，x2，y1，y2，z1，z2，必然發生改變。

　　一、關于粒子速度與粒子內部狀態的討論

　　現有一粒子，其不受外力作用，則它的運動狀態不會發生改變，此時該粒子做勻速直線運動，設該粒子的速度為v，其運動方向為ox方向，同時又因為不受外力作用，所以在xx'直線上 不變。當該粒子受到外力作用時，力的方向在ox方向上，其運動速度將會發生改變，其內部狀態必然發生改變，即xx'直線上 必然發生改變。由于在yy'直線上，以及zz'直線上不受力的作用，所以在這兩條直線上的狀態不發生改變。所以粒子的運動速度與該粒子內部的狀態有必然的聯系。粒子內部的狀態與粒子的速度是一一對應的關系，則有：v=k k為一定值;

　　當該粒子是一能量子時，則有α=1，△x=1其速度為光速

　　c，則有; 得： k=c ，則有： v=k 　　因為0≤≤1，所以有：0≤v≤c， 當=1即△x=α，且α>1時有v=c=1×c，此時不可能組成質量大于光子的粒子，而是所有能量子形成一束光。而要組成具有穩定結構的粒子，則必須有0<<1，即α>△x>0，此時v=c

　　因為 ，且在yy'直線上以及zz'直線上速度為0，

　　即在yy'直線上：

　　在zz'直線上：

　　由此可得，y1=y2，z1=z2，c，稱為方向速度，

　　則有

　　c)=c-c=v。 由以上討論可以知道這樣兩個結論：(1)粒子的速度等于粒子的方向速度的矢量和，也等于粒子速度方向 所在直線上的相反兩方向的方向速度矢量和; (2)在粒子所在體積內，與粒子速度方向垂直的直線上的相反兩方向的方向速度的矢量和為零，令單個能量子的質量記為m0，則該粒子的總質量為m=a×m0，我們將，mx1=x1×m0，mx2=x2×m0，my1=y1×

　　m0，my2=y2×m0，mz1=z1×m0，mz2=z2×m0稱為該粒子的方向質量。則有：mx1 +mx2+my1+my2+mz1+mz2=m

　　粒子的總質量等于粒子的方向質量之和。

　　二、粒子的加速度與粒子內部狀態變化的關系

　　在空間直角坐標系中，有一粒子其速度方向在ox方向，根據公式 可知，要改變該粒子的速度只需要改變或或兩者同時改變。

　　給該粒子施加一力的作用F，力的方向與速度的方向相同，力F將改變粒子內部的狀態，即改變粒子內部的在力的方向所在直線上的或 或兩者都改變。在這里我只討論彈性力對物質對物質內部狀態的改變以及對加速度的影響。 假設有兩物體A，B，他們之間有彈性力的作用，即兩物體相互碰撞或一物體受到另一物體的拉力。當兩物體相互碰撞時，根據力的作用是相互的性質可知，兩物體相互碰撞的作用是改變兩物體各自受力方向所在直線上的相反兩方向的。其被改變的過程有兩種可能性，取A為研究對象，設A的初速度為 ，

　　力的作用時間為;

　　(1) 將物體中，運動方向與受到的力的方向相反的一部分能量子的運動方向改變為與物體受到的力的方向相同，也就是說物體受到的力改變物體本身的狀態。則A物體的末速度為

　　(2) 物體將其內部，運動方向與其施加給另一物體的力的方向相同的一部分能量子傳遞給另一物體，傳遞后運動方向不變，也就是說物體受到的力改變施力物體的狀態，則A物體的末速度為：

　　當兩物體之間的作用力是拉力，改變只有第一種情況，第二種情況不可能出現。

　　對于第一種情況，物體受到的力改變物體本身的狀態，與力是改變物體狀態的原因相符，對于第二種情況，物體受到的力改變施力物體的狀態，與力是改變物體狀態的原因不符，所以兩物體之間的力是彈性力時，物體狀態的改變過程是第一種情況。則A物體的加速度為：

　　牛頓第二定律的證明

　　根據經典力學及生活中的事實有：(1)力是改變物體狀態的原因，即力是改變物體速度的原因;(2)物體受到的力越大，物體的速度在單位時間里的變化量越大;則有

　　F=

　　因為是與單個能量子的基本屬性相關的常數，因為質量也是能量子的基本屬性，可令=m0，則有k=α×m0=m

　　m0為單個能量子的質量，m為物質的總質量;

　　則有

　　mf為同一直線上相反兩方向的方向質量的差值。

　　由此可知，(1)力的大小是單位時間內被改變運動方向的能量子數目;(2)力的大小是在力的方向所在直線上的方向質量在單位時間內的改變量。

　　因為

　　假設物體的總質量不變即α不變，在一定時間t內，F越大，則n越大，α加越大，反之α加越小;假設F一定，在一定時間t內，n也是定值，當物體的總質量越大即α越大時，α加越小，當α越小時，α加越大。

　　綜上所述，當物體受到外力作用時，物體質量越大，其加速度也就越小，即速度變化不明顯，物體的速度越難被改變。

　　因為 則有

　　mf為同一直線兩相反方向的方向質量的差值。

　　將mfc稱為方向動量，由此可知，力的沖量等于方向動量的矢量和。

　　粒子的速度與粒子的質量及粒子的能量的討論

　　有一粒子，其處于能量最低狀態，即v1=c=0，現從某個方向向該粒子不停地發射電磁波，假設電磁波能被該粒子全部吸收，被吸收后電磁波所含能量子的運動方向不變，則該粒子的運動速度為： v2=c n≥0因為恒小于1，所以v2恒小于c，該粒子的初始質量為m1=αm0，該粒子吸收輻射之后的質量為m2=(α+n)m0，則△m=m2-m1=(a+n)m0-am0=nm0≥0

　　由此可知物質吸收外界輻射，質量變大，越多，反之物質向外輻射能量，其質量變小。

　　當該粒子受到彈性力時，其初速度為v1=c，一定時間t后的末速度為v3=c，根據上文的討論粒子受到彈性力時，粒子的總質量不發生變化，粒子受力的方向所在直線上相反兩方向的方向質量發生改變，即△xm0發生改變。

　　綜上所述，粒子的速度越大，其速度方向的凈質量增大，其速度方向的凈能量也增大。

　　三、關于粒子極限速度的討論

　　當一粒子受到彈性力時，力的方向在粒子的速度方向上，設其初速度為v1=c，經過一定時間t后的末速度為v2=c，則該粒子的加速度為，

　　由上式可知， x2-n是該粒子速度的臨界條件，當 x2-n>0時，該粒子還能夠被加速，當 x2-n<0時，該粒子的穩定結構被破壞，此時粒子將分解為更小的粒子，并釋放出大量的能量。

　　當 x2-n=0所對應的速度是物體的最大速度則有當該粒子達到最大速度時有Ft=2nm0c=2×x2×m0c

　　可得t=，即將該粒子加速到該粒子的極限速度所用的時t=， 事實上，該粒子在不可能達到這樣的速度，當游離能量子全部被改變方向后，粒子就已經達到了極限速度。

　　綜上所述，當粒子不吸收外界輻射的情況下，任何粒子都具有極限速度，當粒子的速度超過極限速度，粒子的穩定結構就會發生破壞，粒子將會分解為更小的粒子，并且釋放出大量的能量。

　　若將分裂后的粒子繼續加速，當到達其極限速度后，粒子又會分解，如此往復，直至所有的粒子分解成光子，變成一束光。

　　質量越大的粒子，其極限速度越小，所以大質量天體其極限速度很小。

　　航天飛機不可能永遠加速下去，當其速度超過一定限度后，機體就會被破壞，四分五裂。

　　四、引力與物質體積的關系

　　在引力場中，引力場可以對處在其中物質有力的作用。引力可以作用在組成物質的每個基本粒子上。引力場的作用是將物質所在體積內，運動方向不引力方向的能量子的運動方向改變為引力方向。設處在引力場中的物質所含能量子數目為α，其體積為ν，則該物質的能量子的密度為ρα，設引力場的密度為ρb，當ρα>ρb時，引力場只能對一部分能量子有力的作用，則在任何一瞬間物質所在體積內被引力場改變運動方向的能量子數目為>ρbv，則引力加速度為：

　　又上式可知，引力加速度與物質的密度有很大的關系，當物質的密度越大時，引力加速度越小，當物質的密度越小時，引力加速度越大。

　　這也是在絕對真空環境下，密度小的羽毛比密度大的鐵塊下降得快的根本原因。

　　根據牛頓第二定律有，

　　因為

　　則有 F=mg=m0v ρbc

　　由上可知，引力的大小與物質的體積有很大的關系，物質的體積越大，其受引力越大，反之越小。

　　當ρa<ρb時，引力場可以作用在組成物質的每個能量子上，則引力加速度為

　　由此可知，當ρa<ρb時，處在引力場中的物質將會瞬間被分解成一個個能量子，化成一束光。

　　在引力場中，物質不能被看做是一個質點，引力也不作用在質心上，要準確描述引力場即引力，就必須考慮物質的密度和體積。

　　參考文獻：

　　[1] 張操. 關于狹義相對論的修正以及新引力理論的方案[J]. 北京石油化工學院學報. 2006(04)

　　[2] 黃志洵. 論動體的質量與運動速度的關系[J]. 中國傳媒大學學報(自然科學版). 2006(01)

　　[3] 曹盛林. 狹義相對論與超光速運動[J]. 北京石油化工學院學報. 2002(04)

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