世界本源相互作用问题.docVIP

第二章 相互作用问题 ????我们已经讲述了物体如何运动这个专题，紧接着的第二个问题将是物体之间怎样相互作用？假如宏观的星球、微观的原子以及常规的物体之间不存在着相互联系，那么整个世界将是一堆散沙、一片支离破碎的蛋糕。事实上，世界的各个部分都相互制约、相互影响。我们看到，所有的天体之间都保持着一定的距离，保持着一定的平衡，它们之间既不相互碰撞，又不相互远离；我们看到，地球、火星、金星等等都在围绕太阳旋转，而月亮也在围绕地球作园周运动，它们既不脱离轨道远抛而去，也不会被拉向太阳或者地球；我们看到，在空中放置一个物体，它总是要作落体运动，它总是力求垂直达到地面，而不是跑向其他方向……。然而，这些相互作用是如何产生的？是什么在背后决定着它们的规律？这些作用是怎样实施、怎样传递的？我们看到和感觉到的相互作用已经很不少了，这些相互作用之间有没有共同的本质？ ????据说，有一次牛顿坐在一棵苹果树下，思索着为何月球以地球为中心作园周运动，这时，一只苹果掉在他的头上，在这一瞬间，一种灵感便闪电般出现了：月球受到的力与苹果受到的力会不会一样呢？由此便产生了万有引力定律。但是，这个定律合理吗？ 本章的目的就是探索相互作用的本质。 一???蒸汽模型 （一） ????我们假设有一个密封的容器，在其中盛满了1大气压、100℃的水蒸汽。这时水蒸汽分子均匀地分布于整个容器之中。但是，当我们逐渐缩小体积时，水蒸汽的状态将会发生什么样的变化呢？ 如果我们事先不知道这个事实的话，那么我们将很自然地想到，水蒸汽的密度将相应地变大，也就是说，没有其他变化，只是水蒸汽相对密集一些而已。但事实并不如此，水蒸汽的密度没有增长，而是出现了液相！部分水蒸汽分子凝结为液珠。在容器中，气态与相比较起来大为密集的液态共存！ ????在这里，密度发生了突变，两个差别巨大的密度同时存在，组成一个平衡体系。这是由于物质的内在性质而决定的。水分子之间存在着极性力、氢键、范德华力等等，这些力都是近距作用，它们只对周围的分子产生联系，或者说通过这些作用将水分子相互粘结起来。我们可以将这些作用力统称为“粘性力”。当水分子的密度较小时，各个分子自由自在地游荡于空中要比它们挤在一起稳定得多，各个分子都逃得远远的，粘性力不足以将它们团结在一起；但是，当水蒸汽密度达到某一个定值时，例如在100℃及1个大气压下，分子之间的粘性力就可以将彼此结合起来，而形成液态。在这里，分子要么彼此远离，使得密度小于一个大气压，要么就彼此结合在一起，如果要想让水分子进一步稍微靠拢，保持在两个大气压或者任何一个中间状态都是不可能的。 ????当我们将这个实验移置到没有重力场的真空中去做，那么出现的将不是液层，而是液珠。在容器中漂浮着大量的水珠，它们均匀地分布于容器之中，使得每一角落里的密度都均匀一致。事实上，容器和压力也是不必需的，例如空中的云雾，我们可以通过温度的下降来使得密度上升，来使得水蒸汽变为水珠。在云雾中，在没有任何外力的作用下，云雾本身以气态和液珠共存，在空中达到相互平衡。 ???当然，这种平衡是动态的。液珠表面的水分子不断在蒸发，而水蒸汽分子又不断在凝结；旧的液珠不断在崩溃，而新的液珠同时在不断地形成。当温度和压力保持不变时，这种平衡状态将永不改变；虽然有局部的水珠崩溃和重新组成，但就总体来说，水珠的总质量和水汽的总质量却永不改变。? （二） ????我们的宇宙也是这样一个平衡的体系。非常类似于我们刚讲的蒸汽模型，在这里，巨大质量和高度密集的星球与相对非常稀薄的空间组成同样的平衡。 ????在这里，最基本的组成不是水蒸汽分子，而是氢原子。至于为什么说是氢原子而不是其他的原子或分子，这只有等到原子结构这一章中再作详细的讨论。事实上，在这里，无论氢原子也好，或者假设是其它的基本粒子也好，都不影响我们的讨论。我们只须知道有这样一个基本构成成分就可以了。 氢原子之间相互作用的也是一种粘性力。我们为了讨论这个粘性力，还是先近似使用氢原子的电子云模型。在这里，假定氢原子核的正电荷是球向均匀分布的，而氢原子的电子云却是椭球形的，那么，在长轴处将有负电的剩余，在短轴处将有正电的剩余，正是这种电性剩余使得原子之间彼此能吸引，能结合，这完全类似于水分子的粘性力。 ????当氢原子密度相当大时，氢原子之间的粘性作用将趋向于使氢原子间彼此结合起来。这样，在宇宙中，一团巨大的原始星云开始收缩了。一颗崭新的恒星正要形成。在收缩的过程中，由于巨大能量的释放，压力增大，温度升高，这样就导致了氢原子的变化，或者进行核聚变形成氦、氧及其他重元素，或者原子之间彼此紧密结合而形成分子。这非常类似于水蒸汽与水珠的平衡。 ????天体就是这样不断地演化。天体也有生死兴衰，但这只是整个宇宙动态平衡的一部分，就整个宇宙来说