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对“?”弹琴,探索物质内的波

科普小知识2022-10-16 19:15:45
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光源中的光来自电子振动辐射的电磁波。接下来,我们将讨论光对物质的影响,讨论物质对光的反射和吸收,以及这些影响的内在原因。(本文提到的电磁波频率是近可见光、红外线和紫外线。)

我们能看见物体,因为电磁波撞击物体,物体反射部分光。我们看到绿叶是因为它们在阳光下反射绿色光波。当我看到弯曲的月亮时,月亮表面的一部分反射出黄光。这告诉我们,在绿叶中有绿光频率的电磁波,在红花中有红光(4.8×1014赫兹)。所以有一个新发现:物质中有电磁波。

(讨论的是物质中的电磁波,而不是量子力学中的德布罗意波)

思维:物体由分子原子组成,原子有核外电子,电子的运动伴随着电磁波。绿叶中具有绿色频率的电磁波只能由绿叶中的电子运动产生。物体能反射一定频率的光,所以材料中应该有相应频率的电磁波;金属和镜子可以完全反射光,所以金属中一定有更高频率的电磁波。

探索物质中电磁波的最简单方法是用石头问路,用波来探索电磁波。结果可能是“对牛弹琴”或“山流水”遇到知心朋友。用不同频率的电磁波在物质上“弹钢琴”,测试反应,找出物质中相应的内涵。在一定程度上对探针作出反应的能力可能是一种“知心朋友”,这表明该物质与探针具有相同的内涵。如果有回应,我们应该探究和调查原因。我们不应该对此视而不见。我们必须知道这是大自然提交的“内部信息”。

一些物质对电磁波的反应已经存在很长时间了,人们经常熟悉它们。例如,金属有光泽,光滑的金属表面有光泽,光滑的金属可以全方位反射光线。在古代中国,金属被用来制造镜子,现代玻璃镜子也必须有金属涂层。在金属的定义中,教科书总是有金属光泽,但是人们认为金属光泽是理所当然的,没有人认为它是打开物理学大门的钥匙。

金属有光泽,它是彩色的,纯铜是红色的,金是黄色的。这种光泽是一种自然的暗示:红色和黄色反映出金属内核外的电子具有相应的频率;光泽反映了金属表面高频电磁波的存在。金属能反射光。光是电磁波。只有密度更大的电磁波才能反射电磁波。反射光表明物体具有与入射光交流的物理内涵。金属表面存在密集电磁波。

金属物体密集电磁波的来源是:金属物体的价电子较少,但围绕结构元素的旋转速率较高,伴随电子的磁场稳定地形成金属物体的电磁力;与此同时,旋转的电子被加速运动,并可能伴随着高频电磁波。这种电磁波不是跃迁时的辐射,而是集中在价电子的外围和金属表面,在物质内部和表面形成电磁波,可以反射光波,从而达到金属光泽。

非金属物体一般没有光泽,但它们也能反射一些光,所以我们可以看到世界上的一切。涂在物体表面的彩色染料和颜料反射各种颜色的光,所以我们可以看到漂亮的衣服和彩色图片。

在分光镜下,阳光可以分为七种颜色,还有红外线和紫外线。绿叶反射绿光,红色颜料反射红光。反射的电磁波在哪里?专心致志。所以,还有另一个问题。物质是如何以及通过什么方式吸收电磁波的,它去了哪里?现代物理学通常不处理这个问题,避免无法回答的问题的最好方法是回避它们。

一百年来,物理学一直关注单个原子,用孤立的、静态的、无环境的和外部的思想来研究某个原子。因此,不可能通过波感知原子与外界的相互作用。我不敢想象电子能辐射电磁波。也不知道原子的核外电子能吸收外部电磁波,加速自身速度并提高自身温度。

自然的事实是原子永远不会被孤立。它们周围还有物质、环境、温度和热辐射。所有原子都处于一个开放的互动环境中。当物质处于高温时,电子跃迁向外辐射电磁波,因此处于高温的物质产生热量(辐射红外线)并发光。温度低于环境温度的物质可以吸收红外辐射并提高自身温度。

这就是原子如何利用电磁波与外界交流和互动,从而产生电磁波辐射(所谓的热辐射);只有这样,才能有热力学第二定律,即“热总是从高温物质向低温物质传播”,这来自原子与环境相互作用的自然事实。

事实上,每个人都有吸收电磁波的个人经历——晒太阳。我们身体的温度在阳光下会升高,冬天会变暖,夏天会变热。这表明我们身体的碳氢化合物-分子-原子吸收太阳光中的红外光,加速自身核外电子的速度,并使身体升温。

温度计测试表明,红外光和红光的热效应最好,表明温度计材料(玻璃)的价电子率与该频段电磁波的价电子率相近,该频段电磁波吸收最好。我们在这方面也有经验。用来加热浴缸的灯泡发出红外光(带有少量橙色红光——安慰剂)。

再举一个例子,我们现在经常用微波炉来加热食物。微波可以进入食物内部,内部和外部加热同时进行。食物对微波有明显的反应。微波加热揭示了食品中相应波的内涵。我们被告知,频率相似的波很容易相互作用,这表明食物是微波的“知心朋友”,频率相似的电磁波存在于食物(碳氢化合物和水)中。如果用更高频率的光波(红光和黄光)照射食物,没有热效应。

当微波照射在金属上时,它不能进入内部加热,而是完全反射回金属表面。这种反映也是一种反应和“知识”。根据这种反应,人们使用强大的微波(雷达波)来探测飞机和船只。这表明金属表面有密集的高频电磁波。微波不仅不能进入金属,还能被密集的电磁波反射。根据这一原理,人们可以通过在战斗机表面涂上频率与碳氢化合物相似的物质并吸收微波来制造隐形战斗机。

一百年来,物理研究者也使用不同频率的电磁波来投掷石块,并探测物质对波的反应。他们做了一些实验,比如光电实验和康普顿实验,这些实验使用更高频率的波来撞击物质。面对实验结果,没有材料的综合反射光和吸收光,无法讨论电磁波在材料内部进行实验反应的深层原因。相反,考虑到电磁波,我们试图得出的结论只是简单地将鹿称为马,将电磁波和光定义为光子,这导致了物理学的波粒二象性理论,背离了自然的现实,并延缓了科学的进步。

对吧"?"弹钢琴是一种探索未知的思维方式,是发现物质内涵的有效手段。也许它能帮助我们揭示物质世界的奥秘,为科学进步做出贡献。