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电荷—能量联系定律的论证
贺诗荣
(
衡阳师范学院物理与电子信息科学系, 湖南衡阳421008)
摘 要
: 根据质量、电荷的起源和作用, 并从牛顿定律的普适性和万有引力及库仑力场做功的等效性两种方法
出发
, 定义和推导出电荷质量当量值, 从而得出电荷—能量联系定律。
关键词
: 电荷质量当量; 电荷—能量方程
中图分类号
: O441. 1 文献标识码: A 文章编号: 1002 —073X (2004) 03 —0035 —03
一质量、电荷的起源学说和作用
中国道教始祖老子说
:“天下万物生于有,有生
于无”
[1 ] 。这里的“无”表示天地混沌未开的元气状
态
,而“有”则是宇宙万物产生的本原实体。宇宙的
本原实体是什么
? 爱因斯坦认为“ ⋯因此, 可以认
为
, 物质是由场强很大的空间组成, ⋯在这种新物
理学中
, 并非既有场又有物质, 因为场才是唯一的
实在”。这里把场看成是基本的物质实体
, 粒子只
是场在局域空间的凝聚。按照这一思想
, 质量是引
力场的凝聚
, 电荷是电磁场的凝聚。这是电荷、质
量起源的一种说法。
按照狄拉克理论
, 人们平时所说的真空是整个
填满了负能级的电子海。当一个电子从负能级跃迁
到正能级时
, 就出现一对正负电子。这是电荷、质
量起源的另一种说法。
宇宙射线产生“簇射现象”表明
, 一个高能电子
(
或光子) 最终竟会变成数以百万计的电子, 正电子
和光子。这可算做电荷、质量起源的第三种说法。
目前来看
, 宏观物质是由具有质量且带电荷的
夸克粒子及电子所组成。构成原子核的质子和中子
具有相同的质量
, 但质子带有正电荷。由元素周期
表可知
, 具有不同质子数(电荷数) 的核构成不同物
质的元素
; 而质子数相同, 中子数不同的核只构成
同一种物质的同位素。并且
, 正电子和带负电的核
子构成反物质。所以
, 就决定物质而言, 电荷比质
量更起主导作用。
黑洞唯一性定理
[2 ]指出, 黑洞由质量、电荷、
角动量三个参量唯一确定。可见
, 物质演化到黑洞
的状态
, 它仍由质量、电荷、角动量唯一确定。由
以上论述可见
, 质量和电荷是构成实物世界的基本
要素。
由于质量和电荷都产生平方反比的力场。按照
伯特兰定理
[3 ]和索未菲量子化通则[4 ] , 行星和电子
受平方反比引力
, 其运行轨道是闭合的。在万有引
力和库仑力的势场中
, 行星将遵循波德定律①、电
子将遵循玻尔—索未菲理论在量子化闭合轨道上稳
定地运行着。所以
, 质量和电荷产生的力场是形成
我们的周期性、和谐而稳定运行宇宙的纽带。
二电荷能量联系定律的推导
2
11 由牛顿定律的普适性来推导
牛顿第二定律的普适性表明
: 定律中的外力是
不区分力的性质和来源的
, 只要质点的质量一定,
所施外力的大小和方向一定
, 不管是人的拉力、内
收稿日期
: 2003 - 09 - 02
基金项目
: 衡阳师范学院科学基金资助项目(2001B14) .
作者简介
: 贺诗荣(1946 - ) , 男, 湖南衡阳人, 衡阳师范学院物理与电子信息科学系副教授.
第
25 卷第3 期
2 0 0 4
年6 月
衡阳师范学院学报
(自然科学)
Journal of Hengyang Normal University(Natural Science)
No. 3Vol. 25
Jun . 2 0 0 4
燃机的推力、万有引力还是电磁力等
, 质点的加速
度都相同。并且
, 无论是天上人间的力学规律是相
同的。这样以来
, 小至带电粒子和石块, 大至天体
和星系都能用它去研究。定律的普适性
, 从本质上
说明
, 各种物质运动形式的能量可以相互转移, 其
运动状态的改变效果相同。
那么
, 可设相距为r 的两个等质量M 的物体,
则其间的万有引力为
:
F
m
= - GM2
r
2 (1)
F
m 使两个物体都产生加速度a1 = - GM
r
2 。类
似地相距为
r 的两个带等量正负电荷Q 的物体, 设
其中一物体固定
, 另一质量为M 的物体可运动,
则其间的库仑力为
:
F
e
= - KQ2
r
2 (2)
F
e 使质量为M 的另一物体产生加速度a2 = - kQ2
Mr
2
适当选取
M和Q 使得a1 = a2 , 则有:
kQ
2
Mr
2 = GM
r
2
这是牛顿定律的普适性所致。于是可以得到
:
ζ
= M
Q
=
K
G
= 1
1161195 ×10 ( kg/ C) (3)
(3)
式说明, 质量M产生的引力和电荷Q 产生的库
仑力使质量为
M的物体获得相同的加速度。那么,
经历一定的时空间隔
, 物体M 将获得相同的动量
和能量。可称ζ为电荷质量当量。若把
M, Q 理解
为某一过程中亏损的质量和电荷
, 则有:
E
= MC2 =ζQC2 (4)
把
(4) 式称为电荷能量联系定律。
牛顿第二定律
, 万有引力定律, 库仑定律及爱
因斯坦质能联系定律都是建立在牢固实验基础上的
重要基本定律。那么
, (4) 式也是建立在已有实验
基础上的方程式了。
2
12 由功能关系来推导
法拉第曾经认为“重力和电力之间一定是有关
系的”。按照质量、电荷起源说及它们和能量之间
的渊源
, 可以认为质量和电荷之间一定有某种联
系。设有孤立质量系统
M- m 和孤立电荷系统Q -
q ,
分别置于无限均匀各向同性的真空中, 形成各
自的驻波场而稳定地存在着
, 例如双星系统和原子
系统就是如此。设
M - m、Q - q 各自相距r 时有:
GMm/ r
2 = kQq/ r2 ,为方便起见,设q 为负电荷。系统
M- m
、和Q - q 在平方反比引力作用下,分别绕其
质心做园锥曲线运动。当
M、Q 产生的场力分别把
m
、q 从r0 移到r 处时,M、
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