千虑一得之奇想录

迈克尔逊-莫雷实验原理图:


楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-11 21:30:01 +0800 CST  

9.8.6.3.2迈克尔逊-莫雷实验验证了:中微子在地球表面的各向同性

迈克尔逊-莫雷实验结果是:
未发现任何条纹移动
在此之后的许多年
迈克尔逊-莫雷实验又被重复了许多次
所得都是零结果

所得都是零结果
说明光速同时到达目的地

根据我们上文《9.8.6.1地球表面的中微子具有各向同性》原理来定性分析:
在地球表面
中微子具有各向同性
所以
同一束光
在上、下、左、右四个方向上
运行相同的距离
则运行的时间就相等
所以
最后返回的光就同时到达
试验越精确
就会越证明光波到达的同时性


该试验之所以未出现期望的错误结果(出现干涉条纹)
是因为它的理论推导不成立(假设我们的推理是正确的)
主要有以下三个方面:
1)光波只是搭乘中微子快速运动,而非自己独立开辟道路
中微子自古以来长期存在
且高速运行
它呼啸着从光源附近掠过
当光源发出一定频率的振动能量时
便把这个振荡频率传递给从身边经过的中微子
中微子携带着振动能量
继续它的高速之旅

所以
实验中把传播介质以太的速度看成0
而把光以光速运行看成光的主动开山辟路行为
这个假设应该是错误的

2)即便以太速度为0
在地球这个各向同性的大环境作用下
其速度至少应该与空气分子的速度相同
其总体速度约460米/秒
但不管以太最终以多大的速度在地表前后左右上下运行
就像空气分子一样
它们随时保持均衡状态
以至于我们感觉不到它们的存在

3)当光以一个外来者的身份高速闯进地表这个各向同性的环境
受其它分子影响
最终其速度应该越来越低
或许不能保持长期的高速状态

综合以上三点
我们认为
只有存在着“地表中微子以高速运行”这个内因的基础上
才能保证“地表中光一直以光速运行”这个外在现象的存在

我们回来继续探讨迈克尔逊-莫雷实验:
我们在地球表面静止
来观察同样静止的仪器
这本来也是一个简单的路程问题
水平往返的的两束太阳光所用时间相等

如果非要考虑地球、仪器也在运动着
那么这也是一个运动中的追击问题和相遇问题
此时
我们处于地球外方的某一绝对静止空间来观察:
地球转动速度:V
中微子来到地球时的速度:C
来到地球
经碰撞变得各向同性后
与地球转动同向的中微子速度为:C+V
与地球转动反向的中微子速度为:C-V

在地球上静止不动的人或仪器的速度:V
人或仪器与同向的中微子之间的相对速度:C+V-V=C
人或仪器与反向的中微子之间的相对速度:C-V+V=C
这样
对人或仪器来说
中微子离开或接近他们的相对速度相同
就达到了各向同性的平衡、均衡状态

所以
不管以静止的方法或者以运动的方法计算
中微子离开或接近他们的相对速度都相同


再回到迈克尔逊-莫雷实验中
在水平方向
当光从分光镜到达反光镜时
这是一个运动中的追击问题;
当光从反光镜到达分光镜时
这是一个运动中的相遇问题。

这样,把这个过程看出运动中的追击或相遇问题
就必须考虑上仪器移动的速度
通过计算
很明显就可以看出
在水平方向上
水平方向往返的的两束太阳光所用时间相等
并且与垂直方向往返的的两束太阳光所用时间相等
这个时间T=S/C(S:距离 C:光速)
如下图





光在地球表面的传播速度
或者说光在地球表面单位距离内的运动时间
不因观察者是否是静止还是运动状态而变化
这就是光速不变
这也是各向同性的最基本的特征

这个光速不变
即中微子运行速度不变
只代表在地球表面这一很小的范围内不变
离开地球表面
就会发生变化
就如同大气压
地表大气压到处都相同
而到了高空
却越变越低


楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-12 18:56:35 +0800 CST  
9.8.6.4时间哪去了

我们在9.8.6.1分析得到:
……
不考虑传递事件的光波的传播时间
在两个各向同性的环境条件下
本地事件所经历的时间等于外地事件所经历的时间
两方观测者观察到本地和外地事件所经历时间都相同
……

在外部观察者以很低的速度运行时
这条推理应该很容易得到验证

但是
当观测者乘坐飞船以接近光速运行时
结果会怎样呢?

我们知道
事件发生后
中微子携带事件的光信号
会以光速向外传播
如果观察者以很高的速度运行
使得携带事件的光波传到我们眼中也需要时间时
这使得飞船内的观测者需要等待
等待着携带着事件光信号的中微子追赶过来

实际上
这仍是一个追击问题
当甲从开始点以速度M出发
飞船同时以速度N出发
甲到达终点时所用时间为T
那么
此时飞船距离此事件的始点距离S=N*T

这时
甲到达终点这个事件的光波
开始以光速C运行
开始追击飞船
追到飞船
飞船上的人也就认为甲到达终点这个事件已经结束
那么
前进追击时间T1=距离S/前进速度差=N*T/(C-N)

如果飞船上的人看到这个事件已经结束后
马上掉头
原速度返回
后退时间T2=距离S/后退速度和=N*T1/(C+N)=N*N*T/(C*C-N*N)

那么
飞船飞了一个往返的时间TT=T1+T2=(N*C*T+2*N*N*T)/(C*C-N*N)

根据上述两个公式:
假如
飞船以光速的90%运行
地球上一个人过了一年
那么飞船上的人看到、确认这人长了一岁后
时间已经过了9年
再马上返回
回到地球所用时间为13.3年

当他回来时
地球已经过了13.3年
根据上文推理
飞船也是一个各向同性的环境
所以
飞船上的时间也经历了13.3年
也就是说
从离开到再次相遇
地球上的人经历了13.3年
飞船上的人也经历了13.3年

我们再来考虑一下
飞船上过了一年
地球上的观测者需要多长时间才能看到这一事件

根据上文推理
地球上的一年与飞船内的一年相同
那么
在飞船“经历一年的事件”结束时
地球也过了一年
此时飞船距离为0.9光年
然后
中微子携带着这一事件的光信息
以光速C从飞船传回地球
此时
就是一个简单的路程问题
所需时间为0.9年
那么
地球上的人观测到飞船上经历了一年这一事件
需要1+0.9=1.9年


而根据狭义相对论公式:
t'=t/sqr(1-v*v/(c*c))
0.9倍光速运行的飞船过了一年
而地球上的时间过了2.39年


现在
就有一个问题:
地球观测者在经过1.9年的时候
从理论上
就可以看到了飞船内以90%光速运行的人已经过了一年
为何说此时地球已经过了2.39年呢?

这其中时间相差0.49年
这段时间哪去了呢?
或许
狭义相对论中
时间随速度的变化而变化的公式本身就是错误的?

楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-13 19:57:42 +0800 CST  

9.8.6.5 再议狭义相对论中的时间公式的推导错误

百度:相对论时间公式的推导

为什么速度接近光速后时间会变慢
首先这个是狭义相对论中的问题

它建立在两个假设:
1光速对于任何观察者都不变
2在任何惯性参考系(就认为是对地静止或者是匀速运动的参考系吧)
物理规律都取相同形式
推导时间变换主要用到假设1
如下图:








现在有一辆以速度V高速运动的火车
火车高度为H
在火车里有个人打开手电筒
光就照到天花板上
光从射出到碰到天花板作为一个事件
在火车内的人看这件事情从开始到结束时间t'=H/C
因为在它看来光是径直照向天花板的。
这是很好理解的。
现在对另一个站在地面上的观察者
因为在从光发射到碰到天花板
火车向前运动了一些距离
所以在他看来
光是沿着上图方向运动的
根据勾股定理
可以得到地面上的人测量的时间t=H/根号(c^2-v^2))
所以t=t'/根号(1-v^2/c^2))
两个观察者看这同一个事件的时间是不同的。



从这个公式的推导过程来看
应该存在明显几个值得推敲的地方:
1、从现象来看
的确存在着这样的现象
也能看到一条斜的光线这样的轨迹
但是
这个轨迹不是光真实走过的轨迹
它只是合成的轨迹
是把车厢水平方向运动与光线垂直方向的运动
人为合成形成的
光真正走过的轨迹就是在车厢内的垂直往返运动
既然光没真正走过那个合成轨迹
那就根本无法确定沿着合成轨迹运动的速度就是光速

在这个题目中
合成轨迹、车厢水平运动和光线垂直往返运动组成速度的一个三角形
在这个现象中
水平方向速度的方向与大小是已知给定的
垂直速度的方向和大小也是已知给定的
根据车厢内中微子各向同性的特点
垂直方向光的速度大小是C

确定了六个条件中的4个
那么另外2个必定是确定的
即:
合成速度的方向一定是确定的
合成速度的大小也一定是确定的


2、此推导把已知的垂直方向速度的大小变成未知
反而人为的把未知的合成速度大小先事先假设为C
如果假设正确
那么可以还原整个事件
假设错误
则一切推导过程全部都错误

在忽略水平速度和垂直速度的大小和方向已经给定的情况下
先把合成速度的方向与大小确定下来
这是无本之源
是无任何理由的无中生有出一个与现实不符的条件
由此可见
这个公式应该就是一个错误的公式
也就是说
时间随速度的增加会变慢这一推导理论
应该是错误的


附:正确的速度合成图


楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-14 20:52:36 +0800 CST  
9.8.6.6猜测:重新认识速度与时间的关系

时间与速度之间有关系吗?
现实中
由于人们的移动速度较低、相隔距离较近
事件发生的同时
人们几乎同时就看到了
所以
人们没有滞后的感觉
那么
如果物体高速运行
人们会有滞后的感觉吗

下面我们分析一下
如下图:




通过分析
可以看出
地面观察人看到事件需要的时间与物体移动的时间有关系
物体移动的速度越快
物体内部发生的事件传回地面所用时间越长

假设物体以光速移动
那么
地面观察事件的时间就是在物体内部观察事件的时间的约1.7倍
这应该是时间滞后的极限值了(以光速为限)
这是否说明
以光速运行
车厢内一年
地面就是1.7年呢

不是
答案应该是否定的
因为:
该时间公式有一条隐含很深的限制条件:
地面时间是车厢内部时间的1.7倍(以光速运行时)
而车厢内部时间是指:
光信号在车厢内部从顶部到水平面的时间
重要的话说三遍:
光信号在车厢内部从顶部到水平面的时间;
光信号在车厢内部从顶部到水平面的时间;
光信号在车厢内部从顶部到水平面的时间;
……
不是人们以光速运行停留在车厢内部的全部时间

也就是说
在车厢内部
“光到达了列车顶部”这一事件发生后
光信号马上开始向四面八方传播,包括车厢内部和车厢外部
传播到车厢水平面(假设车厢高度3米)
约需要3/300000000秒
这样
地面上的人经过1.7倍时间,即1.7/100000000秒才能看到
虽然地面时间的确是车厢内部时间的1.7倍
却仅仅相差1.7/100000000-1/100000000秒

并且
该时间差永远也不会增大很多
因为
没有那么30万公里那么高的车厢
能让车厢内的光信号来传播一秒钟的时间
我们的车厢高度、大小
决定了地面与车厢内的时间差的数量级和固定数值

下面
我们来分析一下:
车厢内一年
地面是多长时间

假如车厢以光速C沿光传播的方向运行了一年
则车厢与地面距离1光年
光跑完这个路程需要1年
此时车厢内发生了事件
那么
事件传播给车厢水平面需要1/100000000秒
传播到车厢外“事件刚发生时”的位置,需要1.7/100000000秒
然后光由此位置传回地面,需要跑1年
这样
地面看到这个事件的时间是:1年+1.7/100000000秒
而车厢水平面看到这个事件的时间是1年+1/100000000秒
时间差也是1.7/100000000-1/100000000秒

其实
可以这样理解:
人们在车厢共停留了一年
经历过亿万个瞬间
发生过亿万个瞬间事件
一个事件的光信号消失
接着又产生另一事件的光信号
这样,就产生了一个事件序列
这个事件序列里分别传给车厢里和车厢外
车厢内与车厢外得到这个事件序列的时间差仅仅是1.7/100000000-1/100000000秒

事件序列到达车厢外
将独立存在
此时,它已与车厢的运动速度无关了

该事件序列
会以光速C继续传播会地面
此时该事件序列的传播会地面的时间
(只取决于传播路程长短)
也正是车厢来时所用时间
车厢来、去时间一定相同(因为都以光速传播)
那么地面和车厢内看到同一事件的时间差就是固定的了

另外
如果车厢不沿着光传播的方向运行
假设车厢围绕地球旋转
那么
不管车厢运行多少年
或许地面瞬间就能看到该事件序列
与车厢内几乎同时看到该事件序列

或许
时间与速度的关系就是如此吧
它们本来也没有太多的联系!
无论以多高的速度运行
我们都会看到车厢内的事件
并且
也不会滞后太长的时间

爱因斯坦的相对论认为:
以光速运行的物体
时间将停滞
人们永远不能看到这个物体内部发生的事件

这个结论应该是错误的(假设我们的推理是正确的)
他的错误在于:
他认为物体向前运动
物体内部事件发出的光信号也随着同速向前

他没有认识到传播光信号的是中微子
中微子在地表是各向同性的
只要事件产生的光信号来到各向同性的地表环境中
中微子就会把事件产生的光信号向各个方向按照同样速度C进行传播
(包括向后方传播)
物体运行速度再快
也改变不了整个地表环境的各向同性这个特点
即改变不了有大量中微子会携带着脱离物体后的光信号
以光速C向后方传播

或许
这就是速度与时间的辩证关系吧
楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-15 18:47:13 +0800 CST  
发现《9.8.6.6猜测:重新认识速度与时间的关系
》有点错误
修改了一下
重新发一次
楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-16 20:04:13 +0800 CST  
9.8.6.6猜测:重新认识速度与时间的关系

时间与速度之间有关系吗?
现实中
由于人们的移动速度较低、相隔距离较近
事件发生的同时
人们几乎同时就看到了
所以
人们没有滞后的感觉
那么
如果物体高速运行
人们会有滞后的感觉吗

下面我们分析一下
如下图:



通过分析
可以看出
地面观察人看到事件需要的时间与物体移动的时间有关系
物体移动的速度越快
物体内部发生的事件传回地面所用时间越长

假设物体以光速移动
那么
地面观察事件的时间就是在物体内部观察事件的时间的约1.7倍
这应该是时间滞后的极限值了(以光速为限)
这是否说明
以光速运行
车厢内一年
地面就是1.7年呢

不是
答案应该是否定的
因为:
该时间公式有一条隐含很深的限制条件:
传播到地面的时间是车厢内部传播时间的1.7倍(以光速运行时)
而车厢内部时间是指:
光信号在车厢内部从顶部到水平面的时间
重要的事情说三遍:
光信号在车厢内部从顶部到水平面的时间;
光信号在车厢内部从顶部到水平面的时间;
光信号在车厢内部从顶部到水平面的时间;
……
不是人们以光速运行停留在车厢内部的全部时间

也就是说
在车厢内部
“光到达了列车顶部”这一事件发生后
光信号马上开始向四面八方传播,包括车厢内部和车厢外部
传播到车厢水平面(假设车厢高度3米)
约需要3/300000000秒
这样
地面上的人经过1.7倍时间,即1.7/100000000秒才能看到
虽然地面时间的确是车厢内部时间的1.7倍
却仅仅相差1.7/100000000-1/100000000秒

并且
该时间差永远也不会增大很多
可以忽略不计
因为
没有那么30万公里那么高的车厢
能让车厢内的光信号来传播一秒钟的时间
我们的车厢高度、大小
决定了地面与车厢内的时间差的数量级和固定数值

下面
我们来分析一下:
车厢内一年
地面是多长时间

假如车厢以光速C沿光传播的方向运行了一年
则车厢与地面距离1光年
光跑完这个路程需要1年
此时车厢内发生了事件
那么
事件传播给车厢水平面需要1/100000000秒
传播到车厢外“事件刚发生时”的位置,需要1.7/100000000秒
然后光由此位置传回地面起点,需要跑1年
这样
地面看到这个事件的时间是:1年+1.7/100000000秒
这个时间几乎就是1年整
也就是光跑完回程的时间
光在从车厢内传播到车厢外的那点时间可以忽略不计

如此
我们可以归纳一下:
车厢内的事件发生后
传回地面起点的时间只是光跑完回程的时间
这只是一个简单的路程问题:
所需时间=路程/光速

其实
可以这样理解:
人们在车厢共停留了一年
经历过亿万个瞬间
发生过亿万个瞬间事件
一个事件的光信号消失
接着又产生另一事件的光信号
这样,车厢从起点向前运动开始
就产生了一个事件序列
这个事件序列里分别传给车厢里和车厢外
车厢内与车厢外得到这个事件序列的时间差仅仅是1.7/100000000-1/100000000秒
也可以说
事件序列同时到达车厢外地面和车厢内水平面

事件序列到达车厢外
将独立存在
它已与车厢的运动速度无关了
该事件序列
会以光速C继续向后传回地面起点
此时该事件序列的传回地面的时间
(只取决于传播路程长短)
也正是车厢来时所用时间

车厢以速度V运行了时间t
那么
地面观察者收到光信号所用时间T=V*t/C

汇总来看:
无论以多快的速度向前运行
我们在地面起点都会看到车厢内发生的事件
只不过
当距离遥远时
需要等待的时间较长罢了

有一种情况
可能看不到车厢内发生的事情
比如:
地面观察者与车厢反向移动
且他的速度大于或等于光速
此时
车厢内的事件光信号将不能到达地面观察者眼中

另外
如果车厢不沿着光传播的方向运行
假设车厢围绕地球旋转
那么
不管车厢运行多少年
只要车厢内的事件一发生
地面与车厢内几乎同时瞬间就能看到该事件序列

或许
时间与速度的关系就是如此吧
它们本来也没有太多的联系!(除了速度=路程/时间这个关系外)


爱因斯坦的相对论认为:
以光速运行的物体
时间将停滞
人们永远不能看到这个物体内部发生的事件

这个结论应该是错误的(假设我们的推理是正确的)
他的错误在于:
他认为物体向前运动
物体内部事件发出的光信号也随着同速向前

他没有认识到传播光信号的是中微子
中微子在地表是各向同性的
只要事件产生的光信号来到各向同性的地表环境中
中微子就会把事件产生的光信号向各个方向按照同样速度C进行传播
(包括向后方传播)
物体运行速度再快
也改变不了整个地表环境的各向同性这个特点
即改变不了会有大量中微子携带着独立的光信号
以光速C向后方传播

或许
这就是速度与时间的辩证关系吧

楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-16 20:05:42 +0800 CST  

9.8.6.7 猜测:谈时间不可逆----不能回到过去

根据爱因斯坦的相对论
如果以超光速运行
时间便可以倒流
人们便可以回到过去

科学家如此来解释这个理论:
当事件发生后
便以光速向外传播
如果
此时人们以超过光速的速度追赶
将会依次看到:
刚发生的事件;
一秒钟前发生的事件;
一分钟前发生的事件;
一小时前发生的事件;
一天前发生的事件;
一周前发生的事件;
一个月前发生的事件;
一年前发生的事件;
数百年前发生的事件;
数千年前发生的事件……

所以
人们从理论上
可以看到宇宙、历史的起点
可以进入任何年代
看到当时发生的事件真相
甚至
为了不让现在的某些事情发生
人们可以随时进入过去
通过阻止一些事情的发生
从而改变了历史的车轮
防止了一些事情在现在发生
……

这些道理听起来似乎没有什么问题
但是
仔细一考虑
会发现其推理过程存在明显的错误
它明显的混淆了事件本身和事件传播过程中的影像这两者的关系
我们都知道
时间如流水
日夜不停
汇成了历史长河
事件在历史长河中
只是一瞬间
在雷鸣电闪的一瞬间
某地发生了某一事件
随后就在同地又发生了另一件事件

事件发生过后
该事件就成为过去了
就成为历史

而事件传播过程中的影像却不是一瞬间
该影像可以长期存在
该光波影像在没有其他物质影响的情况下
可以穿过浩瀚的宇宙
一直传播下去
从理论上讲
可以存在一直到永远
只要人们能够追的上它
就可以随时看到这个影像

这是理论分析
实际上
事件传播过程中的影像
也不可能永远存在

我们可以分析一下:
事件发生后
携带事件信息光波的中微子
便以光速向四面八方传播
那么
我们便可以想像一下
我们周围
无时无刻不在发生着各种事件
携带着各种事件光波信息的中微子
在我们周围
乃至浩瀚的宇宙空间
四处奔走
一刻不停
好一幅繁忙的景象啊

但是
弱小的中微子
在传播过程中
微小的能量振动
都会改变其运动状态
或者改变其携带的信息的状态
也就是说
传播影像改变方向甚至丢失了
或者传播影像内容改变了
不再是原事件本身的内容了

另外
携带事件信息的中微子
其在短距离内一定是沿直线运行
如果在不定期的遇到一些大型星体
这些星体会对中微子产生万有引力
万有引力会改变中微子的运行轨迹

也就是说
中微子的运行轨迹
在漫漫的宇宙征途中
将变得毫无规律可言

人们要想追击这个影像
必须先确定其运行轨迹
这将是一个无法计算的难题

如此来看
要想看到过去的真相
还真不是一件容易的事情

假如
我们克服千万重困难
终于追上了这些携带事件信息的中微子
然后
我们也可以强制的把他携带的信息改变了
那么
我们能改变了事件吗

首先
我们只是改变了一处中微子的信息
事件发生后
其影像是以球体形式向外扩散的
我们需要改变不断变大的球体上所有的中微子携带的影像
才能让该事件的影像彻底改变
但是
即便我们改变了这些正在向外传播的影像
我们扭头再看事件发生地
新的事件影像正在源源不断的传播过来
而这些新的影像
与老事件有着千丝万缕的关联
很容易通过这些影像
来反推出原事件的真相

也就是说
除非能够把所有相关的事件影像都改变了
才能彻底改变该事件的影像
这也是一个浩大的工程

事实就是如此
人们所能做的
不过改变事件传播的影像

至于“进入过去”这个说法
从理论上就是错误的:
任何一个空间里
不断的产生着时间序列
这些事件序列中的事件只在一瞬间发生
事件发生后
空间里马上就被新的事件代替
原来的事件就马上消失了
就不存在了
就像一个不断向外吐的泡泡机
只要有新的泡泡出来
原来的泡泡就会破灭
消失在空中
不管在任何时候
人们只能看到现在的泡泡
原来的泡泡
或许只能存在记忆之中
或者存在于向外传播的“光影像”
可见
人们要“进入过去”的泡泡
要进入一个已经不存在的泡泡
绝对是无门可进啊

宇宙空间充满了各种物质
这些物质也以各种运动状态在运动着
改变随时随地都会发生
每一处空间
每时每刻都在变化着
一刻不停
环环相连
直至永远
我们只能看着这环环相连的时间扣
从我们身边悄然离开
慢慢变成为了过去
汇成了历史的长河

我们既改变不了它
也截不断它
你的每一次试图改变“时间扣”的动作
都将组成一个新的“时间扣”
并马上编入事件序列之中
既不能提前也不能靠后
也就是说:
人们即改变不了过去
也改变不了将来

你可以在相同的地点再次踏入同一条河
但是
河里流的水已不是原来的水
你可以顺流而下追逐原来的水
但是
踏入的地点已不是原来的地点
你可以把原来的水从下游抽回来再次踏入
河边的花草已不是刚才的花草
水也不是昨日的水


过去就是过去了
永远不再回来
永远已经离开了
不知所终
留下来的或许只有影像

于是
我们只能望洋兴叹:
我们永远不能进到过去!
楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-16 20:44:57 +0800 CST  

9.8.6.8 关于时间“变慢”的猜想

9.8.6.8.1高空中钟摆变慢的原因
当飞船离开地球
来到太空时
人们发现飞船内时间“变慢”了

为了解释这个现象
人们就认为
时间是因为飞船速度高而变慢的
也就是相对论的时间公式
T=T'/根号(1-v^2/c^2))

时间“变慢”真的是因为运行速度变高而变慢的?
根据上文分析
我们发现相对论时间变慢公式的推导
存在错误
也就是说
时间变慢或许与速度无关
但是
飞船内时间变慢这个现象如何解释呢?

假如飞船上使用摆钟
那么
我们应该马上清楚的知道
飞船一旦远离地球
那么
其时间一定会变慢

因为:
钟摆的周期公式为T=2π√(L/g)
其中L是摆长
T是摆动的周期.
在其他条件不变的情况下
远离地球
意味着重力加速度g越来越小
那么
钟摆的周期将变得越大越大
也就是说
时间“变慢”了

其实
时间没变
变化的只是钟摆的周期
用这种变化的度量工具来度量时间
一定会得出时间变慢的结论

现在
飞船上使用的是原子钟

以原子的震荡次数作为度量工具来度量时间
用这种方法人们发现
飞船内的时间又“变慢”了
那么
这又是什么原因呢?



9.8.6.8.2太阳系内各行星公转周期公式与钟摆周期的公式相同


百度太阳系各行星公转周期:

轨道(距太阳距离) 公转周期
水星:0.387------ 87.9天
金星:0.723------ 224.7天
地球:1.00------ 1.0年
火星:1.52------ 1.9年
木星:5.2------ 11.8年
土星:9.5------ 29.5年
天王星:19.2------ 84.0年
海王星:30.1------ 164.8年

据科学家研究
太阳系各行星公转周期公式:
T=2π√(R3/GM)
M:中心天体质量
G:万有引力系数
R:公转半径
根据这个公式
我们可以看出
行星公转周期√(距离的立方)成正比
距离太阳越远
周期就越大


我们把这个公式再变化一下:
根据万有引力公式
F=G*M*m/(R*R)
太阳这个中心天体对各行星的万有引力就是各行星的重量
F=G*M*m/(R*R)=m*g
g为该行星在该轨道半径R位置时太阳产生的重力加速度
可以得到:
G*M*m/(R*R)=m*g
则g= G*M/(R*R)
把它带入太阳系各行星公转周期公式:T=2π√(R3/GM)
可得
T=2π√(R/g)

这与钟摆的周期公式为T=2π√(L/g)相同
钟摆公式中的长度L也是行星的公转半径R

这样
可以把在任何位置的行星
都看成一个临时钟摆
但是这个钟摆可以360度旋转

行星轨迹的公转半径是不断变化的
所以
其轨迹是由很多不同的摆动周期的钟摆组成
所有钟摆摆动的时间之和就是该行星的公转周期



9.8.6.8.4(微观上)原子钟振荡周期

百度:原子钟
人们平时所用的钟表
精度高的大约每年会有1分钟的误差
这对日常生活是没有影响的
但在要求很高的生产、科研中就需要更准确的计时工具
目前世界上最准确的计时工具就是原子钟
它是20世纪50年代出现的
原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的
由于这种电磁波非常稳定
再加上利用一系列精密的仪器进行控制
原子钟的计时就可以非常准确了
现在用在原子钟里的元素有氢(Hydrogen)、铯(Cesium)、铷(rubidium)等
原子钟的精度可以达到每100万年才误差1秒
这为天文、航海、宇宙航行提供了强有力的保障

9.8.6.8.4.1基本原理
根据原子物理学的基本原理
原子是按照不同电子排列顺序的能量差
也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差
来吸收或释放电磁能量的
这里电磁能量是不连续的
当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时
它便会释放电磁波
这种电磁波特征频率是不连续的
这也就是人们所说的共振频率
同一种原子的共振频率是一定的
例如铯133的共振频率为9 192 631 770Hz
因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间

9.8.6.8.4.2发现人
30年代
拉比和他的学生们在哥伦比亚大学的实验室里研究原子和原子核的基本特性





也就是在这里
拉比(Rabi) 他们在依靠这种原子计时器来制造时钟方面迈出了有价值的第一步
在其研究过程中
拉比发明了一种被称为磁共振的技术
依靠这项技术
他便能够测量出原子的自然共振频率
为此他还获得了1944年诺贝尔奖
同年
他还首先提出“要讨论讨论这样一个想法”(他的学生这样说道)
也就是这些共振频率的准确性如此之高
完全可以用来制作高精度的时钟
他还特别提出要利用所谓原子的“超精细跃迁”的频率
这种超精细跃迁
指的是随原子核和电子之间不同的磁作用变化
而引起的两种具有细微能量差别的状态之间的跃迁

在这种时钟里
一束处于某一特定“超精细状态”的原子束穿过一个振荡电磁场
当原子的超精细跃迁频率越接近磁场的振荡频率
原子从磁场中吸收的能量就越多
从而产生从原始超精细状态到另一状态的跃迁
通过一个反馈回路
人们能够调整振荡场的频率直到所有的原子完成了跃迁
原子钟就是利用振荡场的频率
即保持与原子的共振频率完全相同的频率作为产生时间脉冲的节拍器

楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-17 20:13:42 +0800 CST  

9.8.6.8.4.3猜想:外部磁场强度降低是高空时间变慢的主要原因

根据9.8.6.7.2太阳系内各行星公转周期公式与钟摆周期的公式相同
我们知道
宏观上
太阳系内各大行星的公转周期与其与太阳的距离有关
距离太阳越远
其公转周期越大

那么
各大行星与太阳之间的距离
是否可以随便变化呢

显然
不可能随便变化
比如
要远离太阳就必须克服太阳对其的强大的万有引力
在没有任何外力的情况下
各行星与太阳之间的距离不会改变
亿万年来
这些行星从未远离太阳一步

以我们目前的能力
要想让行星远离太阳
哪怕一点点
恐怕都做不到

或许将来某一天
人类有了巨大的进步
能够掌控巨大的能量
或许有可能让某个行星远离太阳一点点

宏观上
我们没有能力改变行星的轨道半径
微观上
我们是否可以改变电子的轨道半径呢

从原子钟的发现来看
人们可以通过振荡磁场输入能量
从而让电子获得能量远离原子核
从而改变了电子运转的轨道半径

我们知道太阳系各行星公转周期公式:T=2π√(R3/GM)
那么
电子的公转周期公式也应该如下:T1=2π√(R3/G1M1)
M1:中心天体质量----原子核质量
G1:万有引力系数-----微观世界万有引力系数
R:电子轨道半径

当电子的轨道半径变大时
其公转周期变大
电子就远离了原子核

或许
远离原子核的电子
不能永远离开
高速运行的电子在来到类似“原子壳”之类的地区时(有关“原子壳”的话题以后再扯吧)
会被狠狠的撞回去
再次回到原子核附近
围绕原子核公转

但是
通过撞击
该电子的能量会损失一些
这些损失的能量会透过“原子壳”区域的其他物质传递出去
或者把“原子壳”区域的其他物质像水花一样飞溅出去
或许就是我们观测到的“释放出固定频率的电磁波”
或许这个固定频率就是电子的撞击“原子壳”频率

如果这个推理成立
那么
能“释放出固定频率的电磁波”的关键:
就是高能电子远离原子核并撞击到“原子壳”区域
而能影响到电子撞击“原子壳”的因素
除了自身的因素:比如原子核大小、原子半径大小等等以外
还有外部的因素:比如外部磁场、压强、温度的影响
或许强大且不变的外部磁场会严重束缚电子的运动(能引起共振除外)
使其不能顺利逃离原子核从而撞击“原子壳”
外部压强也起同样作用
而温度或许有利于加快电子的运动速度
从而有利于电子撞击“原子壳”

我们可以试想一下
如果外部的磁场强度减少
会引起原子向外输出的电磁波发生怎样的变化呢

或许
在外部磁场强度减少时
对电子的束缚减少
电子更容易脱离原子核的控制
从而更容易撞击“原子壳”
这样
使得电子在较低的能量时也可以撞击“原子壳”区域
向外输出电磁波
而较低的能量意味着较低的速度
也意味着较低的撞击频率

也就是说
此时原子向外“释放出固定频率的电磁波”时
该电磁波频率会降低

如果这个推理正确的话
那么
原子钟到了高空会变慢就有了合理的解释:
因为高空磁场强度一定比地表低
所以原子向外“释放出固定频率的电磁波”的频率也就低

而原子钟就是利用振荡场的频率
即保持与原子的共振频率完全相同的频率作为产生时间脉冲的节拍器

那么
产生时间脉冲的节拍器的频率就低
其节拍器的周期就长
时间就变慢了

楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-17 20:16:57 +0800 CST  

9.8.6.9猜测:放射性测定年代法是有误差的

百度:放射性测定年代法

放射性测定年代法
是根据放射性核素衰变的速度
不随地球上的物理条件而变化的科学理据来测定年代
应用现代放射性核素计时来测定年代的先进科学手法
包括有三种测定方法:
1、利用碳-14测定年代法;
2、利用放射性衰变的母子体关系测定年代法;
3、热释光测定年代法

9.8.6.9.1放射性测定年代法原理

放射性核素衰变的速度不随地球上的物理条件而变化
这提供了一种天然的时间标准
虽然目前也有研究说明
一些核素的半衰期与核素的化学环境有关
因为所处的化学环境不同
核外电子的能级就不一样
这可以影响原子核的超精细结构
从而影响到半衰期;
不过,由于这个效应是很微弱的
对核素的半衰期影响不会有数量级的不同
所以
现代放射性核素计时仍然是一种用于测定年代的先进手法之一

核素年龄鉴定法广泛用于地层、岩石、矿物和陨石年龄的测定
它给地球化学和宇宙学的研究提供了一项很重要的手段。


9.8.6.9.1.1放射性测定年代法

1949年美国化学家Willard Libby(1908-1980)
宣布发明了放射性碳素(C14)断代法
又称为 C14 测年法
由于 C14 的半衰期(消耗一半所花费的时间)为 5730 年
正负误差 40 年
所以可以测定的时间范围在 58,000 至 62,000年
如果需要更古老的测定
完全可以用其他半衰期更长的放射性元素。

生物体在活着的时候
会因呼吸、进食等不断的从外界摄入碳十四
最终体内碳十四与碳十二的比值会达到与环境一致 (该比值基本不变)
当生物体死亡时
碳十四的摄入停止
之后因遗体中碳十四的衰变
而使遗体中的碳十四与碳十二的比值发生变化
通过测定碳十四与碳十二的比值就可以测定该生物的死亡年代
目前在人体中
碳占整个身体质量的18%
生物体的每克碳内含有大约500亿个碳14原子
其中每分钟大约有10个碳14原子衰变


9.8.6.9.1.2利用放射性衰变的母子体关系测定年代

测定年代的另一种方法是利用放射性衰变的母子体关系
测定在一个封闭体系中母子体核素的含量比值来推算衰变所经历的年代
只要测出母子原子数之比
就可以得到这个封闭体系所经历的年代。

铅比法等都可以测定矿物、地球和陨石的年龄。
放射性计时法除以上应用外
还能对陨石的研究和宇宙学提供许多重要信息:
如陨石从元素形成到固化所经历的时间;
陨石在宇宙空间中飞行的时间;
陨石到达地球的年代等。


9.8.6.9.1.3热释光测定年代

热释光是一种固体发光现象
发光原因是因为辐射作用于结晶体之后
固体晶格中以电子发生位移来贮存从辐射中接受到的能量
这种贮存电子在低温或常温下能在一定时间之内保持其贮能状态
而加热(500℃以下)即复位
同时将它贮存的能量以光子的形式释放出来
这就是热释光现象

热释光现象最早用在核辐射剂量学领域
现在核电站以及一些有核单位
都用热释光剂量计来测量工作人员被照射的剂量
用于测定辐射剂量的常用剂量元件
有结晶固体硫酸钙、氟化锂、氟化钙、硼酸锂等

经深入研究
发现大多数矿物也具有这种热释光现象
假设自然界在一定的地域内存在辐射来源恒定不变
则可以利用热释光技术测定其年代


9.8.6.9.2猜测:放射性测定年代法或许存在误差

根据9.8.6.8关于时间“变慢”的猜想
……
原子钟到了高空会变慢就有了合理的解释:
因为高空磁场强度一定比地表低
所以原子向外“释放出固定频率的电磁波”的频率也就低

而原子钟就是利用振荡场的频率
即保持与原子的共振频率完全相同的频率作为产生时间脉冲的节拍器

那么
产生时间脉冲的节拍器的频率就低
其节拍器的周期就长
时间就变慢了
……

假设这个推理是正确的
那么
我们进一步推理:
一滴水放置到真空里
会马上蒸发变成气体
这是因为没有外部的压力
水分子间的吸引力不足以把水分子吸引到一起

没有了外部约束
分子与分子会脱离
各自为政
形成放羊状态---一盘散沙

那么没有外部约束时
原子内部会发生怎样的变化呢?
试想一下
把部分原子放置在高空(真空)
没有了磁场、大气压、温度等条件下
那原子与原子间
电子与原子核间
原子内其他物质与原子核间
会发生怎样的变化呢?

是否会有以下变化:
1)原子核不能一直束缚核外其他物质
2)核外物质易向外扩散、易失去
3)原来靠近原子核心地区的物质,包括电子等,应能在外力作用下,来到外围地区;
4)可以用低于原来的脱离原子核的速度离开该原子;

所以
我们或许观察到:
1)原子的固有的共振振荡频率降低;
2)原子只剩下原子核;
3)原子更容易损失掉放射能量,即衰变速度会很快;
3)原子核或许也碎裂,碎裂成更细小的基本粒子;
……
可见
在外太空接近真空环境下
原子的衰变速度应该比地球快很多
所以,如果利用放射性核素衰变的速度来测定年代
得到的数值就需要进行修正


放射性测定年代法
是根据放射性核素衰变的速度
不随地球上的物理条件而变化的科学理据来测定年代
但是
放射性核素衰变的速度
是否会随太空中的物理条件改变而变化呢
如果会改变
那么
改变量又是多少呢

如此来看
以地球上放射性原子的衰变速度来推断来自太空的陨石年龄
放射性测定年代法是有误差的
或许得到的数值应该比实际数值要大一些



楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-19 16:56:54 +0800 CST  
不知不觉又胡思乱想了一通
也不知其中正确的东西有多少

或许与现有的理论知识有冲突的地方
不过
从“盲人摸象”的角度来看
更多的不同角度的观察
或许能够还原“真的大象”

还有一些不成体系的思考
留待以后慢慢整理吧

欢迎探讨
以利于共同提高
楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-19 17:06:06 +0800 CST  
前文高空中时间变慢的原因:
......
或许
在外部磁场强度减少时
对电子的束缚减少
电子更容易脱离原子核的控制
从而更容易撞击“原子壳”
这样
使得电子在较低的能量时也可以撞击“原子壳”区域
向外输出电磁波
而较低的能量意味着较低的速度
也意味着较低的撞击频率
......

修改为:
或许
在外部磁场强度减少时
对电子的束缚减少
电子更容易脱离原子核的控制
从而更容易撞击“原子壳”
这样
一方面:
使得一些电子能以较低的能量去撞击“原子壳”区域
向外输出电磁波
而较低的能量意味着较低的速度
也意味着较低的撞击频率
另一方面:
只要电子撞击到原子核
那么
其轨道半径必然增大
根据公式:T1=2π√(R3/G1M1)
其公转周期必然随之增大
其向外传递的频率就要降低


楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-20 20:26:00 +0800 CST  
只要电子撞击到原子壳
楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-20 20:26:57 +0800 CST  
中微子的总结篇
尚未写完

但有些思路未整理好
需要一段时间
过段时间
我会继续更新

如有想看的话
请耐心等待吧

楼主 半卷素书看天下  发布于 2015-12-21 19:48:29 +0800 CST  
时光飞逝
不觉又是一年

一年中又是千虑
又有所得

希望与大伙分享
共同探讨

楼主 半卷素书看天下  发布于 2016-12-18 20:16:27 +0800 CST  
9.8.5.7补充篇:里约奥运会跳水池的颜色为啥变绿?

在瞩目的里约奥运会
全世界无数的人看到了
跳台下原本蓝蓝的水池变成了绿色
对此
国际泳联在官网声称:
水的颜色变化是由于水处理系统中的一种化学药剂用完了
造成水的PH值超出了平常的范围

那么
水处理系统到底出了什么问题呢
当时水的PH值达到了多少?
即当时水是偏弱酸还是弱碱?

在前面章节里
《9.8.5.7中微子的作用结果:我们看到了蔚蓝的天空和深蓝色的大海》
文中猜想:
……
天空中的蓝色光
主要来自氢原子发出的
……
大海的蓝颜色也是由氢原子散发出来的

……
或许
可以用试验来证明:
“深水散发出的蓝色光主要来自氢原子”
比如:
在一个可以看到蓝色的深水中
不断的加入碱性物质
来中和水中的氢离子
从而减少氢原子的形成速度和数量
直到最后
看看是否能发现
深水不再是蓝色的
……
现在
我们是清清楚楚看到了跳水池的水的颜色是绿色
不再是以往的、正常的蓝色
产生这个现象的原因是什么呢?

据说在里约奥运会上
有人往池水中添加了80公斤双氧水(过氧化氢H2O2)
该物质属于弱酸性
这使得水中氢离子浓度增大,PH值变低
同时,过氧化氢可分解产生氧气

在原文中,我们分析到
……
位于可见光区段内的4条氢原子光谱线的颜色分别为:
紫色、蓝紫色、青色和红色
……
而氧原子的光谱线的颜色为:绿色

现在看来
由于水中加入过氧化氢
虽然增加了氢离子的浓度,池水应该更蓝一点
但是过氧化氢分解也会产生氧气
或许
这些溶解在水中的氧气发出更多的绿光
才造成了池水变绿

也许
我们自己能够验证一下
在蓝颜色的游泳池内
先添加酸性物质
然后再添加碱性物质
观察池水颜色的变化
(这里对添加物质是有要求的
即不能产生其他干扰物质)

如果我们观察到:
随着氢离子浓度的增大
池水蓝颜色加深
随着碱性物质的增加,氢离子浓度降低
池水蓝色改变或消失
那么
这个结果是否验证了
《9.8.5.7中微子的作用结果:我们看到了蔚蓝的天空和深蓝色的大海》的推测:
……
天空中的蓝色光
主要来自氢原子发出的
……
大海的蓝颜色也是由氢原子散发出来的
……

楼主 半卷素书看天下  发布于 2016-12-18 20:17:13 +0800 CST  
9.9从另一个角度来看磁是什么:世上本无磁

9.9.1百度:发现历史
磁铁不是人发明的
有天然的磁铁矿
自然界存在的具有一定永磁性的强磁体
主要是磁铁矿(Fe3O4)
此外还有磁赤铁矿(Υ-Fe2O3)、磁黄铁矿(FeS1+x)和钛磁矿(Feo-Tio2-Fe2O3)等天然矿石
中国古代称它们为“慈石”
也就是今天我们常说的磁石

最早发现及使用磁铁的应该是中国人
最古老的记载传说是中国黄帝大战蚩尤的指南车
所以"指南针"是中国人四大发明之一
中国关于慈石的最早记载见于《管子·地数篇》:
“山上有赭者
其下有铁
山上有铅者
其下有银
一曰上有铅者
其下有鉒银
上有丹沙者
其下有鉒金
上有慈石者
其下有铜金
此山之见荣者也”
《管子》是管仲及其后学的著作
管仲(公元前?-公元前645年)是春秋时期著名的政治家
他辅佐齐桓公进行改革
终于称霸一时
在改革中
管仲重视发展农业生产和军事力量
他专门设立铁官
采矿冶铁技术在齐国发展很快
作为炼铁的重要矿石之一的慈石
记载在《管子》一书中绝不是偶然的

先秦时代我们的先人已经积累了许多这方面的认识
在探寻铁矿时常会遇到磁铁矿
即磁石(主要成分是四氧化三铁)
这些发现很早就被记载下来了
其他古籍如《山海经》中也有类似的记载
磁石的吸铁特性很早以前就被人发现
《吕氏春秋》九卷精通篇就有:
“慈招铁或引之也”
那时的人称“磁”为“慈”
他们把磁石吸引铁看作慈母对子女的吸引
并认为:
“石是铁的母亲
但石有慈和不慈两种
慈爱的石头能吸引他的子女
不慈的石头就不能吸引了”
汉以前人们把磁石写做“慈石”
是慈爱石头的意思

既然磁石能吸引铁
那么是否还可以吸引其他金属呢?
我们的先民做了许多尝试
发现磁石不仅不能吸引金、银、铜等金属
也不能吸引砖瓦之类的物品
西汉的时候人们已经认识到磁石只能吸引铁
而不能吸引其他物品
当把两块磁铁放在一起相互靠近时
有时候互相吸引
有时候相互排斥
现在人们都知道磁体有两个极
一个称N 极
一个称S 极
同性极相互排斥
异性极相互吸引
那时的人们并不知道这个道理
但对这个现象还是能够察觉到的

到了西汉
有一个名叫栾大的方士
他利用磁石的这个性质做了两个棋子般的东西
通过调整两个棋子极性的相互位置
有时两个棋子相互吸引
有时相互排斥
栾大称其为“斗棋”
他把这个新奇的玩意献给汉武帝
并当场演示
汉武帝惊奇不已
龙心大悦
竟封栾大为“五利将军”
栾大利用磁石的性质
制作了新奇的玩意蒙骗了汉武帝

中国在西元前一世纪即知道有磁铁极化的情形
战国时代
就曾利用一根自然磁铁
放在有刻度的铜盘上
用来占卜

北宋时利用两种方法制造出人工磁铁:
一种是将烧红的铁针
置于南北方向
急速冷却后
利用地球的磁场将铁针磁化;
另一种是用磁石磨擦铁针而成

《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的存在
发现在磁偏角的影响下
磁针指向南方
比真正的南方略偏东
依据这些知识
而发展出将磁铁做为指南针的科学应用



5000年前人类发现天然磁铁(Fe3O4)
2300年前中国人将天然磁铁磨成勺型放在光滑的平面上
在地磁的作用下
勺柄指南
曰“司南”此即世界上第一个指南仪

1000年前中国人用磁铁与铁针摩擦磁化
制成世界最早的指南针

1100年左右中国将磁铁针和方位盘联成一体
成为磁铁式指南仪
用于航海

1405-1432郑和凭指南仪开始人类历史上航海的伟大创举

1488-1521哥伦布伽马麦哲伦
凭借由中国传来的指南仪进行了闻名全球的航海发现

1600英国人威廉.吉伯发表了关于磁的专著“磁铁”
重复和发展了前人有关磁的认识和实验

1785法国物理学家C.库仑
用扭枰建立了描述电荷与磁极间作用力的“库仑定律”

1820丹麦物理学家H.C.奥斯特发现电流感生磁力
1822年
法国物理学家阿拉戈和吕萨克发现
当电流通过其中有铁块的绕线时
它能使绕线中的铁块磁化
这实际上是电磁铁原理的最初发现

1823年斯特金也做了一次类似的实验:
他在一根并非是磁铁棒的U型铁棒上绕了18圈铜裸线
当铜线与伏打电池接通时
绕在U型铁棒上的铜线圈即产生了密集的磁场
这样就使U型铁棒变成了一块“电磁铁”
这种电磁铁上的磁能要比永磁能大放多倍
它能吸起比它重20倍的铁块
而当电源切断后
U型铁棒就什么铁块也吸不住
重新成为一根普通的铁棒
斯特金的电磁铁发明
使人们看到了把电能转化为磁能的光明前景
这一发明很快在英国、美国以及西欧一些沿海国家传播开来

1829年
美国电学家亨利对斯特金电磁铁装置进行了一些革新
绝缘导线代替裸铜导线
因此不必担心被铜导线过分靠近而短路
由于导线有了绝缘层
就可以将它们一圈圈地紧紧地绕在一起
由于线圈越密集
产生的磁场就越强
这样就大大提高了把电能转化为磁能的能力
到了1831年
亨利试制出了一块更新的电磁铁
虽然它的体积并不大
但它能吸起1吨重的铁块
电磁铁的发明也使发电机的功率得到了很大的提高

1831英国物理学家M.法拉第发现电磁感应现象
1873英国物理学家J.C.麦克斯韦
在其专著“论电和磁”中完成了统一的电磁理论
1898-1899法国物理学家P.居里
发现铁磁性物质在特定温度下(居里温度)变为顺磁性的现象

1905法国物理学家P.I.郎之万基于统计力学理论解释了顺磁性随温度的变化

1907法国物理学家P.E.外斯提出分子场理论
扩展了郎之万的理论

1921奥地利物理学家W.泡利提出玻尔磁子作为原子磁矩的基本单位
美国物理学家A.康普顿提出电子也具有自旋相应的磁矩

1928英国物理学家P.A.M.狄拉克
用相对论量子力学完美地解释了电子的内禀自旋和磁矩
并与德国物理学家W.海森伯一起证明了静电起源的交换力的存在
奠定了现代磁学的基础

1936苏联物理学家郎道完成了巨著“理论物理学教程”
其中包含全面而精彩地论述现代电磁学和铁磁学的篇章

1936-1948法国物理学家L.奈耳提出反铁磁性和亚铁磁性的概念和理论
并在随后多年的研究中深化了对物质磁性的认识

1967旅美奥地利物理学家K.J.斯奈特
在量子磁学的指导下发现了磁能积空前高的稀土磁铁(SmCo5)
从而揭开了永磁材料发展的新篇章

1967年
美国Dayton大学的Strnat等
研制成钐钴磁铁
标志着稀土磁铁时代的到来
1974第二代稀土永磁-Sm2Co17问世
1982第三代稀土永磁-Nd2Fe14B问世
1990原子间隙磁铁-Sm-Fe-N问世
1991德国物理学家E.F.克内勒提出了双相复合磁铁交换作用的理论基础
指出了纳米晶磁铁的发展前景

随着社会的发展
磁铁的应用也越来越广泛


楼主 半卷素书看天下  发布于 2016-12-19 20:07:13 +0800 CST  
9.9.2磁铁的特性
磁铁是可以产生磁场的物体
为一磁偶极子
能够吸引铁磁性物质如铁、镍、钴等金属
磁极的判定是以细线悬挂一磁铁
指向北方的磁极称为指北极或N极
指向南方的磁极为指南极或S极
(如果将地球想成一大磁铁
则目前地球的地磁北极是N极
地磁南极则是S极)
磁铁异极则相吸
同极则排斥

磁铁可分作“永久磁铁”与“非永久磁铁”
永久磁铁可以是天然产物
又称天然磁石
也可以由人工制造
(最强的磁铁是钕磁铁)
而非永久性磁铁
只有在某些条件下会有磁性
通常是以电磁铁的形式产生
也就是利用电流来强化其磁场
软磁等电流去掉软铁会慢慢失去磁性
软磁包括硅钢片和软磁铁芯;

硬磁包括铝镍钴、钐钴、铁氧体和钕铁硼
这其中
最贵的是钐钴磁钢
最便宜的是铁氧体磁钢
性能最高的是钕铁硼磁钢
但是性能最稳定
温度系数最好的是铝镍钴磁钢

我们所说的磁铁
一般都是指永磁磁铁

永磁磁铁又分金属合金磁铁
包括钕铁硼磁铁Nd2Fe14B)、钐钴磁铁(SmCo)、铝镍钴磁铁(ALNiCO)铁氧体永磁材料(Ferrite)等
1钕铁硼磁铁
它是目前发现商品化性能最高的磁铁
被人们称为磁王
拥有极高的磁性能其最大磁能积(BHmax)高过铁氧体(Ferrite)10倍以上
其本身的机械加工性能亦相当之好
工作温度最高可达200摄氏度
而且其质地坚硬
性能稳定
有很好的性价比
故其应用极其广泛
但因为其化学活性很强
所以必须对其表面凃层处理
(如镀Zn、Ni、电泳、钝化等)

2铁氧体磁铁
它主要原料包括BaFe12O19和SrFe12O19
通过陶瓷工艺法制造而成
质地比较硬
属脆性材料
由于铁氧体磁铁有很好的耐温性、价格低廉、性能适中
已成为应用最为广泛的永磁体

3铝镍钴磁铁 是由铝、镍、钴、铁和其它微量金属元素构成的一种合金
铸造工艺可以加工生产成不同的尺寸和形状
可加工性很好
铸造铝镍钴永磁有着最低可逆温度系数
工作温度可高达600摄氏度以上
铝镍钴永磁产品广泛应用于各种仪器仪表和其他应用领域

4钐钴(SmCo) 依据成份的不同分为SmCo5和Sm2Co17
由于其材料价格昂贵而使其发展受到限制
钐钴(SmCo)作为稀土永磁铁
不但有着较高的磁能积(14-28MGOe)、可靠的矫顽力和良好的温度特性
与钕铁硼磁铁相比
钐钴磁铁更适合工作在高温环境中



永久性磁铁可以是天然产物
又称天然磁石
也可以由人工制造(最强的磁铁是钕铁硼磁铁)

非永久性磁铁加热到一定的温度会突然失去磁性
这是由于组成磁铁的众多“元磁体”之排列从有序到无序所引起的;
失去磁性的磁铁放入到磁场中
当磁化强度达到某一数值
它又被磁化
“元磁体”之排列又从无序到有序


磁铁只是一个通称
是泛指具有磁性的东西
实际的成分不一定包含铁
较纯的金属态的铁本身没有永久磁性
只有靠近永久磁铁才会感应产生磁性
一般的永久磁铁里面加了其他杂质元素(例如碳)来使磁性稳定下来
铁是常见的带磁性元素
但是许多其他元素具有更强的磁性
像强力磁铁很多就是铷铁硼混合而成的.

可以用磁性很强的稀土永磁体
对普通磁铁“充磁”
即吸住普通磁铁;
也可以用线圈套在普通磁铁上
用大电流对线圈放电的方法
对磁铁充磁
(通常是用大电容器充电几百伏以后对线圈放电)
充磁时要注意电流方向
使线圈产生的磁场与磁铁的磁场一致


磁铁可以消磁
由磁性的原理可知只要让它们每个分子的磁性的指向不同就消磁了
常见方法是高温加热
撞击也会使它失去磁性
强磁场还可以改变它的磁极以及它磁性的强弱
用大小变化的交流电产生的磁场很快可以给磁性体消磁
磁铁在消磁后
在经过磁化可以再有磁性

地球也是一个大磁体
它的两个极分别在接近地理南极和地理北极的地方
因此地球表面的磁体
可以自由转动时
就会因磁体同性相斥
异性相吸的性质指示南北
这个道理古人不够明白
但这类现象他们很清楚

磁体从很早的时间就在人类的文明社会中扮演着了重要的角色
例如
北欧的海盗利用天然磁石加工成鱼的形状
将其悬浮起来就可以作为指南针使用
今天
从工业发电到小的日常应用
还包括汽车、耳机和膝上型电脑等
磁体成为我们日常生活中一个非常基本的组成成分

楼主 半卷素书看天下  发布于 2016-12-20 20:05:32 +0800 CST  
9.9.3磁石的材料
人们一般习惯利用铁和氧化铁(天然磁石和铁酸盐)来作为生产磁石的材料
不过科学家同样关心利用分子材料来制作磁体
这些分子材料的组成原子都是非金属的
这类无金属磁体是电的绝缘体
(在某些应用中可以减少能源消耗)
价格便宜
而且重量轻巧
尽管已经发现了很多的无金属磁体
但是它们的磁性在非常低的温度条件下才可以产生
研究人员Makarova所带领的小组介绍了他们的发现:
在纯净的C60聚合体材料中发生了自发磁化现象
该C60聚合体在室温或更高的温度下(500K)都表现出了磁性
所有的磁体在超过临界温度的条件下都会失去磁性
对于铁磁物质而言这个温度也称为居里温度
在居里温度以下
物质中电子的磁矩或者说是“旋转”都是按照一定的规律排序
最终使物质磁化
对于某些材料而言
比如铁之类的铁磁体
磁性排序(magnectic ordering)之间都是相互平行的
但是对于磁体来讲这只是其中最简单的磁性结构
可能还有其它更复杂的结构
第一种分子铁磁体实在1972年发现的
其磁性的产生是由于内部的组成分子
而不是由于内部的原子
后在1986年在含铁的、以有机材料为主的物质中
(a iron-containing organic-based material)
发现了p-电子所形成的铁磁性
这是非常重要的一个发现
因为无铁化合物的磁性必须是由p-原子轨道上的电子所形成的
而仅仅由p-电子形成的磁性排序在20年前是不可想象的
第一个无铁有机磁体是在十年前首次发现的
这是一种含硝基的硝基氧的提取物
在非常低的临界温度0.65K的条件下表现出了磁性排序
富勒材料(fullerene)是一种碳的同素异型体
就象石墨和钻石两者之间的关系一样
在富勒材料中的分子是由60个碳原子所形成的
形状类似于球体
这类分子在通常条件下本身都不带有磁性活动;
如果要产生磁性活动的话
就必须有一个分子提供一个电子出来给另外一个分子
在发现第一种有机磁体的时候
还发现在以富勒材料为主的传输电荷的盐中
(a fullerene-based charge-transfer salt)存在铁磁性
这种盐是TDAE.C60
其居里温度是16K
在以富勒材料为主的物质中存在铁磁性的
另外还有掺杂有二茂钴的富勒材料的提取物
其居里温度是19K
在该种物质中
只有富勒分子有纺锤状磁性体(magnetic spins)
所以该种材料所表现出来的磁性主要是由分子产生的
在富勒材料提取物中
有方向性的排序(orientational order)对于铁磁性的产生同样也很关键
科学家们已经花费了很大的力气来寻找在室温及室温以上温度条件下能够表现出磁性有序状态的无铁有机化合物
但是至今没有找到
目前的记录是一种以硫为主的自由基
其产生磁性有序状态(magnetic ordering )的最高的温度是36K;
在16千巴的压力条件下
这个温度可以升高到65K
这个温度条件仍然远远高于室温的条件
许多年来
有许多报道称
在对某些有机化合物加热的条件下观察到了微弱的自发磁化现象
(spontaneous magnetization)
在实际当中
很难使物质从根本上产生磁性
或者很难使物质能够重新产生所观察到的磁性
那些在试验后仍然继续存在的磁性从来没有能够在物质中扎根下来
这就是Makarova现在所开展的工作
他们发现
在高温高压条件下聚合生成的C60聚合物的磁性活动很出人意料
目前他们正在研究该类物质的磁特性
在研究过程中
他们尽最大可能地把磁体原料加工到最纯
并且确保了磁力能够不断再生
C60物质中原来是孤立的分子
呈水晶状态
单个分子之间靠微弱的范德华力来维系;
经过高温高压处理后
C60可以转化为聚合状态
分子间通过共价键来联结;
通过调整对C60加工处理的条件
可以产生所需要的一维-、二维-、三维-聚合体
在这个研究中
Makarova等研究人员使用了一个二维菱形的材料
该物质同经过高温处理后方向性高度一致的石墨
(highly oriented heat-treated graphite)很类似
不同的是每一层都是通过共价键相互联结的C60
只有在菱形状态下该类物质才可以观察到表现出微弱的磁化现象
Makarova等过于乐观地将其称之为铁磁化现象
这类物质所表现出的磁性活动对于其先前所经过的加工处理条件非常敏感
对该物质在700K温度条件下加热几个小时后
其本身所带的磁性就会消失
这就说明
所观察到的磁特性并不是该物质所本身就具有的
撇开试验本身
Makarova已经得到的研究结果还有许多值得研究的地方
最明显的、也是最重要的一个问题就是:
试验中所观察到的磁性活动存在于物质的什么地方?
Makarova推测磁性活动产生于被破坏掉的富勒键
或者是产生于被破坏掉的共价键
这样以来
第二个电子就可以来产生磁性有序状态
第二个问题是关于磁有序状态本身
该材料本身产生的磁化现象非常微弱
C60分子如果通过铁磁化途径来产生铁磁队列
(ferromagnetic alignment)的话
磁力就会是现在的100倍
如果上述的研究能够得到证实的话
那么这项研究成果就会对无金属材料磁学产生巨大的突破
楼主 半卷素书看天下  发布于 2016-12-21 20:17:15 +0800 CST  

楼主:半卷素书看天下

字数:1038503

发表时间:2013-11-01 04:19:00 +0800 CST

更新时间:2019-06-09 14:33:12 +0800 CST

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