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分子原子内部不停的在高速运动,运动需要的能量来源于哪里?

中学和大学非核物理专业都没有深入探讨过这类问题,实际上当代的大物理学家们也未必就能给出准确的答案。本人也是物理学爱好者,中学时曾获得过物理竞赛全国一等奖,物理一直是我关注和感兴趣的话题,所以也有兴来探讨一下这个问题。不知道有多少人读过牛顿的《自然哲学之数学原理》?牛顿在这本书的序言部分提到:“古代人在研究自然事物方面,把力学看得最为重要,而现代人则抛弃实体形式与隐秘的质,力图将自然现象诉诸数学定律,所以我将在本书中致力于发展与哲学相关的数学。”之所以提到这句话,是因为这句话所提及的研究与思考的思路是现代科学真正意义上出现的分水岭。为什么呢?因为之前的人们一直纠结于本源问题,即牛顿提到的“隐秘的质”,而试图回答这个问题往往都是徒劳无功的,譬如:力的本质是什么?物质为何具有质量?时间的本质是什么?这些问题到目前为止都是没有答案的。现代物理学从经验出发,以实验为基础,总结规律(各种定律),并形成数学抽象;然后从定律出发,进行各种演算与推导(非常注重推导过程的严谨性),试图解释相关的物理现象,并解决现实中的各种问题。理论物理中也常常会提出各种假说,并最终被证实或证伪。但不管定律也好,假说也好,它们所描述的一定是某种规律而不是某种本质,正因为如此,物理学才是有用的。其他的科学大抵都是如此。

现在我们回到这个问题本身,问题本身就是不科学的。运动需要能量驱动吗?提出这个问题的朋友可能还没怎么学过物理。我感兴趣的是这个问题的回答倒是挺热烈的,但大多数就违背了我上面提到的基本科学思路;同时因为大家对一些高深理论存在误解,又导致对某些实际上可探讨的问题裹足不前。举个例子:我们从科学家测得的数据知道质子和电子的电量,我们也知道原子的尺度,从而可以估算出电子受原子核电荷吸引力的大致级别(以最简单的氢原子为模型),我们也知道电子的质量,那么我们能否估算出电子在核外运动的大致线速度呢?这便是一个很好的问题!有人就说了,电子的运动不是一般物体的运动,又啥电子云,又统计规律啥的。那我就诧异了,既然电子是一种基本的粒子,难道他的运动不要遵守基本的力学原理吗?离心力与电荷吸引力大致平衡难道完全不适用吗?如果不适用,那么就一定需要提出新的理论来解释电子的运动规律。实际上我们只要用离心力与电荷引力大致平衡这一点来计算(不用考虑相对论效应),就能大致估算出电子的线速度与光速在一个量级!想想原子核多么微小,而电子绕核运动的速度何其之大,那么谈论电子某时刻在什么位置又有何意义?因此描述电子运动的统计规律远比描述其实际运动轨迹(实际根本无法描述)重要的多。

就说这么多,抛砖引玉,希望看到更多有意思的探讨。

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