关于量子力学—经典力学—相对论力学的统一性理论可行性研究(续8)

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  摘要 本文对笔者系列文章作若干补充说明,从而使笔者在围绕可测量子轨道及相关方程,即谐振子(跷跷板效应)的核心作用方面所做的努力,真实可信,有说服力。丈中还重点用上述理论,对量子力学元素周期律的继承发展,做一个初探。
  关键词 电子自旋;量子轨道等方程与相对论;跃迁轨道与壳层结构与元素周期律;正金字塔形;倒金字塔形
  中图分类号 04 文献标识码 A 文章编号 2095—6363(2016)17—0017—03
  1概述
  量子力学从发现到现在,已经100多年历史了。在这100多年中,量子力学飞速发展,笔者也以学习和爱好者的身份,加入到量子力学的发展中,在继承的基础上,予以拓展和发展。笔者的系列文章,就是试图为量子力学的研究发展,及其对与经典力学和相对论力学的统一发展,提供一些线索。
  本文将对笔者系列文章(见参考文献[1-10]),作一些补充说明,以及用笔者的可测量子轨道理论及相关方程,对量子力学元素周期律的继承和发展,做一个初探。
  2对笔者所提若干问题的补充解释
  2.1关于重力加速度
  传统理论认为,重力加速度是物体从高空坠下,越近地面速度越快,这说明越近地面,地球对物体的引力束缚越大。而笔者在文献[10]中认为,万有引力应量子化,即认为,万有引力最强的地方也应在高能级,即远日点,具体到重力加速度,就是相对高处的地球引力,要比地面的地球引力要大,这样也会造成,物体在自由落下时,速度越来越快。这是因为,物体在相对高处,处在地球的高能级,而此高能级,包含了其以下的所有低能级频段,是其能级以下的所有能级的叠加,而不是衰减,所以物体下落时,速度越来越快。
  2.2从三合一量子轨道方程看万有引力
  从三合一量子轨道方程1/2∫F1≥1/2∫F2或1/2∫F1-1/2∫F2≥0,可以看出,量子引力是个相对的,存在于作用双方,有效能量越大,即能级差越大,则引力越大,有效能量越小,即能级差越小,则量子引力越小。万有引力也如此,即作用双方的引力有时是可以抵消,或部分抵消的。这同传统理论是有差异的,传统理论认为,万有引力和作用双方的质量乘积成正比,同距离的平方成反比。而从三合一量子轨道方程可以看出,引力的大小,在于双方作用力与有效轨道的统一。
  2.3三合一量子轨道方程与相对论
  广义相对论的时空弯曲,应该与三合一量子轨道方程和偏微分方程,所示的图形是一致的,因为,此两个方程的不等式所揭示的,就是彎曲的空间。由动势能组成的谐振子的不等式,就是对弯曲空间的客观描述与计算。另外,此方程已加入狭义相对论元素。
  同时三合一量子轨道方程和偏微分方程所描述的是定态轨道,如果,作用双方能级间的级差相等,那么所得图形是一致的,只是图形的大小不同。作用双方能级高者,所得图形大些,作用双方能级低者,所得图形小些,这取决于作用双方的能级互导,即1/2(n1+n2),n=1.2.3…,这也是能级最远的覆盖范围。具体形状,见下面元素周期律的解释,基本上可分为,正金字塔形(正螺蛳形)和倒金字塔形(倒螺蛳形)。
  2.4三合一量子轨道方程与弹簧振子
  我们知道,弹簧振子属于经典力学的显著标志,现在用三合一量子轨道方程原理去分析它。假定拉力是动能,弹簧是势能,当拉抻弹簧时,弹簧的振动等于在作轨道运动,当拉力与弹簧的回复力相等时,则弹簧被拉直,没有回复力,即等于没有轨道运动,亦即呈谐振状态。由此,我们可以看到三合一量子轨道方程与经典力学,是一致的。
  2.5电磁感应跃迁
  电子受光子辐射可以产生跃迁,同样,电子受电磁感应也会产生跃迁。磁场的加强,必导致能级及频率的增强或极性的变换,即产生扭力,这瞬时产生的动力,必使电子质心轴心产生变化,产生跷跷板效应,产生电子的跃迁,于是发射光子。磁场的减弱,也会促使电子跃迁,电子等于接受了一份负值能量,进动方向指向轨道外侧,跃迁方向指向近日点,此时,电子表面张力变小,跷跷板效应弱一些,其发射的光子频率,会低一些,这就是霍尔效应.
  2.6从跷跷板效应,看谐振子与自旋的同步
  跷跷板效应导致谐振子振动,谐振子内动势能的互导,导致轨道的产生,这轨道即为电子的自旋,因此,可以说,粒子的自旋,与谐振子是同步的。
  2.7更正
  笔者在文献[1]中,论述摩擦生热,当时认为电子之间碰撞,会压缩电子本身的半径,从而使角速度加快,这样解释是错误的。应更正为,电子之间碰撞,会产生跷跷板效应。
  3三合一量子轨道方程对元素周期律的解释初探
  笔者应用三合一量子轨道方程中的谐振子图形,及能量互导机理,去解释元素周期律中的若干问题及现象,推导出多电子原子壳层的填充顺序,即先填充最外层高能级电子层,然后,依次向内,填充其他电子层。并推导出,多电子原子,核外电子轨道,最终形成,正金字塔(正螺蛳形)和倒金字塔(倒螺蛳形)的叠加形态。并且,正金字塔對应量子轨道方程的动能F1,倒金字塔对应量子轨道方程的势能F2。
  3.1元素周期表与螺蛳形原子壳层
  元素周期表上共有7个周期,每个周期对应元素原子内的一个电子壳层,即一个能级,每一电子壳层,因电子数目不同,又分为若干电子亚层(支壳层),而这些数目众多的电子,在填充时,因层次有所交叉,故顺序也有所交叉颠倒,如s,p,d,ds,f等若干区的划分。总之,原子壳层就像螺蛳形,其螺纹就是不同的能级壳层,而每个螺纹(能级壳层),都可展开为一个完整的螺蛳形,也就是,谐振子振动中的纺锤与陀螺的转换图形。
  3.2壳层与能级-一个不可忽略的前提
  我们知道,核外电子填充原子壳层时,有一个最重要的前提,那就是,首先要与核内质子交换能量,这是不可忽略的。   其次,在论证壳层与能级前,先透露一下主要的论证结果,即核外电子布满全部壳层(能级)后,最终形成,正金字塔(正螺蛳形),和倒金字塔(倒螺蛳形)的叠加形态.而且,填充顺序是,正金字塔内,先填充最外电子层,然后依次向内,倒金字塔内,先填充最内电子层,然后依次向外(s,p,d,ds,f若干区的形成,正在于此)。这与传统理论正相反。另外声明,正金字塔略长些,倒金字塔略扁些,两半球并不对称,当然这是轨道图形,从各向同性来说,原子仍然是圆形的,但这是活的,是可变的,各向同性不是绝对的,即图形是可变的,原子的磁极轴也是可变的。另外,正金字塔方向向上,倒金字塔方向向右,二者相差90°。
  现在开始论证,首先假定,原子内允许的电子轨道角度,呈+90°和-90°。我们知道,在核外电子填充原子壳层时,核内质子必然与电子交换能量,即形成能量频率的互导,互导的结果,质子能量频率降低,而电子的能量频率升高。待第一批电子布满核四周后,核内质子的能量,根据电子填充顺序,将依次减弱,轨道变小。而核外电子的能量却依次增强,轨道变大。根据高能级电子轨道进动方向,指向轨道内侧,跃迁方向指向远日点,低能级电子轨道进动方向,指向轨道外侧,跃迁方向指向近日点的原理,这第一批电子的高能级轨道角度,最高+90°。低能级轨道角度,由于与高能级的级差很小,因此,轨道最高接近-0°。这样,第一批核外电子的轨道能级图,就由圆形,逐步变为正金字塔形(正螺蛳形)。即高能级跃迁方向向上,低能级跃迁方向向右,二者相差90°。因此,轨道近乎圆形,另外,根据电子轨道,和电子体内的谐振子的图形机理一致性的原理,谐振子作用双方,一个动能,一个势能,一个高能级,一个低能级,这是质子与电子相互作用的结果。反映到轨道上,两个电子,也是一个高能级,一个低能级,一个代表核内的作用力,即本系统的作用力,一个代表电子的作用力,即外系统的作用力。因此,可以证明这两种情形的轨道是一致的,也就是上面的分析是对的。因此,应用三合一量子轨道方程就可以计算。现在可以认为,这第一批电子,就填充到原子的最外层,即本元素原子的最高能级。
  为什么最外层电子数目很少,那是因为,本轨道低能级电子的轨道较平直,角度小,因此,不允许有众多的电子轨道交叉。可以推断,最后一批最内层电子也是如此,只是情况正相反。从这里就可以看出,为什么原子能级随原子序数增加而降低,原因就是,核内质子在与核外电子相互作用时,降频过多,以及频繁相互作用造成的。
  第二批及以下诸批电子填充电子层时,因核内质子总能量及频率逐级下降,故从第二批及以下诸批电子的高能级,依次向低角度的能级轨道填充,甚至靠近+0°。而低能级诸级则依次向-90°靠近.形成倒金字塔形(倒螺蛳形)。因此,我们不必担心,正金字塔内,先外层,后内层,一百多个电子是如何填进去的,因为有角度顺序,先+90°顶点,依次向下,互相不会有遮挡。至于倒金字塔内,也有角度顺序,但那是从内到外,更好填了。
  综上所述,整个元素原子的全部电子层,即能级全部填满后,原子就变为正金字塔和倒金字塔的叠加形状.正金字塔方向向上,倒金字塔方向向右,这在分辨元素原子半径时,非常重要。并且,以0°為界,正金字塔内,一个轨道上,高能级在外层,低能级在内层,逐级向内,而倒金字塔内,一个轨道上,相对能级高的在内层,相对能级低的在外层,逐级向外,这可能就是形成,s,p,d,ds,f若干区的原因,这与传统理论有所不同,即核外电子对电子层的填充顺序不同。另外,从正金字塔和倒金字塔内的能级排列,可以看到,高、低能级占用一个轨道是允许的,即能级之间有交叉。另外,能级差大的轨道,有效能量会大些,故发射的能量也会大些,但受1/2(n1+n2),n=1.2.3…的限制,即受能级互导的限制,即使级差小,但总能级大的,发射的能量也大。只是轨道形状不同,能级差大的,轨道狭长,能级差小的,轨道呈圆形。
  另外,在一个轨道内,两个电子相差一个能级,如果受外来辐射,或外加磁场的影响,从而使两个电子能级相等,那么就会发生谐振现象,根据泡利不相容原理,原来在低能级轨道上的电子,必电离出轨道.根据此原理,最外层轨道上的电子,最容易电离,因其低能级轨道,处于-0°的角度,此角度,应该被看作是外系统能量范畴。
  在这里,笔者作一个更正,笔者在文献[3]中所述,电子在原子内的排列,不分内外层,是错误的,正像上面所述,在同一原子内,电子排列有内外层之分,但能级之间有交叉,即存在有限的潮汐运动。
  3.3元素周期表上的几个原子周期性的新辨别方法
  3.3.1原子半径的周期性
  首先分析阴离子和阳离子半径。阴离子属低能级,故其轨道波形是倒金字塔形,扁椭圆,亦即陀螺形,因其跃迁方向指向右侧,所以在原子远日点+90°方向略短,所以半径短。阳离子因低能级为0,即空轨道,级差大,属高能级,轨道波形正金字塔形,轨道狭长,且指向+90°,即指向原子远日点,所以半径长。
  在元素周期表上,分为s,p,d,ds,f等区,这些区呈交叉分布,这是核外电子填充时,层次交叉所致。但在一个区内,从左向右,原子半径依次减小,那是因为,在同一层中,原子序数增加,即电子数目在增加,这就使原子轨道渐向-90°方向延伸,原子的阴性增加,故与+90°之比例减小,即原子半径逐渐减小。
  而同一主族中,下边的半径大于上边的半径,这是由于原子能级在增加,核内质子能量与电子互导中,更多的转移到核外电子身上,致使电子轨道变大,故原子半径增加。
  3.3.2电离能
  电离能的周期性的辨别方法,上面已多有论述,现简单地可以概括为三点,三句话:
  原子内的电子,相互之间能级差小,电离能小,易电离;原子内的电子,相互之间能级差大,电离能大,不易电离;原子内最外层电子,同一轨道内的两个电子,能级差小,极易电离。
  3.3.3电子亲和能
  电子亲和能,同原子半径的周期性是一致的,原子的半径渐小,电子亲和能渐小,原子的半径渐大,电子的亲和能渐大。另外,能级差较大的电子轨道,电子亲和能较大,因为此轨道上的低能级电子,所对应的核内质子,能量频率较高,当核内质子升频时,这时原子趋于阳性,因而电子亲和能增加。
  3.3.4电负性
  同一周期中,原子序數越大,电负性越大,这是因为这类原子本身,趋于阴性,即不容易得到电子,也不容易失去电子,故在分子间活动的余地较大。另外,同一主族中,从上往下,电负性减小。这是因为,这类原子,因最外层电子易电离,因此,也就谈不上在分子间的亲和能了。
  3.3.5元素的金属性和非金属性
  从正金字塔轨道能级,和倒金字塔轨道能级,可以帮助我们看清元素的金属性和非金属性的大致分布。正金字塔的特征是,原子半径大,最外层电子能级差小,易电离,因而呈金属性。倒金字塔的特征是,原子半径小,电子能级差大,电子低能级轨道趋近-90°,不易电离,因而呈非金属性。
  3.4原子能级的确定
  根据电子内谐振子的振动次数(即原子内所有电子振动次数的电磁感应),就可确定,此次辐射波及的范围,即所包含的电子数,根据电子数目,就可以在元素周期表上,查到原子的能级,这也正是要确定的电子的能级。而电子内的谐振子的振动次数,就是电子的驻波轨道的波数。
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