彭壽斌 劉同江

摘要：文章以所學的原子物理學和電磁物理學原理做基礎，分析了原子核結構及其電場作用的特點，推證了物質(zhì)電場的存在，再通過對電子旋轉(zhuǎn)電場的進一步研究，找到了物質(zhì)電場與旋轉(zhuǎn)電場之間的聯(lián)系。從而建立了“電子的旋轉(zhuǎn)電場以物質(zhì)電場為載體并與物質(zhì)電場疊加傳播形成光波的數(shù)理模型”。

關鍵詞：光的成因；物質(zhì)電場；電磁波

中圖分類號：O431文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）06-0057-04

早在1864年，英國科學家麥克斯韋提出光是原子核外電子發(fā)生軌道躍遷釋放出的電磁波。1888年，德國的物理學家赫茲用實驗證實了電磁波的存在。我們用高倍數(shù)顯微鏡實際看到的電子運動軌跡是旋轉(zhuǎn)半徑大小不一的雜亂的電子云團。下面就無序運動的電子發(fā)射出了有序排列的光譜的原因做如下分析。

一、物質(zhì)電場

1．由原子結構理論可知“物質(zhì)是由原子構成，原子是由原子核和核外電子構成，原子核由質(zhì)子和中子構成”。目前已經(jīng)證實了“質(zhì)子和中子均由夸克構成，夸克由正電荷和負電荷構成”。根據(jù)靜電場理論，正電荷能發(fā)射電場和負電荷能吸收電場。我們將二者結合在一起就可判定“任何物體都在發(fā)射電場，同時也在吸收其它物體發(fā)射來的電場。

在物體內(nèi)部，帶正電的原子核內(nèi)被負電荷包圍著，正電荷發(fā)射的電場被內(nèi)部的負電荷吸收，形成物體內(nèi)部的電場，即屏蔽電場。內(nèi)部電場形成了原子間的輻射。在物體外層排布的原子核發(fā)射的電場，有一些要輻射到物體外部被其它物體內(nèi)的負電荷接收，這就形成了物體與物體之間的穿透電場，即物質(zhì)電場（如圖1）。

圖1AX兩物體形成的物質(zhì)電場示意圖

2．以下實驗可驗證物質(zhì)電場的存在。

（1）我們將兩只手合攏，消除手上所帶的靜電荷，然后再快速分開，就會感到兩手之間有一種靜電引力，反復做會有同樣的感覺。這說明兩手之間有電場作用存在。這個電場不是摩擦產(chǎn)生的。

（2）在宇宙太空中，有許多恒星、行星、衛(wèi)星、彗星和太空隕石。它們之間形成了一個由眾多宇宙天體相互發(fā)射和吸收的、遍布整個宇宙空間的、物體固有的物質(zhì)電場網(wǎng)。這個物質(zhì)電場網(wǎng)構建了整個宇宙太空內(nèi)各物體之間的聯(lián)系。因為物體間的宏觀距離較大，所以形成的這個物質(zhì)電場強度非常微弱，其強度不會大于13.6除以兩物體之間的距離L，即13.6/L。

二、光的成因

（一）旋轉(zhuǎn)電場成因

核外電子圍繞原子核高速旋轉(zhuǎn)，原子核與核外電字之間存在一個隨電子高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電場（如圖2）。

圖2A物體產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電場的示意圖

若A物體中原子a的序數(shù)是Z，原子核的帶電量就是Z·e。此時原子核與核外電子產(chǎn)生的庫侖引力。電子旋轉(zhuǎn)需要的向心力是。因為庫侖引力與向心力相等。由此得到電子的旋轉(zhuǎn)半徑。將r代入到中，得到由電子旋轉(zhuǎn)速度決定的旋轉(zhuǎn)電場公式：

（1）

將代入到旋轉(zhuǎn)頻率公式中，得到電子的旋轉(zhuǎn)頻率：

（2）

將頻率再代入到角速度ω=2πυ中，得到旋轉(zhuǎn)電場的角速度ω：

（3）

文中使用已知固定的物理常量：

介電常數(shù)ε0——8.8542×10-12 C2 N-1 m-2；

電子的質(zhì)量m——9.1095×10-31Kg；

電子的電量e——1.6022×10-19C；

萬有引力常數(shù)g——9.7805 ms-2；

圓周率π——3.1416 ；

電場速度C=2.9979×108 m.s-1。

計算求得旋轉(zhuǎn)電場常數(shù)PE==2.2449×10-14 N C-1 m-4s4。此時公式1簡化為：

（4）

由公式4看出，旋轉(zhuǎn)電場強度Ea是電子旋轉(zhuǎn)速度的四次方函數(shù)。

旋轉(zhuǎn)電場頻率常數(shù)Pυ==6.2842×10-4 m-3s2。此時公式2簡化為：

υ= v3 （5）

由公式5看出，旋轉(zhuǎn)電場的旋轉(zhuǎn)頻率是電子旋轉(zhuǎn)速度的三次方函數(shù)。

旋轉(zhuǎn)電場的角速度常數(shù)Pω==3.9485×10-3rad m-3s2，此時公式3簡化為：

ω= v3 （6）

由公式6看出，旋轉(zhuǎn)電場的旋轉(zhuǎn)角速度是電子旋轉(zhuǎn)速度的三次方函數(shù)。

（二）光波的產(chǎn)生過程

1．單電子產(chǎn)生的光波。

Ea是原子核與核外電子形成的旋轉(zhuǎn)電場，其矢量方向由原子核指向核外電子，作用距離是半徑r=，旋轉(zhuǎn)電場輻射的能量限定在了A物體內(nèi)部。A物體發(fā)射到X物體的物質(zhì)電場是Ea→X，其矢量方向由A物體指向X物體，作用距離是AX兩個物體之間的距離（見圖3）。

圖 3 物體發(fā)射電場的結構示意圖

假設旋轉(zhuǎn)電場Ea與物質(zhì)電場Ea→X形成的夾角為α。求得旋轉(zhuǎn)電場Ea的矢量公式：

Ea=Ea cosα+ Easinα （7）

由公式7看出，旋轉(zhuǎn)電場Ea是一個有特定變化規(guī)律的余弦電場Eacosα和正弦電場Easinα構成，所以旋轉(zhuǎn)電場Ea是一個信號電場。

旋轉(zhuǎn)電場Ea與物質(zhì)電場Ea→X都發(fā)源于原子核，旋轉(zhuǎn)電場Ea與物質(zhì)電場Ea→X共處于一個電場系統(tǒng)中。根據(jù)場強疊加原理，物質(zhì)電場Ea→X與旋轉(zhuǎn)電場Ea疊加后形成一個復合電場：

EA =Ea→X + Eacosα+ Easinα（8）

由公式8看出，疊加后的電場EA是一個由不變的物質(zhì)電場Ea→X與可變的電場信號Ea形成的復合電場。物質(zhì)電場Ea→X是一個相對恒定不變的載波電場，Ea是一個可變的信號電場，Ea→X是Ea的載體。當信號電場Ea隨物質(zhì)電場Ea→X傳遞時，這樣就形成了由A物體發(fā)射到X物體的復合電場——電場波EA。這樣旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生的能量隨物質(zhì)電場的傳遞，由A物體發(fā)射給了X物體。

物質(zhì)電場Ea→X是一個在AX之間傳播的電場，其傳播速度是C=2.9979×108m.s-1。周期性的旋轉(zhuǎn)電場與物質(zhì)電場疊加傳播就轉(zhuǎn)變成了攜帶信號的電場波。這樣就產(chǎn)生了電場波的周期和頻率，因此形成了電場波的波長λ=。將電子的旋轉(zhuǎn)頻率υ= 代入λ=中，因此得到A物體發(fā)射的電場波的波長：

λ=（9）

已知C、e、ε0、m是定值常數(shù)，因此得到電場波的波長常數(shù)Pλ==4.7706×1011 m4s-3，此時波長公式8簡化為：

（10）

Z是固定的原子序數(shù)。由公式10看出，信號電場的波長是電子旋轉(zhuǎn)速度三次方的反比例函數(shù)。

因為旋轉(zhuǎn)電場Ea是一個不停旋轉(zhuǎn)的矢量參數(shù)。旋轉(zhuǎn)電場Ea與物質(zhì)電場Ea→X的夾角是一個時間的函數(shù)，即α（t）=ωt。將公式 ω= v3代入角函數(shù)α（t）=ωt中。由此得出旋轉(zhuǎn)電場的時間函數(shù)式：

α（t）=t（11）

將α（t）=t再代入8式中，這樣得到A物體發(fā)射的電場波隨時間變化的函數(shù)式：

EA（t）= Ea→X + Eacos（）+ Easin（）（12）

因為物質(zhì)電場Ea→X作用方向是由A物體的原子核發(fā)射指向物體X的，所以旋轉(zhuǎn)電場Ea對物質(zhì)電場Ea→X作用僅限定在物質(zhì)電場Ea→X的傳播方向上。因此函數(shù)α（t）固有的有效區(qū)間是〔2kπ-，2kπ+〕，這就自然形成了A物體發(fā)射是間斷的半個電場波（另一半疊加到其它的物質(zhì)電場上了）。由于物質(zhì)電場是信號電場的攜帶者，其作用非常巨大。但是其大小Ea→X遠遠小于旋轉(zhuǎn)電場Ea，強度大小可以忽略。此時公式12變成了帶限定區(qū)間的電場波函數(shù)：

EA（t）=Eacos（v3t）+Easin（v3t），v3t∈〔2kπ-π/2，2kπ+π/2〕 （13）

由公式13看出，Eax=Ea cos（v3t）是一個隨傳播時間t變化的余弦函數(shù)。信號電場變化的方向與物質(zhì)電場傳播方向相同，該部分波是縱波。在1、4象內(nèi)產(chǎn)生的是余弦函數(shù)的半波圖像（見圖4）。

圖 4單電子形成的縱波信號示意圖 圖 5單子形成的橫波信號示意圖

由公式13得出，Eay= Easin（v3t）是一個隨傳播時間t變化的正弦函數(shù)。信號電場變化的方向與物質(zhì)電場傳播方向垂直，該部分波是橫波。在1、4象內(nèi)產(chǎn)生的是正弦函數(shù)的半波圖像（見圖5）。

小結：由公式13、圖4和圖5看出，物體A發(fā)射的電場波是在物質(zhì)電場傳播正方向上的余弦正向半波與正弦負向→正向半波構成的復合脈沖電場。這就是A 體發(fā)射到X物體的隨傳播時間和傳播距離呈周期性變化的電磁波。

2．原子序數(shù)是Z的多電子產(chǎn)生的電場波。

Z個電子產(chǎn)生Z個旋轉(zhuǎn)電場。Z個旋轉(zhuǎn)電場與物質(zhì)電場非同時疊加形成Z個出相位不同的復合電場，即：

∑Eai=Z=Ea→X+｛v14〔cos（ω1t+φ1）+sin（ω1t+φ1）〕+ v24〔cos（ω2t+φ2）+sin（ω2t+φ2）〕+v34〔cos（ω3t+φ3）+sin （ω3t+φ3）〕……｝（14）

在忽略物質(zhì)電場Ea→X大小的情況下，A物體發(fā)射的電場強度近似等于A物體發(fā)射的信號電場強度，即：

∑EA≈｛v14〔cos（ω1t+φ1）+ sin（ω1t+φ1） 〕+ v24〔cos（ω2t+φ2） + sin （ω2t+φ2） 〕+v34〔cos（ω3t+φ3） + sin （ω3t+φ3） 〕……｝（15）

3．多原子多電子產(chǎn)生的電磁波。

若A物體是由a、b、c、d等多種原子構成時，A物體發(fā)射的電場近似于：

∑EA =｛va14〔cos（ωa1t+φa1） + sin（（ωa1t+φa1）〕+ va24〔cos（ωa2t+φa2）+ sin （ωa2t+φa2）〕+ va34〔cos（ωa3t+φa3）+ sin （ωa3t+φa3）〕……｝+｛vb14〔cos（ωb 1t+φb1） +sin（（ωb1t+φb1）〕+vb24〔cos（ωb2t+φb2）+sin（ωb2t+φb2）〕+vb34〔cos（ωb33t+φb3）+sin（ωb3t+φb3）〕+……，ωt∈〔2kπ-π/2，2kπ+π/2〕 （16）

由公式16看出，A物體發(fā)射的電磁波由a、b、c、d等原子發(fā)射的多個復合量子脈沖電場波構成。由于各電子形成信號電場的初相位都不同。這些不同相位的信號電場加載到物質(zhì)電場上，便形成了連續(xù)的線性的排布的量子信號電場群，這就是量子化的電磁波。其中引起視網(wǎng)膜感覺的很小一段信號波群便是可見光，即我們講的光波。

在光波場中，∑Eaix=｛va14〔cos（ωa1t+φa1） +va24〔cos（ωa2t+φa2） +cos（ωa3t+φa3）……｝+｛vb14〔cos（ωb1t+φb1）+vb24〔cos（ωb2t+φb2） +cos（ωb3t+φb3）……｝+……?！艵aix是光的縱波信號群。方向與被照射物體內(nèi)在X軸上的分量EXX相反。該電場削弱了被照射物體內(nèi)原子核對核外電子的庫侖引力，因此能引起核外電子的躍遷和旋轉(zhuǎn)半徑的突變。

｛va14〔sin（ωa1t+φa1）+va24〔sin（ωa2t+φa2）+sin（ωa3t+φa3）……｝+｛vX14〔sin（ωX1t+φX1）+vX24〔sin（ωX2t+φX2）+sin （ωX3t+φX3）……｝……是光波信號群的橫波部分。該部分電場有正反兩個方向。當物體受到光照射時，那些與電子旋轉(zhuǎn)逆向的橫波信號群能使核外電子加速。那些與電子旋轉(zhuǎn)同向的橫波信號群能使核外電子減速。因此被照射的物體能引起核外電子旋轉(zhuǎn)速度的變化。

小結：（1）光是“物體表層電子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電場與物質(zhì)電場疊加形成的復合電場量子信號群在宇宙空間的直線傳播”。

（2）物體發(fā)射的光是電場，當電子運動速度增大時，電子的旋轉(zhuǎn)半徑減小，電子與原子核形成的旋轉(zhuǎn)電場強度就增強，物體的輻射能力就增強。輻射電場遇到物體并對電子做功的能量增強。

三、電磁波與光波的區(qū)別與聯(lián)系

電磁波是振蕩電路中極板上的正電荷直接發(fā)射的有規(guī)律變化的電場，這個電場是物質(zhì)電場。光波是物體表層電子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電場與物質(zhì)電場疊加形成的復合電場在宇宙空間的直線傳播。電磁波是單純的物質(zhì)電場，形成的是全波信號，無需傳播介質(zhì)。光波是物質(zhì)電場與旋轉(zhuǎn)電場疊加形成的電場信號群，物質(zhì)電場是全波，攜帶的光信號是半波。物質(zhì)電場是光波信號的傳播載體和媒介。

四、結論

1．通過分析和試驗證明“物質(zhì)電場”是存在的。任何兩個物體之間都存在物質(zhì)電場，其強度非常微弱，其作用非常巨大。任何物體都會通過物質(zhì)電場對周圍其它物體產(chǎn)生作用和影響。

2．“光的成因數(shù)理模型”是在原子物理學和電磁物理學基礎上建立起來的。電子旋轉(zhuǎn)形成的旋轉(zhuǎn)電場是光波信號的根源，電子旋轉(zhuǎn)電場的強度是決定光能量的重要參數(shù)。在光的傳播過程中，物質(zhì)電場是光波的傳播載體，任何兩個物體間的電荷作用是光信號傳播的動力。由于任何方向都存在物質(zhì)電場，所以光可以射向任何方向。周期性旋轉(zhuǎn)的電場與物質(zhì)電場疊加傳播形成周期性的光波信號，因此產(chǎn)生了光波的頻率。信號電場和物質(zhì)電場正向疊加的區(qū)間性形成了光波的量子性。光波信號的余弦波部分是縱波，可使被照射物體內(nèi)的電子發(fā)生躍遷。正弦波部分是橫波，可使被照射物體內(nèi)電子的旋轉(zhuǎn)速度增大和減小。

3．物體內(nèi)部輻射的電場被內(nèi)部電子吸收，形成了物體內(nèi)部的能量平衡電場。物體表層電子在旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)射的電場和能量被其它物體表層電子吸收，造成該物體的能量輻射和損失。同時該物體在不斷的吸收其它物體表層電場發(fā)射的電場和能量，造成物體能量的補充。地球上的物體處在地球與太陽構筑的穩(wěn)定的大環(huán)境中，其電子的運動狀態(tài)自然會長期穩(wěn)定。該文在理論上破解了“原子的核模型與經(jīng)典物理學”之間的矛盾。

4．該文合理的解釋了光的成因，并能合理的解釋光速恒定、光的量子性、光電效應、光的偏振、光的干涉與衍射和激光制冷等多種效應和現(xiàn)象。物質(zhì)電場產(chǎn)生的作用與萬有引力作用也有聯(lián)系，建議學術界應進一步分析驗證。

參考文獻

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[2]周公度．結構和物性[M]．高等教育出版社，2000．

[3]嚴導淦．物理學[M]．高等教育出版社，1993．

作者簡介：彭壽斌（1963-），男，山東利津人，中國石化勝利油田有限公司孤東采油廠工藝研究所高級工程師，研究方向：石油地質(zhì)勘探與開發(fā)，對原子物理、地球物理和天文物理；劉同江（1967-），男，山東廣饒人，中國石化勝利油田有限公司孤島采油廠作業(yè)二大隊高級工程師，研究方向：石油地質(zhì)勘察

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（責任編輯：周加轉(zhuǎn)）