此文可能只是一个读后感。
看了相对论的一些简介——民国六十三年五月初台湾中华印书局出版的《什么是相
对论》,感到里面涉及到了大量的计算,从普通的自然现象和迈克生等伟大的物理
学家的一些精确的实验结果,最后能够推导出如此惊人的与人们的常规思想相悖的
结论,继而拓展了人们认识世界的思维方式,并且给宇宙理论,原子理论等等都奠
定十分坚实的理论基础。空间是相对的,时间是相对的,速度有绝对的最大值,功
和质量可以互变,度量是相对,虽然在很久以前曾经想过这方面的问题,可是终没
有想透彻,看了这本书才发现是我的思考方式不太对头。书中不断的提出一个例子
,就是以时速240,000公里/秒行驶的火车,书中叫做爱因斯坦火车,然后就是在这
个火车上发生的一些现象,火车和月台上的时钟,火车和月台的长度对比等等,有
一个模型一样的东西存在来供大家研究,自然就比空想要省力气得多,并且便于计
算。记得数学上有一种论证的方法叫做归纳法,先确认第一个点符合数学表达的关
系,然后假定第n个点也符合是数学表达关系,进而确认第n+1个点符合数学表达关
系,进而得到论证。可以不可以认为书中列举的普通的试验现象即是第一个点,爱
因斯坦火车为第n个点,在火车这个体系中发生的现象就是第n+1个点呢?很明显我
的这个想法就脱离了数学中原有的序列性,我是把现象这个单元当作可操作点来处
理了。
有很多东西在化学里面就是很抽象的,最简单的就是速度,化学中的反应速度不能
使用米/秒等这样的单位,但也并不是绝对,在研究液体的表面张力的时候,比如说
氚的爬壁现象,毛细作用,等等涉及到物理测量的时候,还有化工中研究流量、流
速的时候,还是要用得到这些单位,可是浓度/秒,则不一定能够明显的测量出来,
需要通过一些仪器如分光光度计,电导仪,旋光仪等等定时间间接测量化学反应中
所发生的现象的程度来确定反应速度。我们是以观察者的角度来看待试验的,相对
来说如果我是正在反应的溶液呢?一边做着热运动,自己身体的某个部位随之改变
,与周围的人们摩肩接踵,这或许就是社会化学的基本原理了,呵呵。进而想到如
果我们是那一颗带电的微粒,以近于光速的速度旋转自转在某一个区域中震动,形
成了自己的质量,进而对原子核或者其他分子上的电子产生的压力,产生的能级跃
迁使自己本身的质量的改变,造成对原子核压力的不同,这里面我首先假设的是有
原子核的存在,我更偏向于原子核的自传以及核内的粒子运动要比电子的运动速度
大,否则就不能达到相应的质量比了,我们测量到的质子质量是静态质子质量吗?
肯定是静态的吗?坐地日行八万里,绝对零度能够达到吗?这里面应当提到运动与
状态熵值是不是可以分开来看,我们的参照系在地球上,在地球上的绝对零度是-2
73摄氏度,如果放在绝对静止的空间里,会是对少度呢?这个绝对零度是不是就该
有所改变呢?就如迈克生的试验的结论光的速度是恒定的,300,000公里/秒,相对
论的所有理论基础都是建立在这个实验基础上的,如果这个试验所得到的结果也是
相对的,后果就不太好解释了。我们利用这个结果来衡量原子以及化学反应,首先
确定一点就是物质中的所有粒子的运动都小于这个速度,与光共振只是频率的相当
,而不是速度上的相当,共振本身的造成的光吸收,与物质本身除了它的运动状态
外没有任何的影响。曾经看过这么一个试验,在原来的动画片《聪明的一休》里面
也提及过,就是一个在表面上画了不同长度和黑线的陀螺,黑线的长度与黑线到圆
心的距离成正比,旋转的时候,你会看到陀螺变幻着不同的颜色,直到陀螺停止,
这就可以理解为陀螺的角频率是上面的对光吸收的不同的两种色块以一定频率进行
的运动,黑线的角频率当达到相应可见光的震动频率的时候,就会对这个波长的光
有所吸收,从而显出与这个波长相互补的波长的光线,由于陀螺底部阻力的影响,
使陀螺的角速度渐渐变小,从而是黑线的角频率变小,吸收光的波长变大,陀螺的
颜色变化即为赤橙黄绿青蓝紫,直到最后停下。这个试验我认为可以证明物质显现
出来的颜色是物质运动本身的造成的,而不是物质固有的性质,除非相应的运动是
物质的性质。那么黑色和白色是怎么回事儿呢?可不可认为它们所吸收的光并不是
可见光范围,或者说吸收光的范围并不是点吸收而是区域吸收,黑色可能是吸收的
光的范围在可见光之外,白色可能是吸收的吸收的范围的较大,覆盖了可见光的区
域。这里面的区域吸收和原子光谱好像对立,不过如果认为它是在区域中并非单独
的点吸收,而是几个点的吸收就可以理解了。汞灯的吸收光谱就是如此。我想正是
因为我们是人,我们在用人的眼睛来观察世界,所以在面对认识世界的时候我们总
是因为我们本身的生理原因而造成了局限性。设想如果我们具有鲨鱼的感觉系统,
鲨鱼对地磁的感觉较人们的要灵敏得多,这也是进化的原因了,如果我们对磁的感
觉很敏感,可能核磁共振要早发现很久了,也就没有80十年代的那个关于核磁共振
理论的诺贝尔奖了。从相对论里面我看出的最多的就是由于我们的生理原因而造成
的观察局限性。再回到绝对零度,当时的实验是这么做的,从水的温升曲线线性反
推到x轴,得到了-273.5摄氏度的结论,后来由于热容公式有所修改,变成了一个向
下凹的曲线,不过这个结论是否正确呢?我认为还不够正确,热力学第三定律中说
到熵值为零是不可能达到的,在熵值为零的时候物质的混乱度相应为零,电子停止
自转,相对论效应消失,恢复到电子原本的质量,那么就是说可能物质的质量就不
存在了,会是什么样子?物体没有任何震动发生,对光不发生吸收,正好与物理中
黑体效应相对,只不过一个是因为热辐射,一个是因为对光不发生吸收了,是巧合
吗?
还有,光能够激发一部分反应,是由于光给予物体激发态,如果在爱因斯坦的火车
里面这个反应速度是不是就会有所改变呢?因为电子跃迁速度较电子本身的运动速
度小,在还没有跃迁的时候,电子的质量已经达到了质子或者中子的质量了,电子
的跃迁能就会很高,跃迁能高了,没有相对论效应是的特定波长作用就要打破,需
要能量更高的震动频率更大的光来激发,x射线可能会给出这样的能量,也说不准,
可能这种在没有相对论状态下激发原子内层电子产生的射线在此是也只能激发大原
子的外层电子了。反过来说,在爱因斯坦火车上原子外围电子运动就能够发射出x射
线,那么原子内层电子跃迁不是就能够发射出能量大得惊人的射线来了吗?就像波
粒二相性中说到的,当射线的能量越高的时候,射线的性质越趋向于粒子性,当物
质以很大的速度运动的时候,所发射出来的射线的粒子性就越强,会不会由此产生
新的粒子呢?电子对撞试验在中科院已经进行了一段时间了,他们或许就是利用这
种相对论效应来发现新的高能粒子吧。那么在此时会发生什么样的化学反应呢?电
子的转移需要很高的能量,并且如果爱因斯坦火车的运动速度是恒定的并且比电子
运动速度快的话,电子的熵值将会大大减小,先不考虑温度,温度是由于粒子热运
动产生的,只考虑熵值,在一个极限点上,电子的熵值会变为零,注意因为速度是
恒定的,当这个速度远大于电子的速度的时候,电子的运动速度被忽略,那么所有
的电子都是向一个方向运动,此时电子的熵值就会为零,电子与原子核的相对位置
就会固定不变,原子核内部的粒子运动如果也相应停止,整个质量的变化暂不考虑
,于是就形成了一个中性不显电性的运动波,如果爱因斯坦火车是以光速运动的,
就会发生这种现象,相对静止的化合物,分子键断裂,核内力就会崩溃,也就是说
在此时存在只是一些基本粒子,已经知道衰变是不受外界条件影响的物质本身的现
象,那么此时发生就是基本粒子的衰变,衰变的电磁波在火车的运动方向上不会有
经向扩散,只会是纬向扩散。
不知道各位看出什么矛盾来没有,按照经典相对论的理论,随着物质的运动能量变
大,物质的质量会随之变大,以致形成为无穷大,而通过电子的熵值的讨论,粒子
的运动速度又会变小,也同样是经典相对论中推导出来的,粒子的质量变小,怎么
会达到无穷大的质量呢?这里面我认为是电磁波压力造成的质量变大,电子定向运
动形成的电磁波颗粒性显著,造成的压力变大。应当说是粒子的运动自由度变小,
而不是实际速度变小了。进而可以考虑这么一种思想,光中本身就存在着各种物质
,只不过由于相对论效应而让人从生理感官上觉察不出来。想到了中国古代先哲庄
子的一句话:大象无形,大响无声。看来对物质的极端性质的探讨在久远以前就已
经有人思考过了。
我们通常考虑的化学问题都是在非相对论的体系中讨论的,并且我这里只提到了相
对论中对光的一些探讨索引伸出来的化学效应,还有空间相对性。我认为相对论的
起始思想来源是对参照系的讨论,一个运动的参照系中会有什么样的现象,我们在
探讨化学反应的时候也是以室温,水的比重,海拔压力等等这些参照系来探讨物质
的变化的,如果参照系改变了呢?物质的变化可能是一成不变的,可是我们观察到
的现象是不是就有所改变了呢?就像刚才我所说的,我们是以一个相对静止的眼光
看待相对运动爱因斯坦火车的,能够发生如此如此的现象,如果我在爱因斯坦火车
里面做试验,也就是说我们与爱因斯坦火车是相对静止的,可能看到化学反应现象
与我们平时看到的并没有太大的区别。如果转变一个参照系来看待我们习以为常的
化学反应,我想能够看到更多的更有趣味性的现象吧。
我的这篇文章也是为了拓展我们化学工作者的一些思路,可能会创造出更多的化学
反应条件来,进而拓宽我们的化学领域,这些可能在研究核反应和宇宙的化学反应
中会有所用处。
我引用《什么是相对论》一书中最后一的一段话来结束吧:
不过,任何是光速的非瞬时性与旧的时空观念融会为一致的尝试将会是我们的处境
如下述这个人的一样:他一方面小的地球是圆的,但另一方面却深信他本乡的“铅
直”方向是绝对的。为了恐怕跌入虚无的太空里,他竟因此而寸步难移!
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