人文視角下對物理的認知(熱)

2020-10-18 zhaoyj6789

溫度是表示物體冷熱程度的物理量,微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度,是大量分子做熱運動平均動能的標誌。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量。溫度微觀上最本質的原因不但和分子的平均動能相關,還和光子(廣義)密切相關,此處的光子是指電子躍遷吸收或輻射的可見光及物體分子振動時吸收或輻射的紅外線、微波等電磁波。光子無所不在,參與電子的能級躍遷,可以被禁錮和釋放。科學並非無所不能,當物理學家的研究方向有了一定邊界時,也是物理學更成熟之時。

宇宙是人類最大的實驗室。人類對自然界應有一顆敬畏之心,人類在許多方面無法與自然爭巧,比如自然界創造了生命。把自然界當成我們的老師,模仿和適應自然界會給我們帶來許多福祉。

在文學上對生命體的描述要求形神兼備,在物理量中,形可以理解為生命體的長寬高,材料和質量,而神可以理解為運動狀態和能量及氣場。世間萬物,也可以說形與神是一體兩面,密不可分的。在生命科學領域,進行絕對的不失真的模仿,終有一天,我們會認知生命的奧秘,實現科技水平的突破。

時間、速度、質量等物理量是人類為了認知、描述、把握和應用自然界中的萬物而人為設定的。在時間=路程/速度中,可以說時間是以路程和速度的比值為參照物的。時間的度量和感知必須通過事物的運動和變化。一個複雜的事物,是處於一個更大的運動和變化系統中的,會有許多偶然和隨機性。所以過程不可逆,時間是不能倒流的。

太陽光的照射,是地球上水循環,大氣流動,各地溫度差異的主要的推動力。熱的傳播在廣闊的宇宙空間中也是以光子及電磁波熱輻射的形式傳播的。在抽掉空氣的真空中,可以忽略分子的存在。但不同的真空中會有不同的溫度,也可以說是由不同的光子密度流的造成的。氣體受到壓縮時,體積縮小但溫度升高。氣體的存在空間變小,但分子原子的平均動能增加,這樣的解釋很牽強。氣體體積被壓縮,光子流密度增加,所以溫度增高,這樣的解釋更合理。當物體之間摩擦時,物體表面會發生擠壓,也可能會有部分分子脫落。由於電子之間的相互作用,使得光子由原來的被禁錮狀態變為自由狀態【凝聚態物質的化學鍵被破壞,或類似於化學反應中有時會發出光和熱】,釋放的光子增多,導致溫度的升高。分子熱運動增強,內能增加,也是得到光子後的表現形式。100度的水和100度的水蒸汽溫度相同,如果認為分子的平均動能相同,顯然不完美。在液態變為氣態過程中,水分子(原子)中的電子吸收光子,,電子躍遷到更高能級。但物體外界環境中光子流的密度相同,這樣的解釋更合情理。

氣態物質分子動能增強,密度一般會下降。在物質的氣態,液態和固態中,一般來說,壓力越大,密度越高,溫度越高。比如地核的溫度高,太陽的密度高,溫度更高。只用分子熱運動學說解釋溫度的微觀本質顯得比較勉強。     

提到電磁波輻射,並非就是30萬公裡/秒,那是在真空中的速度。物體的熱輻射類似於放射性物質的輻射,是一個持續的過程,也類似於液體的蒸發,外表面是熱輻射的界面。當物體溫度不變時,處於吸收和輻射電磁波的平衡狀態。

在微觀上,溫度的本質不只是分子運動,還和光子密切相關,就是和電磁能密切相關。熵這個詞代表著混亂和無序,主要針對的是高溫氣體的做功能力。物質在氣、液、固三態之間變換時,推動汽輪機的做工能力在下降,但整體上分子本身的排列應是趨於有序。電磁能在宇宙天體間及天體內部各區域間是流動的,會造成和參與物體分子的相對有序或無序的變化,宇宙只能熵增的說法也是不成立的。

現在的量子計算機的設計方案中,許多需要低溫。低溫超導材料也需要低溫。製造低溫是需要耗費能量的,並且需要增加低溫保持設備,那樣可能使它們不具備經濟效益和實用性。目前的可控核聚變,消耗的能量要遠大於它產生的可利用的熱能(賠本賺吆喝)。核裂變利用的元素,在自然條件下就有輻射裂變傾向,人類是順勢而為。要實現核聚變,需人為產生極高的溫度。人類想要利用可控核聚變發電,是要與自然爭巧,成功的概率很低。

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