熱的本質(zhì)是什么

1、熱的本質(zhì)是什么？陽光本身并不是熱的，有人吸收才有了熱！2014-12-09 晏成和 眾緣和合熱的本質(zhì)是什么？熱學(xué)百年迷茫（一）晏成和2014年11月26日提要：用實(shí)驗(yàn)證明了流傳了一百年的金屬中靠自由電子傳熱的理論是臆造的。通過火光綜合實(shí)驗(yàn)，說明核外電子的運(yùn)動是隨溫度有規(guī)律地變化的，溫度=核外電子的速率。熱是最普遍的自然現(xiàn)象，是物理學(xué)的一個(gè)專門分支。熱的本質(zhì)究竟是什么？今天的熱力學(xué)仍然沿襲百年前的理論：“熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則振動的表現(xiàn)”，寫在教科書并制造了“焓”“熵”這樣貌似高深又不能自圓其說的新名詞。熱是怎么傳遞的？教科書說：“金屬是由其內(nèi)部自由電子傳熱導(dǎo)電”。在此，我們

2、只是做幾個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)，請大家關(guān)注實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，然后思考熱究竟是什么?！緦?shí)驗(yàn)1】金屬是能夠傳熱導(dǎo)電，但傳熱緩慢導(dǎo)電神速。拿一根40厘米長的鐵絲在爐火上燒，幾分鐘后前端燒紅了，燒了20分鐘，我還能拿著它；但我不敢拿這根鐵絲去插入電源的插孔里，因?yàn)椴坏?.0001秒，電就能傳導(dǎo)到人?！白杂呻娮印钡淖饔脼楹瓮瑫r(shí)快如閃電、又慢如蝸牛? 傳熱與導(dǎo)電的速度相差數(shù)億倍！一百年來學(xué)者們對此都沒有解釋。因?yàn)椤盁岈F(xiàn)象是大量分子無規(guī)則振”，那么“自由電子傳熱”也就是自由移動的電子造成了大量分子無規(guī)則振動。物理學(xué)的教授一百年都是這么講述，怎么就沒有人來認(rèn)真考察這個(gè)理論？我們就以傳熱較好的銅為例來再現(xiàn)這個(gè)過程：大家知道，一個(gè)

3、質(zhì)子的質(zhì)量是電子的1800倍，銅的原子量是63.55，“銅分子”的質(zhì)量是電子的228780倍。如果電子是顆黃豆，銅分子則是一個(gè)幾百斤的大石磨。按熱力學(xué)理論，是電子的運(yùn)動傳遞造成了分子的振動扔幾顆黃豆，打得石磨晃悠振動，可能嗎？這“自由電子傳熱”的天方夜譚的理論，在教科書上忽悠了一百年?！緦?shí)驗(yàn)2】中國古代哲人就有用汝之矛刺汝之盾的妙思，于是就效法古人，讓矛和盾同時(shí)上場。設(shè)計(jì)了個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)，讓金屬在傳熱的同時(shí)導(dǎo)電。在普通直流電路中（如電池點(diǎn)亮小電珠），串接一根燒熱的銅棒（長80,直徑8mm。約400 C°）。通電2分鐘，電子在線路中、在高溫的銅棒中穿行了幾萬個(gè)循環(huán)，如果電子傳熱，就應(yīng)該把

4、銅棒的熱均勻地傳遞到電路（導(dǎo)線、電池）各處。然而事實(shí)是，電路各處的溫度仍然如初?！緦?shí)驗(yàn)3】我們前些年電腦及電視使用的顯像管，其熒光屏上的圖像是電子的打擊產(chǎn)生的，電子來自溫度大于800 C°的陰極。一天下來，至少有萬億個(gè)電子打在屏上，若電子傳熱，此時(shí)的熒光屏至少也有個(gè)100 C°,不燙手起碼也是個(gè)熱的，然而這種現(xiàn)象從來沒有發(fā)生。今天的物理學(xué)對熱的解讀存在了太多荒唐和謬誤，因?yàn)椴魂P(guān)心細(xì)節(jié)，對電子的特性茫然不知、連最基本的物質(zhì)的“熱”的本質(zhì)究竟是什么都沒有弄清楚。熱不是“分子無規(guī)則振”而是核外電子運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，電子的運(yùn)動與熱密切相關(guān)，我們再用實(shí)驗(yàn)來看核外電子與熱的關(guān)聯(lián)。【實(shí)驗(yàn)4】我

5、們把一根鐵絲插入燃燒著的爐火中，鐵絲的一端被燒紅、發(fā)亮，拿出爐的鐵絲光色黃亮，隨著溫度逐漸降低，鐵絲的發(fā)光逐漸由亮黃變橙、變紅、變暗紅，最后火光熄滅，尚有余熱，這說明鐵絲還在輻射紅外光波。分析人們已經(jīng)知道，物質(zhì)發(fā)出的光，實(shí)際上是電磁波。溫度升高，電磁波的頻率從微波、紅外波、到可見光赤、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫由低到高。將以上幾項(xiàng)物理現(xiàn)象聯(lián)系起來，加以歸納，我們就可以得到下表：火焰顏色：暗紅色紅橙黃藍(lán)白白（青藍(lán)紫）光波頻率：×1014Hz3.84.85.05.26.27.5火焰溫度：×1002.25.57.68.81422核外電子速率：低高從列表中我們不難看出，溫度由低到高，光

6、波的頻率也由低到高，其火光顏色由暗變亮。物質(zhì)的溫度與其發(fā)光頻率有著準(zhǔn)確的對應(yīng)（正比）關(guān)系，這不是巧合，而是存在必然的、穩(wěn)固的因果聯(lián)系。那么，因是什么，是誰、以何種方式在顏色（頻率）與溫度之間建立著這種緊密的聯(lián)系？現(xiàn)代研究表明：物質(zhì)的熱發(fā)光是電子躍遷時(shí)所發(fā)出的電磁波輻射，火光是由運(yùn)轉(zhuǎn)著的電子躍遷所發(fā)出的，這不同顏色的光是由不同速率電子躍遷的結(jié)果。這是大自然在昭示我們：物質(zhì)溫度高-核外電子速率高-躍遷時(shí)發(fā)出高頻光波；反之，溫度降低時(shí)電子速率下降，躍遷發(fā)出光波的頻率隨之下降。核外電子的運(yùn)轉(zhuǎn)速率隨溫度有規(guī)律地變化，這是一個(gè)被當(dāng)今物理忽略的重要細(xì)節(jié)。除鐵絲等金屬外，玻璃、石頭等非金屬、化合物、混合物也同

7、樣都能燒紅發(fā)光，都具有上述實(shí)驗(yàn)特征，說明核外電子隨溫度規(guī)律運(yùn)動是物質(zhì)的普遍屬性?！緦?shí)驗(yàn)5】與上述簡易的實(shí)驗(yàn)不同，以下是一個(gè)高、精、尖的實(shí)驗(yàn)。華裔科學(xué)家朱棣文在“激光冷卻捕獲氣體原子”實(shí)驗(yàn)方面做出了杰出貢獻(xiàn)，獲得了1997年諾貝爾物理學(xué)獎。為人們認(rèn)識物質(zhì)世界打開了一扇新大門。激光冷卻實(shí)驗(yàn)中，設(shè)備、儀器雖然復(fù)雜，但作用的雙方卻很簡單激光、鈉氣體（Na2）。激光是一種方向性好、平行、相干的單色光，是發(fā)散角度小、相位穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定的電磁波。實(shí)驗(yàn)概況：把3臺二極管激光器分別從軸、軸、軸三維方向?qū)?zhǔn)真空的石英管，然后向石英管內(nèi)通入鈉蒸氣，激光器調(diào)頻對準(zhǔn)蒸氣照射。激光冷卻原子的原理是：一定溫度的鈉蒸汽的核外

8、電子以穩(wěn)定的速率運(yùn)轉(zhuǎn)著并且伴生著速率穩(wěn)定的電磁波（伴生，見我的博文2、電子運(yùn)動時(shí)伴生著電磁波）。激光的光波與鈉氣體核外電子伴生的電磁波發(fā)生干涉，通過調(diào)頻，使核外電子的運(yùn)轉(zhuǎn)停頓。實(shí)驗(yàn)所囚禁的實(shí)際上是核外電子，使之在原地振動、繞核運(yùn)動的速度接近零，分子溫度也就冷卻而接近零，于是就形成了激光對鈉原子的冷卻。激光冷卻實(shí)驗(yàn)已經(jīng)把鈉冷卻到1。怎樣測得如此低溫？用的是飛行時(shí)間法（TOF），測量的是原子的初始速度，由速度分布可推出原子初始溫度。即：用氣體運(yùn)動的速度推測其溫度。這種測量與以上“溫度速度”思路一致：溫度高氣體的價(jià)電子速率快，氣體分子運(yùn)動速度就快；反之，溫度低核外電子速率慢，氣體分子運(yùn)動速度就慢；溫

9、度接近0K的鈉氣體的價(jià)電子的速率接近0（在原地振動）。此時(shí)的鈉已經(jīng)不是鈉氣體（Na2），形成兩兩分散的原子，紛紛往下掉。結(jié)論自然的火光啟示我們：物質(zhì)的核外電子的運(yùn)轉(zhuǎn)速率隨著溫度變化，躍遷時(shí)所輻射的電磁波頻率亦隨之變化，是核外電子隨著溫度規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)從而在發(fā)光顏色與溫度之間建立著這種緊密的聯(lián)系。這是大自然在昭示我們：物質(zhì)內(nèi)核外電子運(yùn)轉(zhuǎn)速率與躍遷頻率是整齊一致的，是極有規(guī)律的。溫度高核外電子速率高；溫度低核外電子速率降低。核外電子運(yùn)動的速率是熱（溫度）的載體、也是能量的載體。在此，細(xì)心讀者應(yīng)該理解到，熱是整個(gè)原子才有的表現(xiàn)、原子整體才是熱的載體。即有原子核、有繞核電子運(yùn)轉(zhuǎn)的速率才有熱。即自然界沒有熱電

10、子、冷電子。那些“金屬是由其內(nèi)部自由電子傳熱”的理論是一個(gè)百年錯(cuò)誤。反思.(緣和注：電子云和測不準(zhǔn)原理，我覺得應(yīng)該是表示電子是剎那生滅，只有統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律。)無人敢把溫度與電子的規(guī)律運(yùn)動進(jìn)行邏輯聯(lián)系。關(guān)注物質(zhì)核外電子的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律、跟蹤電子速率隨著溫度變化，大家將會看到：物質(zhì)的構(gòu)成、物質(zhì)的相變、磁性物質(zhì)的居里點(diǎn)、記憶合金、超導(dǎo)、超流等當(dāng)代物理不能解釋的自然之謎都將迎刃而解，凡是與溫度相關(guān)的物質(zhì)現(xiàn)象都是核外電子規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)果。晏成和，修改于2014年11月4日。熱是怎樣傳遞熱的？熱學(xué)（二）晏成和在中學(xué)，我們就學(xué)習(xí)了熱傳遞的三個(gè)途徑，即熱傳遞的三要素?zé)釋α鳌醾鲗?dǎo)、熱輻射。三要素中有兩個(gè)要素的理論有問題（

11、熱傳導(dǎo)和熱輻射）。熱對流，很好理解，就是熱從溫度較高的物質(zhì)、如熱的液體、氣體流向了溫度較低的區(qū)域，也把自身的熱帶到了新的地方。當(dāng)然也可以說是冷的液體、氣體流向了溫度較高的區(qū)域，也把自身的低溫帶到了新的地方。 熱傳導(dǎo)，人們早就注意到，物質(zhì)內(nèi)部，不同的物體其導(dǎo)熱能力大不相同。當(dāng)固體物質(zhì)局部受到高溫時(shí)金屬物質(zhì)傳熱快，而非金屬及化合物傳熱緩慢，為什么會有這樣大的差異，不是因?yàn)榻饘賰?nèi)有什么“自由電子”。我在熱學(xué)（一）熱的本質(zhì)是什么已經(jīng)用實(shí)驗(yàn)論證：熱是核外電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)速率、是整個(gè)原子才會有的現(xiàn)象，也就是說只有原子才會有溫度，電子自身根本就不攜帶溫度、世上沒有熱的電子、冷電子。所以自然界也根本不存在自由電子

12、傳熱。金屬靠自由電子傳熱是個(gè)流傳百年的錯(cuò)誤。熱是核外電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)速率、是一種運(yùn)動狀態(tài)，那么，傳熱就是牽動和影響、加快或降低鄰近電子的速率、改變核外電子運(yùn)動狀態(tài)。如何改變電子運(yùn)動狀態(tài)、弄清楚物體導(dǎo)熱原理，先要回顧物質(zhì)的微觀構(gòu)成，探討電子的運(yùn)轉(zhuǎn)在此構(gòu)造中如何牽動、傳導(dǎo)在 晶體形成的物理原因說到：原子有幾個(gè)價(jià)電子，就能構(gòu)成幾個(gè)結(jié)構(gòu)元，價(jià)電子大于、等于4的元素，能夠形成空間價(jià)和結(jié)構(gòu)。如族元素碳、硅，就形成了金剛石結(jié)構(gòu)（見圖2-1左）。同樣，族元素，形成了菱方結(jié)構(gòu)的晶格。圖2-1：價(jià)和結(jié)構(gòu)（左側(cè)），電磁力結(jié)構(gòu)（右側(cè)）。價(jià)電子數(shù)等于或小于3的金屬物質(zhì)，如金、銀、銅原子只有1個(gè)價(jià)電子，兩個(gè)原子結(jié)合起來只能建

13、立1個(gè)結(jié)構(gòu)元。當(dāng)金屬的價(jià)和電子高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在旋轉(zhuǎn)平面橢圓焦點(diǎn)產(chǎn)生著南北向的磁場，磁場力南北極相互吸引，把結(jié)構(gòu)元相互緊緊吸引在相對固定的位置。圖2-1右圖為金屬物體的結(jié)構(gòu)示意。核外電子的規(guī)律運(yùn)動，既形成晶體結(jié)構(gòu)也攜帶物體的溫度。物體的傳熱是:當(dāng)物體局部受熱時(shí)，物體內(nèi)的某局部熱量增加，該局部的核外電子速率增加，而且牽動、影響到鄰近結(jié)構(gòu)元的核外電子使其速率增加，從而把熱傳遞到鄰近的地方。金屬物質(zhì)傳熱快，不是因?yàn)榻饘賰?nèi)有什么“自由電子”。而是因?yàn)榻饘賰?nèi)各個(gè)結(jié)構(gòu)元由電磁力維持其相對位置，每個(gè)結(jié)構(gòu)元內(nèi)的價(jià)和電子的速率相對獨(dú)立，與其他價(jià)和電子的速率沒有直接牽連，不受其他結(jié)構(gòu)元的價(jià)和電子的直接影響。（圖2-2

14、右）金屬受熱時(shí)，價(jià)和電子速率立即升高，使得電磁力增加，增大的電磁力對鄰近的結(jié)構(gòu)元產(chǎn)生影響，鄰近的結(jié)構(gòu)元的價(jià)和電子因而立即增加速率，以維持電磁力的平衡。這樣，金屬內(nèi)局部的升溫，由于電磁力的增大而較為迅速地在金屬內(nèi)傳播、擴(kuò)展，從而導(dǎo)致了金屬良好的導(dǎo)熱性能。我們看到：物體的導(dǎo)熱不是熱的搬運(yùn)、移動，而是物質(zhì)內(nèi)相鄰結(jié)構(gòu)元電子運(yùn)動狀態(tài)的逐步傳遞。因此相對于導(dǎo)電的神速，物體的導(dǎo)熱是緩慢的。那種金屬由自由電子導(dǎo)熱是流傳百年的錯(cuò)誤。圖22：非金屬與金屬結(jié)構(gòu)示意圖，非金屬（硅，左側(cè)），金屬（右側(cè)）再回答非金屬導(dǎo)熱，非金屬的導(dǎo)熱更緩慢，因?yàn)榉墙饘袤w價(jià)電子數(shù)較多。如硅結(jié)構(gòu)示意圖（圖22左），每個(gè)核心周圍有4 個(gè)或更多

15、的價(jià)和軌道的環(huán)繞，而每個(gè)軌道的另一端連著另一核心，另一核心又環(huán)繞著許多軌道，如此有序連續(xù)地構(gòu)成（充滿）了整個(gè)物體。每個(gè)結(jié)構(gòu)元的價(jià)和電子的速率都是相互牽制的，它們的速率必須相對同步。當(dāng)物體局部受熱時(shí)，價(jià)和電子的速率加快受到周圍結(jié)構(gòu)元的制約，只能逐步協(xié)調(diào)緩慢增加，因而熱量也得不到較快的擴(kuò)散、傳播，故非金屬物體的導(dǎo)熱性能很差?；衔锸怯山饘倥c非金屬結(jié)合而成，每個(gè)核心周圍有4 個(gè)或更多的價(jià)和軌道的環(huán)繞，其導(dǎo)熱情形與價(jià)和晶體相同。當(dāng)非金屬物體局部突然受熱（冷）時(shí)，局部的價(jià)和電子的速率升高（降低）或是有升降的趨勢，而未受熱的部位的價(jià)和電子仍維持其原有的速率。于是在冷熱交界處價(jià)和電子的速率紊亂，擁擠、移位，

16、導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)元的損壞，由于其結(jié)構(gòu)元之間是互相牽連的，結(jié)構(gòu)元的損壞使得這一局部的價(jià)和電子更加混亂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)元紛紛解體，于是物體就炸裂了。如：冷玻璃杯中突然注入開水，熱的砂鍋置于冷水時(shí)，它們的炸裂都是這個(gè)原因。在中學(xué)，我們學(xué)習(xí)到：熱總是由高溫物質(zhì)向低溫物質(zhì)傳播。有的同學(xué)就想，熱為什么就不能由低溫物質(zhì)向高溫物質(zhì)傳播呢？這是因?yàn)闊崾俏镔|(zhì)核外的電子的運(yùn)動現(xiàn)象，高溫物質(zhì)電子速率高，低溫物質(zhì)電子速率低。當(dāng)一組高速的價(jià)和電子與一組低速的價(jià)和電子靠近時(shí)，兩組價(jià)和電子相互影響，快的減慢，慢的加快，即高溫的物質(zhì)降溫，低溫的物質(zhì)升溫，這也是熱力學(xué)第二定律，熱只能由高溫物質(zhì)向低溫物質(zhì)傳播（傳導(dǎo)）的原因。熱輻射，熱輻射是不

17、存在的，我們在熱學(xué)（一）已經(jīng)用5個(gè)實(shí)驗(yàn)論證：熱是核外電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)速率、是原子整體才會有的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是不能輻射的。高溫物質(zhì)輻射的不是熱，實(shí)實(shí)在在輻射的是電磁波、是紅外線，所以應(yīng)該叫做電磁波輻射。核外電子繞著核心旋轉(zhuǎn)著，電子運(yùn)轉(zhuǎn)伴生著電磁波，運(yùn)轉(zhuǎn)速率就是物質(zhì)溫度。當(dāng)外界的溫度較低，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的核外電子發(fā)生躍遷，降低自身的速率同時(shí)向外輻射電磁波；當(dāng)外界溫度較高,處在溫度較低的原子就吸收外界輻射的電磁波，加快自身的核外電子運(yùn)轉(zhuǎn)速率，即提升了自身的溫度。自然界所有原子都是在這樣不斷地輻射、接收著電磁波，與外界進(jìn)行著交流,維持著一個(gè)動態(tài)的相對平衡。這樣,從傳熱到輻射都成就了“熱總是由高溫物質(zhì)向低溫物質(zhì)傳

18、播”的熱力學(xué)第二定律。物質(zhì)就是這樣與外界通過輻射或接收輻射與外界進(jìn)行熱交流（輻射傳遞）。人們曬太陽、烤火，接收著熱源輻射過來的電磁波，隨即提升了自身物質(zhì)的核外電子的速率，提升了自身的溫度，感覺溫暖,于是把電磁輻射叫做熱輻射。作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的帶電物體（電子）會不會斷地發(fā)射電磁波，并不斷的損失能量。那么，電子會不會把能量輻射殆盡，直至愈來愈慢，陷落到原子核內(nèi)？不會的，核外電子運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的輻射不是單向的，原子不會把自身的溫度輻射殆盡，物質(zhì)不會是孤立的，總是會處在一定的溫度環(huán)境之中，溫度較低的物質(zhì)可以接受較熱物質(zhì)的電磁波輻射，使自身的電子運(yùn)轉(zhuǎn)速率增加，溫度升高。這就是所謂的熱輻射，實(shí)際上是電磁波的輻射。所

19、以人們就在篝火邊、在陽光下取暖。陽光問題，“溫暖的陽光照耀著大地?！边@是許多文學(xué)作品常用的一句話。然而，這句話是錯(cuò)的！至少是不確切的。因?yàn)殛柟獠皇菧嘏??！瓣柟庠趺床粶嘏?？我們在陽光下，冬天暖、夏天熱?！笔堑模@是事實(shí)，這是因?yàn)樵谶@里除了陽光，還有你，還有周圍的物質(zhì)。陽光是太陽輻射出的許多不同頻率的電磁波，純粹的電磁波是沒有溫度的。不信？幾千米的高山上的皚皚白雪就是證明：如果你在夏天的中午登上峨嵋山，此時(shí)你離太陽更近，應(yīng)該感到更熱，然而事實(shí)是山頂?shù)臏囟缺壬较逻€低十幾度，所以山上出租棉大衣的生意十分興隆。這是因?yàn)楦呱缴峡諝庀”?、物質(zhì)較少，由于只有較少的物質(zhì)接受電磁波，因而溫度也較低。有物質(zhì)才有溫

20、度，故而，高處不勝寒。在太空中沒有物質(zhì)也就沒有溫度（接近絕對零度），在高空航行的飛機(jī)，也有一個(gè)防凍的問題。陽光（電磁波）只有照射在物質(zhì)上，使原子核外的電子加速運(yùn)轉(zhuǎn)，物質(zhì)的溫度才得以升高。而且不同的電磁波的頻率對不同的物質(zhì)作用不盡相同。紅外波的升溫效果最明顯，紫外波則不顯什么熱量。這說明，一般物質(zhì)的電子運(yùn)轉(zhuǎn)頻率與紅外波的頻率相近。晏成和，修改于2014年11月24日。再談傳熱問題熱學(xué)（三）晏成和在熱學(xué)（一）談到了熱的本質(zhì)。得到結(jié)論：核外電子運(yùn)動的速率是熱（溫度）的載體、也是能量的載體。溫度高核外電子速率高；溫度低核外電子速率降低。在熱學(xué)（二）談到了熱的傳遞過程。談到熱輻射是不存在的，高溫物質(zhì)所輻

21、射的不是熱，輻射的是電磁波、是紅外線，所以應(yīng)該叫做電磁波輻射。有人會問：無線電波、X射線都是電磁波，同樣是電磁波，這些電磁波為什么不能使物質(zhì)升溫？讀者在生活中會注意到，浴室熱燈浴霸、發(fā)紅外線，加熱效果很好；微波加熱食物效果非常好，且穿透性很強(qiáng)。而可見光、紫外線、中波、長波同樣都是電磁波，為什么幾乎沒有加熱能力？在此，有必要再談電磁波頻率與傳熱問題。【實(shí)驗(yàn)】我們以上討論的是接收電磁波使物質(zhì)升溫，在此我們逆過來，探討熱的物質(zhì)會輻射出什么樣的電磁波。這是一個(gè)百年前的著名實(shí)驗(yàn)黑體輻射。實(shí)驗(yàn)曲線，在19世紀(jì)，隨著煉鋼工業(yè)的發(fā)展，科學(xué)界就開展了對輻射的精細(xì)研究，為了研究輻射，科學(xué)家精心設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)裝置

22、黑體輻射實(shí)驗(yàn)裝置。裝置的結(jié)構(gòu)如圖3-1A所示：在密閉的黑體內(nèi)鉆一小孔，黑體所蘊(yùn)含的熱僅僅只能由此小孔向外輻射。經(jīng)過多次精細(xì)的實(shí)驗(yàn)，得到了圖3-1B所示的在一定的溫度條件下，輻射頻率與輻射量之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)曲線。面對這樣的曲線，學(xué)者們發(fā)揮自己的數(shù)學(xué)才能，運(yùn)用數(shù)學(xué)表達(dá)式來擬合這條曲線（即尋求一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式）。其中著名物理學(xué)家普朗克所寫出的數(shù)學(xué)表達(dá)式與實(shí)驗(yàn)曲線擬合得相當(dāng)好，可以說是天衣無縫。但是，普朗克先生的公式中，代表能量的數(shù)值不能是連續(xù)的，而必須是一個(gè)最小值的整數(shù)倍，這個(gè)最小值就是普朗克常量。 A B 圖3-1數(shù)學(xué)表達(dá)式一般是客觀實(shí)在的反應(yīng)，普朗克常量表達(dá)了微觀世界的實(shí)在，它揭示了在微觀世界，輻射

23、能量是不連續(xù)的。輻射能量也不能是無限小，必須是普朗克常量的整數(shù)倍，這給在宏觀世界習(xí)慣于連續(xù)無級的常規(guī)思維帶來沖擊，也就把科學(xué)帶入到了量子時(shí)代。物質(zhì)的電磁波的輻射由何而來？是核外電子發(fā)生躍遷時(shí)向溫度較低的外界輻射的電磁波，同時(shí)自身的速率降低一個(gè)檔次。由于宏觀的電磁波輻射是無數(shù)單個(gè)核外電子集合，而單個(gè)核外電子的每一次輻射是自身一次躍遷所發(fā)出的，是一份一份的，其能量的變化也是像階梯一樣，是一級一級的，所以是量子化的。反之，當(dāng)外界溫度較高，無數(shù)個(gè)核外電子就一份一份地吸收外界輻射的電磁波，使自身的運(yùn)轉(zhuǎn)向高速率躍遷，宏觀的表現(xiàn)就是提升自身的溫度。普朗克常數(shù)反應(yīng)了這個(gè)客觀實(shí)在。普朗克的量子理論吸引了人們的注

24、意，這條黑體輻射實(shí)驗(yàn)曲線正向人們揭示物質(zhì)構(gòu)成的信息。在這條曲線旁還有兩條虛線，這是人們對曲線的擬合，更是對黑體輻射的猜想。在圖3-1B中，橫坐標(biāo)是輻射波的頻率，縱坐標(biāo)為單色輻出度（在某一頻率下所輻射的能量）。實(shí)驗(yàn)曲線的開始段，隨著輻射頻率的增大，輻出度隨之增大，于是就有人根據(jù)這開始段的趨勢，按照已有的分子熱運(yùn)動理論（即溫度越高，分子的振動頻率越快），擬合了一條左邊的虛線。若依照這條曲線，頻率越高輻出度越大，當(dāng)頻率高到了紫外線或X射線，輻出度直線上升。如果事實(shí)真是如此，地球上的一切生物都要遭受滅頂之災(zāi)，在科學(xué)史上，人們戲稱這條曲線為“紫外災(zāi)難”。幸虧事實(shí)上實(shí)驗(yàn)曲線到了中段變緩、變平，到了極大值輻

25、出度隨著頻率的增大而下降?！白贤鉃?zāi)難”曲線失敗了，敗在何處？有人說這是經(jīng)典理論的失敗，不對！這條災(zāi)難曲線是由當(dāng)時(shí)的物質(zhì)理論分子的熱運(yùn)動理論推導(dǎo)而成。這正說明著分子的熱運(yùn)動理論不符合客觀實(shí)在，顯現(xiàn)了分子的熱運(yùn)動理論的敗像，亦說明熱輻射不是分子振動所發(fā)出的。輻射波來自何處？這正是人們探索核外電子規(guī)律、反思物質(zhì)理論的絕佳時(shí)機(jī)，可惜失之交臂。面對困惑，學(xué)界沒有認(rèn)真去反思以往的物質(zhì)理論、沒有認(rèn)真去反思分子熱運(yùn)動理論，而是關(guān)注普朗克公式中能量的不連續(xù)，經(jīng)典物理中量的連續(xù)無級的思想方法受到?jīng)_擊。但僅僅只是否定經(jīng)典理論，坐失了探尋物質(zhì)內(nèi)部構(gòu)成的良機(jī)。按現(xiàn)行的物質(zhì)理論，不考慮物質(zhì)的核外電子的運(yùn)動，不考慮核外電子

26、的運(yùn)轉(zhuǎn)速率、線路和躍遷，僅以分子的熱運(yùn)動理論是解釋不了這條優(yōu)美的曲線的。按現(xiàn)行的分子熱運(yùn)動理論，溫度越高，分子的振動越加劇。這一理論正是紫外災(zāi)難的根源。奇怪的是今天的學(xué)界一邊在微觀領(lǐng)域建立新的學(xué)說，一邊襲用著這一不符合事實(shí)、將會導(dǎo)致災(zāi)難的分子熱運(yùn)動理論。內(nèi)在原因，實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的這條曲線是因?yàn)椋簩?shí)驗(yàn)中的黑體，不管它是什么材料制成，它總是由原子、分子構(gòu)成的，分子、原子的核外電子總是在不停地運(yùn)轉(zhuǎn)著。當(dāng)外界溫度高于物體（黑體）溫度時(shí)，物體吸收電磁波，核外電子速率增加，向高速躍遷；當(dāng)外界溫度低于物體溫度時(shí)，核外電子向低速率躍遷，物體發(fā)射電磁波輻射。核外電子的運(yùn)轉(zhuǎn)速率就是橫坐標(biāo)中的頻率，在這一頻率下的輻出度

27、就對應(yīng)得到縱坐標(biāo)上的一個(gè)點(diǎn)，物質(zhì)的核外電子在不同的頻率下有不同的輻出度，把各種頻率下的輻出度的點(diǎn)連起來，于是就得到了這條優(yōu)美的凸峰形實(shí)驗(yàn)曲線。凸峰形曲線表明：核外電子在不同的頻率（橫坐標(biāo)）條件下的輻射量不同，即在不同的溫度環(huán)境下輻射量也發(fā)生變化。這說明，核外電子的躍遷是在一定范圍內(nèi)規(guī)律變化，這種變化不是線性的。核外電子發(fā)生躍遷只是在某頻率段最積極、最活躍，在低頻和高頻段躍遷減弱。同時(shí)也說明核外電子的運(yùn)轉(zhuǎn)速率是基本穩(wěn)定的，只能在某一定范圍內(nèi)變化。這是自然賦予的規(guī)律，也是自然事物的“度”的普遍特征，凡事都有個(gè)度，就像動物的眼睛只能看到一定頻率的光波、耳朵只能聽到一定頻率的聲波。凸峰形曲線是自然事物

28、的普遍規(guī)律，例如每天陽光的強(qiáng)弱，動植物的生長周期，人的智力、體力隨年齡變化，都是凸峰形曲線。正因?yàn)樽匀皇挛锏摹岸取保砸簿筒粫l(fā)生那種“紫外災(zāi)難”。普朗克的量子理論說明核外電子是在一定的能級運(yùn)轉(zhuǎn)，其運(yùn)動的變化是階級式的，輻射是隨核外電子的階級躍遷而形成一份一份的量子化的，核外電子的運(yùn)動是被制約在一定的范圍之內(nèi)，是有其內(nèi)在的規(guī)律的。黑體輻射實(shí)驗(yàn)曲線同時(shí)揭示了物質(zhì)核外電子的運(yùn)動活躍范圍和規(guī)律。紅外線的加熱效果很好，微波加熱食物效果更好，是因?yàn)樽匀唤绱蟛糠治镔|(zhì)的核外電子的運(yùn)動活躍范圍略低于微波、紅外波的頻率。核外電子經(jīng)這種頻率照射，能夠立即接收并增加速率。而可見光、紫外線、中波、長波的頻率與物質(zhì)核

29、外電子的運(yùn)動活躍范圍相差太遠(yuǎn)，電子無感覺、無動于衷，所以幾乎沒有加熱能力。微波爐，一般物質(zhì)傳熱都是由表及里，由近向遠(yuǎn)逐步傳播，而微波爐卻能使食物內(nèi)外同時(shí)均衡升溫，甚至造成微波照射后的食物內(nèi)部溫度還要高些的景況，微波爐為什么會有如此神奇的功能？微波爐內(nèi)有爐盤讓食物旋轉(zhuǎn)使加熱更加均勻，然而微波爐最主要的器件是微波發(fā)射管（磁控管）。有了磁控管發(fā)出微波，才有上述奇妙的均勻同步的加熱效果。微波是波長在毫米波與米波之間的電磁波，頻率在3×1010到3×1013之間,微波原來主要運(yùn)用于無線電通訊和定位、導(dǎo)航。20世紀(jì)40年代，在微波站的工作人員無意中發(fā)現(xiàn)，置于微波輻射下的食品被神秘加熱，經(jīng)過多次觀察試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了微波的這一能均勻快捷加熱水和食物的功能，于是就申請了專利，制成了微波爐。微波爐對食物的加熱效果很好，