光子和电子的区别
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光子和电子的区别范文第1篇
当人们用望远镜观测银河系以外的星系时，可以发现绝大多数星系光谱都存在红移或蓝移现象，并且越远的星系其光谱红移值越大。 根据多普勒效应：星系光谱存在红移说明星系正离我们远去，星系光谱存在蓝移说明星系正向着我们运动。需要指出的是越远的星系红移值也越大，看起来所有的星 系都好象以银河系为中心向外爆炸形成的一样，越远的星系离开我们的速度也越大。鉴于此有人提出宇宙大爆炸假说：认为宇宙是由150亿年前发生的一次大爆炸 形成的，人类居住的银河系则是宇宙的中心。可是人们在观测银河系和河外星系时，却并没有发现银河系有什么特别之处。有人据此怀疑宇宙大爆炸假说；也有人从 星系的演化推算出宇宙的年龄大于150亿年；还有人认为若宇宙大爆炸假说是正确的，那么宇宙辐射在各个方向上就会表现出各向异性；更有人担心宇宙的膨胀没 有尽头，遂认为宇宙的膨胀和收缩是交替进行的……。但不管怎样，大部分人还是相信“眼见为实”，由星系光谱的红移现象承认了宇宙大爆炸假说。更有人把红移 现象与宇宙背景辐射和宇宙元素丰度并作宇宙大爆炸假说的三大支柱。那么宇宙是否发生过爆炸并仍在向外扩张，年龄是否只有150亿年呢？非也！
1． 星系光谱红移原因
20 世纪初，当人们用望远镜观测银河系以外的星系时，发现绝大多数星系光谱都有红移现象，并且越远的星系其光谱红移值越大。有人认为星系光谱红移是因为星系正 在离我们远去，从而得出这样的结论：所有的星系都是以我们银河系为中心向外爆炸后形成的，越远的星系离开我们的速度也越大；宇宙中所有的星系都在彼此分 离，并且越远的星系相互分离的速度越大。值得一提的是，我们银河系正处在爆炸中心，足以值得我们自豪的是：银河系是宇宙中独一无二的星系—因为它是宇宙的 中心。更让我们惊奇的是，银河系自身也在不断运动着，然而无论它运动到哪里，它始终是银河系的中心。我们解释不了银河系为什么是宇宙的中心，因为银河系也 和其它星系一样，并沒有什么特别之处。有人以为，银河系处于宇宙的中心是一个巧合，虽然银河系从上个世纪至今一直在不断运动，但它走过的距离和整个宇宙空 间的尺寸比起来是微不足道的，所以银河系目前仍然处在宇宙的中心，这种看法未免有些牵强。因为人们在观测近处的星系时，发现近处的星系并没有相互分离的趋 势，并且也没有证据表明近处的星系正在以某一个中心为起点向外膨胀。因此“银河中心说”颇值得怀疑。还有的人虽然承认宇宙大爆炸假说，但不承认“银河中心 说”，他们不认为银河系是宇宙的中心。这种观点同样也是站不住脚的。我们可以这样分析：如果宇宙大爆炸假说是正确的，那么宇宙中所有的星系必定在以某一个 中心为起点向外膨胀，星系之间彼此互相分离。目前我们观测到近处的星系并没有相互分离的趋势，并且也没有证据表明近处的星系在以某一个中心为起点向外膨 胀。倘若我们不是在宇宙的中心而是处于偏离宇宙中心的任一点处，因为在我们周围的星系都没有相互分离的趋势，也没有以某一个中心为起点向外膨胀，这样一 来，倘若宇宙中任一点处的星系都没有相互分离的趋势，那么整个宇宙也不可能在膨胀，即宇宙大爆炸假说是错误的。
前事不忘，后事之师。人类文明发 展到今天，“地心说”和“日心说”都被证明是为科学，难道我们还要重蹈覆辙提出“银河中心说”吗？愚以为，我们应当承认这样一个假设，那就是：银河系按目 前的速度运动下去，100万年，100亿年以后，我们仍然会发现自己处在宇宙的“中心”，无论我们处在宇宙的任何地方，中心也好，边缘也好，我们都会发现 宇宙中越远的星系光谱红移值也越大，就好象我们处在宇宙的“中心”一样。事实上，这个“中心”是光子在宇宙空间中的传播特性引起我们视觉上的错误，“眼 见”未必“为实”，我们不能过分相信“眼见”的东西。
红移现象是否由观测者自身的运动引起的呢？不是的！如果红移现象是由观测者自身的运动引起 的，那么我们将观测到与我们相向运动的星系光谱将发生蓝移而与我们相背运动的星系光谱将发生红移，然而事实并非如此。再者，虽然我们“坐地日行八万里”， 但这个速度和光速比起来实在算不了什么，不至于影响观测结果。换句话说，我们在观测星系红移值时，观测者自身运动速度的影响可以忽略不计。红移现象说明光 子与观察者之间的相对速度变小了。产生这种情况有两种可能：第一是星系正离我们远去，第二是光子在穿越宇宙空间时速度变小了。这两种情况都可能导致星系光 谱红移。我们认为导致星系光谱红移的原因是后者。光子在穿越宇宙空间时会与各种粒子(比如引力子)相互作用从而使其速度逐渐减小。当然单个粒子与光子作用 时间极短，引起光子速度的改变量也是极其微小的，以致于我们观测不到。随着光子穿越宇宙空间距离的增大，与光子作用的粒子数目也逐渐增多，光子速度的减小 量也越明显。可以推测：光子在穿越一定的宇宙空间距离后速度将减小到零。由于光子速度为零故相对我们的能量也为零，这样的光子当然不会被我们观测到。可见 用光学法观测宇宙空间尺度时有一个极限：150亿光年(也有人认为是200亿光年)。在这个尺度以外的星系发出的光子由于在没有到达地球时速度已经降低到 零，所以这样的星系不可能被我们观测到，至少目前还没有办法观测到。也有人认为，红移现象是由光子频率减小引起的，即认同第一种可能：认为星系正离我们远 去。这种观点听起来很有道理，却经不起分析。我们知道，星系离我们远去时会引起光子频率减小，但各种不同频率光子的频率减小量应该相同，反应在星系光谱 上，各种不同频率光子的红移量应该相同。因此，不论星系离我们多远，星系光谱虽然发生红移但不应该变宽，但事实上远处星系光谱却被拉宽了（星系光谱不会变 宽是指星系光谱中任意两条谱线的距离恒定，虽然它们都发生了红移，但它们移动的距离相等，因此各谱线之间的距离不变）。而且能量越小的光子红移值越大，能 量越大的光子红移值越小。不同频率光子的频率减小量不同，说明红移现象不是由光子频率减小引起的。即第一种可能站不住脚。假设宇宙中所有的星系都是静止 的，宇宙空间中的物质是均匀分布的，那么光子穿越宇宙空间时的速度衰减量仅与其通过的空间距离有关。光子穿越的宇宙空间越长，其速度衰减量也越大。这样星 系光谱的红移值仅与其离我们的距离有关，离我们越远的星系红移值也越大，就好象越远的星系正在以越快的速度离开我们一样。这也正是哈勃定律所揭示的：星系 远离银河系的速度ν与距离成正比，ν=H*D，其中H为哈勃常数。实际上宇宙中各星系都在不断运动着，宇宙空间中的物质也并非均匀分布的，造成星系光谱红 移的原因也很多，所以光谱的实际红移值要考虑许多情况。
2． 谱线红移与光子速度衰减
光子与宇宙空间中的粒子是如何作用的呢？可以设想， 宇宙空间中存在许多比光子质量小得多的粒子(比如引力子)。由于光子在与粒子作用后仍然是光子，可以认为光子仅与粒子发生了弹性碰撞。既然是弹性碰撞，我 们知道，二者质量越接近光子损失的能量越大。由于光子的质量远远大于引力子的质量，所以在不同频率(质量)的光子中，频率(质量)较小的光子损失的能量较 大。于是经过同一段宇宙空间以后，在不同频率(质量)的光子中，频率(质量)较大的光子损失的能量较少，频率(质量)较小的光子损失的能量较大，例如红光 损失的能量比紫光损失的能量多。由于不同频率(质量)的光子在宇宙空间运动时都损失了能量，这样整个星系的光谱将向红端移动，但由于红光损失的能量多向红 端移动的距离大，而紫光损失的能量少向红端移动的距离小，于是整个光谱被“拉宽”了。如果不同频率(质量)光子的能量损失率相同，虽然它们都产生红移，但 是它们红移的距离相等，这样星系光谱虽存在红移但不会被“拉宽”， 星系光谱存在红移而且被“拉宽”说明两点：第一光子在穿越宇宙空间时速度会衰减，第二不同频率(质量)的光子速度衰减率不同。显然，由于不同频率(质量) 光子的能量损失率不同，各种光子的速度衰减量差异将随着空间距离的增加而增大，这样星系光谱被“拉宽”的程度与其离我们的距离有关，离我们越远的星系其光 谱被拉宽的程度也越大。另外，星系光谱被拉宽时还有一个特点，那就是能量大的光子被拉宽的程度小，能量小的光子被拉宽的程度大。也就是说，越靠近红端光谱 被拉宽的程度越大，越靠近紫端光谱被拉宽的程度越小。考虑到星系引力场的影响，实际情况还要复杂一些。
上面我们谈到光子在宇宙空间运动时速度会逐 渐减小，这和人们熟悉的“真空中光速不变”的看法相矛盾。实际上宇宙空间并非真空，即使宇宙空间是绝对真空它还存在引力场。换句话说，光子在真空中速度变 不变的问题，实际上是光子受不受引力作用的问题。如果光子不受引力作用，那么真空中光速不变，但这样一来不论星体的引力再强，对光子都没有影响，从而宇宙 中也不可能产生“黑洞”了，而现在的黑洞理论基础将不复存在；假如光子受引力作用，则就不应该有“真空中光速不变”的结论。有人对此这样解释：宇宙空间中 各星体的引力分布在不同的方向上，它们的作用力相互抵消，因此光子在宇宙空间中的速度不变。这种解释也是站不住脚的。我们知道在太阳系内，引力的方向是指 向太阳的；在银河系里引力的方向是指向银河系中心的，所以局部的宇宙空间引力总是有一定的方向的。我们认为光子作为一种物质实体，它的速度并非一成不变 的。无论在真空中还是在介质中，它的运动速度都会越来越小。所以，光速不变只是一个神话，光年也不能作为距离单位，因为光子在前一年中走过的路程总比后一 年中走过的路程长。
3.光子在引力场中的运动
星光在通过太阳附近时会受到太阳引力的作用而发生弯曲，说明光子也会受到引力的作用。其实光 子也有质量，当然会受到引力作用了。通常我们认为：引力场中物质的加速度仅与引力场的强弱有关，而与物质的质量无关。如在地球表面不管是1吨的物体还是1 千克的物体，其每秒获得的速度增量都是9.8米/秒。但引力场中光子的加速度与其质量有关：质量越小的光子加速度越大，质量越大的光子加速度越小。既然光 子也受引力作用，那么很自然，光子在离开引力场时必然会被减速，在进入引力场时必然会被加速，在垂直于引力方向(或其它方向)运动时受引力影响其运动轨迹 也会发生变化。既然光子在离开引力场时会被减速，而且质量越小的光子速度衰减量也越大，那么星体发出的不同频率的光子就有不同的速度。一般而言，星体引力 越强，其发出的光速度也越小；当星体引力足够强时甚至可能使一部分光子摆脱不了星体引力的束缚，产生黑洞现象。对同一星体而言，在它发出的光中，质量大的 光子速度大，到达地球的时间也越早；质量小的光子速度小，到达地球的时间也越晚。我们通常认为不同频率的光同时到达地球，这其实是错误的。关于这一点我们 可以用实验来证实。当星体发生爆发或其它异常时，总是能量较大的X射线或γ射线先被我们观测到，其次才是可见光，然后才是红外线。虽然理论上如此，但在实 际观测中总有这样或那样的因素及别的解释使大部分人不相信这一点。如果条件允许的话，我们可以用一个实验来证实我们的观点。在离我们很远的宇宙飞船上以两 种不同能量的光子同时发出一种信号，这两种光子的能量差异越大它们到达地球的时间差异也越大。实际上考虑到不同能量的光子在同一介质中的传播速度不同，我 们应该想到不同频率的光子在真空中的传播速度也不相同。由于光子在穿越宇宙空间时速度逐渐减小，并且质量小的光子速度衰减得快，可以想象，在经过一段相当 长的距离以后，质量小的光子速度已经衰减到零而质量大的光子速度不为零，这样我们就只能观测到质量大的光子。若星体离我们更远一些，则我们只能观测到质量 更大的光子……，随着空间距离的增大，最终我们将看不到远处星体发出的光，这个距离就是我们现在认为的宇宙极限--150亿光年。人们在观测宇宙时总有一 个错误想法：由于真空中光速不变，所以不管离我们多远的星系，只要足够亮就可以被我们发现。事实上宇宙空间并非真空，光子在其中穿行时速度会逐渐减小，所 以任何星系发出的光只能传播一定的距离，也正因为如此，不管我们在宇宙中任何地方，始终只能看到有限的宇宙空间。换句话说，目前我们能够观测到的宇宙空间 的尺度实际上是光子在宇宙空间中传播的最远距离。
4.光子在宇宙空间中的运动
实际上光子在宇宙空间运动时并不总是做减速运动。在光子离开 星体时它要挣脱引力的束缚而作减速运动，当它脱离星体的引力场在空间自由运动时，也作减速运动；如果它进入另一个星体的引力场向着该星体运动时，就会在该 星体的引力作用下作加速运动。光子就这样减速--加速--减速--加速……不停地穿越宇宙空间，直到其速度为零。倘若星体离我们很近而引力又很小，从该星 体发出的光速度衰减量不大，但进入银河系时光子的速度增加量有可能很大，当光子的速度增加量大于其速度衰减量，或者说大于刚离开星体表面时的速度，在我们 看来该星体光谱就发生了蓝移。忽略距离因素，由于星体自身在不断运动，这样它相对银河系引力场的强弱也可能发生变化，所以其光谱也可能有规律的发生红移或 蓝移。通常情况下，宇宙空间对光子的减速作用总大于加速作用，所以星系的光谱以红移的居多。
光子在引力场中速度变化的问题许多人恐怕不相信也不能 理解。一些人认为光子没有静质量，况且光子是一种波，在引力场中的运动规律和宏观物质不同。其实持这种观点的人把光子神话了，弄的不可捉摸了。现在大多数 人都接受了“黑洞”的概念，认为当一个星体的引力足够强时甚至连光子也逃脱不了，因而是漆黑的一团。这里实际上指出了光子也会受到引力作用。既然光子也受 引力作用，那么它在引力场中的加速与减速自然就可以理解了。稍后我们将看到，引力作用是造成衍射现象的重要因素之一。
5. 类星体
一个很 明显的事实是：宇宙中离我们越远的星体能量越大，通常类星体离我们的距离都在10亿光年以上，并且远处星体发出的光中能量较大的光子占有很大的成分。有人 把这作为支持宇宙大爆炸的依据，认为：若宇宙中物质是均匀分布的话，则在我们银河系或其周围就应该有象类星体这样的高能星体存在。为什么我们在近处发现不 了类星体呢？一些人看见远处的星体发出的光中含有大量的X射线或γ射线成分，就推测此类星体存在着目前尚不为我们知道的能量源。这种观点未免有些片面。实 际上宇宙中大部分恒星的能量都差不多，能量特别大的和能量特别小的只是极少数，恒星的能量呈中间多、两头少的分布态势。从远处的恒星发出的光，在经过漫长 的宇宙空间以后，能量小的光子由于速度衰减率大而停了下来，不被我们观测到；只有X射线和γ射线才能到达地球。所以我们观测到该星体的光子中，X射线和γ 射线占有很大的成分，以致于我们误认为这类星体只向外发出X射线和γ射线。实际上这类星体也向外发射可见光和红外线，但是可见光和红外线由于速度衰减到零 故我们观测不到。这就导致我们观测到极远处的星体，其颜色通常是蓝色或紫色，事实上可能和该星体的真实颜色相差极大。这说明我们看到的星体的颜色未必就是 星体的真实颜色，星体的颜色是由其自身能量状况和离我们的距离决定的，星体离我们的距离越大往往使其颜色中的蓝色和紫色成分增加。另外，我们认为类星体离 我们非常远，是因为类星体的红移值很大。也就是说我们没有直接证据表明类星体真的离我们很远。考虑到光子在引力场中的运动，我们知道：当星体的引力足够大 时，其发出的光子速度衰减量也较大，因而该星体的光谱也将发生较大的红移。这就是说，引力因素也可以使星系光谱产生红移。倘若星体引力足够大又离我们很 近，由于星体红移值较大，往往导致我们认为该星体离我们很远。举例来说，假设有一个引力较大的星体处于银河系的中心，由于该星体引力很强，导致它发出的光 子速度衰减量极大，我们在观测其光谱时就会观测到很大的红移值，根据该星体很大的红移值我们就会认为它离我们非常遥远，绝不会想到它就在银河系中心。
如 何解释类星体离我们那么远而其发射的X射线和γ射线又是如此强烈呢？只有两种可能。第一，类星体的能量非常大，向外发出的X射线和γ射线非常强；第二，类 星体离我们并没有原先认为的那么远，类星体光谱的红移是由类星体的引力造成而并非由距离因素造成的。我们认为两种因素都有。因为如果类星体离我们非常远， 那么我们观测到其向外发出的X射线或γ射线就不可能很强；倘若类星体的能量不是很大，它的引力场也不可能很强，不足以使其光谱产生较大的红移。这说明：星 系光谱发生红移可能是距离因素造成的，也可能是引力因素造成的，红移值大的星体未必就离我们远。那么，如何区别星体的引力红移和距离红移呢？对观测者而 言，由距离因素造成红移的星体发出的光不可能很强，而由引力因素造成红移的星体发出的光往往很强，特别是X射线或γ射线的成分多。类星体的发射光谱和吸收 光谱的宽度不同，通常吸收光谱的宽度比发射光谱窄，为什么呢？我们知道，吸收光谱是由于光子经过大气后产生的，这说明类星体周围也存在气体。光子从高温星 体内部发出以后，总会有一部分光子没有被气体吸收而直接射向宇宙空间，这些光子形成发射光谱；还有一部分光子在与气体作用后，频率（质量）大的光子损失的 能量大，频率（质量）小的光子损失的能量小；光子离开类星体在宇宙空间中运动时，则是频率（质量）大的光子损失的能量小而频率（质量）小的光子损失的能量 大，总的看来各种不同频率的光子速度差异减小，所以其光谱红移值也较发射光谱小。实际上类星体的吸收光谱还可能有几种不同的宽度。
6.黑洞与星体引力
最 初在人们考虑黑洞时，认为它的引力强到连光子也逃脱不了，因而是漆黑的一团，黑洞是宇宙中物质的坟墓。后来人们认为黑洞可以向外发出X射线和γ射线。同样 是光子，能量大的可以逃脱，能量小的逃脱不了，说明(黑洞的)引力对光子的作用是不一样的。事实上我们知道当星体的引力逐渐增强时，总是质量较小的光子逃 脱不了，质量较大的光子则可以摆脱星体的引力，并不是所有的光子全部被吸入星体中。所以从这个意义上来说，狭义上的黑洞仅指引力强到可见光不能脱离的星 体，即在可见光波段观测不到的星体；广义上的黑洞指引力强到使一部分光子不能脱离的星体，即在某一能量较小的波段观测不到的星体，这里广义上的黑洞甚至可 能非常亮，可以被我们肉眼看到，但在红外线波段或能量更小的波段却观测不到。从理论上讲，“黑洞”并不黑，至少它可以向外发射X射线和γ射线或能量更高的 光子，完全不向外抛射粒子的黑洞是不存在的。那么宇宙中黑洞存在吗？当然存在了。当星体离我们足够远，以致于该星体发出的红外线速度衰减为零而不被我们观 测到时，它就像一个“黑洞”；若星体离我们再远一些，可见光不再为我们观测到，只能观测到X射线和γ射线，这时它就是漆黑的一团，成为名副其实的黑洞；而 宇宙中150亿光年以外的星体对我们来说是完全彻底的黑洞，因为我们完全观测不到它们。除了因空间距离造成“黑洞”现象以外，星体的引力也可以造成黑洞现 象。黑洞现象并不是我们原先想象的那样：“当星体的引力足够大时，所有的光子都被吸入星体中，整个星体变成黑暗的一团”。当星体的引力逐渐增大时，它对光 子的束缚作用也逐渐增强。星体的引力足够大时，红外线光子将摆脱不了星体引力的束缚，而可见光、紫外线则可以摆脱星体引力的束缚；星体的引力再增大时，可 见光将摆脱不了星体引力的束缚，而紫外线则可以摆脱星体引力的束缚；若星体的引力再增大，可能只有γ射线放出。应该明确指出：黑洞现象是与星系光谱的红移 紧密相连的。若某一星体的光谱不存在红移现象，则它一定不是黑洞；若某一星体的光谱存在红移现象，则它可能是黑洞也可能是距离因素造成的。
总的 来说，我们对黑洞的认识经历了三个阶段：第一阶段认为黑洞的引力足够强，所有的光子都不能摆脱黑洞的引力，因而整个星体是黑暗的一团；第二阶段认为黑洞可 以向外发出强烈的X射线或γ射线，人们认识到黑洞的引力对不同能量光子的作用不同；第三阶段也就是现在正在探索的阶段。应该明确指出：与黑洞现象紧密联系 的因素有两个，引力因素和距离因素。以往我们在考虑黑洞现象时往往只考虑引力因素而忽略了距离因素，这就导致我们认为整个宇宙空间仅有150亿光年，对 150亿光年以外的宇宙空间，认为看不见的就是不存在的。
7.恒态宇宙
也许有人会问，既然光子的速度能够降低到零，那么宇宙中会不会堆积 越来越多的光子呢？不会的！光子作为物质的一种存在方式，它不是永恒的，在一定条件下光子可以转化为别的物质，也就是说光子是有一定寿命的。任何一个光子 不可能永远存在下去，它必将转化为别的物质形式。宇宙中的物质无时无刻不在运动，所以宇宙中不会堆积越来越多的光子。虽然我们目前并不知道光子是如何转化 为别的物质的，但我们依然相信整个宇宙是稳定的、恒态的，而局部宇宙则可能是不稳定的，处于演化过程中的。同样的道理，整个宇宙也不会被光子均匀照亮。由 于光子在宇宙空间中运动时速度逐渐减小，所以任何星体发出的光只能传播到有限远处。也正因为如此，我们所观测到的宇宙始终是有限的。如果想观测更远的宇宙 空间，一个方法是派出宇宙飞船，另一个办法是在宇宙空间中建立许多中转站，在光信号速度未衰减到零以前接受、放大、转播它。理论上讲，只要中转站的数量足 够多，我们就可以看见任意远处的宇宙空间。
8.浩瀚宇宙
假设我们能够乘座一艘高速飞行的宇宙飞船遨游太空，在刚离开地球时，我们可以观测 到150亿光年的宇宙，离我们越远的星体其红移值也越大，远处的星体放出强烈的X射线或γ射线。随着我们飞行距离的增大，我们会发现银河系的红移值越来越 大，并且其颜色逐渐偏蓝，而原先我们观测到呈蓝色或紫色的星体颜色逐渐偏红，最终银河系将消失在我们的视野之外。当我们飞到离银河系150亿光年的地方， 我们发现展现在我们面前的宇宙范围仍然有150亿光年；而原先我们认为正在以很大速度分离的星体或膨胀的宇宙空间并没有膨胀。无论我们飞到哪里，始终只能 看见150亿光年的宇宙空间，也始终能够看见150亿光年的宇宙空间，宇宙是无限的；并且我们始终是宇宙的“中心”，因为所有的星体看起来所有的星体都好 象以我们为中心向外爆炸形成的一样，越远的星系(红移值越大)离开我们的速度也越大。我们认为，宇宙是无始无终的，物质的存在是永恒的，对某一特定的物质 形态有其产生和消亡的过程，但整个宇宙不存在产生和消亡的过程，它是自始至终存在并且不会消亡的。同时也应该看到，宇宙是无限的，不会仅仅只有150亿光 年的空间。
从上个世纪以来，人们已经探索到了上百亿光年的宇宙空间，然而这只不过是苍海一粟。也许还要几十年甚至上百年人类才能认识到宇宙的无限性，但只要天下有志之士携手合作，这一天定会早日到来。
二、浅谈光的衍射
通 常情况下光总是直线传播。但当光线经过足够窄的窄缝时将形成明暗相间的衍射条纹。由于光子不带电，在电磁场中不偏转，所以光子的衍射不是电磁力作用的结 果，而是引力子与光子作用产生的。光子与引力子作用不是一个简单的碰撞过程，而是一个极为复杂的过程。在光子与引力子相遇的一瞬间它们形成一个混合体，这 就打破了结合前光子内部各部分的平衡，混合体内部存在着排斥力和凝聚力两种作用。若排斥力占主导作用，则混合体将在极短的时间内“裂变”放出引力子；若凝 聚力占主导作用，则混合体将形成一个新的光子。那么满足什么条件的混合体(光子)才是稳定的呢？经典电磁理论指出：所有光子的能量均为某个最小能量的整数 倍。也即所有光子的质量均为某个最小质量的正整数倍，只有这样的光子才能稳定存在。当然这并不表明能量为某个最小能量的非整数倍的光子就不存在，只不过由 于它们极不稳定，在形成后瞬间就“裂变”生成能够稳定存在的光子，目前我们还没有观测到或注意到这类光子罢了。从这里我们可以看出，与原子核一样，所有光 子的质量均为某个最小质量的正整数倍，说明光子也有一定的内部结构，某些质量的光子由于极不稳定，在其形成后瞬间就“裂变”生成能够稳定存在的光子，这就 造成稳定存在的光子质量的不连续。言归正传，由于引力子质量远远小于光子的质量，所以光子不可能吸收一个引力子形成新的光子(因为这样的光子是不稳定 的)。但是若在同一时刻，光子与许多引力子相互作用，而这些引力子质量之和又大于最小光子的质量，光子就有可能吸收质量和等于最小光子质量的引力子数目而 形成新的光子。举例来说，若最小光子的质量是引力子质量的10万倍，那么当同一瞬间有15万个引力子作用于光子时，光子只可能吸收10万个引力子，另外5 万个引力子不被光子吸收，仅对光子产生微小的冲量。倘若在同一瞬间有9万个引力子作用于光子,那么这9万个引力子都不会被光子吸收，它们仅对光子产生微小 的冲量。光子可能吸收的引力子数目只可能是10万的正整数倍。只有光子吸收引力子形成新的光子才能全部吸收引力子的冲量，否则的话，光子仅受到极小的冲 量。
现有一个宽度为α的窄缝，绝大多数光子经过窄缝时虽然与许多引力子作用，但大多不会形成新的光子，这样大部分光子仅以极其微小的发散角投射到 屏幕上，形成宽度略大于α的中央亮纹。由于衍射条纹是对称分布的，所以我们只讨论一半。拿中央亮纹以上的条纹来说，这些条纹是由缝中心到缝顶部经过的光子 偏转形成的。从缝中心到缝顶部经过的光子，若吸收10万个引力子则形成稳定的新光子，而新光子由于全部吸收了引力子的冲量因而向上发生较大的偏移，从而在 屏幕上形成宽度为0.5α的第一条亮纹。从缝中心到缝顶部经过的光子，若吸收20万个引力子则它向上的偏移量是第一条亮纹偏移量的两倍，形成第二条亮纹。 同样形成第 3条、第4条、第5条……第n条亮纹。中央亮纹以下的亮纹也是这样形成的，并且中央亮纹的宽度约为其它亮纹宽度的两倍。由于从缝中心到缝顶部引力逐渐增 大，所以与光子作用的引力子数目也可能逐渐增多。假设在离开缝中心向上的极小位移处，在该处最多只可能有10万个引力子与光子发生作用，那么经过该处的光 子最多只可能偏移到第一条亮纹处。换句话说它最多只可能对第一条亮纹的形成做贡献，对第2条、第3条、第4条……第n条亮纹都没有贡献。由此在向上某处经 过的光子最多只可能吸收20万个引力子，但也可能吸收10万个引力子，故经过该处的光子对第1条、第2条亮纹的形成做出贡献而对第3条至第n条亮纹都没有 贡献……；从缝顶部经过的光子可能吸收10万*1、10万*2、10万*3……10万*n个引力子，所以从该处经过的光子对第1条、第2条、第3条至第n 条亮纹的形成都有贡献。这样形成的亮纹亮度依次为第一条>第二条>第三条>……>第n条。若缝变窄，则在离开缝中心向上的极小位 移处，光子最多可能有20万个引力子，经过该处的光子对第1条、第2条亮纹的形成都有贡献，这样就减小了第1条、第2条亮纹亮度的差异。也就是说，缝越窄 条纹亮度越向两边分散，缝越宽条纹亮度越向中央集中。当缝很宽时，条纹亮度几乎全部集中在中央区域，两边的光子数几乎为零。这就是我们看到的光的直线传播 现象。由于光子并不是一种波，其偏离直线传播(衍射)现象是由引力子引起的，所以光的衍射现象与缝的宽度无关。物体在阳光下的阴影边缘常常较模糊，这说明 光子在经过物体表面时受到引力作用而偏离了直线传播。理论上来说只要光子的运动方向和引力方向不在一条直线上，光子就会偏离原来的运动轨迹，并且引力场越 强光子弯曲的程度也越大。星光在经过恒星以后通常会发生弯曲，有时我们甚至能够看到星体后面的其它星体发出的光。
三、论电子结构与原子光谱现象
1. 电子发光
原 子是如何发光的？要弄清这个问题首先必须明白光子是由原子的哪一部分发出的。我们知道，原子是由原子核和核外的电子组成的，原子核的结合能很大，不可能发 出光子，所以光子只可能是电子发出的。在化学反应中伴随着电子的得失，常常有能量(光子)放出，光电效应、激光现象及其它一些实验也证明了光子是由电子发 出的，所以可以肯定原子发光其实是电子发出光子。既然电子可以放出光子，那么光子必然是电子的组成部分，或者说电子有一定的内部结构，光子是其组成部分之 一；由于光子不带电，说明电子内部电荷的分布是不均匀的，因为如果电子内部电荷是均匀分布的，则光子就应该带电。原子中原子核和电子之间的距离很小，它们 之间的静电力很强，因为电子内部电荷分布不均匀，所以在原子核强大的静电力作用下电子内部电荷将重新分布，甚至可能发生裂变，这就为电子放出光子创造了条 件。当电子裂变放出光子后，它的各个组成部分结合的更加紧密，在适当的时候可能吸收一个光子，这就为电子吸收光子储存能量创造了条件。而电子正是通过不停 地吸收、放出光子来和外界交换能量的。稍后我们将看到，原子正是通过电子不断吸收、放出光子来和外界完成能量交换的。一般来说，电子质量越大其内部各部分 结合的越松散，在静电力作用下越容易发生裂变；电子质量越小其内部各部分结合的越紧密，在静电力作用下越不容易发生裂变。与原子核“幻数”相似，总有特定 质量的电子的结合力相当大，比其它质量电子的结合力大许多，这些特定质量的电子往往对应于某些稳定的轨道。
有人认为物质发光是由于物质中的原子 或分子受到扰动的结果，认为光子是由原子或分子发出的。其实这是一种错误的看法。我们知道，原子是由原子核和核外电子组成的，光子是一种物质实体，或者是 由原子核发出的，或者是由电子发出的，除此以外再没有别的选择。说光子是由原子发出的，这是一种不确切的说法。
2. 原子核和电子之间的磁力作用
两 个相距一定距离的异种点电荷在静电力作用下必然会吸引在一起，因为静电力作用在两点电荷连线上。而原子核和电子不会吸引在一起。这就启示我们在原子核和电 子中必然存在一种其它作用力。这个力就是原子核和电子之间的磁力。我们知道，在通以相同方向电流的两条平行导线间会产生磁力作用，在磁力作用下它们将彼此 吸引，原子核和电子的相向运动正相当于通以相同方向电流的两条平行导线，在它们之间也将产生磁力作用。静电力的作用总是使电子获得指向原子核的向心速度， 而原子核和电子之间的磁力则使电子获得切向速度，并且原子核和电子之间的相对速度越大，它们之间的磁力也越大。当原子核和电子之间彼此相对静止在一定远处 时，在静电力和磁力的共同作用下，它们并不会吸引在一起。因为静电力使电子获得向心速度，磁力使电子获得切向速度，电子并不是沿着直线靠近原子核，而是沿 着螺旋线靠近原子核。开始时螺旋线的半径为无穷大，电子作直线运动；一旦电子相对原子核的速度不为零，磁力开始起作用，电子的运动轨迹开始发生弯曲；当电 子与原子核靠近到一定的距离时，电子和原子核之间的静电力恰好等于电子作圆周运动所需的向心力，此时电子处于平衡状态，螺旋线变成了圆。同样在电子离开原 子核时也是沿着螺旋线运动的。在静电力作用下，电子总要尽量靠近原子核，在磁力作用下，电子有远离原子核的离心趋势，正是在这两种力作用下，电子处于稳定 的平衡状态中。电子在原子核中处于稳定状态时，它的轨迹是圆。因为当电子的轨迹不是圆时，它总要受到磁力的作用，这个力使电子的切向速度增加、运动轨迹向 圆靠近。而电子受磁力作用时它的运动轨迹就要发生变化，就不是稳定的，只有当电子的轨迹是圆时才不受磁力的作用，所以说电子在原子核中的稳定轨迹是圆。太 阳系中的行星在太阳引力作用下，其运动轨迹可以是圆或椭圆，但在原子系统中，电子在原子核静电力作用下，其稳定轨迹只可能是圆而不可能是椭圆。
3. 基态电子的稳定性
处 于基态的电子为什么是稳定的？为什么不会被原子核吸收？人们通常认为：做加速运动的电荷会向外辐射能量.如果电子在原子核中做圆周运动，则它就有加速度， 必然会不断地向外辐射电磁波，随着电子能量的减小它将沿着螺旋线落入原子核中，这样整个原子就是不稳定的，然而事实并非如此。于是人们推测电子在原子核中 不可能做圆周运动。我们认为以上推断是错误的，电子的确在原子核中做圆周运动，其理由如下：第一，电子辐射电磁波并不是一个只出不进的过程。电子时刻不停 地向外辐射能量，也在时刻不停地吸收光子，这是一个动态平衡过程。如果电子吸收的能量大于其辐射的能量则原子的温度升高，如果电子吸收的能量小于其辐射的 能量则原子的温度降低，倘若没有外界能量输入，原子总会由于向外辐射能量而降低温度，只要物体的温度在绝对零度以上就会向外辐射电磁波。第二，电子在原子 中的质量并非一成不变的。一般而言，电子离核越近质量越小，离核越远质量越大(这一点我们稍后证明)。第三，电子和原子核之间并非只有静电力作用，还存在 磁力作用。正因为磁力作用的存在使电子在靠近原子核时切线速度不断增大，从而使其离心力逐渐增大，以致于可以与静电力抗衡维持电子在原子核中的稳定。
这里需要我们证明随着电子离核距离的减小，离心力的增加速度大于静电力的增加速度。设电子稳定时质量为M，速度为V，与原子核相距R，原子核电量为Q，此时静电力F正好等于电子作圆周运动的向心力，
离心力大于静电力，所以此时电子作离心运动，将回到距核R的轨道上。同样当电子受到远离原子核的扰动后，静电力F大于电子作圆周运动的向心力，电子将向原子核运动，最终要回到距核R的轨道上，这里不再证明。
另 外我们认为，做加速运动的电荷会向外辐射电磁波这个提法不够确切，应该说做加速运动的自由电荷会向外辐射电磁波，而电子在原子核中做圆周运动时不会向外辐 射电磁波。两者有什么区别呢？我们知道，在原子核和电子结合成原子的过程中要向外放出能量，即自由电子要在原子核静电力作用下裂变放出光子才能够成为原子 中的电子，原子中的电子和自由电子是有区别的。自由电子的质量大于原子中的电子的质量，自由电子各部分结合得较为松散，受到外界扰动 (有加速度)时会向外辐射电磁波；而原子中的电子质量小，各部分结合得较为紧密，受到外界扰动(有加速度)时未必会向外辐射电磁波，只有当外界扰动(加速 度)足够大时才会裂变辐射电磁波，所以电子可以在原子中做圆周运动而并不向外辐射电磁波。
4.稳定轨道的形成
对于处于基态的电子来说， 每秒会有许多光子与其作用。这些作用有指向原子核的，也有指向核外的。电子在吸收一个或几个光子以后质量增加，形成新的电子。我们先考虑指向核外的扰动。 设电子在吸收一个或几个光子以后质量增加为M+Δm，与原子核相距R+Δr，我们知道，一定质量的电子总有与一条特定轨道与之对应，比如电子的质量为M时 其轨道半径为R，那么当电子质量为M+Δm时就可能停留在半径为R+Δr的轨道。但这里我们少考虑了一个条件，那就是质量为M+Δm的电子的结合能。我们 知道电子在每秒内会受到许多光子的扰动，假设质量为M+Δm的电子运行在半径为R+Δr的轨道上，若它受到一个指向原子核的扰动，离核距离变为R+Δr- r，此时原子核静电力对它的作用增强，若它的结合能小的话则电子立即裂变放出光子重新回到其原来的轨道R上；如果质量为M+Δm的电子内部的结合能非常 小，以至于受到微小的扰动时立即裂变放出光子，那么它在半径为R+Δr的轨道上停留的时间也趋近于零，换句话说半径为R+Δr的轨道根本不存在；如果质量 为M+Δm的电子内部的结合能非常大，以致于受到很大的扰动时它才裂变放出光子，那么电子就能够在半径为R+Δr的轨道上停留一段时间，这段时间就是原子 的平均寿命。假设有一群电子处于同一激发态，由于每个电子受到的扰动情况不一样，有的电子受到的扰动大有的电子受到的扰动小，而只有电子受到足够大的扰动 并运动到离核足够近的地方才会裂变放出光子，所以电子裂变回到基态的时间也不一样。处于同一激发态的原子的平均寿命和两个因素有关：一是电子的结合能，二 是电子受到的扰动。电子内部的结合能与原子核“幻数”相似，只有特定质量的电子的结合能才是很大的，所以电子的轨道也是特定的、不连续的，其它质量的电子 由于结合能很小，裂变时间极短，所以它们不可能稳定停留在原子中，也形成不了稳定轨道甚至根本就没有轨道。我们再来考虑指向原子核的扰动。设电子在吸收一 个或几个光子以后质量增加为M+Δm，与原子核相距R-Δr，此时原子核对电子的静电力增强，电子立即裂变放出质量为Δm的光子，由前面的证明我们知道， 此时电子的速度增大，离心力大于静电力，电子最终将停留在半径为R的稳定轨道上。也许有人会怀疑，这样看来电子可能存在的稳定轨道岂不是唯一的了？实际上 由于电子在原子核外有几个不同的稳定质量，所以它也有几条稳定轨道，一定的质量总是与某一条特定轨道相对应。从这里我们可以看出，电子在原子核中的稳定轨 道往往对应于电子结合能极大的质量，结合能小的质量由于在原子中不稳定因而不会形成稳定轨道。
5.电子结构与不同跃迁轨道
对于处于同一 激发态的一群电子而言，设电子的质量为M+Δm，它们可能会有不同的跃迁轨道，放出的光子的能量(质量)也不同，但总是跃迁到离核近的电子放出的光子的能 量(质量)大。电子从激发态回到基态的过程并不是先放出光子再回到基态，而是先回到比基态更近的地方放出光子然后才回到基态。当电子回到离核R-Δr处 时，在静电力作用下电子裂变放出质量为Δm的光子，此时离心力大于静电力，电子将回到半径为R的稳定轨道上。那么电子为什么会有多条跃迁轨道呢？这说明处 于同一激发态的电子内部结构(结合力)不同，有的结合力大，有的结合力小，结合力小的光子在离核较远的地方裂变，放出的光子能量也较小；结合力大的光子在 离核较近的地方裂变，放出的光子能量也较大，电子的跃迁方式是由其内部结构决定的。同一质量的电子可能有多种裂变方式，再次向我们说明电子具有内部结构， 在考虑原子光谱时一定要考虑电子的内部结构。处于激发态的电子在向基态跃迁时会发出光子；把原子的内层电子打掉以后外层电子会放出光子并向离核更近的轨道 跃迁。这些现象启示我们：电子离核越近质量越小，电子离核越远质量越大。从这里也可以看出，电子质量越小其内部结合力越大。因为离核越近电子受到的静电力 越大，而电子能够稳定存在说明其内部结合力越大。在同一个原子中，内层电子的质量小于外层电子的质量；同一个电子离核越近质量越小。
人们发射的 人造卫星可以设定轨道，其轨道变化可以是连续的，但对原子核中的电子来说，其轨道变化则是不连续的。怎样理解这一点呢？让我们做一个假想实验。把两个带异 种电荷的点电荷放置在一定远处，并且假定它们之间除了静电力以外不在受到其它力的作用，则最终它们将互相吸引在一起。无论怎样改变这两个电荷的质量、电 量，结果都是相同的。这说明：用宏观电荷不可能模拟原子核和电子之间的作用力。说到这里，好事者马上就会解释，因为宏观电荷物质波的波长极短而电子物质波 的波长较大，所以用宏观电荷不可能模拟原子核和电子之间的作用力。换一个角度来说，宏观物质和微观物质是有区别的，用宏观物质不能模拟微观物质。但区别究 竟在哪里？一个是宏观物质而另一个是微观物质，这个解释近乎无聊了。还是让我们来仔细分析为什么用宏观电荷不可能模拟原子核和电子之间的作用力。我们知 道，在静电力作用下，电子和原子核开始时相向运动，而后在磁力作用下沿着螺旋线相互靠近，正是由于原子核和电子之间的磁力使电子获得了绕原子核运动的切向 加速度，并使整个原子处于稳定状态。那么，两个宏观点电荷之间的运动轨迹为什么是一条直线呢？这是因为宏观电荷的荷质比远远小于原子核和电子的荷质比，在 静电力作用下宏观点电荷获得的最终速度也小得可怜，因此宏观点电荷之间因相对运动而产生的磁力也微乎其微，近似于零。所以宏观点电荷在静电力作用下表现为 相向运动，其运动轨迹接近直线。从这里我们可以得出这样一个结论：虽然静电力作用在两个电荷的连心线上，但是仅在静电力作用下，电荷的运动轨迹不一定就是 直线，两个电荷的荷质比越小，其运动轨迹越接近直线，反之则越接近曲线。那么，如果宏观点电荷的荷质比足够大甚至可以与原子核或电子相比时，是否可以用宏 观点电荷模拟原子核和电子相之间的作用呢？也不能！如果宏观点电荷的荷质比足够大，甚至可以与原子核或电子相比，那么这样的两个异种电荷在静电力作用下会 沿着螺旋线相互接近，最终会处于稳定状态，但由于宏观点电荷的质量不会发生变化，因此最多只能形成一条稳定轨道，而不可能象电子那样在原子核中有多条稳定 轨道。
在多电子原子中，各电子间有什么主要区别呢？有人认为离核越近的电子能量越低，越不容易失去；离核越远电子能量越高越容易失去，但这还不 是最主要的区别。多电子原子中各电子间最主要的区别在于它们的质量不同。离核越近的电子质量越小，离核越远的电子质量越大，同一个原子中没有两个质量相同 的电子存在。在氢原子中也是电子离核越近质量越小，离核越远质量越大。
6.原子的吸收光谱和明线光谱
在原子的吸收光谱中，只有特定能量 的光子才被电子吸收；在原子的明线光谱中，同样也只能发出特定能量的光子。于是人们认为电子只能吸收或发出特定能量的光子。我们知道，只要物体的温度在绝 对零度以上，就会向外发射电磁波，物质的发射光谱是连续光谱。那么其它能量的光子是由哪一部分发出又是如何发出的呢？显然还是由电子发出的，因为原子核不 可能发出光子。当我们用电子束轰击汞原子蒸汽时，可以发现当电子的能量为某些特定值时，汞原子强烈地吸收其能量；对于其它能量的电子汞原子只吸收其一部分 能量。汞原子只吸收电子束的能量实际是汞原子中的电子吸收电子束的能量。可见，原子中的电子可以吸收各种能量(质量)，但对特定的能量(质量)吸收能力十 分强。在原子的吸收光谱中，电子可以吸收各种能量的光子，只不过大部分光子被电子吸收后与电子的结合能并不大，受到微小的扰动后立即放出光子，由于该过程 极短，所以当连续光通过原子蒸汽时，大部分光子被吸收后又很快放出，看起来似乎没有与原子作用，只有极少数具有特定能量的光子与电子的结合力极大，这类光 子被吸收后要保持一段时间才可能放出，故吸收光谱会出现几条暗线。至于原子的明线光谱，与其说是明线光谱还不如说原子的发射光谱中有几条线特别亮。这是因 为处于激发态的电子比别的能量状态的电子稳定，停留的时间较长，所以在一群原子中处于激发态的电子数目总比别的状态的电子数目多，因而它们发出的光也更亮 一些。事实上原子的发射光谱不仅仅是明线光谱，明线光谱只是原子发射光谱中极个别的具有代表性的光子，原子几乎可以发出小于一定能量的任何光子。电子在原 子中时刻不停地吸收各种能量的光子，由于电子与绝大部分光子的结合力都不大，所以电子也在时刻不停地放出各种能量的光子，因此物质的发射光谱往往是连续光 谱。
许多人都认为原子只能吸收特定能量的光子，原子也只能放出几种特定能量的光子，因为他们看到原子的吸收光谱中仅有几条特定频率的暗线，而子 的发射光谱也仅仅是几条特定频率的明线而已。其实这种看法是错误的。我们不妨这样分析，若原子只能吸收特定能量的光子，则只有特定能量的几种光子对物体具 有明显的热效应，并且每种物质的敏感光子不同。实际上并非如此。我们知道，红外线具有显著的热效应，对任何物质都是如此。此外，物质的发射光谱是连续光 谱，这也说明原子或分子的吸收（或发射）出的光子是广谱性的。为了充分理解这个问题，需要作进一步的说明。现代物理学指出：氢原子吸收的光子能量只能是 13.6/n*n电子伏（这里n取自然数），也就是13.6 、3.4、 1.5……电子伏，并且认为对于10电子伏、3电子伏这样的其它能量的光子不会被电子吸收。我们认为：电子吸收的光子能量是连续的，对于10电子伏、3电 子伏这样的其它能量的光子同样会被电子吸收，只不过电子吸收这些光子后，电子和光子的结合能不够大形不成稳定的轨道，所以电子又很快放出该光子，由于作用 时间极短，以致于我们误认为电子没有吸收光子。换一个角度来考虑，当大量的原子吸收了能量连续的光子时，由于大部分电子与光子的结合力都不大，所以这些电 子在极短的时间内（设为t）就会裂变放出光子，而能量为13.6 、3.4、 1.5……电子伏的光子与电子的结合力很大，所以电子裂变放出光子的时间也很长，如果这个时间是100t，则电子放出相应的光子也比其它光子亮100倍； 如果这个时间是1000t，则电子放出相应的光子也比其它光子亮1000倍……，这样，在原子的明线光谱中自然就形成几条特殊的亮线了。由此我们得出一个 结论：在原子的发射光谱中，任意一条谱线的亮度与处于相应激发态的原子的平均寿命成正比，原子的平均寿命越长，谱线的亮度越大；原子的平均寿命越短，线的 亮度越小。当然这有个前提，那就是被原子吸收的连续光谱中各种能量的光子是平均分布的。
7.热现象的本质
由于电子时刻不停地受到光子的 扰动，不断地吸收各种能量的光子，也不停地放出各种能量的光子，所以电子在原子核中并不是处于稳定状态，它的运动轨迹也不是正圆。一般来说，温度越高，电 子受到的扰动越大，其运动轨迹偏离圆形的趋势越明显；温度越低，电子受到的扰动越小，电子的运动轨迹越接近圆(只有在绝对零度时，电子的运动轨迹才可能是 正圆)。从这个意义上来说，原子模型可以看作是卢瑟福的行星模型和电子云模型的结合：温度越高，原子模型越接近行星模型；温度越低，原子模型越接近电子云 模型(但在某一瞬间，电子在原子核中有确切的位置)。温度的高低反映了电子偏离稳定轨道程度的大小，单个原子(分子)也有温度。电子偏离圆形轨道的程度越 大，表明该原子的温度越高，电子裂变后放出的能量也越大。所以温度升高时物体发出的电磁辐射向短波方向移动。对于温度一定的物体来说，它内部包含了大量的 原子，这些原子中的电子由于受到的扰动大小不同，它们裂变放出光子的质量也不同，但大致满足正态分布，即发出的光子中能量特别大的和能量特别小的都是极少 数。由前面的论述我们知道，电子在原子核中的能量大小并非定值：电子离核越远电势能越大，离核越近电势能越小。与宏观电荷一样，电子的电势能是其与原子核 距离的函数，电子和原子核间的作用力服从库仑定律。温度越高，电子离核越远，电势能也越大，因而也越容易失去；温度越低，电子离核越近，电势能也越小，也 越不容易失去。
什么是热现象呢？这似乎是不是问题的问题。人们通常认为：热现象是大量分子无规则运动的反映，温度越高分子的平均速率越大，温度 越低分子的平均速率越小。果真如此吗？我们知道，太阳时刻不停地向外抛射高能粒子，这些粒子的速度接近光速，宇宙中其它恒星也在不停地向外抛射高能粒子， 所以在宇宙空间任何地方，都有许多高能粒子正在做杂乱无章的运动，这些粒子的速度通常都接近光速或亚光速。这样看来宇宙空间的温度应该很高(至少比恒星内 部高)，宇宙空间应该是很明亮的。但事实上，宇宙空间是漆黑的一团，温度只超过绝对零度一点。这说明粒子运动速度大未必温度就很高，物体的温度不是由组成 它的原子(分子)的平均运动速度决定的。温度升高，原子(分子)的平均速度增大。但反过来，原子(分子)的平均速度增大并不意味着温度升高。我们知道，只 要物体的温度在绝对零度以上就会向外辐射电磁波，而物质向外辐射电磁波的原因是电子受到扰动后在静电力作用下放出光子，并且光子受到的扰动越大放出的光子 能量也越大，相应的物体的温度也越高。从这个意义上来说，原子是储存热量的最小单位，单个原子也有温度，因为它可以储存热能。但单个的带电粒子如质子、电 子在不受外界任何扰动时，即便速度再大也不会向外界释放能量，因此它们都不能储存热能，因而也没有温度。应该看到，原子(分子)的高速运动所具有的能量仅 仅是动能而不是热能，和宏观物体一样，速度大未必温度高。宏观物体的速度与其温度无关，原子(分子)也是如此。一个原子(分子)的速度比其它原子(分子) 的速度大，只能说明它的动能大，储存的热能未必就多。热能仅储存于原子核和电子形成的原子体系中，两者中缺少任何一个都不能储存热能。在日常生活中我们用 红外线(微波)加热而不用紫外线，紫外线的热效应远远小于红外线(微波)。这是因为红外线(微波)光子的质量小，和原子中电子的结合力大(包括内层电 子)，而紫外线和原子中电子的结合力小(它几乎不与内层电子作用)，所以红外线往往容易被物体吸收，其热效应当然比紫外线强。
再进一步考虑，什么 是热现象呢？热现象和温度之间有什么关系呢？我们认为：对一个物体而言，倘若它储存了热能它就有温度，并且它储存的热能越多它的温度就越高，反之则温度越 低；倘若物体没有储存热能则它就没有温度或者说它的温度是绝对零度；倘若物体不能储存热能，则用温度来衡量该物体是没有意义的。我们知道，原子是储存热能 的最基本单位，原子的热能实际上是储存在电子中的。单独的原子核、单独的电子都不能储存热能，所以单独的原子核、单独的电子都没有温度。同样的道理，光子 也不能储存热能，它仅仅是热能的载体，因为单独的原子可以储存热能，所以单独的原子有温度，但由于单独的光子不能储存热能，所以单独的光子没有温度，不同 能量的光子之间只有能量的差异而没有温度的差异，用温度来衡量光子是毫无意义的。倘若光子也有温度，则在太阳系中离太阳越近的空间温度就应该越高，离太阳 越远的空间温度就应该越低，事实上完全不是这么回事。
光子和电子的区别范文第2篇
关键词： 暗能量；斥力；虚空；空间
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1210021－02
0 引言
宇宙大爆炸爆出了两种东西，一是基本粒子，二是宇宙空间，这就直接说明二者均具有能量性。如果空间具有能量性，那么，它肯定就是我们苦苦寻求的宇宙暗能量，暗能量与宇宙的斥力相对应，暗能量如果存在，那么宇宙斥力亦应存在，只有证明其一就可以了。宇宙的发展就是宇宙的空间膨胀，与其相对应是光子的红移，而光子的红移造成光子的能量丢失，现在的背景光子的能量只是原来光子能量的数亿分之一，由于光子数量巨大，这么多能量到哪里去了？我们知道，光子是基本粒子，它是不能再分割的，宇宙丢失的能量是否与我们寻找的暗能量有直接关系，如果有关系，它就应该在我们周围分布，这些丢失的能量变成了什么呢？空间是什么？引力又是什么？
1 空间的创生和暴涨
1）空间的定义：对空间的定义很多，在此，只选择与物理学有关的定义，即一个氪原子在某一能级上的辐射波长的若干倍为1米。从此定义可以看出，空间与辐射有关，空间是一个变量，不同的能量场有不同的空间，爱因斯坦对此早有定论，但这只是个相对定义，我们应该知道空间生成原因。从能量等于普朗克常数乘以光速再除以波长中可以看出，能量与空间是有关系的，能量可以生成空间。
2）空间的创生：根据宇宙大爆炸理论的描述，宇宙大爆炸最开始是没有空间的，最起码在光子产生之前是没有空间的，如果有我们也无法定义，因为定义空间尺度完全以光子的存在为基点，我个人认为，此时宇宙中充满了介子类的东西，它们完全处在类似我们今天所说的物理学基态中，随着宇宙大爆炸的开始，宇宙中产生了光子、电子、质子、中子和中微子，宇宙的基本粒子都到齐了，从此宇宙必须要有空间了，因为光子具有波动性，没有空间光子将无法波动，宇宙真正意义的空间就此产生了。其后，光子频率变慢、波长增加，宇宙开始膨胀，直至今日。从宇宙中产生了光子、电子、质子、中子和中微子后，除光子外，其它粒子基本没有太大变化。光子的产生、光子波长增加，宇宙的空间产生和膨胀，恰恰与光子的波动、红移相对应，假设光子在空间中波动，那么这个空间不就是所谓的虚空吗？这与宇宙大爆炸最开始是没有空间的定论相违背，那么只有光子的波动形成空间这一结论，这个结论精准地符合宇宙大爆炸无中心理论和哈勃定律，特别是哈勃定律叠加效应。背景光子从10^-13米（10^-13是10的负13次方，下面全部以第二次宇宙暴涨的光子为准）到现在10^-3米，已经膨胀了10^10倍，这就是今天的宇宙空间。
3）宇宙空间的原初尺度：原初尺度称谓完全是为了区别原始尺度，原始尺度是宇宙在创生空间之前的普朗克尺度10^-35米。宇宙大爆炸产生光子后，宇宙的尺度是可以计算的，根据互联网公布的最新宇宙大爆炸理论模型，光子产生时，宇宙的温度为10^11K，根据维恩位移定律，此时光子的平均波长2.898x10^-14米，按相关宇宙大爆炸理论论述，此时宇宙的光子与重子比是1：1，以单个重子为单位，此时宇宙的单位空间为2.898x10^-14立方米，按单个量子占一个普朗克空间计算，即2.898x10^-14/10^-35=2.898x10^21，此时宇宙暴涨了10的21次方。
4）宇宙的暴涨：上节本文已经论述了宇宙空间的第一次暴涨，但宇宙还有第二次，这次暴涨决定了我们今天的宇宙命运。根据宇宙大爆炸理论的描述，宇宙的温度为10^10K时，由于正负电子的湮灭，此时，宇宙的光子与重子比是10亿比1，此时光子的平均波长2.898x10^-13米，相当于原初尺度的10^9X2.898x10^-13/2.898x10^-14=10^10，宇宙又暴涨了10的10次方，两者相加宇宙分两次共暴涨了10的31次方倍。这个数值与宇宙暴涨理论的提出者阿伦.古斯论述的数值惊人的吻合，不知道古斯先生是怎么计算的。因为有人不愿意放弃虚空论的观点，称古斯先生暴涨理论是一种超光速的空间膨胀，光子波动创生空间的观点，完美地解释了古斯先生暴涨理论，同时，也反证了光子波动创生空间的观点。
5）光子的形态：根据波粒二相性的观点，光子即有波动性、又有粒子性，但根据光子不能静止这一基本特性，光子是以波形存在的，而且是以波包的立体形象出现的。光子是以波包的形式紧紧相连，光子之间不可能发生相互结合，但可以产生叠加效应，光子是以光速形成完整波形。如果光子在真空中运行，那么，这个真空不就是虚空吗？因为，我们是否认虚空存在的，光子不可能在虚空中运行，而是以光速波动进行相互交换。在基本粒子中，只有光子具有固有的波动性，即一个完整的波形，其它粒子则不具备，为电子加速就是一个光子降低能量的过程，光子损失的能量，表现为电子的动能增加，事实上，这个过程就是空间局部暴涨导致电子相对位置发生急剧变化的过程。
6）光子创生空间的验证：用一个镜室压力容器即可，我们常用名词叫压缩空气，事实上分子或原子是不能被压缩的，它们的形态只能通过吸收或辐射光子来改变，被压缩的是空间，只要量一下压缩前后容器内的光子波长就可以验证光子创生空间真伪，同时，还能验证原子吸收光子后，光子是否具有原有的空间性。
光子和电子的区别范文第3篇
【关键词】反世界；电磁场；空间；引力场
宏观物质存在于三维空间中，具有一维时间，空间是真实可见的，时间却总是向前流逝，是虚无的，可以说物质的空间为正，具有正能量，那么其时间就为负，具有负能量。空间具有的正能量与时间具有的负能量的绝对值是相同的。按照物理学的普遍规律，具有相反符号的物质之间相互吸引，例如电磁现象。引力场对于一切有质量的物质都会产生吸引作用，可以说引力场的符号为负，与物质的质量符号相反，引力场即是负能量物质，它的空间为负。在较强的引力场中时间会发生膨胀，引力增强，时间也增多延长[1]，这表明引力场的时间为正值，具有正能量。引力场时间的正能量与空间的负能量的绝对值也是相同的。引力场的空间为负，只有一维；它的时间为正，正的时间没有过去、现在、未来的区别，并不流逝，正的时间就为三维，同时拥有过去、现在与未来。当物质的空间为正值时，其时间为负值，物质的时间为正时，空间就为负。正负时空的能量互为正负，它们之间是相互吸引的。引力场与能够产生引力作用物质的时空互为正负，万有引力的产生是由于正负时空相互吸引所致。
电磁场的载体为二维时空量子――虚子，引力场的载体为超光速量子――引力子，电磁相互作用与万有引力相互作用的强度比值为1038个数量极，这个数值代表着虚子与组成它的引力子的能量之比，表明虚子是由1038个时空子组成，光子的动质量与静质量的比值和电磁与引力作用的强度比值也是一样的，代表着三维世界与二维世界的能量之比，可以说一个光子里有1038个虚子存在。
组成粒子的基本单元是虚子，微观粒子之间可以相互转化，不同的粒子之间的差异只是拥有虚子的数目和虚子的排列顺序的不同，当一种粒子转变成另一种粒子时，也就是组成它的虚子之间改变了排列顺序，增减了虚子的数目形成的，粒子在运动和转化过程中，一般都有能量的变化传递，或吸收，或放出能量，组成粒子的虚子总是以光速运动，当粒子的运动状态发生变化时，虚子在场的作用下，从粒子本身分化出来，脱离粒子，这就是粒子的耗能过程，当粒子得到能量时，也就是吸收了外来的虚子。当然，物质的最基本单元为时空子，时空子为能量，为虚子的组成部分，虚子之间的力是靠时空子传递的，有时物质之间的能量转换直接靠时空子传递，如物体在引力场中被加速就是吸收了时空子的能量。
在我们的任何实验中，无论何时，只要由能量形成物质，就有严格相同的反物质生成，它们总是共同产生，机会均等。反物质的寿命与质量与对应的物质相同，但其它一些符号相反，反物质对于我们世界来说，时间是倒流的。光子的反物质就是它本身。但在大于原子的尺度上，反物质丝毫不见踪影，宏观世界的一切物质都是由正物质构成的。虚子是构成一切宏观物质的单元，它的时间为0，而组成宏观世界物质的时间却总是向前流逝，所以也必须有同等数量的时间为反向流逝的反物质存在，组成反世界，它与正世界的时间相互抵消为0，才能和虚子的时间相符合，不违背质能守恒定律。正反物质相遇就成为能量，以光速运动，时间成为0，等同于虚子的时间，也正说明了这一点。由此可见，正反物质在宇宙中的存在是相等同的，它们相对于光速运动，被光速相隔开。
光速是时空的分界线，可以叫做时空轴。物质穿过时空轴要改变符号，就象数学中移项要变号一样。正反世界被光速相隔开，反物质在我们的世界中出现，符号要改变。反世界对于我们来说是反世界，但对于它本身来说还是正世界，时间也是正向流逝的，只不过反物质来到我们的世界，一切都要变成相反的符号，与正世界的物质符号相抵消为0，成为光速，才能与二维时空的性质符合。我们正世界中的物质如果在反世界中出现，符号也要改变，成为时间逆流的反物质。正反世界彼此之间是没有距离概念的，只是被光速运动相隔开，它们互为境中世界，互为空穴。被光速相隔开的正反世界完全一样，彼此相同，对于双方来说都是以虚的方式存在。虚子形成正反物质，并不是说也有正反虚子，只是虚子本身同时拥有顺逆流逝的时间，处于顺时针方向的时间就形成了正物质，反之形成反物质，对于反物质本身来说还是正物质。虚子的时空为0，物质存在，使时空本身缺少，缺少的时空就形成反世界，反过来，我们世界就为反世界的缺少时空。所以正反世界是没法划分的，它们在各自的世界中与所对应的反世界中的一切事物都完全一样，彼此相同。反物质在我们的世界上出现时，它的另一半――我们世界中的正物质也同时在反世界中出现。
宏观物质的时间总是向前流逝，是不可逆的，宏观物质以光速运动也就成了能量轴。反物质的时间是反向流逝的，正反世界被光速相隔开，宏观上的反物质一般是不能以本身的性质出现在正世界，宏观物质以光速，超光速运动也必然是使正反物质相中和，回归为先天的虚子，时空子来实现的。
磁场是由电荷运动产生的。正反世界被光速运动相隔开，当电荷静止时，电场就同时属于正反世界，成为光速运动。正反世界是被运动（光速）相隔开的，当电荷运动时，同属于正反世界的电场也将分开，于是反世界的电场在我们世界中就成为磁场，我们世界中的电场就成为反世界的磁场，这就象反物质在正世界中出现要改变符号一样的。我们世界中的磁场是由反物质电荷运动产生的，反物质依然存在于反世界中，对于正世界还是以虚的方式存在，所以无法发现磁荷。磁体的南北两极就为反世界的正负电极。磁场起源于反世界的电场，只要有电场存在，电荷运动，就必然同时存在着正负电极，因此磁体无论分得怎样小，都同时存在着南北磁极。
电源于虚子的有序化运动，形成物质的虚子按一定规律组合起来，对外界就产生了电的作用，虚子的时间分别为由过去向将来运动和从将来向过去运动两种方向，互相中和表现为“现在”。虚子在构成物质时，如果组成物质中的虚子向顺时针方向组合起来，形成通路，就构成了顺行的时间，时间由过去向将来运动，就成为正电荷，当然也可称为负电荷，只是一个规定问题。按照质能守恒定律，另一些相同数目的虚子则按逆时针方向组合成通路，形成负电荷，时间由将来向过去运动。反物质在正世界中出现，所带电荷与正物质的相反，时间流逝的方向也相反，也正说明了正负电荷的时间方向相反。正电荷与负电荷的时间都各向相反的方向流逝，时间就成为负值。存在于真空中的虚子都在杂乱无章地运动，时间为0，同时拥有顺行和逆行两种时间方向。正负电荷的时间与虚子的时间互为正负，就会使存在于空间中的虚子产生有序化运动。正电荷的时间由过去向将来流逝，就会对周围空间的杂乱无章运动的虚子产生力的作用，使其也向相同方向，即顺时针方向运动。负电荷的时间为逆行，同样会使真空中的虚子向逆时针方向运动。形成有序化运动的虚子对外界会产生力的作用，这就形成了场强互为正反方向的电场。
正负电荷的时间互为正负，能量互为正负，当然会产生吸引作用。虚子之间的力是靠时空子来实现的，电源于引力作用，是正负时空相互吸引所致。
在电磁振荡中电场能和磁场能可以互相转化，磁场是反世界的电场，反世界的时间对于我们是从将来向过去走的，当电场变成磁场时，时间由顺到逆，磁场的时间由将来向过去流逝，因此磁场又会回到从前，恢复为从前的电场，电场自然又会象从前那样运动，又转变为磁场，形成电磁振荡。利用磁现象能够储存信息也是因为磁场的时间是由将来向过去运动的，可以完全恢复到从前。
动能是物体具有速度产生的，速度是位移的时间变化率，是随着时间流逝造成的，要用去时间能量，动能的时间为负，势能象引力势能，弹性势能都来自引力作用，源于引力场，引力场的时间为正，势能的时间就成为正值，动能和势能的相互转化产生了振动，振动的最大特点是重复性，因为有了回复力。当动能转化为势能时，时间由负值变成正值，正的时间是向过去走的，可以恢复到从前，于是振子就回到初始状态，由势能转化为动能，时间成为负值，回到了从前，自然又会象从前那样运动，动能又转化为势能。振子受到的力是一定的，不计阻力可以完全回到从前，振动的取值就成为恒定的。振动总是相对于平衡位置反复进行，当振子离开平衡位置的最大位移时，势能最大，势能为引力，平衡位置就可以看作是引力中心。
振动向外传播形成波，波是能量传递的一种方式，能量为时空子，虚子的永恒运动。波就是先天物质规律组合成的，振动传递到哪里就使哪里的时空子或虚子规律组合成波。使波发生衍射的小孔是宏观物质，在它周围存在着引力场，引力场会使引力子进行有序化运动，因此小孔对波也具有引力作用。当小孔的宽度和波长差不多大时，小孔对波产生的引力作用就等于或大于产生波的势能所形成的引力作用，此时形成波的引力子就会脱离由振动产生的引力束缚，而围绕小孔进行有序化运动。小孔就成为它的引力中心，因而波就会在小孔的引力作用下改变传播方向，于是就发生了波的衍射现象。当小孔的宽度比波长大的越多，衍射现象越不显著，主要是小孔越宽，波距离小孔壁就越远，小孔对波的引力作用也就逐渐减弱，小孔的引力场对波产生的引力作用就大大小于产生波的势能，波就不再受它的引力束缚，可以依照原来的方向状态传播，不会发生衍射现象。
原子核外的电子没有确定的轨道，是以几率的方式出现。电子具有轨道磁矩和自旋磁矩，原子核具有核磁矩，组成原子的质子、中子也都具有磁矩。因此电子在运动过程中还要受到磁场力的作用。电子绕核运动的同时还有自旋运动，原子核及组成核的质子、中子也都不断地进行自旋运动，电子在运动过程中总是受到几种综合磁力的影响，再加上电子的磁力与原子核的磁力也相互作用，当它们同名磁极相遇时就互相排斥，异名磁极相遇时就互相吸引，在原子核的磁力作用下，包括质子、中子的磁力，会使电子距离核的远近也就不再相同。由于电子与原子核及组成核的质子、中子总在不断地进行相对运动，因此在不同时刻电子与原子核的相对位置也不同，它所受到的磁场力的大小和方向也就不同，总在不断地变化着，磁场力对电子的影响或大或小，或方向相反，或着吸引、排斥，这就使电子的绕核运动方向和距离核远近的位置也总在改变，不再确定。因此，原子核外的电子没有确定的轨道，总是时而出现在这里，时而出现在那。电子之所以出现在一个比较固定的区域里，是因为它受到的电磁力是有一定距离的，当超过这一距离时，磁场力很难对它发生作用，它要受到静电引力的束缚。
原子核的密度十分巨大，它的数量级达1014克/厘米3。单位体积的核子比同样体积的宏观物质的质量要巨大的多，产生的引力也要强大的多。万有引力的测定是在宏观距离来实现的，而核力的范围只有10-15米，在如此近的距离内，核子间的引力就变得更为强大，强大到已超过电磁相互作用。核力实质上就是万有引力。
中微子以光速运动，它本身是违反宇称守恒定律的。关于K介子的两种衰变方式，表示时间反演不守恒。K介子在运动中转化出二种（K0 K0）的组合态，即正反粒子相融合的状态。K介子在运动中是以正反物质相融合的状态出现，那么它衰变时，或者属于正物质状态，或者属于反物质状态，这本身并不确定。当它属于正物质衰变时，是一种方式，属于反物质状态时，衰变则是另一种方式，正反物质的衰变方式是不同的。这说明K介子本身的这种衰变方式并不违反宇称守恒定律，中微子是以光速运动的，在运动中同时属于正反世界，有时正反物质状态也并不确定。破坏宇称守恒的中微子衰变时处于反物质状态，并非处于正物质状态。因此它的衰变方式也和K介子一样并没有破坏宇称守恒定律，时空反演依然成立。
道德经的宇宙观：道生一，一生二，二生三，三生万物，万物负阴而抱阳，冲气以为和。宇宙先创生出一维时空，为道生一，再由一维时空超光速创生出二维光速世界，此为一生二，接着由二维能量轴创生出三维微观世界，为二生三，最后由微观世界创生出四维宏观世界，这就是三生万物。万物负阴而抱阳，冲气以为和，是指万物存在而使时空本身缺少，抱阳指正世界，负阴指由于正世界的存在而使时空本身缺少形成的反世界。冲气以为和中的“气”指的是作为能量的先天物质，能量同时属于正反世界，正反物质中和就回归先天，成为气。当然万物负阴而抱阳也可看作是万物存在，作为阳的空间为正，具有正能量，作为阴的时间为负，具有负能量，正负时空中和就回归先天，成为时空量子，这就是冲气以为和。
周易的宇宙观：无极即太极，太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦。太极指一维时空，两仪指二维时空世界。微观上的正反物质不受空间限制，都可在对方世界中出现，它们的空间就共为二维，但正反物质在一个世界上出现，时间是分别互为反向流逝的，它们的时间也是二维，三维微观世界对于正反物质也可以说是四维微观时空，两仪生四象就是其所指。也可以认为微观上的正物质的时间、空间各为一维，反物质的时间和空间也各为一维，相加为四维微观世界。正世界为四维宏观时空，反世界也为四维，相加为八维，八卦就是指正反世界的八维宏观时空。宇宙就由四维微观世界创生出八维宏观世界，这就是四象生八卦。
在多普勒效应中，波源与观察者相互接近时频率要升高，远离时频率要降低。在任何空间范围内，作为媒质的时空子、虚子都是以相同数目均匀分布的。波在传递过程中，是把时空子或虚子不断地组合再向前传播的，这会用去波的能量。当波源与观察者接近时，波传播的距离就缩短，用去波的能量也就少，这表明波损失的能量就少，比与观察者距离不变时波的能量相对要大，波的能量与频率成正比，自然，波源与观察者接近时频率要升高。从河外天体到达地球上的光子发现有巨大红移现象，并且红移大体上和距离成正比。传播光子的载体是虚子，虚子的数目在真空中任何地方都相同，它们本身是杂乱无章地运动的，光子的运动方向是单一的，它所走过的路程越远，就得使用越多的能量使虚子向一个方向运动来运载它，光子本身的能量也就相应降低，发生红移现象。
宇宙是无限的，它如同数轴上的数，又如同时间的过去、现在与未来，不能说宇宙到底有多大，就象不能说出最大的、最小的数字是多少一样的道理，只能说宇宙是无限的，它的层次是无穷的。
【参考文献】
光子和电子的区别范文第4篇
原理题
1.家用微波炉是利用微波的电磁能加热食物的新型灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成。接通电源后，220V交流电经过变压器，一方面在次级产生3.4V交流电对磁控管加热，同时在次级产生2000V高压经整流加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为2450MHz的微波，微波输送至金属制成的加热器（炉腔）被来回反射，微波的电磁作用使食物内分子高频地振动而内外同时迅速变热，并能最大限度地保存食物中的维生素，有下述说法正确的是（AD）
A微波是振荡电路中自由电子运动而产生的
B微波是原子外层电子外层电子受到激发而产生的
C微波是原子内层电子受到激发而产生的
D微波炉变压器的高压变压比为11∶100
使用常识题
2导体能反射微波，绝缘体可使微波透射，而食物通常含有成分是蛋白质、水、脂肪，较易吸收微波能而转换成热能，故在使用微波炉时应（BD）
A用金属容器盛放食物放入炉内加热
B用陶瓷容器盛放食物放入炉内加热
C将微波炉置于磁性材料周围
D将微波炉远离磁性材料周围
3一台总功率约为800W的微波炉每天正常工作半小时，则一年要耗电多少度？
析与解W=Pt=0.8×0.5×365kwh=146度。
光学题
4某微波炉微波输出的功率为700W的磁控管每秒内产生的光子数为多少个？微波的波长为多少？
析与解设每秒产生的光子数为n，波长为λ，由能量关系得：
磁辐射安全题
5．家用微波炉的微波如果泄漏对人体有害，正常工作时微波炉的炉门对微波起着很好的反射和屏蔽作用，开门前务必先让微波发生电路停止工作。为了方便微波炉的操作，需要设计一保护开关，它能在炉门被打开前自动断电。为了防止微波大量泄漏，该开关必须保证在炉门被打开之前的一定时间内完成断电动作，这一时间称为保护开关动作的时间提前量Δt。假设微波在食品以及空气中的速度都差不多，微波炉炉腔对角线长约为50cm，且微波束每次穿过炉中食品仅被吸收千分之一，若要求炉门打开时炉内微波强度至少应衰减到正常工作时的百万分之一，请诂算保护开关动作的时间提前量Δt的数量级，并根据估算结果发表讨论(lg0．999=-4．345×10-4)。
析与解要使微波强度减为正常工作时的百万分之一，微波束需穿过食品n次，即(999／1000)n=1／106，两边同时取对数得：
因为微波是一种电磁波，据题意微波在空气中和食品中的速度基本相等，也就大约等于真空中的光速，所以微波要衰减到要求值，必须经过
这就是保护开关动作的时间提前量Δt，其数量级为10-5s。
讨论①光速实在太快了，所以所需时间提前量才这么小。②时间提前量只需这么小，看来保护开关不需要复杂的设计，很容易实现。
电磁学题
6．微波炉的核心部件是磁控管。如图1所示是磁控管的示意图，一群电子在垂直于管的某截面内做匀速圆周运动，在管内有平行于管轴线方向的匀强磁场，磁感应强度为B，在运动中这群电子时而接进电极1，时而接近电极2，从而使电极附近的电场强度发生周期性变化，设这一群电子在圆周上分布的范围很小，可以看作集中在这一点，共有N个电子，每个电子的电荷量为e、质量为m，圆形轨道的直径为D，电子群最靠近某一极时的距离为r，静电力常量为k。求：
(1)管内一点电场强度变化的频率。
(2)运动的电子群产生的电场在电极1附近的场强的最大值利最小值。
析与解(1)电子做圆周运动一周，某点电场强度就周期性地变化一次，因此，电场强度变化的频率就等于这一群电子做圆周运动转动的频率。即f=Be/2πm
(2)电子转到离心极1最近处，即距离为r时场强最大。Emax=kNe/r2
电子转到离电极1最远处，即距离为(r+D)时场强最小。Emin=kNe/(r+D)2
电学实验题
7．微波炉电路中经变压器产生的2000V高压要经过整流变为直流后加到磁控管上，整流电路中重要元件是二极管，二极管是一种单向导电性半导体器件，它的正向电阻很小，反向电阻很大，为了能测量二极管的伏安特性，现设计如图2所示电路。
(1)请将该电路中双刀双掷开关与电路其它部分画线连好，以便既能测正向特性，又能测反向特性。
(2)某同学测得Uab和I的实验数据见下表，试画出二极管正向伏安特性曲线（可用铅笔作图）
析与解(1)电路图连接如图3所示。
(2)二极管正向伏安特性曲线如图4所示。
研究性学习题
1．实验探究：
①观察自己家用微波炉的铭牌参数、功能及使用注意事项。
②给食物加热时，食物是内部先热还是外部先热?
③微波炉炉腔内各处的加热效果相同吗?
④使用不同的器皿加热效果相同吗?
⑤给大小相同的不同食物加热快慢相同吗?
2．查阅资料：
①微波炉加热与普通加热有何不同?
②在未来的一段时间内，微波炉将会向什么方向发展?
限于篇幅，学生的研究成果只取一部分与大家交流：
①微波炉加热与普通加热的区别：
微波烹调的基础是微波对介质加热。根据物理理论可知，介质分子可分为有极分子和无极分子两大类。有极分子的正、负电荷的中心不重合，其间有一段距离，可等效为一个电偶极子(如水)。在外电场的作用下，原来杂乱无章的有极分子会沿着外电场的方向转向，产生转向极化(无极分子的正、负电荷的中心沿电场方向只产生位移极化)。如果外电场是交变的，那么有极分子的转向也要随电场的变化而不断改变方向。在这个过程中，由于分子间的相互碰撞，将使电能转化为分子的动能，然后再转化为内能，使物体的温度升高。由此可见，对于有极分子组成的物体(如被烹调的食物)，交变电场就容易对它进行加热。
微波加热与通常的加热方式不一样。通常的加热方式是要有一个高温热源，通过辐射来传导，先使物体的表面加热，然后由传导和对流在物体内部逐渐向其纵深加热，这样加热速度很慢。而微波炉加热是用磁控管(在炉内顶部)产生微波，然后将微波照射到六面都由金属制成的空箱(又称谐振腔)中，管壁不吸收微波，只有箱中的容器和食物被加热，因此效率高、速度快。由于加热速度快，因此对食物营养的破坏很少(即保鲜度好)。由于微波烹调有加热快、节能、不污染环境，保鲜度好等优点，因此微波炉在我国被广泛推广应用。
②不久的将来变频微波炉将要替代目前常用微波炉。
因为变频微波炉是以变频器替代了传统微波炉内的变压器，变频器通过变频电路可以将50Hz的电源频率任意地转换成为20000~45000Hz的高频率，通过改变频率来得到不同的输出功率，解决了传统微波炉通过对恒定输出功率反复开／关进行火力调控而使食物加热不均匀的弊端，实现了真正意义上的均匀火力调控，经烹调的食物不仅口感好，而且营养保存更多。除此以外，与传统微波炉相比，变频微波炉还具有机身轻巧、噪声小、烹调速度快、用电省等特点。
虽然微波炉的使用已深入普通百姓人家，但据调查还有不少高中学生不会使用或不敢使用它。可见加强微波炉知识的渗透教学很有必要。这些题目既向学生介绍了微波炉的原理和使用常识，又以微波炉为背景传授了本学科内主干知识，涉及到微波的传播和反射、光子说、二极管的单向导电性、有关电路连接、伏安特性曲线、变压器、电路设计等等以及应用数学知识解决物理问题的跨学科综合能力。以微波炉为研究性学习材料，让他们亲自动手操作，由不敢使用到会使用，提高了他们学习物理的兴趣和生活自理能力，增强了学生的安全、环保、节约等意识；通过研究性学习，有意识培养他们动脑、动手和实验探究能力，查阅资料获取信息的能力，这是现代教育和新课程所倡导的，同时把知识和能力融合到一个新情境问题中进行考查也是高考命题的热点和趋势。
光子和电子的区别范文第5篇
关键词：磁化学；无机合成；有机化学；环境保护
文章编号：1005－6629(2007)11－0053－04中图分类号：O441 文献标识码：E
磁现象普遍存在于物质世界。20世纪初，电磁学奠基者法拉第就发现磁场与化学之间有着密切的联系，并首先提出了磁化学的概念。经过数十年的努力，磁化学在实验技术上有了很大进步，灵敏度高、分辨率强，大型仪器（核磁、顺磁、磁天平等）的广泛应用，直流、交流、脉动磁场的实施，超高磁场（40T以上）的建立，开辟了控制化学过程的新途径，促进了磁化学的基础理论研究和在化工领域的应用研究。
1磁场的特性及其对化学反应影响机理
1.1 磁场的特性
（1）磁场的能量较低。在化学化工中应用的场强一般都在1T以内，其能量一般只是粒子热运动能量的万分之一到百万分之一，与化学键的键能相比，也差2~3个数量级。
（2）磁场能对任何置于其中的磁极或电流施加作用力。物质的本质是电性的，无论原子、分子，都是由带负电的电子在某种原子核的正的库仑场中运动，所以从微观机理上看，磁场必然要对置于其中的运动的带电微观粒子（电子、质子、各种离子等）产生不同程度的影响，产生影响的作用力是洛仑兹力。洛仑兹力的计算公式见式(1)：
F的大小与磁感应强度B成正比，但方向总是与带电粒子运动方向垂直，说明它不能改变带电粒子的运动速率和动能。
1.2 磁场影响化学反应的机理
洛仑兹力本身的特性决定不能赋予体系能量，因而不能直接以能量因素影响化学反应，但它可以改变粒子的运动方向。化学反应是伴随着电子运动状态的改变而发生的化学键的断裂和形成过程，每一旧键的断裂和新键的形成都是轨道间的分裂和叠加的结果，轨道状态及变化趋势直接关系着键交换的可能性和形成的键的稳定性，若变形发生在有利于轨道叠加的方向，则可以加强对反应体系至关重要的离域效果，加速化学反应或降低活化能，若变形不利于反应需要的叠加方向，也可能对化学反应起负作用。磁场除了对前线轨道伸展状态施加影响外，还可能由于变形产生极化效应，影响其解离的快慢和程度，从而影响化学反应速度。
参加化学反应的物质，根据组成物质分子在分子轨道中的电子配对或未配对，它在磁场中产生的效应不同，可把物质分为顺磁性、反磁性和铁磁性三类物质。
具有磁矩的分子表现为顺磁性，外磁场会影响磁性分子的取向，亦即影响反应体系的熵。对于磁矩为零的分子或原子，其反磁性总是存在的，磁场亦可在一定程度上影响其取向；另一方面，类似于非极性分子的“瞬时偶极矩”一样，磁矩为零的分子也有可能存在“瞬时磁矩”，从而使磁场对其取向施加影响。根据化学反应的过渡状态理论，反应速率常数k的大小见式(2)：
可见，除了浓度、温度影响反应速率外，还有两个结构因素：活化焓（在液、固态反应时，约等于活化能）和活化熵能影响化学反应，即一个能量因素、一个熵因素。由于磁场对反应体系能量的影响一般较小，主要是影响分子、原子及电子的自旋方式和自旋取向，即影响反应体系的熵，从而影响反应速率。
除了上述基于量子化学基础上的影响反应速率的过渡态机理外，磁场影响化学反应的机理还有多种，如自由基对机理，三重态-三重态机理，三重态-偶极子对机理和三重态机理等。
2 磁场在化学化工中的应用
磁化学分为无机磁化学、有机磁化学、生物磁化学和医疗磁化学等。本文仅介绍应用磁效应较多的一些具体的化工过程。
2.1无机磁化学合成
2.1.1合成氨
朱传征等进行了常压下磁场对合成氨催化反应的影响研究，结果发现，当控制N2与H2流速比为1∶3，预还原合成氨催化剂A体积为3.538mL，磁场能提高合成氨反应的反应速率和转化率，这种关系并非线性，在低磁场下有一个最佳的磁场强度范围（150~300mT），最大转化率可达0.356%。上述效应的产生，主要是在磁场影响下，还原态的α-Fe晶体Weiss磁畴最小，导致顺磁性的FeO超饱和，磁滞损失增大，饱和磁化减小，致使催化剂活性增加，从而提高转化率。
2.1.2 合成无机功能材料
人工晶体是非常重要的电子、光子材料，而生长大尺寸及高质量的晶体材料一直是各类晶体材料制备的关键技术。1966年Chedzey 和Vecch各自独立地通过磁场阻抑湍流实验表明，外加磁场可提高晶体的微观均匀性。上世纪70年代末，人们发现磁场对Si单晶生长中引入晶体的氧浓度影响很大。1982年，Hoshikawa在0.1T的磁场下，从熔体中生长的硅单晶的溶质条纹减少，同时Suzuk与其合作者也报道了在侧向磁场下生长出无位错5cm直径的掺硼Si单晶。梁歆桉、金蔚青等通过实时观察的方法研究了磁场对KNbO3晶体的生长边界层及形貌的影响，发现磁场可部分抑制KNbO3熔体中的浮力与运动对流效应，使得随磁场强度的增大熔体中温度梯度减小，有利于氧化物晶体的生长。
2.1.3 合成性能优异的金属材料
磁场能显著影响铁基合金的相变过程，冯光宏等进行的磁场处理对微合金钢的相变过程研究表明，磁场处理对微合金钢由奥氏体向铁素体的转变过程产生影响，一是增加了铁素体的形核率，二是提高了晶粒的长大速度。由于磁场对铁素体形核率的影响效果显著，缩短了相变时间，最终得到细晶组织。稳恒磁场还可使低碳钢的晶粒细化，使材料组织的均匀度提高。脉冲磁场处理则是一种新的非热处理型降低焊接结构中残余应力的方法。低频磁处理能大大提高各种刀具和汽车轮机的使用寿命，这也是由于磁处理降低了工具中残余应力所带来的结果。
2.2 有机磁化学
2.2.1 酯化反应
外磁场对乙酸乙酯的合成有催化作用：
CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O (3)
酯化反应③经0.35T的磁场处理后，乙醇的NMR化学位移发生了变化，乙酸的电导率增加了0.201μs・cm-1，酯净增率超过50%，反应速度加快。
根据此原理，可用磁场催化白酒的老熟。酒在磁场作用下，酒中的极性分子键受磁场影响，加速了极性分子的定向排列，使得各成分之间的化学反应容易进行，促进了酒中的酯化、氧化和缔合，使酒中的高级醇、醛类的含量降低，酸、酯的含量增加，减少了自由乙醇分子数，使酒迅速达到稳定状态，变得醇和香且杂味减小，从而达到催陈老熟的效果。经过一次磁化处理的酒，其自然老熟期可缩短3~4个月，使酿酒费用大为降低。当然，磁化老熟与自然老熟效果还是有一定的区别。
2.2.2 蔗糖转化
蔗糖转化为D-葡萄糖和D-果糖的反应一般需要在酸或酶的催化下进行。金增瑗等研究了磁场对蔗糖转化的影响。结果发现，不同浓度HCl催化，未经磁化与经过磁化（B=0.30T）的蔗糖在转化反应中旋光度到达零的时间不同，其中以2mol・L-1的HCl效果最好，磁化后到达旋光度为零的时间比未经磁化时间缩短18.25%。B=0.30T以下，随场强增加，反应速率常数增加，说明磁场从动力学上影响了反应的进程，但高于0.30T以后反应速率常数趋于一定值。
蔗糖分子的构象见图1：
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图1 蔗糖分子的构象
蔗糖转化反应的速率常数在适当的磁感应强度下有所增加，原因是1个半缩醛氧原子在磁场的作用下接受H+的能力变强，变强的原因应归结于洛沦兹力改变了电子的运动状态，促使分子磁矩发生旋进，造成1个半缩醛醚氧的轨道伸展状态发生了有利于接受H+变形，促进过渡态半椅式糖苷阳离子的形成，从而加快了反应的进行。
2.2.3基本有机合成
磁场主要用来控制反应的路径，从而有选择地获取所需的产物。如丁基锂与苄基氯在溶液中进行的热化学反应，可按式(4)进行：
式(4)中， A，B分别代表丁基和苄基；M为碱金属原子；X为卤素原子；A・、B・为两个自由基，两个自由基上方的横线代表笼，表示两个自由基处于笼中。此反应进一步进行有两种可能：若发生笼内的重合，则产生化学结构不对称的产物AB，若从笼中逸出，进行笼外反应，则会生成对称产物AA，BB并按一定比例生成AB，在上述反应中施加磁场，就可用磁场来控制笼内与笼外产物的比例。
2.2.4 合成有机高分子材料
磁场对聚合反应的作用主要表现在影响聚合物的平均分子量、聚合产率、反应速率和立体构型等方面。黄骏廉等研究了磁场作用下异戊二烯在四氟乙烯-丙烯共聚物表面的光引发接枝反应。四丙共聚物是一种具有良好的化学稳定性和热稳定性的含氟聚合物。将异戊二烯接枝于四丙共聚物表面，可将四丙共聚物的优良性能与含双键聚合物的可反应性结合起来，开发出具有特殊功能的含氟高分子材料，但常规方法接枝，接枝率低，当相同体系的反应在外磁场中进行时，异戊二烯的接枝率提高得很快，且接枝链中3,4-聚合的产物大大增加。
蔡林涛等研究了外加磁场对苯胺电聚合过程的影响，发现当磁场方向垂直电极表面时，在0.58T处聚合速度约为无磁场时的2倍，当磁场方向平行电极表面时，随磁场强度增大至0.7T时，聚合速度约为无磁场影响下的2.4倍。此外一些液晶型聚合物通过磁场取向拉伸法能使一种聚合物在某一方向上的电导率增加约100倍，且能改变聚合物的光学和机械性能。
2.3 环境磁化学
2.3.1 防垢与除垢
磁场对水的表面张力和活性、对水溶液中阳离子和阴离子、对水溶液体系中的各种微粒以及溶解结晶平衡等均有不同的影响。Grutsch J F等研究发现，利用磁处理能成功地控制CaCO3和CaSO4垢的沉积，将磁技术用于供暖系统等许多装置的冷凝器，发现不再形成污垢，早先形成的锅垢，则会溶解而被排出。
Dcren的研究表明，磁处理后的晶核增长受到抑制，成核速率却大大增加，从而能生成更多的不规则的晶体。Donadson J D等的研究表明，在CaCO3溶液蒸发沉淀过程中，磁处理能使方解石和文石的比例由无磁场作用时的80:20变为20:80，文石结晶较疏松，不易结垢。
2.3.2磁分离技术
磁分离技术是利用水中杂质颗粒的磁性进行分离的，对于水中非磁性或弱磁性的颗粒，则可利用磁性接种技术使它们具有磁性而将其分离除去。如含Cr6+、Ni2+、Zn2+、Co2+、Cu2+、Sn4+、Hg2+、Mn2+、V4+、Ti3+等重金属离子的工业废水，不易分解和自然氧化，可用磁凝聚分离法去除。先加硫化物使重金属离子与S2-反应生成沉淀，加Fe3+，调节溶液pH，再添加磁种，通过Fe(OH)3胶体的桥连作用与磁种结合，使磁种间静电作用力减少，易于絮凝而形成较大的絮团，最后通过磁滤让重金属组分随磁种滤出。
高梯度磁分离器则以高饱和磁密不锈钢聚磁钢毛或带锐背的薄钢板作为聚磁介质，当水中污染物对钢毛的磁力作用大于其粘性阻力和重力作用时，污染物被截留在钢毛介质上，在切断磁路后，磁力消失，被钢毛介质捕集到的污染物用水或气水反冲洗下来，从而达到从废水中去除污染物的目的。
2.3.3防治大气污染
汽车尾气中有害气体排放物对环境的污染日益严重。俞明等进行了燃油磁化对发动机排放与节能影响的试验研究，对装夹于化油器入口处和悬浮于油箱中两种类型的燃油磁化方式与无磁化状况分别进行了对比试验，结果表明：两种磁化方法均使CO减少，悬浮油液的磁化方式对HC的排放效果没有明显影响，燃油经济性随状况的变化而变化；而将磁化器装夹于化油器入口处时，HC排放量和燃油经济性均有一定的改善，可见，燃油磁化作用可以通过改变燃油特性，影响燃烧过程，进而降低发动机有害气体的排放量。
3结语
磁化学作为一门新兴的学科，有着广泛的应用前景。目前，磁化学作用机理研究的较深入的领域主要在有机磁化学方面，如建立在自由基对理论之上的磁动力学理论。而有关磁场对水溶液体系的无机化学反应或结晶化学平衡等影响的机理，争议较多且不够深入。磁化学的应用研究还较多停留在实验室阶段和经验性阶段，应加强其基础理论和开发应用的研究，以便设计出特殊的反应途径，开拓新的反应通道，合成出用其他手段难以奏效的功能产物，从而使磁化学在化工领域发挥更大的作用。
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光子和电子的区别范文第6篇
关键词：艾灸机理;物理作用;化学作用;药效;经络;腧穴
中图分类号：R24581文献标识码：A文章编号：1673-7717(2011)12-2616-05
Advances of the Mechanism of Moxibustion
LAN Lei,CHANG Xiaorong,SHI Jia，ZHANG Guoshan，TAN Jing
(Hunan University of TCM,Changsha 410007,Hunan,China)
Abstract:Moxibustion has great efficacy, such as disease prevention and health protection, warming meridians to dissipate cold, recuperating depleted Yang, removing blood stasis and resolving hard lump, leading heat out of the body, etc. It is generally believed in domestic and foreign researches that meridians and acupoints combined with physical and chemical effects of moxibustion result in a "comprehensive moxibustion effect." A review of mechanism research of moxibustion is given; furthermore, some suggestions for the researches are also proposed.
Key words:mechanism of moxibustion; physical effect; chemical effect; drug effect; meridian；acupoint
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收稿日期：2011-08-19
基金项目：国家基础研究发展计划（973计划）资助项目（2009 CB522904）;湖南省研究生创新基金资助项目(CX2010B342);长沙市科技计划重点项目（k1005020-31）
作者简介：兰蕾（1969-），女（畲族），江西广丰人，医师，博士研究生，研究方向：针灸的治病机理。
通讯作者：常小荣(1956-),女,教授,博士研究生导师，研究方向：针灸的治病机理。灸法能防病保健，温经散寒，扶阳固脱，消瘀散结，引热外行。艾灸在我国已有上千年的历史，其治疗效果已经为无数临床实践所证实，国内外研究普遍认为经络腧穴与艾灸理化作用的有机结合,产生了灸法的“综合效应”。
1 艾灸的物理作用机理
艾灸是以燃烧艾绒而治病，燃烧时的热效应是产生治疗效果的重要因素。《素问·异法方宜论》：”北方者，天地所闭藏之域也，其地高陵居，风寒冰冽，其民乐野处而乳食，脏寒生满病，其治宜灸炳，故灸炳者也从北方来”，说明灸法燃烧艾绒产生的温热作用可治疗因为寒冷引起的疾病。现代研究表明［1］，艾灸可以调整脏腑机能，促进新陈代谢，增强免疫功能，尤其在治疗慢性病、疑难病及预防保健方面具有显著优势，而艾灸治疗疾病时产生的温热效应是取得疗效的关键［2］。生物传热学是一门交叉学科，它研究生物体内的热质传输现象，其目的在于通过把传热学的基本原理和研究方法、手段引入生物和医学工程领域中，探讨物质和能量在生物体内的传输规律。该学科的产生无疑会对与“热密切”相关的艾灸疗法研究有所启示，因为艾灸热传递同样遵循传导、对流、辐射3个方式，无论是接触灸或是非接触灸，艾灸在生物组织内的热传递以及艾灸引起的组织热损伤，均可归属生物传热学研究的范畴。从微观而言，热对生命系统的影响，本质上均体现在对蛋白质、细胞及组织性质的改变上。例如艾灸对机体热休克蛋白的影响［3-11］，艾灸通过上调大鼠胃黏膜细胞HSP70表达，继而作用于凋亡线粒体信号转导途径相关靶点，由此抑制胃黏膜细胞凋亡，达到保护胃黏膜损伤的作用。又如隔药饼灸能提高对红细胞CD58表达，并且年轻人组高于中年人组［12］。宏观上讲，能量过程是生命系统中的基本过程,而热是能量过程的重要表现形式，生命现象的各个层次无不包含热效应［13］。把艾灸热作为一种特殊的能量介入方式，从能量的角度着手，利用生物传热学理论，可能是一个较理想的方法。提供什么样的一个温度场分布状况（或者说热过程或能量过程），可使生物组织恢复或稳定于正常状态，这是一个极有诱诱惑力的探索［14］。
艾燃烧时产生一种十分有效并适宜于机体的物理因子红外线，其辐射能谱在0.8～5.6μ之间，这表明燃烧艾绒时的辐射能谱不仅具有热辐射-远红外辐射，而且还具有近红外光辐射，艾灸的能谱近红外辐射占主要成分，且峰谱在1.5μ附近［15-16］。根据物理学原理，一般远红外线能直接作用于人体的较浅部位，靠传导而扩散热量；而近红外线较远红外线波长短，能量强，可直接渗透到深层组织，穿透机体的深度可达10mm左右，并通过毛细血管网传到更广泛的部位，而为人体所吸收［17-18］。艾灸红外辐射为机体细胞活动提供了必要的能量：当红外光作用于腧穴组织时，组织吸收光能将其转化为生物能储存在ATP分子中，随着ATP的水解，ATP转化为ADP，并释放能量作为生命活动的能源。研究表明人体穴位红外辐射不仅含有人体热信息,而且还和人体内能量代谢等因素相关，穴位点的ATP能量代谢比周围要高［19］。在病理状态下,人体皮肤和组织辐射的红外线发生一定的改变。且不同的体质和疾病其辐射及最佳吸收的红外线有区别，即光子吸收与皮肤光学有密切关系。这可能是生物组织吸收光子和使人体本身传输的光有序化有关。有人对不同品种艾叶的燃烧热进行了测量［17］：蕲艾18139J/g、北艾17463.4J/g、祁艾17419.3J/g、川艾16136.4J/g。能量愈高，波长愈短，渗透力愈强。杨华元等［20］的研究还认为，艾灸时的红外线辐射，既可为机体细胞代谢活动、免疫功能提供必要的能量，也为能量缺乏的病态细胞提供活化能，并有利于生物大分子氢键偶极子产生受激共振,从而产生“得气感”;同时又可借助反馈调节机制,纠正病理状态下的能量信息代谢的紊乱,调控机体免疫功能。
汪家柔［21］通过艾灸肺俞、肝俞穴,观察穴位施灸后钙离子在相关脏腑之间的分布调配及相关穴位电流变化规律，研究“穴脏相关”的非线性规律,发现艾灸肺俞穴可显著提高肺俞穴电流,艾灸肝俞穴可显著提高肝俞穴电流。电与磁是相伴而生的，电子的自旋产生磁，运动的磁产生电。经络的功能活动依托于电磁振荡与化学振荡主导的能量信息系统。而基于经络调整是电磁振荡化学振荡神经、体液和微循环等调控的动态调衡过程［22］。
[WT5”FZ〗中华中医药 学刊
2 艾灸生成物的药性作用（化学作用）
2.1 抗细菌作用
杨梅［23］测定了艾叶燃烧物提取物对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和抑菌圈。艾叶燃烧产物提取分离所得重组分、焦油和艾烟水提取液对四种菌种的抑菌性有选择性。艾油对四种菌种均有抑菌作用，而重组分和焦油只对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有作用，除焦油对大肠杆菌的抑菌圈12.1mm比艾油10.4mm大外，其它成分的抑菌圈均比艾油小。晶体对四种菌种的抑菌性不明显。5-叔丁基连苯三酚对四种菌种均有抑制作用，对大肠杆菌作用最强。叶春枚等［24］观察了艾烟熏的抑菌作用，实验显示，艾烟熏20min后可抑制金黄色葡萄球菌和乙型链球菌，熏30min可抑制大肠杆菌，熏50min可抑制绿脓杆菌。李坡等［25］对艾烟在培养皿中的抑菌作用和烧伤创面的抑菌作用进行了研究,发现艾烟对常见的化脓性细菌(绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、产碱杆菌)有显著抑制作用,能使烧伤创面菌落数显著减少。刘枫林等［26］就艾烟作用（与温热刺激分开）对各种细菌（大肠杆菌、伤寒杆菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、甲型链球菌、枯草杆菌、奈瑟氏菌和嗜酸乳杆菌）抑菌效应进行了试验研究。试验结果表明：①艾烟确有抑菌作用,是细菌生长时杀菌作用的基本和唯一因素；②艾烟的杀菌作用与烟熏时间长短有关,时间长杀菌作用强；③艾烟的杀菌消毒作用为临床上用于治疗化脓性炎症、外伤感染、皮肤细菌损害、带状疱疹、上呼吸道感染等提供了理论依据。华东医院等［27］单位报道，用含艾叶的消毒香（上海日用化学品厂试制，含苍术粉30%，艾叶粉20%）烟熏4h能杀灭乙型溶血性链球菌A群、肺炎球菌、流感杆菌和金黄色葡萄球菌等,烟熏8h能杀灭绿脓杆菌，并能抑制枯草杆菌的生长。黄香妹等［28］采用艾条熏烟对血压计袖带进行消毒，监测其表面细菌生长情况，并与紫外线消毒、含氯制剂消毒作比较。结果表明用艾条熏烟消毒的袖带，完全可以达到环境消毒隔离标准的要求。还有资料［29］介绍，艾烟对变形杆菌、白喉杆菌、伤寒及副伤寒杆菌和结核杆菌（人型H37RV）等也有抗菌作用。
2.2 抗真菌及抗支原体、衣原体作用
艾烟对不同的皮肤真菌有抑制作用。魏孜孜［30］等观察比较外耳道涂药（咪康唑乳膏）、艾烟熏耳和涂药艾烟熏耳结合3种外治方法治疗耳真菌病的临床效果。结果表明，艾熏外治法、结合外治法、常规外治法3种外治法在治疗后1个月、1年的总有效率组间差异无统计学意义；艾熏外治法和结合外治法的治愈率较常规外治法高。结出艾熏法治疗耳真菌病具有治疗简单、疗效巩固、治愈率高的优点，可替代常规外治法。其简、验、廉的特点适合在基层和广大农村地区应用，其治疗机制可能与艾烟具有抗菌（细菌、真菌）、杀螨、抗过敏等作用有关。何斌［31］采用艾烟熏灸治疗浸渍糜烂型足癣78例，得出艾烟熏疗对瘙痒，丘疹，水疱及浸渍糜烂症状效果优于派瑞松。有研究表明，艾烟对口腔支原体与肺炎支原体的抗灭作用也很显著［32］。
2.3 抗病毒作用
上海第二医学院附属第三人民医院气管炎研究组等［33］单独用艾叶烟熏以观察艾烟对腺病毒、鼻病毒、流感病毒和副流感病毒的抗病毒作用，结果表明艾叶对这四种病毒均有一定的抑制作用，并观察了苍术艾叶香烟对实验用腺病毒3型、鼻病毒浙九-2株、疱疹病毒浙九-9株、副流感Ⅰ型病毒仙台株和流感病毒A3、沪防72-10株等5种病毒株的抑制作用,结果表明，用苍术艾叶香烟熏15min后，对所试5种病毒尚无作用，30min后则试验组的病毒浓度(TCID50)显著降低，45min后则试验病毒不能从细胞培养上或鸡胚中测得。张其正等［34］用苍术艾叶烟熏剂（含苍术55%，艾28%）点燃浓度为1g/m3或5g/m3均能在半小时内使流感病毒滴度（EID50、Log）较对照组明显下降（下降1.55～3.00个对数以上）。赵红梅等［35］曾用艾条熏蒸进行空气消毒,发现熏蒸后对乙型肝炎表面抗原（HbsAg）的抗原性有明显的破坏作用,对乙型肝炎e抗原（HbeAg）的抗原性的破坏也有极显著性的意义，说明艾条熏蒸对乙肝病毒有一定灭活作用,但是未能达到完全灭活乙肝病毒的目的。刘华介绍用艾叶500g,置盆子或罐子里点燃烟熏房间0.5h,可预防非典型肺炎的传播。
2.4 镇咳、祛痰、平喘、抗过敏，镇痛作用
大量的药理实验证明,艾叶的挥发油口服或喷雾给药均有较好的平喘、祛痰、镇咳作用,其中尤以平喘作用最为显著［36］。动物实验研究表明,清艾条烟雾吸入可相对延长豚鼠药物性哮喘潜伏期,能明显松弛正常豚鼠支气管平滑肌,有效对抗乙酰胆碱引起的支气管平滑肌痉挛收缩,对乙酰胆碱收缩气管平滑肌有明显的保护作用，证明艾烟能平喘，抗过敏［37］。刘惠荣［38］等通过观察艾灸对过敏性结肠炎大鼠的作用，结果表明，艾灸能减轻过敏性结肠炎大鼠的内脏疼痛和疼痛阀值，效应可能与艾灸能提高脊椎的强啡肽和内啡肽相关。
2.5 抗自由基，调节机体功能，抗衰老，预防保健作用
自由基(free radical)［39］是人体组织中许多生化反应中间代谢产物。人体内在氧的利用过程中，会因各种内因性或外因性原因而产生各种活性氧及其它自由基。但体内也有各种消除这些自由基的防御系统，以免组织遭伤害。这些自由基很容易攻击细胞组织中的脂质、蛋白质、糖类和DNA等物质，企图夺取一个电子以获得重新平衡，这就造成脂质和糖类氧化，蛋白质变性、酶失活、DNA结构切断或碱基变化等种种改变，从而导致细胞膜、遗传因子等损伤而诱发各种组织损伤和疾病。已知的数以百计的疾病与自由基有密切的关系。可由自由基引发衰老。
杨梅等［39］对艾燃烧产物艾烟轻组分、重组分、焦油、艾烬晶体以及艾挥发油清除自由基能力进行了比较,其大小顺序依次为:重组分>焦油>轻组分>艾烬晶体>艾挥发油。由重组分中分离出来的52叔丁基连苯三酚具有较强的抗自由基能力，清除DPPH自由基能力比天然抗氧化剂维生素C和人工抗氧化剂BHT均强，可以推测，52叔丁基连苯三酚是艾烟抗自由基的核心物质，是艾灸的重要活性成分。大西基代［40］和西谷郁子［41］将艾和艾燃烧生成物用甲醇提取，发现有清除自由基和过氧化脂质的作用，且艾燃烧生成物作用较强。洪宗国等［42］用甲醇萃取艾叶燃烧灰烬获得了4种不同组分，研究了它们对甲基丙烯酸甲酯自由基聚合反应中反应速率的影响，通过反应体系的黏度测定研究了其抗自由基的作用。结果也显示上述4种组分均具有比较强的抗自由基能力，且柱分离后得到的3种晶体的抗自由基能力较粗晶体的强。
陈汉平等［43］在针灸预防疾病作用的探讨中指出：通过对实验性肺结核、慢性肾功能不全、免疫复合型肾小球肾炎、恶性肿瘤、衰老、胆色素性结石、苯中毒引起的血象异常动物病理模型制作前或同步艾灸或针刺预防处理，其效果说明艾灸具有调整机体功能，抵御或削弱各种致病，致衰老因素对机体的影响，能够起到预防疾病的作用。陈友强等［44］研究了天癸灸对46例老年冠心病患者在清陈自由基、调节性激素水平及微量元素等方面的影响。方法为气海、关元隔姜灸，足三里、大椎温和灸。结果表明，本法缓解衰老症状功效总有效率为73．91％。说明灸法不但有良好的治疗作用，而且有独特的保健作用。詹臻等［45］采用标记放射免疫法，检测40例老年人保健灸前后空腹血清中上皮生长因子(EGF)的含量结果灸后EGF含量明显增高(P＞0.05)表明保健灸能够调节机体EGF的合成与释放，有促进组织细胞生长增殖的作用，延缓细胞衰老的进程。
3 经络腧穴与艾灸理化作用的有机结合,产生了灸法的“综合效应”
经络是运行全身气血，联络脏腑形体官窍，沟通上下内外，感应传导信息的通路系统，是人体功能的调节系统，是人体结构的重要组成部分。经络的功能活动表现为经气。腧穴是脏腑经络气血输注于躯体外部的特殊部位，是疾病的反应点和针灸疗法的刺激点［46］。《灵枢·海论》说“十二经脉者，内属于脏腑，外络于肢节”，说明了经络内联外络的生理功能。人是一个整体，五脏六腑、四肢百骸是互相协调的，这种相互协调关系，主要靠机体自控调节系统实现。在病理上，现代医学已证明，即或是一种微小的局部性病变，也将是全身机能失调的一种反应，是全身病的一种局部表现。《内经》指出“阴平阳秘，精神乃治；阴阳离决，精气乃绝”，“气血不和，百病乃变化而生”。认为一切疾病均由阴阳、气血不和所致，因此，通过因势利导的方式，将人体病理状态下的阴阳气血关系复归平衡，既是治疗手段，也是治疗目的。《医学入门》说“虚者灸之使火气以助元气也；实者灸之使实部随火气而发散也；寒者灸之使其气复温也；热者灸之引郁热外发，火就燥之义也”，而这些都靠经络的调节作用才能实现。现代研究认为，灸法的作用是由艾条燃烧时的物理因子和药化因子，与腧穴的特殊作用、经络的特殊途径相结合，而产生的一种“综合效应”［47］。
艾灸激发经络腧穴的生物物理学特性有两个特点［48］：①物理学能量循经传导的普遍性以及腧穴定位的特异性。不同的物理能量在经络循行线上基本都能呈现优势传导，而在腧穴所在的位置则表现出不同于周围组织的特异性；②经络及腧穴的生物物理学特性与人体状态的相关性。许多实验表明［49］，健康人体和病人的经络、腧穴对外界物理能量的敏感性存在较为明显的差异，总体趋势表现为从平衡转为不平衡，敏感性由高转低。
陈日新［50］提出腧穴热敏化灸疗新理论由3条规律组成：（1）人体腧穴存在静息态与敏化态两种状态；敏化态的腧穴对外界相关刺激呈现“小刺激大反应”（非热敏点对艾热仅产生局部和表面的热感）；（2）腧穴敏化的类型多种多样，而腧穴热敏化是一种新类型；腧穴热敏化的特征是：当受到艾热刺激时呈现透热、扩热、传热、局部不（微）热远部热、表面不（微）热深部热、非热觉等奇异现象；（3）热敏化腧穴是灸疗的最佳选穴，艾灸热敏化腧穴极易激发灸性感传（约95%的出现率）乃至气至病所,临床灸疗疗效大幅度提高。腧穴热敏化现象已涉及到许多新的生命现象，新的生命现象必然蕴涵着新的生命规律与机制，对其进行深入研究，有可能发现人体机能调控的新规律，对现代医学发展提供创新的机遇。研究表明某些病理态腧穴的自发红外光谱与艾条燃烧时的红外发射光谱的辐射峰区域基本一致，提示红外共振可能是艾条的辐射能量高效传递给敏化态腧穴，使艾灸发挥治疗作用的生物物理基础。通过研究艾灸的红外光谱特性及其与效应的关系，证实艾灸和穴位的红外共振辐射也是艾灸起效的关键因素之一。
总之，国内外学者对艾灸的这种“综合效应”的各个方面进行了广泛的研究，但现有的研究国内主要偏重于临床治病机理的研究，日本更侧重于基础的研究，目前对艾灸的作用机理尚未完全明了，根据现有的研究有人设想：艾灸的作用机理是由燃艾时所产生的物理因子和化学因子，作用于腧穴感受装置与外周神经传入途径，刺激信号传入中枢，经过整合作用传出信号，调控机体神经-内分泌-免疫网络系统、循环系统等，从而调整机体的内环境，以达到防病治病的功效［50-51］，进一步研究有待我们深入。突破由单一生物学为主的研究方法，发展多学科交叉的研究来寻求针灸治病的作用机制，是解决生物医学难题有效的解决方案，利用多学科交叉研究艾灸，可以为中医艾灸技术建立新的理论基础。临床应用方面灸法刺激量的研究是针灸由临床经验积累向现代医学转化的重要步骤，灸法起效的关键在补泻方法，所以加强灸法量效关系和灸法补泻方法的研究也是加强艾灸疗效和研究艾灸机理的一个重要方向。
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