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尊重科學獨立思考探索氫原子結構新理論

2018/04/18   維加斯新聞報
綜合報道

    四川大學羅教明教授在武漢召開的"物理哲學和物理學小型研討會"上，介紹了他關於氫原子結構和光譜新理論。
基於經典電磁學理論，重新建立了運動帶電粒子的電磁輻射模型，解釋了光子、氫原子自然基態和線光譜輻射現象，並且推證了定態薛定諤方程描述軌道共振方程具有相同的數學形式。
羅教授的新理論和觀點得到了來自武漢大學、四川大學、華中理工大學、華南理工大學、北京師範大學和上海交通大學等單位參會專家的高度認同和評價。
參會專家認為："薛定諤方程的理論推導是具有開創性的，實現了近一個世紀以來世界一流物理學家們的夢想。"
    武漢大學桂起權教授認為，其理論的哲學意義在於，他給出了物理學從玄之又玄的數學形式體系的迷霧中擺脫出來，
    回到清醒的物理本體論上來的希望，開拓了一個"把牛頓的物理本體論和因果性思想一貫到底"全新可能的世界。
目前，羅教授這篇論文中的主要觀點已在美國的科學論壇網、中國的科學網公開，引起了廣泛關注和激烈討論。
我們認為，羅教授的觀點將成為研究原子分子結構的新思路，可能會開闢物質結構研究的新領域。
    1.量子力學的成就與爭議量子力學是研究物質結構的基本理論，核心思想是微觀粒子運動的波粒二像性即物質波概念，建立至今80多年來，雖已有多種解釋，但一直存在眾多爭議，令量子的締造者和眾多科學精英們十分困惑。另外，根據物質波概念，微觀粒子的運動是不可預測的，因此在粒子坐標系中描述的原子結構與觀察者不會有明確關係，原子光譜測量數據不能用於該理論模型的驗證。採用物質波來理解原子的中心力場模型存在嚴重障礙。
    2. 運動帶電粒子的電磁輻射與光子
    光是粒子還是波，在物理史上存在長期爭論，愛因斯坦的"光量子"理論，用光子具有波粒二像性來解釋光子的行為。但是，對於電磁波隨頻率變化，低頻球面波，高頻類似射線的傳播特徵，"光量子"概念是不能給出圓滿解釋的。根據麥克斯韋電磁波理論，電磁波是伴隨著自感磁場的空間位移電流，自感磁場對空間位移電流應有約束效應，如同等離子體自約束效應，約束的強度與位移電流的大小成正比，電磁波的傳播和空間分佈應受這種自約束效應的影響。在氫原子中，如果帶電粒子繞質心作軌道運動，隨著軌道半徑減小，頻率的增加，空間位移電流及其自感磁場是隨頻率的高冪指數急劇增強的。當軌道半徑小到某一值時，出現完全自約束，電磁波的輻射空間角為零，傳播被約束在管狀的窄小空間中，而不會導致電磁輻射能的擴散。因此，光子就可以理解為完全自約束的高頻電磁波或空間位移電流。
    3. 氫原子的自發電磁輻射與穩定基態
    氫原子中，帶電粒子是電磁場的終結源，通過研究作用於帶電粒子的電磁場力，可以獲得電荷所處位置的電磁場強度。根據電磁感應定律，可以推知：作用於變化電流元上的磁場力變化率與作用於帶電粒子輻射阻尼力成正比。由此可推得電子和質子的電磁輻射場具有相同的大小，等效於粒子前方兩個平行自約束的空間位移電流（Jde和Jdn）。由於其感應磁場力的作用，空間位移電流在傳播過程中會相互靠近而向原子內部彎曲。隨著氫原子半徑減小，位移電流大小和彎曲會劇烈增加，如圖所示。當軌道半徑減小到某一數值a0時，
    電子產生的彎曲位移電流會直接作用於質子，對質子起加速作用；同時運動質子產生的彎曲的位移電流也會直接作用於電子，對電子起加速作用，圖中的實線圓所示。此時，作用於電子和質子的輻射反作用力與加速作用會相互抵消，處於輻射耦合狀態，對外電磁輻射的功率為零。當半徑小於a0，位移電流將在兩個電荷之間區域通過，位移電流的感磁場對電荷電流產生排斥作用，此時，位移電流將導致兩個電荷遠離而回到a0。因此，氫原子軌道半徑為a0（玻爾半徑）時，存在唯一的自然穩定態。
    4. 軌道共振與原子線光譜
    當基態氫原子受到外界作用時，可以激發其共振。共振頻率由軌道的力學性質決定。電荷軌道沿其法向產生共振的模型，可以用於解釋原子電磁輻射和吸收光譜的能量和頻率不連續性，以及電磁波偏振性質。因此原子中的軌道共振可以用於原子光譜輻射頻率不連續性，即"量子化"等現象的解釋。
    5.薛定諤方程與普朗克量子氫原子基態軌道可視為振幅不變的駐波，可以建立數學方程，選擇基態軌道作為參照，同時經過數學變換，可推得與氫原子定態薛定諤方程完全相同的方程，同時也獲得了普朗克量子假設和物質波的數學關係。因此，氫原子的定態薜定諤方程可以理解為描述氫原子軌道共振的方程，波函數就是用來描述共振振型的模態函數，直接反映了共振發生的軌道形態變化，這就是波函數的物理意義。
    6. 展望
    論文運用經典物理理論，對原子中帶電粒子作用體系的電磁輻射建立了全新的模型，合理地解釋了光子，氫原子的自發輻射與基態，原子線光譜等現象。這些現像是目前的物理理論仍未得到很好解釋、涉及到物理學基礎的重大問題，因為它關係到我們對物質微觀結構的基本看法和哲學認識。論文中呈現的觀點和成果的科學意義在於，將物理理論重新回歸到基於因果和邏輯分析的理性思維軌道上來，驅散了100多年來一直飄浮在物理學天空上的"經典物理理論的困難"烏雲。為我們邏輯地、因果地認識和理解物質微觀結構，重新開啟了大門。