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热是什么？

已有 10851 次阅读 2018-4-21 21:08 |个人分类:物理新视点|系统分类:论文交流

温度是什么？热学（一）

晏成和

摘要：通过物质受热发光实验，说明核外电子的运动是随温度有规律地变化。温度升高，核外电子的速率加快，这是一个被当今物理忽略的重要细节。

温度——电子的运动速度；热能——核外电子的动能。

忽视核外电子的规律运动是物理学100年来最大的失误！

关键词：温度核外电子速率频率

热是什么？热是温度、是物质的冷热程度。是教科书上的一个循环定义。这很无奈，因为至今人们还没有找到对温度另外的解读及其证据。

热是物质的一个重要特性，所有物质都具有温度，并且能够升降吸收和传递，人们把这种温度特性视为理所当然，却无法去追查其内在机理。

热学是物理学的一个重要分支,物理热学探讨物质温度、热量、做功、能量。几百年来科学人依据物质的热力表象建立了几个热力学定理、历经验证颠扑不破，内在机制是什么，仍然一无所知。探索者以热研究热，线索有限，难有突破。

物理学的热学、光学分别是两大分支，各自独立的建立了两门学科，门阀森严。然而大自然总是把热和光紧密相连，提醒人们用光来研讨热。

千百年来大自然在光和热中提示着热学的内在奥秘，可惜学人熟视无睹。划一根火柴，伴随着燃烧形成了高温、同时发出橙黄色的火光；烛光，橙黄色；烧煤的炉火，700℃、橙红色。火为什么是红的？这是亿万个小孩提出过的问题，被认为是幼稚，却不知其中蕴藏着科研的线索、自然的奥秘。

我们把一根铁丝插入燃烧着的炉火中，铁丝的一端被烧红、发亮，刚拿出炉的铁丝光色黄亮，随着温度逐渐降低，铁丝的发光逐渐由亮黄变橙、变红、暗红，最后火光熄灭，尚有余热，这说明铁丝还在辐射红外光波。

当今，我们也可以用电阻丝或白炽灯泡来观察这一过程：随着电流的增大，电阻丝的温度逐渐升高，所发光的频率也由红外—红—橙—黄—白逐渐地升高（与光色频率，赤橙黄绿青蓝紫完全契合，其混合为白光）。当温度逐渐降低、光波频率亦逐渐下降。

两百年前的研究者已经注意到温度与光色波长的紧密联系，并且在灯丝发光的波长与温度之间建立了严格数学关系式（维恩公式），确认：物质的温度高-热发光的光波频率也高。可惜，探索者没有进一步研讨：火光是哪里来的？火光的颜色为什么随温度变化？

火光频率随温度渐变的是大自然的提示、是探讨物质内在机制的重要线索，大自然在明亮的火光中、在光频与温度的对应中、展示自身的特点和规律。现代研究表明：物质的热发光是电子跃迁时所发出的电磁波辐射、火光是由绕核运转着的价电子跃迁所发出，这不同颜色的光是由不同速率电子跃迁的结果。

人们已经知道，物质燃烧发出的光实际上是电磁波，电磁波的频率从微波、红外波、到可见光-赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫……由低到高。将以上几项物理现象联系起来，加以归纳，我们就可以得到下表：

火焰颜色: 暗红色红橙黄绿蓝白(青蓝紫)

火光频率:x10^14HZ 3.8 4.8 5.0 5.2 6.2 7.6

火焰温度:x100℃ 2.2 5.5 7.6 8.8 14 22

核外电子速率: ←—低————————高—→

从列表(从右到左)我们看到，高温度的铁丝光色黄亮，随着温度逐渐降低，铁丝的发光逐渐由亮黄变橙、变红、变暗、熄灭，其光波的频率也由高逐渐到低。颜色的逐渐变化与电磁波的频率的变化完全对应！物质的温度与其发光频率有着准确的正比关系，这绝不是巧合、是大自然的精心安排，由此揭示热与光、热与电子的规律运动之间的惊天奥秘。

热力学第二定理告诉我们：热总是由高温物质向低温物质传递。“热辐射”原理是：当物质的温度极大的高于周围环境温度，绕核高速运转的电子发生跃迁，降低一级速率，并且辐射出的电磁波，宏观的表现是热发光。这是大自然昭示我们：物质温度高-核外电子速率高-跃迁辐射出电磁波。所以应该叫电磁波辐射，不是“热”辐射。

热发光事实说明：电子的运转速率是在紧随温度而变化。温度由高到低——电子速率由快到慢。于是，才有我们眼里的这由橙到红，由红变暗；反之，当温度升高，核外电子的速率加快。

物质热发光的颜色与温度之间有如此准确的正比关系，是大自然的火光启示我们：物质的核外电子的运转速率准确地随着温度变化，导致跃迁时所辐射出的电磁波频率亦随之变化，于是才有发光颜色与温度之间存在着这种紧密的联系。核外电子的运转速率随着温度有规律地变化，是一个重大的物理发现，是被当今物理忽略的重要细节。

除铁丝等金属外，玻璃、石头等非金属、化合物、混合物也同样都能被烧红发光，都具有上述实验特征，说明核外电子的规律运动-高温加速、降温减速，是物质的普遍属性。

燃烧的光色、温度、火光频率、电子速率不是孤证，160年前光谱分析实验同样证实了核外电子运转的规律性。光谱分析是把各种元素的物质放到温度极高本生灯中去燃烧，使它们气化后发光，通过分光镜可以看到其明线光谱。

光谱实验的发光同样是来自元素核外电子的跃迁，谱线数量和颜色，揭示了原子内电子分布的奥秘，经过计算分析，笃定地揭示了电子在核外的能级、个数及规律排布，由此才有教科书周期表元素右边的2/8/18……等数字。

物质的燃烧发光和本生光谱发光原理一致，都是来自核外电子运转的跃迁。同一元素原子在相同温度下颜色一致、谱线一致说明：物质核外电子运动的线路、速率是整齐一致的，是极有规律的。

百年物理由于受到电子云理论及后来的波、粒二象性理论、测不准原理的桎梏，强化了电子运动的不可知论，建立了思想囹圄，强迫划界了科研禁区。早年的物理学者虽然在温度与火光波长之间建立了联系，可惜未能深入探究，无人敢把火光频率与电子的规律运动进行逻辑联系。

百年前，物理人把热发光放在一边，仅仅依据宏观的布朗实验就下定义：“热是大量分子无规则的运动”，使热学的研究止步于宏观的“分子”层面。找不到准确的规律就以“无规律”一言蔽之，分子热运动-无规律；核外电子的运转是电子云-无规律。无规则运动怎么能发出有同一波长的火光？无规则的电子云如何能形成与温度-频率完全协调对应的火光？无规则的电子云如何能形成相变与温度完全准确的对应？核外电子无规律的定论形成了科学研究的障碍，是科学沉寂90年的祸首。

正是由于物质核外电子的运转是极有规律的，速率随着温度变化，大家将会看到凡是与温度相关的物质现象：物质的构成、物质的相变、磁性物质的居里点、记忆合金、超导、超流都是核外电子规律运转的结果。

此外，不同物质在空气中的燃烧虽然都是发热、发光，但是物质不同，光色也大不相同：上述火柴、烛光的橙黄色是碳氢化合物在空气中燃烧发出的火光，一氧化碳燃烧，火焰呈蓝色，镁燃烧：白色，铜燃烧：绿色，钠燃烧呈独具特色的黄色钠光。这说明各种物质的核外电子速率是各有不同、有着其固有的频率，形成燃烧时各具特色。

科学探索如同侦察破案,细节和线索至关重要。热和光相伴是大自然的提示、是探索自然物质的重要线索，大自然在明亮的火光中揭示物质的核外电子运转是规律的、速率一致并随着温度规律变化。

随着温度的变化，水在0℃结冰，100℃沸腾，液态水发生了巨大的变化；磁铁的温度到了居里点、磁性消失；记忆合金到了特定的温度记忆发生；超导、超流都是在极低温度下物质特性发生质的变化。人们只知道这些变化的原始状态和最后的结果，中间的过程、机理是什么？

几百年科学工作者前赴后继地猜测、探索，企图破解物质的热变化和热现象，建立了各种假说：有分子热运动、有化学键解体、电子自旋、库柏对、玻色子、费米子……涉及到上十种微观粒子，并且发明了熵增理论，终不得其解，物质的这些变化就成了自然之谜。

上述,核外电子运转速度与物质温度存在着逻辑关联，那么,物质在温度变化中发生的特性改变就应该是核外电子运转速度所导致。这是个全新的物质物理学概念，同时还带来了物质内部消息。于是，我们对物质特性（相变、磁性、超导、记忆合金等等）的探讨就可以抛开左顾右盼的种种顾忌，单刀直入地检讨核外电子，凡是与温度相关的物质现象，都可以义无反顾的在电子规律运动中查找原因。

到此，我们可以回答文章开头的天问：热是什么？热是物质的温度、是物质核外电子的速度。电子的规律运转是原子核外最活跃、最积极的因素，核外电子随着温度的规律运动是物质构成及其理、化、生特性的总根源。找到了物质特性的逻辑根源，我们可以理直气壮地作出一连串的推理。

推理一、依据：温度——核外电子的运转速度，凡是与温度相关的科学探索、都应该首先思考其核外电子运动相应的速度。研讨物质的熔点、沸点、居里点、超导临界点，都要与该温度时的核外电子的运转相关联。

推理二、物质的结构，都是在一定的温度条件下的存在，温度变-结构变。物质的结构的现状：是冰、是水、是一种热存在，也是其核外电子运动的结果。所以物质结构的存在，应该是在该温度条件下核外电子运转线路、速率的结果。物质的构成不是化学键，流传百年的化学键理论不是自然的真实。

推理三、材料的的性能关联着温度，所以也关联其核外电子的线路、速度。这是材料科学的新开端。

金属材料的热处理，是通过温度改变金属材料的机械性能。所以热处理就是通过温度改变金属材料的核外电子的运转速度。

推理四、热可以做功，有一定的能量。物质的温度高，就是该物质具有较高的热量，热量就是核外电子运转所形成的物理量。热量是物理学的多种能量之一，能量可以相互转换，所以，核外电子运转所形成的物理量可以与其他的能量：光能、电能、化学能相互转换。我们就此可以探索能量，解读世纪之问——能量是什么？

推理五、热是物质核外电子的运转速度，那么热传递就是传递核外电子的运转速度，也就是逐步改变核外电子的运转速度。热传递有对流、传导、辐射三个途径，所以传热也就是通过三个途径改变核外电子的运转速度。

推理六、化学反应经常是伴随着吸热、放热、爆炸等温度现象，那么，化学反应必定与核外电子的运动线路及其速度密切相关。

推理七、超导发生，物质的温度极低，所以超导形成时核外电子速率缓慢。

纯净物质存在固定准确的熔点、沸点，说明纯净物的核外电子转速是精准同步的。都与温度有确定、密切的关联，在特定的温度条件下同步发生变化。

铁磁物质常温下呈现磁性，到了居里点磁性消失。说明磁性与温度相关、与价和电子的运动相关；天上雷电的形成与冷空气、与温度相关；超导体的在临界低温、超导发生。“温度-电子运转速度”提醒人们：研讨核外电子的规律运动，是破解物质特性及其变化的关键。物质的热现象都是核外电子规律运动的结果，凡是与温度相关的科学探索都应该首先联系核外电子运动进行思考。

科学的本质是探索、探索的依据是事实。科学理论的基础必须来源于事实、忠于事实。大自然在热与光的事实中指引我们探讨核外电子规律运动，使众多的科学之谜迎刃而解，曙光已经显现，旭日即将升起在东方。

2018、4、16、