對氫光譜的理論修正以及萬有引力的探究

中國重慶市長壽第一中學校 重慶 401220

0 引言

1885年瑞士物理學家巴耳末發(fā)現(xiàn)了氫光譜在可見光區(qū)的四條譜線,得出巴耳末公式。后來若干科學家相繼發(fā)現(xiàn)了氫光譜的其他線系。1913年丹麥物理學家玻爾提出玻爾模型成功地解釋了氫光譜,并極大地促進了量子力學的發(fā)展。包括玻爾以及他的學生海森堡等著名科學家在內(nèi),在對氫光譜的研究中都集體忽略了洛倫茲力的作用。

1687年世界最為著名的物理學家牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律,在1916年愛因斯坦發(fā)表的廣義相對論完美地補救了水星進動的誤差值。但是在大尺度的宇宙觀測領(lǐng)域,萬有引力定律推算值與實際的觀測值出現(xiàn)了較為明顯的誤差,科學家們由此補充了暗物質(zhì)等理論。實際上是宇觀領(lǐng)域牛頓根本沒有考慮到宇宙輻射和黑體輻射現(xiàn)象的影響因素。

1 氫原子雙星動電現(xiàn)象

1.1 雙星效應下的氫原子粒子環(huán)流的磁場

我們不考慮相對論效應,設(shè)定氫原子為雙星模型,質(zhì)子與電子的間距為L=r+r',它們做圓周運動的角速度為ω,對應的線速度分別為v=rω,v'=r'ω。

電子相對于質(zhì)子的等效環(huán)流I=e/T=e/(2πr/v)=ev/(2πr),質(zhì)子處的等效磁場的磁感應強度B=∫L[(μ0I)/(4πL2)]d L=[(eμ0v)/(8π2L2r)]∫Ld L=[(eμ0v)/(8π2L2r)]×(2πr)=(eμ0v)/(4πL2)。B對質(zhì)子產(chǎn)生的沿著徑向指向圓心的洛倫茲力F=ev'B=(e2μ0vv')/(4πL2)。

同理質(zhì)子相對于電子的等效環(huán)流I'=e/T'=e/(2πr'/v')=ev'/(2πr'),電子處的等效磁場的磁感應強度B'=∫L[(μ0I')/(4πL2)]dL=[(eμ0v')/(8π2L2r')]∫Ld L=[(eμ0v')/(8π2L2r')]×(2πr')=(eμ0v')/(4πL2)。B'對電子產(chǎn)生的沿著徑向指向圓心的洛倫茲力F'=evB'=(e2μ0vv')/(4πL2)。

1.2 氫原子量子化軌道半徑 由牛頓第二定律,分別對電子和質(zhì)子有

2 牛頓萬有引力定律修正

2.1 牛頓萬有引力定律 1687年,牛頓發(fā)表了萬有引力定律F=后來又科學家用等離子體兩半球模型研究得出了半徑為R的均勻星球M對質(zhì)點m(m到M球心距離為r)的萬有引力公式,設(shè)a=r/R,則r

2.2 黑體輻射和宇宙背景輻射 絕對黑體的輻射滿足斯特番—波耳茲曼定律B(T)=σT4(σ=5.67×10-8W/m2K4)。宇宙平均溫度為-270.425oC,T=2.725K,產(chǎn)生的輻射稱為宇宙背景輻射。

絕對黑體的輻射功率P=SσT4=4πR2σT4(R是黑體自身的半徑)。而對于半徑為R的球狀星體,在單一方向上接收到的宇宙背景輻射的功率為P'=πR2σT4(T=2.725K)。

2.4 太陽光譜 太陽光譜在波長為0.15μm-4μm之間的占據(jù)99%高比例的輻射能,而在地面上觀測的太陽輻射的波段范圍大約為0.295μm-2.5μm,其他部分被大氣層中臭氧水氣和別的大氣分子強烈吸收。

我們把太陽光譜視為氫光譜,由電子德布羅意波長λn=h/(mv),rnmv=nh/(2π),rn=n2r1,r1=0.53A得λn=2nπr1,而取太陽光譜的波長范圍為0.15μm-4μm之間,設(shè)電子德布羅意波長與太陽光譜波長相當,代入數(shù)據(jù)解得450.4≤n≤12011.7。我們假定λn=2πrn=2n2πr1與太陽光譜波長相當,代入數(shù)據(jù)解得21.22≤n≤109.60。我們?nèi)『笳叩臄?shù)據(jù)為準。由氫原子玻爾模型rnmv=nh/(2π),rn=n2r1得v=h/(2πnmr1),而v1=h/(2πmr1)=c/137,則v=c/(137n),取21.22≤n≤109.60,代入數(shù)據(jù)解得19.966km/s≤v≤103.123km/s,而地球繞太陽的公轉(zhuǎn)速度為29.8km/s,太陽系繞銀心公轉(zhuǎn)線速度約為220km/s,這充分說明太陽輻射到達地球時的獲取的太陽光譜與太陽、地球的公轉(zhuǎn)有緊密的關(guān)聯(lián)。

2.6 萬有引力定律的新型推導

設(shè)光子從R到r處的傳播時間為△t=(r-R)/c,這里暫且只考慮星球M的黑體輻射,對應的輻射功率P=σT4×4πR2(T為星球M表面的溫度),△t內(nèi)輻射出的光子動質(zhì)量為△m,則有△E=P△t=△mc2,代入前面的式子解得。由上一段的公式推出這些光子到達r球面上的總動質(zhì)量變成,真實到達半徑為R'的星球的大圓面上的光子的動質(zhì)量

3 對萬有引力作用的拓展