物质为什么不能无限凝聚?——科学小舟物质凝聚原理与分裂定律

引言:凝聚与开裂,物质世界的一体两面

正是粒子的凝聚才形成了我们的物质世界:小物体凝聚成大物体,大物体凝聚成更大的物体,才形成了人类眼中的高山、湖泊、平原乃至星球。但我们的物质世界里,开裂同样是常见的现象:一片干涸的池塘会出现大小相当的龟裂塘泥底,而不是形成一片均匀平坦没有裂纹的泥巴地;龟裂的裂缝连接成龟甲纹状,看起来不规则实际又有规则。为什么会产生龟裂?为什么同一种泥巴的裂纹宽度基本相等?为什么不同的泥巴龟裂尺寸又不同?《科学小舟新科学》第四章给出的“物质凝聚原理”与“物质分裂定律”,系统地回答了这些问题。

一、凝聚的本质:接触不分离的特殊状态

科学小舟指出:凝聚是物体接触和反弹原理的特殊状态(接触不分离即凝聚)。空间如果没有形成滤网结构物质,接触和反弹就都不会发生,物体间因吸引而凝聚的现象自然也离不开空间存在滤网结构物质的本质。同时,有什么物质的空间就必定有什么样物质的压强,不存在没有压强的空间(广义压强)。当物体各方向的压强大小不完全相等时,它就会向压强小的空间运动——这就是我们所认为的“物体受到从压强大的空间朝向压强小的空间的力”。

二、凝聚的微观机制:布朗振动、滤网与动压差

空间粒子布朗运动对物体1能产生左右振动的力,如果它的近空间没有其他物体,它会基本左右对称地振动;但如果近距离空间存在物体2,那么每振动一个周期,物体1都会朝物体2运动一定距离——因为物体1左侧的空间有滤网的“阻力”,而右边没有或更少(被物体2阻挡)。物体2的情况也一样。最终两物体就“凝聚”在一起了。要注意,图中组成滤网结构的高于周围空间密度的粒子是因物体振动而产生的,是动态的。

物体凝聚形成的原因,可以看作宇宙空间存在一定大小的动量压强密度“小粒子气体”(类比空气压强),空间滤网原理产生空间压强,空间压强产生物体的凝聚。正是小物体凝聚成大物体、大物体凝聚成更大的物体,才形成了我们眼中形形色色的物质种类。

三、为什么玻璃球不吸引?——“漏气”与振动强度

物体处在物质场中就必定会形成“引力场”,那为什么现实中的玻璃球、水中的两玻璃球并没有表现出明显的吸引呢?原因有二:其一,就像吸盘一旦漏气就失去吸附能力一样,如果两物体间的空间呈现“漏气”状态,就很难产生吸引;其二,由空间做布朗运动的主体不同所决定——空气中的布朗振动力以空气分子为主体,对玻璃球的振动力不足以让它发生明显位移。

但单独两个或几个粒子很难吸引在一起,粒子群凝聚为圆球状物体却是常见现象:水中的气泡、空气中的水珠、空间站上的水珠。这是因为当粒子足够多的时候,很容易就形成了一个相对密闭空间(或漏气相对慢的空间),在压强的作用下,这些粒子就凝聚在一起了。同类物质在相同压强空间中更易凝聚,水珠在空气中、水在油中、油在水中都能凝聚成球体——因为相同的物质粒子对空间布朗作用力的响应具有相同或相近的“布朗振动频率”,在统一的响应频率下,粒子个体具有基本同步地定向移动的特点,“同步”是易于凝聚的关键

四、科学小舟物质凝聚定律

由此,科学小舟得出物质凝聚定律:空间中的粒子,um值越接近凝聚力越强,粒子群越容易凝聚成团,且具有相同um值的物体在空间中的凝聚力最大。当凝聚的核心空度达到一定大小,凝聚物就成为稳定的整体,足够稳定就成为人类眼中的物质。物质和非物质并没有明显的分别,因为稳定和非稳定只是人们的主观判断。

五、开裂原理:饱和质量与内部断裂点

在压强的作用下,凝聚在一起的物体可以类比为带吸盘的构成物。物体能凝聚是因为空间存在一定大小的压强和物体带有不漏气的“吸盘”。但真实的立体世界不会出现无限链接的凝聚物——当物体吸附得越多,穿透物体后的空间布朗运动粒子对物体的作用力就越小,吸附到一定程度,空间布朗运动对物体的振动强度会被屏蔽到小得不能让物体有足够的振动,没有足够的振动力就无法有效地凝聚了。

在相同空间中,当凝聚的物体越来越多,中间部分的物体由于质量对空间布朗作用力的阻挡,使得处于中间空间之间的粒子受到向左或向右的力很小。只要凝聚的粒子不断增加,始终会出现粒子所处空间的动压密度差ΔZ=0的情况,即表现出物体间凝聚力几乎为零,此时凝聚物就会在内部的断裂点处断裂。科学小舟总结:1、每个特定空间的凝聚物的布朗作用力都有确定大小的值,其大小决定了凝聚物可凝聚的最大质量(“饱和质量”),超过“饱和质量”就会在内部出现动压密度差基本为零的断裂现象,凝聚物不可能无限大;2、物体的开裂处必定是在两端有相同质量的交汇点发生;3、物体不能无限凝聚,若让物体在特定空间中自由凝聚,它不会停止凝聚,但增长至原来质量2倍时会在适当条件下“突然”断裂,断裂后又继续增长,以此循环。

六、生活中的分裂定律:龟裂、折棍与拉钢筋

河塘底的泥巴在干涸过程中空间动压密度发生变化,布朗运动对物体的作用力变小,断裂半径变小,就出现了有水时所没有的皲裂现象,基本相等的裂纹间距正说明了凝聚物大小的有限性。实验验证:找一种龟裂距离20cm的塘泥,放水搅拌均匀后装在不同直径的圆形容器晾干,直径小于20cm不会开裂,大于20cm但小于40cm也不会开裂,只有大于40cm才会开裂——这正是“开始分裂尺寸”的体现。

为什么折断木棍选取中间点最容易?有些人用杠杆原理解释,那不是本质科学。一根木棍可以看作凝聚物,凝聚物在阻挡质量两头相等的地方凝聚力最小,所以中间最容易折断。为什么拉伸匀称的圆柱形物体总是在中间位置不断变细直至断裂?建筑工地拉伸钢筋,其凝聚力在中心位置最为薄弱,所以持续拉扯总在中间从粗变细直至断裂。

七、分裂初始尺寸与开始分裂尺寸

凝聚物有两个关键特性指标:一是“分裂初始尺寸”(凝聚物的稳定态),二是“开始分裂尺寸”(凝聚物的不稳定态,一般情况下约是“分裂初始尺寸”的两倍)。氯化钠结晶、金属结晶过程,其实就是凝聚、分裂再凝聚的过程,所以在特定空间中结晶体体积才有固定的形状和大小限制——粒子凝聚时不会形成体积大于“开始分裂尺寸”的凝聚物,而已形成的凝聚物也不会再分裂出体积小于“分裂初始尺寸”的结晶体。

于是有科学小舟物质分裂定律:空间物质不可能无限凝聚,也不会无缘无故地分裂,每一种类的凝聚物在特定的空间中都必然具有“分裂初始尺寸”和“开始分裂尺寸”这两个与分裂有关的“尺寸属性”,凝聚物的大小尺寸超过“开始分裂尺寸”就会开始分裂,开始分裂的瞬间尺寸必然有相对固定大小的“分裂初始尺寸”,这两个尺寸的大小取决于空间粒子的动量压强密度大小和组成凝聚物的粒子的um值。

八、结语:一朵朵的白云与量子态

正是宇宙万物遵循了科学小舟物质分裂定律,才有了固定大小的结晶体和形形色色体积基本相当的凝聚物。可以通俗地说:正是有了凝聚定律才有一朵白云的现象(而不是均匀迷雾一般),正是有了分裂定律才有了一朵朵的状态(而不是无限连绵不断的云)——这或者就是量子态的本质。凝聚与分裂的对立统一,构成了物质世界生生不息的基本节奏。

本文基于《科学小舟新科学》书稿第四章“科学小舟物质凝聚原理”“科学小舟物质开裂原理”等章节撰写。更多内容请访问 https://www.kexuexiaozhou.cn

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