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現了氫光譜在可見光區的四條譜線,得出巴耳末公式。后來若干科學家相繼發現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展。包括玻爾以及他的學生海森堡等著名科學家在內,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現了萬有引力定律,在1916年愛因斯坦發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域,萬有引力定律推算值與實際的觀測值出現了較為明顯的誤差,科學家們由此補充了暗物質等理論。實際上是宇觀領域牛頓根本沒有考慮到宇宙輻射和黑體輻射現象的影響因素。

1 氫原子雙星動電現象

1.1 雙星效應下的氫原子粒子環流的磁場

我們不考慮相對論效應,設定氫原子為雙星模型,質子與電子的間距為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。

電子相對于質子的等效環流I=e/T=e/(2πr/v)=ev/(2πr),質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對質子產生的沿著徑向指向圓心的洛倫茲力F=ev'B=(e2μ0vv')/(4πL2)。

同理質子相對于電子的等效環流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對質點m(m到M球心距離為r)的萬有引力公式,設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,設電子德布羅意波長與太陽光譜波長相當,代入數據解得450.4≤n≤12011.7。我們假定λn=2πrn=2n2πr1與太陽光譜波長相當,代入數據解得21.22≤n≤109.60。我們取后者的數據為準。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,代入數據解得19.966km/s≤v≤103.123km/s,而地球繞太陽的公轉速度為29.8km/s,太陽系繞銀心公轉線速度約為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、地球的公轉有緊密的關聯。

2.6 萬有引力定律的新型推導

設光子從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內輻射出的光子動質量為△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量

3 對萬有引力作用的拓展