物質(zhì)周期運(yùn)動(dòng)教學(xué)的論文
周期性運(yùn)動(dòng)處處存在于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之中，天體、粒子的自旋和公轉(zhuǎn)具有周期性的，量子、粒子的周期變換運(yùn)動(dòng)和交換作用具有周期性的。而宏觀渦旋體是指非外力作用下所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)物體，如天體自旋和圓周曲線運(yùn)動(dòng)都是自然的，非人力或外力所為的。天體自旋與其中心速度同向側(cè)速度變大，質(zhì)量密度變小，以使能密度w趨于均勻而質(zhì)量具有彌漫趨勢(shì)，如式
w=/2=k
=2k/
其中k為常數(shù)。反向側(cè)速度疊加變小，質(zhì)量密度變大，以使能密度趨于均勻而質(zhì)量濃縮趨勢(shì)，天體由彌漫外側(cè)趨向濃縮里側(cè)而作曲線或圓周或弦或圈態(tài)運(yùn)動(dòng)。如果里外側(cè)交換平衡，則相當(dāng)于作用力等零下作的曲線或圓周或弦或圈態(tài)平動(dòng)。它等價(jià)牛頓力學(xué)引力與慣性離心力平衡的解釋�？梢哉f(shuō)天體無(wú)不是周期性運(yùn)動(dòng)，包括自旋、公轉(zhuǎn)和多層次公轉(zhuǎn)。
一、物體周期運(yùn)動(dòng)
先從機(jī)械振動(dòng)入手進(jìn)行分析，通常外力（用手）先把彈簧變形或單擺移位，即產(chǎn)生位能，解除外力（放手）后，位能逐漸轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，動(dòng)能最大時(shí)具有速度而持續(xù)運(yùn)動(dòng)，但逐漸轉(zhuǎn)化為位能，形成了周期性能量變換，并保持諧振，如彈簧的動(dòng)能和位能之和為
E=Ea+Eb=m/2+k/2=m。Sinωt+k。Cosωt
=m。/2=k。/2
=d/dt=-。ωSinωt=。Sinωt
。=-。ω代入前式，則得
ω=2πν=√(k/m)
又如單擺（用手）移位所得的位能mgh=mgι(1-Cosθ),其中ι為擺長(zhǎng)，放手后，位能就逐漸變換為動(dòng)能，動(dòng)能最大值時(shí)繼續(xù)動(dòng)，并逐漸轉(zhuǎn)化為位能，形成了位能與動(dòng)能周期性變換，如
mgh=mgι(1-Cosθ)=2mgιSin(θ/2)≈2mgι(θ/2)=mg/2ι
其中為往返擺動(dòng)的弦弧
=。Sinωt
=d/dt=。ωCosωt=。Cosωt
。=。ω
E=Ea+Eb=mg/2ι+m/2=mg。/2ι=m。/2
ω=2πν=√(g/ι)
可見(jiàn)機(jī)械振動(dòng)是能量周期性變換。由于地面物體或機(jī)械通常相對(duì)地面處于內(nèi)外平衡狀態(tài)，即靜止?fàn)顟B(tài)。啟動(dòng)時(shí)需外加力作用才能相對(duì)運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)。但空氣摩擦或推壓（迫使空氣處于周期性疏密變換）作用，振動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)化為熱量，又使振動(dòng)逐漸減少，最后停下來(lái)。對(duì)于非地面物體就可忽略這個(gè)問(wèn)題。
地面宏觀物體通常處于相對(duì)平衡靜止?fàn)顟B(tài)，要運(yùn)動(dòng)就要對(duì)物體外加作用力或其它能量方式轉(zhuǎn)化而成的，作用力一旦解除，物體就會(huì)停下來(lái)。牛頓力學(xué)解釋為摩擦作用的結(jié)果，以解決勻速直線慣性運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。實(shí)際上物體什么方式運(yùn)動(dòng)都有過(guò)程持續(xù)性，即慣性，并非勻速直線運(yùn)動(dòng)特有的。物體變換頻率是粒子變換頻率疊加，即粒子頻率或變換能之和，使宏觀物體變換頻率異常之大，以致波長(zhǎng)或波動(dòng)相鄰峰值間距λ=/ν變成極小，遠(yuǎn)小于宏觀物體線度，根本體現(xiàn)不出波動(dòng)性，呈勻速直線運(yùn)動(dòng)。宏觀物體交換能是粒子交換能hΔν之和，即hΔν，使總頻率范圍擴(kuò)大，交換能也變大且復(fù)雜化，其重疊的結(jié)果失去波動(dòng)性或者失去交換量子數(shù)能級(jí)屬性。可見(jiàn)宏觀物體不具有微觀粒子的允許能級(jí)或量子數(shù)或波動(dòng)運(yùn)動(dòng)屬性，而處于相對(duì)靜止或平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
可以說(shuō)穩(wěn)定物質(zhì)基本狀態(tài)是周期性運(yùn)動(dòng)，那么穩(wěn)定的宏觀物體又如何解釋？地面宏觀物體內(nèi)部是周期性運(yùn)動(dòng)不規(guī)則疊加而成的非周期性狀態(tài)，外部來(lái)看是處于作用平衡而相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，其運(yùn)動(dòng)則要外加作用力或破壞其平衡狀態(tài)才能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。宏觀物體可以分解為周期性疊加來(lái)分析。宏觀物體是由大量粒子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的，平動(dòng)和變換運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一定方式分布的。平均粒子動(dòng)能是溫度的本質(zhì)或者內(nèi)能有關(guān)的參量，變換運(yùn)動(dòng)疊加可改變?yōu)椴糠纸粨Q能，另外部分與平動(dòng)合在一起構(gòu)成整體上靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)�？梢�(jiàn)宏觀物體靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)可分解為周期性交換作用和周期性變換運(yùn)動(dòng)的疊加。然而這樣做不但沒(méi)有必要，而且把問(wèn)題復(fù)雜化且難以應(yīng)用。這種情況下仍然采取牛頓力學(xué)處理，可使問(wèn)題簡(jiǎn)化和便于應(yīng)用。只要記住機(jī)械物體靜止和勻速直線運(yùn)動(dòng)是其內(nèi)部大量粒子周期性交換和周期性變換運(yùn)動(dòng)疊加的結(jié)果。地面物體轉(zhuǎn)動(dòng)是外加力矩作用或原處于地面平衡靜止?fàn)顟B(tài)被破壞下引起的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，仍然可用牛頓力學(xué)處理。
二、場(chǎng)質(zhì)周期運(yùn)動(dòng)
廣泛而本質(zhì)地說(shuō)，渦旋運(yùn)動(dòng)均勻趨勢(shì)不僅是質(zhì)量趨心成自旋體和周圍萬(wàn)有引力場(chǎng)質(zhì)和磁場(chǎng)質(zhì)產(chǎn)生根源，而且是自旋體平衡趨勢(shì)的曲線、圓周、弦、圈態(tài)運(yùn)動(dòng)和周期變換運(yùn)動(dòng)、交換作用的根源。而平衡穩(wěn)定的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)必定處于周期性運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。最基本穩(wěn)定物質(zhì)是光量子或電磁波（同步運(yùn)動(dòng)電磁量子的集合），它是周期性渦旋運(yùn)動(dòng)濃縮質(zhì)量，變換為平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，平動(dòng)運(yùn)動(dòng)的極限性，又使其變換為渦旋運(yùn)動(dòng)，形成周期性變換運(yùn)動(dòng)。而且因在平動(dòng)的垂直方向上是渦旋運(yùn)動(dòng)周期性變換方向，才能在高速平動(dòng)時(shí)保持對(duì)稱平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。又由于周期變換情況下失去渦旋運(yùn)動(dòng)屬性，而保持直線平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這樣光量子或電磁量子可以看成周期變換運(yùn)動(dòng)和直線平動(dòng)構(gòu)成的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物質(zhì)系統(tǒng)。
光量子由于自旋已與部分平動(dòng)周期變換而失去自旋屬性，即只存在直線平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和周期性變換運(yùn)動(dòng)，其總能是平動(dòng)能與變換能之和，且各占總能一半，即
mc=mc/2+hν/2=hν
此式可以看成相對(duì)論與量子論統(tǒng)一表達(dá)式。同頻率同步光量子束可用周期性電磁場(chǎng)波函數(shù)描述
H=H。Sin2π(νt-ι/λ)
G=G。Con2π(νt-ι/λ)
其平方之和可以描述為量子束能密度或粒子數(shù)密度。其磁場(chǎng)強(qiáng)度相應(yīng)于量子渦旋運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)強(qiáng)度相應(yīng)于量子平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)同步的量子束的集體行為可以用電磁場(chǎng)及其電磁波來(lái)描述，在這個(gè)意義上光可以看成電磁波，是原子級(jí)的電磁波。場(chǎng)的描述是指定坐標(biāo)系空間一點(diǎn)參量變化的描述，而不管經(jīng)過(guò)這點(diǎn)的具體量子或其它物質(zhì)。相對(duì)論時(shí)空實(shí)際上是場(chǎng)的時(shí)空，適合于描述電磁場(chǎng)。
磁場(chǎng)是高速微渦量場(chǎng)，電場(chǎng)是交換不平衡或加速場(chǎng)質(zhì)的電磁場(chǎng)，引力場(chǎng)是渦旋運(yùn)動(dòng)引起的質(zhì)量趨勢(shì)作用場(chǎng)。各種場(chǎng)物質(zhì)處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它們之間即使在空間重疊也是各自獨(dú)立各不相干的。光量子間相位和方位是隨幾的'，不相干的。只能通過(guò)光滑介面實(shí)現(xiàn)量子間相位和方位調(diào)整。調(diào)整后的光量子束與電磁場(chǎng)一樣可以用場(chǎng)能密度描述
w=k’(μH+εG)
其中H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，G為電場(chǎng)強(qiáng)度，k’為常數(shù)。
電磁場(chǎng)從天體到微觀粒子周圍處處存在，大體可以分為天體級(jí)電磁波、物體級(jí)的微波和無(wú)線電波、分子級(jí)紅外線、原子外殼層級(jí)的可見(jiàn)光和紫外線、原子內(nèi)殼層級(jí)的x射線、原子核級(jí)的γ射線等。愈后面變換頻率愈高，愈呈粒子性或量子性。如原子級(jí)輻射的可見(jiàn)光量子由各個(gè)原子發(fā)射，其相位和方位都是隨幾的，各不相干的。只有經(jīng)過(guò)光滑介面作用實(shí)現(xiàn)相位和方位調(diào)整而處于較同步運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這時(shí)可以用上式描述能密度。然而周期性運(yùn)動(dòng)的微觀粒子的作用不同于宏觀物體的作用，描述根本不能套用牛頓力學(xué)，只能采取能量描述。穩(wěn)定物體間作用力本質(zhì)是能量交換，且總能不變性。因此量子入射光滑介面時(shí)，相位是隨幾的，即動(dòng)能改變量不同，而交換能量一致性，只能通過(guò)停留介面時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)的。動(dòng)能改變量ΔE愈大，接觸時(shí)間Δt愈小，或者動(dòng)能改變量ΔE愈小，接觸時(shí)間Δt愈大，兩者乘積為常數(shù)
h=ΔEΔt
電磁場(chǎng)主要應(yīng)用于能量或力傳輸（低頻率高壓強(qiáng)電狀態(tài)）和電磁信號(hào)信息（高頻低壓弱電狀態(tài)）傳播的兩方面應(yīng)用，對(duì)于此文來(lái)說(shuō)主要是后者，即電磁周期性運(yùn)動(dòng)中對(duì)信號(hào)信息的傳播。高頻率電磁場(chǎng)或電磁波所具有量子性愈強(qiáng)，愈不易被地面或大氣所吸收，傳播距離愈遠(yuǎn)。因此短波比長(zhǎng)波傳播的距離要遠(yuǎn)。聲音或圖像可以變換為控制電磁波發(fā)射的輻度（即產(chǎn)生量子數(shù)密度）或頻率（即輻射前重疊上電磁變換頻率）以便聲、圖隨高頻率電磁波傳播。接收時(shí)作相反的控制，取出聲、圖的信號(hào)信息。
三、粒子周期運(yùn)動(dòng)
微渦旋中心平均速度小于光速，則有部分平動(dòng)與周期變換轉(zhuǎn)化為其它能量，如交換能量、磁能等方式。光量子在介質(zhì)中速度減少，就是部分能量轉(zhuǎn)化為交換能。一般更低速渦旋體變換能量形式更加復(fù)雜，因?yàn)樗俣扔�，中心質(zhì)量密度愈高，向外彌漫愈強(qiáng)愈快，相應(yīng)地交換或正反運(yùn)動(dòng)愈強(qiáng)愈快，構(gòu)成微渦旋類型愈繁雜，如構(gòu)成高速的磁場(chǎng)質(zhì)、量子和低速的粒子、實(shí)物等。高速微渦旋中心速度與微旋軸平行，且易沿著渦旋軸向移動(dòng)，構(gòu)成沿軸螺旋線從一端出另一端入磁力線或磁場(chǎng)質(zhì)。高速微渦旋中心速度與微旋軸垂直，則構(gòu)成量子輻射出去。
渦旋體運(yùn)動(dòng)平衡趨勢(shì)有三類：第一類濃縮與彌漫正反平衡趨勢(shì)所形成的交換，質(zhì)量愈大彌漫愈快，平衡時(shí)交換頻率或交換能相應(yīng)也愈大。第二類渦旋運(yùn)動(dòng)逐漸濃縮質(zhì)量，若總質(zhì)量不變，即平動(dòng)能變換為渦旋能過(guò)程。體積小或密度高到一定限度，就要彌漫，即渦旋能逐漸變換為平動(dòng)能過(guò)程。達(dá)到極限速度，速度不能再增大，則往渦旋運(yùn)動(dòng)變換，形成了周期性變換，變換能用變換頻率來(lái)定義的。第三類渦旋體中心速度與自旋速度構(gòu)成同反向重疊，同向重疊彌漫與反向重疊濃縮，同向側(cè)趨于反向側(cè)，構(gòu)成渦旋體作圓周、橢圓、弦、環(huán)、圈態(tài)等曲線運(yùn)動(dòng)。
如果渦旋總質(zhì)量不變，那么渦旋處于穩(wěn)定的自旋和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。渦旋體每一點(diǎn)自旋中都經(jīng)歷彌漫和濃縮周期過(guò)程，自轉(zhuǎn)一周中心所經(jīng)過(guò)弧線（或線速度）與公轉(zhuǎn)半徑和角度（或角速度）成正比。其線速度就是渦旋體的中心速度，角速度等于渦旋體角速度ω。即
=rω=2πνr
若r為公轉(zhuǎn)半徑，其倒數(shù)可以用來(lái)表示曲率程度，即半徑愈大即彎曲程度愈小。半徑反比于ω為自旋角速度，而正比于中心速度，說(shuō)明角速度愈大，中心速度愈小，曲率愈大，相應(yīng)圓周愈小。
微觀粒子存在自旋、平動(dòng)的運(yùn)動(dòng)外，還存在周期性變換和交換等運(yùn)動(dòng)。微觀粒子存在自旋而使其沿著曲線或圓周或弦或環(huán)或圈態(tài)軌跡運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與粒子內(nèi)質(zhì)量分布、自旋角速度、中心平動(dòng)速度、周圍交換作用等情況密切相關(guān)的。交換平衡時(shí)殼粒自旋與公轉(zhuǎn)處于上述自然的圓周運(yùn)動(dòng)。粒子存在交換能，交換特點(diǎn)是有物質(zhì)吸收和放射，或物質(zhì)進(jìn)出先后周期，微觀兩粒子交換中只有一粒子放射物質(zhì)到達(dá)剛好是另一粒子吸收，反之一樣，才具有同步有效的交換作用。這就需要兩者交換頻率整數(shù)倍，且相位相反軌跡上運(yùn)動(dòng)。即微觀粒子間作用要在交換頻率整數(shù)倍駐波的波節(jié)軌跡才能處于交換平衡的自然圓周運(yùn)動(dòng)，或一定能級(jí)圓周軌道（原子核運(yùn)動(dòng)，使其不是正圓的橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)）上穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。
對(duì)于一般同類同質(zhì)量的微觀粒子束粒子數(shù)密度（或幾率密度）同樣可以用波函數(shù)描述，即
ф=ф。Sin2π(νt-ι/λ)=φ。Sin(2π/h)(Et-pι)
其中E=hν，p=h/λ。同樣可以用薛定鍔波動(dòng)方程描述。但同類微觀粒子，如同元素原子形成的環(huán)境條件不同，原子質(zhì)量不可能完全一樣，而存在原子質(zhì)量差異，即存在一定分布，所謂原子量實(shí)際上是同元素原子質(zhì)量的平均值。這樣同類微觀粒子束的粒子質(zhì)量很難一致，為此采取一個(gè)粒子出現(xiàn)幾率數(shù)密度及其波函數(shù)描述更妥當(dāng)。它等價(jià)于量子力學(xué)波函數(shù)和幾率密度的解釋。粒子是渦旋體，其周圍包含各種各樣交換場(chǎng)質(zhì)周期狀態(tài)。場(chǎng)質(zhì)多半是連續(xù)性物質(zhì)或量子組合狀態(tài)，如引力場(chǎng)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、電磁場(chǎng)、強(qiáng)作用場(chǎng)、弱作用場(chǎng)等。強(qiáng)作用場(chǎng)是原子核內(nèi)核粒子或重粒子間交換作用場(chǎng)，弱作用場(chǎng)是輕粒子間交換作用場(chǎng)，電磁場(chǎng)是重粒子與輕粒子間交換作用場(chǎng)。交換作用場(chǎng)質(zhì)通常要求粒子質(zhì)量相等或整數(shù)倍，才能同步平衡交換，交換中構(gòu)成粒子，如強(qiáng)作用的介子，電磁作用的量子等。衰變是指原子核碎片或變子（重粒子、輕粒子等基本粒子）不穩(wěn)定不平衡狀態(tài)趨向穩(wěn)定平衡狀態(tài)的過(guò)程，使碎片分裂、分離、放射、輻射等。
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