周期運動論文

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周期性運動處處存在于物質運動狀態(tài)之中，天體、粒子的自旋和公轉具有周期性的，量子、粒子的周期變換運動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生的轉動物體，如天體自旋和圓周曲線運動都是自然的，非人力或外力所為的。天體自旋與其中心速度同向側速度變大，質量密度ρ變小，以使能密度w趨于均勻而質量具有彌漫趨勢，如式

w=ρυ²/2=k

ρ=2k/υ²

其中k為常數(shù)。反向側速度疊加變小，質量密度變大，以使能密度趨于均勻而質量濃縮趨勢，天體由彌漫外側趨向濃縮里側而作曲線或圓周或弦或圈態(tài)運動。如果里外側交換平衡，則相當于作用力等零下作的曲線或圓周或弦或圈態(tài)平動。它等價牛頓力學引力與慣性離心力平衡的解釋。可以說天體無不是周期性運動，包括自旋、公轉和多層次公轉。

一、物體周期運動

先從機械振動入手進行分析，通常外力（用手）先把彈簧變形或單擺移位，即產生位能，解除外力（放手）后，位能逐漸轉化為動能，動能最大時具有速度而持續(xù)運動，但逐漸轉化為位能，形成了周期性能量變換，并保持諧振，如彈簧的動能和位能之和為

E=Ea+Eb=mυ²/2+kχ²/2=mυ。²Sin²ωt+kχ。²Cos²ωt

=mυ。²/2=kχ。²/2

υ=dχ/dt=-χ。ωSinωt=υ。Sinωt

υ。=-χ。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，放手后，位能就逐漸變換為動能，動能最大值時繼續(xù)動，并逐漸轉化為位能，形成了位能與動能周期性變換，如

mgh=mgι(1-Cosθ)=2mgιSin²(θ/2)≈2mgι(θ/2)²=mgχ²/2ι

其中χ為往返擺動的弦弧

χ=χ。Sinωt

υ=dχ/dt=χ。ωCosωt=υ。Cosωt

υ。=χ。ω

E=Ea+Eb=mgχ²/2ι+mυ²/2=mgχ。²/2ι=mυ。²/2

ω=2πν=√(g/ι)

可見機械振動是能量周期性變換。由于地面物體或機械通常相對地面處于內外平衡狀態(tài)，即靜止狀態(tài)。啟動時需外加力作用才能相對運動或振動。但空氣摩擦或推壓（迫使空氣處于周期性疏密變換）作用，振動能逐漸轉化為熱量，又使振動逐漸減少，最后停下來。對于非地面物體就可忽略這個問題。

地面宏觀物體通常處于相對平衡靜止狀態(tài)，要運動就要對物體外加作用力或其它能量方式轉化而成的，作用力一旦解除，物體就會停下來。牛頓力學解釋為摩擦作用的結果，以解決勻速直線慣性運動問題。實際上物體什么方式運動都有過程持續(xù)性，即慣性，并非勻速直線運動特有的。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，以致波長或波動相鄰峰值間距λ=υ/ν變成極小，遠小于宏觀物體線度，根本體現(xiàn)不出波動性，呈勻速直線運動。宏觀物體交換能是粒子交換能hΔν之和，即hΣΔν，使總頻率范圍擴大，交換能也變大且復雜化，其重疊的結果失去波動性或者失去交換量子數(shù)能級屬性。可見宏觀物體不具有微觀粒子的允許能級或量子數(shù)或波動運動屬性，而處于相對靜止或平動運動。

可以說穩(wěn)定物質基本狀態(tài)是周期性運動，那么穩(wěn)定的宏觀物體又如何解釋？地面宏觀物體內部是周期性運動不規(guī)則疊加而成的非周期性狀態(tài)，外部來看是處于作用平衡而相對靜止狀態(tài)，其運動則要外加作用力或破壞其平衡狀態(tài)才能產生運動。宏觀物體可以分解為周期性疊加來分析。宏觀物體是由大量粒子不規(guī)則運動構成的，平動和變換運動構成一定方式分布的。平均粒子動能是溫度的本質或者內能有關的參量，變換運動疊加可改變?yōu)椴糠纸粨Q能，另外部分與平動合在一起構成整體上靜止或勻速直線運動。可見宏觀物體靜止或勻速直線運動可分解為周期性交換作用和周期性變換運動的疊加。然而這樣做不但沒有必要，而且把問題復雜化且難以應用。這種情況下仍然采取牛頓力學處理，可使問題簡化和便于應用。只要記住機械物體靜止和勻速直線運動是其內部大量粒子周期性交換和周期性變換運動疊加的結果。地面物體轉動是外加力矩作用或原處于地面平衡靜止狀態(tài)被破壞下引起的運動狀態(tài)，仍然可用牛頓力學處理。

二、場質周期運動

廣泛而本質地說，渦旋運動均勻趨勢不僅是質量趨心成自旋體和周圍萬有引力場質和磁場質產生根源，而且是自旋體平衡趨勢的曲線、圓周、弦、圈態(tài)運動和周期變換運動、交換作用的根源。而平衡穩(wěn)定的物質運動必定處于周期性運動狀態(tài)。最基本穩(wěn)定物質是光量子或電磁波（同步運動電磁量子的集合），它是周期性渦旋運動濃縮質量，變換為平動運動，平動運動的極限性，又使其變換為渦旋運動，形成周期性變換運動。而且因在平動的垂直方向上是渦旋運動周期性變換方向，才能在高速平動時保持對稱平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。又由于周期變換情況下失去渦旋運動屬性，而保持直線平動運動。這樣光量子或電磁量子可以看成周期變換運動和直線平動構成的穩(wěn)定運動狀態(tài)的物質系統(tǒng)。

光量子由于自旋已與部分平動周期變換而失去自旋屬性，即只存在直線平動運動和周期性變換運動，其總能是平動能與變換能之和，且各占總能一半，即

mc²=mc²/2+hν/2=hν

此式可以看成相對論與量子論統(tǒng)一表達式。同頻率同步光量子束可用周期性電磁場波函數(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。其磁場強度相應于量子渦旋運動，電場強度相應于量子平動運動。也就是說同步的量子束的集體行為可以用電磁場及其電磁波來描述，在這個意義上光可以看成電磁波，是原子級的電磁波。場的描述是指定坐標系空間一點參量變化的描述，而不管經過這點的具體量子或其它物質。相對論時空實際上是場的時空，適合于描述電磁場。

磁場是高速微渦量場，電場是交換不平衡或加速場質的電磁場，引力場是渦旋運動引起的質量趨勢作用場。各種場物質處于高速運動狀態(tài)，它們之間即使在空間重疊也是各自獨立各不相干的。光量子間相位和方位是隨幾的，不相干的。只能通過光滑介面實現(xiàn)量子間相位和方位調整。調整后的光量子束與電磁場一樣可以用場能密度描述

w=k’(μH²+εG²)

其中H為磁場強度，G為電場強度，k’為常數(shù)。

電磁場從天體到微觀粒子周圍處處存在，大體可以分為天體級電磁波、物體級的微波和無線電波、分子級紅外線、原子外殼層級的可見光和紫外線、原子內殼層級的x射線、原子核級的γ射線等。愈后面變換頻率愈高，愈呈粒子性或量子性。如原子級輻射的可見光量子由各個原子發(fā)射，其相位和方位都是隨幾的，各不相干的。只有經過光滑介面作用實現(xiàn)相位和方位調整而處于較同步運動狀態(tài)。這時可以用上式描述能密度。然而周期性運動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，只能采取能量描述。穩(wěn)定物體間作用力本質是能量交換，且總能不變性。因此量子入射光滑介面時，相位是隨幾的，即動能改變量不同，而交換能量一致性，只能通過停留介面時間來調節(jié)的。動能改變量ΔE愈大，接觸時間Δt愈小，或者動能改變量ΔE愈小，接觸時間Δt愈大，兩者乘積為常數(shù)

h=ΔE•Δt

電磁場主要應用于能量或力傳輸（低頻率高壓強電狀態(tài)）和電磁信號信息（高頻低壓弱電狀態(tài)）傳播的兩方面應用，對于此文來說主要是后者，即電磁周期性運動中對信號信息的傳播。高頻率電磁場或電磁波所具有量子性愈強，愈不易被地面或大氣所吸收，傳播距離愈遠。因此短波比長波傳播的距離要遠。聲音或圖像可以變換為控制電磁波發(fā)射的輻度（即產生量子數(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。接收時作相反的控制，取出聲、圖的信號信息。

三、粒子周期運動

微渦旋中心平均速度小于光速，則有部分平動與周期變換轉化為其它能量，如交換能量、磁能等方式。光量子在介質中速度減少，就是部分能量轉化為交換能。一般更低速渦旋體變換能量形式更加復雜，因為速度愈低，中心質量密度愈高，向外彌漫愈強愈快，相應地交換或正反運動愈強愈快，構成微渦旋類型愈繁雜，如構成高速的磁場質、量子和低速的粒子、實物等。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，構成沿軸螺旋線從一端出另一端入磁力線或磁場質。高速微渦旋中心速度與微旋軸垂直，則構成量子輻射出去。

渦旋體運動平衡趨勢有三類：第一類濃縮與彌漫正反平衡趨勢所形成的交換，質量愈大彌漫愈快，平衡時交換頻率或交換能相應也愈大。第二類渦旋運動逐漸濃縮質量，若總質量不變，即平動能變換為渦旋能過程。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能過程。達到極限速度，速度不能再增大，則往渦旋運動變換，形成了周期性變換，變換能用變換頻率來定義的。第三類渦旋體中心速度與自旋速度構成同反向重疊，同向重疊彌漫與反向重疊濃縮，同向側趨于反向側，構成渦旋體作圓周、橢圓、弦、環(huán)、圈態(tài)等曲線運動。

如果渦旋總質量不變，那么渦旋處于穩(wěn)定的自旋和公轉運動。渦旋體每一點自旋中都經歷彌漫和濃縮周期過程，自轉一周中心所經過弧線（或線速度）與公轉半徑和角度（或角速度）成正比。其線速度就是渦旋體的中心速度υ，角速度等于渦旋體角速度ω。即

υ=rω=2πνr

若r為公轉半徑，其倒數(shù)可以用來表示曲率程度，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υ，說明角速度愈大，中心速度愈小，曲率愈大，相應圓周愈小。

微觀粒子存在自旋、平動的運動外，還存在周期性變換和交換等運動。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)軌跡運動，其運動狀態(tài)與粒子內質量分布、自旋角速度、中心平動速度、周圍交換作用等情況密切相關的。交換平衡時殼粒自旋與公轉處于上述自然的圓周運動。粒子存在交換能，交換特點是有物質吸收和放射，或物質進出先后周期，微觀兩粒子交換中只有一粒子放射物質到達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動。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動，或一定能級圓周軌道（原子核運動，使其不是正圓的橢圓軌跡運動）上穩(wěn)定運動。

對于一般同類同質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，原子質量不可能完全一樣，而存在原子質量差異，即存在一定分布，所謂原子量實際上是同元素原子質量的平均值。這樣同類微觀粒子束的粒子質量很難一致，為此采取一個粒子出現(xiàn)幾率數(shù)密度及其波函數(shù)描述更妥當。它等價于量子力學波函數(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質周期狀態(tài)。場質多半是連續(xù)性物質或量子組合狀態(tài)，如引力場、磁場、電場、電磁場、強作用場、弱作用場等。強作用場是原子核內核粒子或重粒子間交換作用場，弱作用場是輕粒子間交換作用場，電磁場是重粒子與輕粒子間交換作用場。交換作用場質通常要求粒子質量相等或整數(shù)倍，才能同步平衡交換，交換中構成粒子，如強作用的介子，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)的過程，使碎片分裂、分離、放射、輻射等。

參考書：

1、《物性論-自然學科間交叉理論基礎》陳叔瑄著廈門大學出版社1994年出版

2、《物性理論及其工程技術應用》陳叔瑄著香港天馬圖書有限公司2002年出版

3、《思維工程-人腦智能活動和思維模型》陳叔瑄著福建教育出版社1994年出版