黄鹏辉的物理博客
物理本质:公理化、数学化和实验

从光子气体微观模型计算光子平均波长

发表于 2009-10-06 14:46:53 类别:论文发表

1、本文是我的博文《重要的物理计算---物理教学、科研指导》一文中的课题之一。

2、本文是我规划中的“新以太论复活工程”的第2篇论文。对照第一篇论文“应用普朗克公式计算宇宙背景辐射的光子数密度”中的结论(http://blog.ifeng.com/article/3192691.html),我们将发现,采用两种不同方法推导的宇宙背景辐射光子平均波长,虽然非常接近,但是有一个显著的差别。这个差别可能表明:我们现在所采用的理想气体微观模型可能存在较大误差,也许应该做出修正。

3、本文中发现的这个差别,让我联想到历史上的一个有趣的典故,这是通过微小差别做出重大科学发现的经典案例:
英国物理学家和化学家瑞利当时的一项重要研究是从空气和氮的化合物中制取纯净的氮。他发现,用不同的方法制取的氮,密度会有微小的差异。比如由氨制得的氮,与由空气制得的氮的密度就不同,前者要小 5/1000 左右。对此,他反复验证了很多次。尽管从实验的角度来看,这个微小的差别是在允许范围内的,但瑞利发现,这个“误差”总是表现为由空气除去氧、二氧化碳、水以后获得的氮,要比由氮的化合物获得的氮重,误差虽小,但是不是双向的和随机的,这种不对称用传统的说法是无法解释的。因而,他将这一实验给果刊登在英国的《自然界》周刊,希望寻求读者的解答,但他一直没有收到答复。
瑞利发现的第二个微小差别是:普劳特(Prout)在1815年提出一个假设:所有原子的重量都严格地为氢原子重量的整数倍。然而,瑞利经过实验发现,氧原子与氢原子密度之比的最好值是15.96,而不是普劳特假设所要求的严格的16。因此,瑞利在长达二十多年中,一直进行着气体密度的精密测量工作。
最后,瑞利与同事拉姆塞精诚合作,他们的研究结果导致了惊人的发现:门捷列夫元素周期表中漏掉的整整一族的惰性气体元素氦、氖、氩、氪、氙等被他们发现了。

4、本文在对压强和温度做微观解释时,用的是立方体模型(论文中资料[1]),其实在教材和资料中还有其他一些模型,比如斜柱体模型(论文中资料[2]、[3])。这些模型的计算结果都一样,因此可能也存在误差。我以后将对这些模型予以介绍。其中,论文中的资料[1]是英文的,我将在另一篇博文中把其原始文章发布出来。

5、本文是热力学和统计物理的一个很好的应用实例。

6、本文中的温度与波长都是可以测量的宏观量,因此,本文中的结论其实是可以用实验进行验证的。不过,以往的实验能够证明普朗克公式是正确的,因此,本文中的结论应该是更加值得怀疑的。

7、牛顿说:“没有大胆的假设就做不出伟大的发现”。本文的前提假设就是:光子气体也是理想气体,也可以对它应用理想气体的各种理论进行计算。做出的发现是:现有理想气体微观模型可能存在较大误差。希望本文能够给大家带来一些启发。

8、本文在“讨论”部分中,还用类比方法提出了寻找经典理想气体和电子气体对应的“普朗克公式”问题,我的直觉告诉我,这应该是有重要理论价值的问题,希望能够引起物理爱好者的足够重视。

9、我们有时候说:“提出问题就是解决问题的一半”。虽然作者在本文中提出了问题,但是离解决问题还依然遥远。

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  • 凤凰网友 发布于 2009-10-22 08:49:00

    如果有试验证明就好了,把相关误差明确出来,然后对理论模型进行修正。

    hph2008 回复于 2009-10-22 11:58:25

    黄鹏辉回复 实验证明还不着急,先必须把理论工作完成。这样的实验并不难做,比如历史上已经完成的黑体辐射实验或分子射线实验。只是实验必须以理论为指导,预先设想好实验可能出现的情况。
  • 凤凰网友 发布于 2009-10-24 01:25:35

    你这个哪个杂志啊

    hph2008 回复于 2009-10-24 13:34:18

    黄鹏辉回复: 我这不是哪个杂志,就是我自己写的论文。希望与物理或数学爱好者多交流。

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hph2008

欢迎您!黄鹏辉,湖南岳阳人,1991年毕业于上海同济大学物理专业,现住北京。QQ和邮箱644537151@qq.com,QQ群69657010,MSN是hph2008@hotmail.com。业余时间长期坚持研究物理,努力从物理专业的角度分析物理本质,追求客观公正,舍弃情绪化,依靠直觉研究,基于物理学史,用数学、实验和现象说话,重视论文交流。寻找深入交流的同道。先进的科学思想才是国家强盛的基础。

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