互洽才是自然真实

                                             晏成和

物理学有一个尴尬得意的专用词-“自洽”。

现代物理理论大部分来自90年前的猜想：电子云理论、金属自由电子理论、波、粒二象性理论，量子纠缠等等，都有明显的局限和互不相融，都有自相矛盾的诸多疑难，各个物理分支理论只能在各自局部的范围内自圆其说-自洽，自洽的理论只是一个个盲人摸象之后的自喜。

正是早年的自洽被供奉为正统，桎梏着我们的头脑，成了科学前进的障碍。导致现行物理学理论并非全都科学严谨、在细节上存在模糊或回避： 金属为什么有塑性、有金属光泽？铁是怎样熔化成铁水？ 雨从何而来？水蒸气如何在大气中找到同类并聚合成雨？物理人三缄其口。

教科书回避谈 ：电压是怎样形成？ 变压器的原理是什么？电感器通直流、阻交流的原理；库柏对理论极限已经打破、超导原理是什么？ 5K以下，物体都呈固态，为什么只有氦是液态？ ——这些是当代物理无人回答的问题，成为自然之谜，成就了科学90年的沉寂。 

我的物理新发现就只有两条，属于基础研究，来源于自然事实、实验事实：

1、核外电子的运动是规律的。核外电子运动的速率随温度变化，原子之间是由价电子两两结合成结构元，再构成物质世界，核外电子的规律运动是物质特性的主要推手。[1]

2、电子的运动伴生着（电磁）波。因为电子的运动伴生着波，所以物质能够接收波、产生波，有着波的效应。[2]

由此两条物理机制，构建了互洽的物理。在此以人们最熟悉、最广泛使用的钢铁为代表，全面讨论金属材料的特性与内在机理的关联；也就是面对宏观特性、在微观构成中寻求解读。局部的合乎逻辑解读是一个自洽，所有的解读都同源，能相互援引、没有矛盾就是理想的互洽。

原子间是怎样结合构成物质？我们已经知道，质子、电子是构成物质的基材，核外电子绕核旋转、是原子的动态模型。我独立探讨的心得是：原子核对电子的引力不会到原子的边缘就戛然而止，相邻原子相互吸引对方价电子、形成共用的两个价电子环绕两核心的结构元，结构元是原子构成物质的一层基本结构体系，由此构成分子、构成晶体。而不是所谓的由“电子耦合”的共价键、金属键……

当物质价电子大于3，能够建立4个及以上的结构元，能够构建空间立体，形成共价体结构；金属只有1、2、3个价电子，三个结构元怎么能构建空间立体？睿智的大自然让价和电子运转时伴生着磁场力把金属的结构元相互吸引，构成了金属晶体结构。（图一）

         价和结构 　　　　    金属电磁力结构  

                             图一

是价和电子的规律运转促成了原子的结合、是构成物质的基本运动，这种规律运转的同时也建立了物质的各种特性，价和运转是物质的强度、脆性、塑性等综合性能的始作俑者，依据价和运转能够对物质的相变提出新见解。超越原有的常识，揭示自然真实、开阔人们的视野。是物理学基础层面的科学创新。

现在就根据物质的构成、全面地解读存在的多种物理特性：如，一段铁丝

1有较好的延展性；2加热后塑性增加、温度再高会熔化（相变）；

3 新铁丝有金属光泽；4能构成合金；5有较好的强度、硬度；

6能导电；7能传导电磁波；8被磁化 等等。

这各种宏观性能都是该铁丝内在构成和运动的外在体现。这些外在特性必然与微观构成和运动存在着客观的、普遍的、全面的因果关系。 

  然而现有的理论是研究到物质的某方面的性能，仅仅依照事物的外部标志，就发表一种对应的物质结构理论，于是，上述铁丝的8 种性能，就有多种相应的结构理论（硬度-晶格畸变理论、相变-分子热运动理论、磁性-电子自旋理论、导电-自由电子理论等），有金属光泽、能传导电磁波-还没有理论。

  这些从各自角度建立的理论只能解释物质某一方面的特性，却无法说明该物质的其他性能。罗列了许多没有内部联系的概念，各自形成没有关联的理论。这各种自说自话的解释隐含着互相矛盾，丧失了逻辑一致性。

现在，我们就以金属结构元体系-价和电子规律运动来诠释金属的各种性能，看看能否实现期盼已久的互洽。

1）金属的延展性。金属的每个结构元如同微型磁铁相互吸引，结合在一起构成了金属体。受到较大外力时,结构元之间电磁力能相互滑移换位、然后重新结合，这种滑移换位的宏观的表现是金属具有较好的延展性和塑性。

2）加热后塑性增加、温度再高会熔化。之前论述温度高、核外电子速率高，但是速率也不是一味地升高，还有一个核外电子运转线路发生改变的明显特征：高温下，金属价和电子脱离平面进入立交轨道，（图二，2、3中的黄色带表示价和电子在空间上下晃动的区域）原来与电子运转垂直的电磁力由稳定到发生晃动、即电磁力方向不稳，结构元之间结合不稳固，更易换位移动，受到较大外力时,结构元之间能相互滑移换位，重新结合，这种滑移换位的宏观的表现是金属具有较好的延展性和塑性。

温度再高，电磁力方向更加紊乱，等于是没有了电磁力。结构元之间没有了力的支撑，形成了金属的熔化（相变），形成了液体。当价和电子的运转形成了球面，结构元表面就形成电子相斥、之间推开距离，物质形成气体。 

（1）固体          （2）塑性增加        （3）液体         （4）气体 

                          图二

3） 一段新铁丝它有金属光泽。是因为金属材料价电子少，运转速率很高，高速运转的电子能够辐射电磁波，即发出金属光泽、并且能够反射自然光。黄金发黄色光、纯铜发红光表明它们价和电子速率在黄光、红光频率附近。

4）能构成合金。许多不同的金属能够互熔、形成各种合金。

化学有个定组成定理，两种或多种非金属化合物必定按固定的比例，严格遵守化学分子式所规定的份额。然而，金属与金属之间却可以按任意比例互熔形成合金，如铜、锌融合成黄铜，二者比例可多可少。这是因为金属是靠的是价磁力而结合，各种金属各自形成结构元，互熔后，只要有稳定的价磁力，不同元素的结构元就能结合，所以金、银、铜、锌等多种金属就能互熔，形成多种元素、各种比例的合金。几种不同的材料熔合成合金，各自都提高了核外电子的速率，所以强度会比纯金属更高、熔点也有所提高。

5）铁能够构成钢。钢是铁-碳合金，碳能够以一定的比例熔入铁中，形成低、中、高碳钢，直至构成铸铁。通过热处理，能够形成形成强度、硬度不同的钢。其原理不是什么晶格畸变，而是因为碳原子直径较小，电子速率很高，高速价和运转时，激活了铁中的价电子，使其速率增加，强度增加。又因碳有4个价电子，淬火时价和运转时形成许多铁-碳结构元，导致钢中的结构元增多，铁碳结构元结合体增大（图三），结合体之间相互滑移换位困难，钢的硬度随之增加。[4]

橙色部分为铁-碳结构元            蓝色部分是铁

                        图三

6）低碳钢拉伸曲线。低碳钢在拉伸试验中，总是形成一条先直后弯的曲线，教科书只是介绍了这条曲线，从来没有解释，新视点能够以结构元-电磁力、逻辑清晰的解读这条曲线。 [5]

7)金属较好的的导电性能。金属原子的价电子较少，外电子层不饱满，存在着电子空位、存在着电压波传导的通路，在电压波的作用下，核外电子在连成回路的电子空位间换位移动，形成电流。因而铁丝有较好导电性能。同样是因为存在着电子空位、存在着电压波传导的通路，也是某些频率电磁波的通路，所以能传导一定频率范围的电磁波。

8）被磁化。铁和一些二价金属能够形成磁性，是因为铁原子有2个价电子，能与两个相邻的原子建立2个结构元。在以价磁力构成铁体结构时，另一结构元在外磁场的作用下调整到与外磁场平行，其宏观表现就是磁性。当温度超过850（居里点）时，构成磁场的结构元方向紊乱，磁铁的磁性消失。 

于是，用一个结构理论（核外电子规律运动理论），

两个推论（结构元，电子的运动伴生着电磁波），

互洽地阐明了该物质各种的性能（8 种性能）

物质在各个物理分支，力、热、光、电、磁、等等物理特性，是物质内在机理在各个侧面的宏观表现。价和电子的规律运转是物质结构形成的始作俑者，是物质基础科研的总开关、是源头活水，由此构建了该物质材料的全部特性。因此能够对其各个分支所有的性能进行综合地诠释、并且是全面的互洽，一脉相承、不离其宗。互洽的解读应该是自然的真实和全貌。

2020/10/28                         

又及：

科学探索，就是寻找内在机理，得知了机理，才能够目标清晰，方法明确，从原理上主导实现理想中的技术目标。例如，我们现在需要性能好、强度高、长寿命的轴承。一是合金材料，二是热处理，三是制造精度，四是工作条件（润滑、温度等）。

以上文字谈到：几种不同的材料熔合成合金，各自都提高了核外电子速率，所以强度会比纯金属有所提高。几十年来轴承钢的材料一般是GCr9、 GCr15，是好几种材料的合金。现在可以根据其不足，在冶炼和热处理工艺中加入合适的元素，在结构元级别进行检验、目标明确的加以改进。

参考文献

[1]晏成和，物质是怎样构成的？ 科学网

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1094685.html

[2]晏成和，伴生-哲学的新时代 科学网

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1108081.html

[3]晏成和，相变之谜  科学网

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1125345.html

[4]晏成和，钢和钢的热处理  科学网

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1179661.html

[5]晏成和，低碳钢拉伸实验曲线  科学网

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1180356.html