[理学]弹性波的粒子理论

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1、弹性波的粒子理论柏青山（退休教师）吉林大学物理学院公共物理教学中心长春130026Email：yang.changbiduan@163.com摘要：由于从波的现象规律中发现了波具有粒子性的本性，为充实波是由弥散物质的粒子性产生的证据才研究了弹性波。经过近十年的努力，根据弹性动力学给出的平面简谐波找到了弹性波遵从力学规律的新形式，从机制上解决了弹性波的传播、反射与折射、激发三大问题，形成了一个基本功能齐全的弹性波的粒子理论。它把质点动力学拓展到弹性物体，纠正了弹性动力学的错误、使其给出的弹性波中合理的部分得到保留、不合理的部分得到剔除，为波具有粒子性的本性提供了例证，也结束了波的干涉衍射

2、现象不能用粒子性解释的历史，达到了统一波粒二象性之目的。关键词：弹性介质的物理模型，波质元，动量定理，功能原理，动量与能量守恒定律，牛顿第三定律，总边界条件引言：因为波粒二象性的对错牵连到整个物理学的是非，为解开此迷而能研究波是起始于一个最基本的观点：一切物质都因有质量而具有惯性，而惯性就是粒子性。因此，一切物质都具有粒子性的本性。在这一力学观点下，与粒子性并立且矛盾的波动性就成为怀疑对象。很巧，这一证据就存在于令（称t’为波源的历史时间，称t为现在时间）由所描述的平面波中。因为引入波源的历史时间就能看到，在任一时刻t、波中各点所展示的都是波源扰动的全部历史；在任一时刻t’，波源的扰动

3、状态以波速向x轴正向传播，如同其它扰动状态不存在一样。显然，从道理上能够确认，波中各点的扰动状态都彼此无关、都具有粒子状态的独立性，即波具有粒子性的本性，表明波只是弥散物质的一种运动现象，是粒子性个体运动所表现出的集体行为。正如多米诺骨牌效应那样，波是粒子性个体运动状态的独立性和独立的粒子性个体运动状态在粒子性个体间传播的现象规律。但要充分证明波具有粒子性的本性，就得从弥散物质的粒子性出发给出波。出于对产生电磁波的弥散于空间的电磁场物质物性的无奈，也只好将这一想法转到对弹性波的研究上。通过对弹性动力学的推敲看到，虽说它是个力学理论，却不能用力学解决扰动是怎样从一个弹性质元传递给另一个相

4、邻弹性质元的，由此发现该理论创建于对弹性质元应用牛顿第二定律之上是个最基本的概念错误。我们知道，牛顿第二定律仅对质点成立。而质点要求物体无转动、无变形和无内能。按数学形式逻辑的取法，无论把弹性质元取得多么小，它都是个有变形、有内能的弹性物体，近似不成质点。因此，弹性动力学在基本原理上是错误的，它并不是个属于质点动力学的粒子理论。这一结论也被它的波方程和边界条件给出的弹性波中，都存在毫无原因的违反动量和能量守恒定律的情况所证实。据此，也就有了建立一个弹性波的粒子理论的决心，以便作为波具有粒子性本性的例证。该理论之所以建立在弹性动力学给出的与实验相符的平面简谐波之上，是受到我们常说的“通过

5、现象看本质”的启发，由此认识到两点：一是未知面前无道理，这就断绝了去走前人的猜想之路；二是任何现象的本质规律都潜含在现象之中，由现象规律来确定。正是这两点决定笔者以弹性波的现象规律来寻求它在力学上的本质规律，从而也建立起弹性波的粒子理论。根据笔者对物理学的研究，弹性动力学属于前人创建的获取弹性波现象的数理方法，是为我们认识未知的弹性介质运动所迈出的第一步；弹性波的粒子理论是揭示弹性波现象本质规律的理论，是在弹性动力学获取平面波现象规律的基础上所迈出的第二步。这两步就是我们认识未知自然界的模式、也物理学发展的规律。341弹性介质的三种物理模型模型来自我们对研究对象的认识或猜想，是思维的载

6、体，是探索、揭示某一类物理规律的基础。弹性动力学给出的弹性介质的数理模型来自假设，因为它对数学的迁就而脱离物理实际，使理论表现出两方面的问题：其一，模型赋予物理量的连续可微性所抹杀的正是产生弹性波的粒子性机制，更是对牛顿第二定律的曲解。如，把dm看成质点；其二，因为自由表面、界面没有弹性介质，所抹杀的又是弹性波产生反射、折射的粒子性机制。因此，弹性介质的数理模型就必须抛弃。由于笔者要建立的是弹性波的粒子理论，给出的就必须是能反映产生弹性波及其反射和折射粒子性机制的物理模型。它来自我们对弹性体的结构和经验，是由物理道理作出的结论。我们知道，真实的弹性固体是由各种原子构成的。因此，它的均匀

7、各向同性都是宏观观测尺寸上的平均概念。这是本文给出弹性介质的三种物理模型的基本依据。1.1均匀各向同性的弹性介质模型设一个弧立的弹性固体中存在宏观观测上表现为各向均匀同性的最小球体半径为r0，以r0为半径在这弹性固体中连续作球，则这些球心点的集合就是均匀各向同性的弹性介质。1.2有限弹性介质模型按1.1中的做法，弹性固体中除均匀各向同性的弹性介质外，在表面处必剩下厚度为r0的不属于均匀各向同性的弹性介质，称它为表面层。它有个外表面，即与真空的分