热探索的历程和曙光

一、热是什么、来自哪里？

温度是什么？现代一般的回答是物质的冷热程度。这是个肤浅的回答。

温度、是物理学的一个最基本的参量，世间万物都存在于一定的温度之中、所有物质特性都能特定的温度中变化。热是自然界最普遍的现象，普遍得让人熟视无睹。然而热是最神奇的，热是什么，热从何而来？一直是科学的天问。

二百年前，研究者看到：阳光带来温暖、摩擦产生了热、燃烧造成了热。依据现象，热被定义为：热是一种特别的物质，热没有重量，能够在宇宙中到处流动，能够进入物质内部，填补着物质的微粒间的缝隙，并且引起普通物质的扩张、变化。[1]

一百年前，原子、分子论初现端倪，布朗实验再度被重视：物质温度高，液体、气体分子碰撞运动的速率加快。于是定义：热是大量分子无规则的运动。

这个观点是一个进步，在热与（物质的分子）运动的速率之间建立了联系。但是，该理论只是建立在物质的液体、气体层面，认为热来自分子摩擦与碰撞；固体分子位置固定，该理论对固体热现象的解读牵强；分子热运动理论只是停留在分子层面，对热引起的规律变化的相变、对热发光的事实探讨无能为力、难以深入。

分子热运动理论依据布朗实验，呈现的是分子杂乱无章的运动。但是自然物质在温度中表现得循规蹈矩、精确、规则：所有纯净物质都有固定的熔点、沸点；水在0℃结冰、100℃沸腾；磁性物质在温度上升到了居里点磁性消失；超导物体一定要达到临界低温、超导才能发生。物质这些有规律的现象和变化都与温度有精准、密切的相关。那么，温度是什么，在热的作用下，物质规律、准确变化的内在机制是什么？

大自然坦露天机，给出了大量的物态随温度变化的精确数据，揭示了变化与温度之间的默契，提示着达到默契必然存在着内在的精巧。这精巧的机制的结构是怎样？是如何运行？精准的变化给物理研究者发出了洪荒之问。

近代学者们在热机的卡诺循环提示下，提出来“熵、焓”等理论，这些个理论仅仅能够总结宏观的热力现象，热力学研究只能停留在统计、宏观层面，统计对微观具体的物质热现象无能为力，更难以解释热使物质发生的微妙变化。

80年来，量子物理设置禁区、封锁了对核外电子运动的探索，物质物理的探讨无路可走、陷入困境，使热学研究倒退在热质之说上，几十年难有建树，于是，物理热学降温。

国际前沿的物理学关注热点、大旗直指：上帝粒子、量子纠缠、大爆炸、暗物质、虫洞穿越等等耸人听闻、难以检验的高大上。

高端、大气、天马行空的鼓吹，可成为蛊惑人心的谈资、申请经费的噱头。可是真正的科学是要面对历史、面对孩子，需要真实诚恳，逻辑理性。

自然物质在温度中的变化明显，但是量子物理的禁锢，探索的线索全无、举步维艰，统计计算、分子热运动的研究陷于困境。上帝把物理热学大门紧闭、一定在别处打开窗。研讨物理热学规律的内在机制，路在哪里？大自然的天机深藏在哪里？

不用找，上帝之窗早已打开，明晃晃的——自然火光。

大自然把热和光造成一对孪生姐妹，物质加热到了一定程度必定产生光。亘古以来，火光照亮黑夜，人们在炉火中烹饪食物，在篝火周围欢快的跳舞，在圣火照耀下开奥运会。“热和光”成了文学的口头禅，热和光是热学探索的曙光。明亮的火光一直述说着自然热学的奥秘，可惜人们对醒目的火光传递来的信息熟视无睹。

二、火光的奥秘

60年前的冬天，家家户户烧煤炉取暖，一个好奇的男孩把粗铁丝、瓷片、石头、玻璃等分别放进炉火中，这些物体都能烧成橙红色并发出亮光，取出后，光色由橙红-红-暗红-原本颜色。疑问：黑乎乎的煤为什么能够烧出红亮的火光？为什么所有的物体都能烧红并发光？橙红色的光是哪里来的？取出来后，温度逐渐降低，红亮的物体逐渐变暗，是什么使得颜色发生变化？

自然的炉火、蜡烛、酒精灯、白炽灯在火光中昭示我们：火热之中、物质就能够受热发光，在炉火中，温度高-火光黄亮；移出炉火，温度低-火光变暗。这温度与火光的颜色之间的关系是密切对应、很有规则的啊！这种温度-光-颜色的关联来自哪里？

后来在大学学到：光是一定频率的电磁波。火光来自高热的物质，那么，是高热物质发出了电磁波，高热下物质的核外电子发生跃迁-辐射出了电磁波。火光是高热物质的电子跃迁所辐射出的电磁波。

物质发出的光实际上是电磁波。温度升高，电磁波的频率从微波、红外波、到可见光——赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫……由低到高。将以上几项物理现象联系起来，加以归纳，我们就可以得到下表：

大自然在火光中昭告我们：

1、温度高、物质发光频率高，物质的发光来自高速率的核外电子的跃迁。表明：温度高-核外电子的运转速率高-跃迁辐射出的光波频率高。反之，温度降低，核外电子运转速率变慢，辐射的频率降低，颜色随之变暗。

2、在这发光颜色与温度正相关。这种温度-发光颜色的关联的内在机制是：核外电子运转速率随着温度规律变化，热就是核外电子运转的速度。

3、上述表格中物质光色与温度的一致以及物质相变准确的温度告诉我们：物质所有原子的核外电子的速率是规则一致的，

文章开头的天问：热是什么，热从何而来？现在就有了答案。热不是分子的无规则运动。热来自物质核外电子的运转速度。

由此，我们就可以理直气壮地回答古老的猜想：热不是专门的物质，所以热并不能填补物质的微粒间的缝隙；热蕴含在运动中，是一种运动状态的表现，热没有重量；热仅仅是物质核外电子的运动速度，速度快-温度高，所以热是原子整体才有的效应。原子温度高于环境，核外电子才会发生跃迁，并且向外辐射电磁波。这也算是热能够在宇宙中到处流动。

铁定的事实：火光、频率、核外电子速率相依相存的紧密关联笃定，透露了原子的核外电子的运转速率是相对稳定的、是随着温度改变而呈规律变化的。温度高-核外电子运转速率高-价电子跃迁发光频率高，环环相扣、逻辑明晰，反之亦然。这是一个被近代物理忽略的重要细节，流传百年的电子运动无规律的电子云理论是物理源头的疏误，电子云理论应该收场。

在一百年前，早就有学者发现了火光颜色随温度变的自然规律，研究者在温度与波长（可惜不是频率）之间建立了数学公式。然而，在电子云的阴霾笼罩下，科学界忌讳探讨电子规律运动，与自然事实失之交臂。后来量子物理的波、粒二象性理论、测不准原理，强化了电子运动的不可知论，建立了思想囹圄，强迫划界了高墙电网，核外电子的运转线路、速率成为科研的禁区、雷区。之后的科学探索只能绕开禁区、背离自然实在，致使当今物理暗藏诸多自身无法解决的疑难、迷途难返。

其实现代物理学早就在用核外电子运转速率来测量温度：如：激光测温仪，测量的是额头红外线的频率，得到的是人的体温。

还有一个高端事例：华裔科学家朱棣文教授因激光冷却捕获气体原子实验，获得1997年诺贝尔物理奖。朱先生的实验把钠（Na）气体冷却到了1μK。

如此低温怎样测量？用的是飞行时间法（TOF），测量的是原子的初始速度，由速度分布可推出原子的温度。即：用气体（价电子）运动的速度推测其温度。这种测量与以上“温度——速度”思路一致。原因是：温度低—气体的价和电子速率慢，气体分子运动速度慢。（价和电子速度被囚禁，分子往下掉）

实验中，激光与Na分子的价和电子的电磁波发生干涉，使核外电子的运转停顿（实验所囚禁的实际上是核外电子，使之速度接近零），气体分子温度也就冷却近零。因为主流的量子物理忌讳谈论核外电子速率，所以文献中说的是用飞行时间法（TOF），测量的是原子的初始速度。

知道了热是物质核外电子的运转速度、温度高-核外电子运转速率高。文章开头的所述：纯净物质都有固定的熔点、沸点；磁性物质的居里点；超导物体的在临界低温、超导发生。都与温度有精准、密切的关联、都是物质核外电子的运转随着温度有规律变化结果。

三、几个推论

科学探索如同侦探破案。细节和线索至关重要。火光颜色随温度变化揭示自然物质内部的信息、是破案的蛛丝马迹、是电子规律运动的冰山一角。冰山下面您会发现：电子的规律运转是原子核外最活跃、最积极的因素，核外电子规律运动是物质构成及其理、化、生特性的总根源。

上篇文章，以自然物质热发光的事实，论证了：热是物质核外电子的运转速度，物质的温度与核外电子的运转速度紧密关联，这是一个以事实为依据的、全新的物质物理学概念，“”还带来了什么内部消息？

有网友喜欢看我博客中的逻辑思维，在论证了物质的温度就是核外电子的运转速度之后，又有了一连串的推理，请您验证以下推论是否合理。

推理一、依据：温度——核外电子的运转速度，物质热现象都是核外电子规律运动的结果。所以，凡是与温度相关的科学探索、都应该首先思考其核外电子运动相应的速度。研讨物质的熔点、沸点、居里点、超导临界点，都要与该温度时的核外电子的运转相关联。

推理二、物质的结构，都是在一定的温度条件下的存在，温度变-结构变。那么物质的结构：是冰、是水、是一种热存在，也是其核外电子运动的结果。所以物质结构的存在，应该是在该温度条件下核外电子运转线路、速率的结果，不是化学键。百年物质构成的化学键理论不是自然的真实。

推理三、材料的的性能取决于其核外电子的线路、运转速度。这是材料科学的新开端。

推理四、金属材料的热处理，是通过温度改变金属材料的机械性能。所以热处理就是通过温度改变金属材料的核外电子的运转速度。

推理五、物理学定义，物质的温度高，就是该物质具有较高的热量。那么热量就是核外电子运转所形成的物理量。热量是物理学的多种能量之一，能量可以相互转换，所以，核外电子运转所形成的物理量可以与其他能量相互转换。我们就此可以解读世纪之问——能量是什么？

推理六、热是物质核外电子的运转速度，那么热传递就是传递核外电子的运转速度，也就是逐步改变核外电子的运转速度。热传递有对流、传导、辐射三个途径，所以传热也就是通过三个途径改变核外电子的运转速度。

推理七、热是电子绕原子核运转的结果，温度是原子整体才会有的现象。所以，单个的电子就不存在温度、也不能够携带温度，自然界没有热电子、冷电子。那个“金属由自由电子传热、导电”是个流行百年的错误。

推理八、超导发生，物质的温度极低，所以超导形成时核外电子速率缓慢。

推理九、人生病发烧，细胞的电子速率有所上升。

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四、温度与物质结构

纯净物质存在固定准确的熔点、沸点，说明纯净物的核外电子转速是精准同步的。都与温度有确定、密切的关联，在特定的温度条件下同步发生变化。

与温度直接相关的是核外电子运动。规律必然源于且服从更深层的规则，那么，物质与温度相关的所有特性都是核外电子运动所促成、核外电子的规律的运动是相变温度变化物质特性发生改变的直接原因。

物质的结构，都是在一定的温度条件下的存在，温度变-结构变。那么物质的结构是一种热存在，也是热现象、也是核外电子运动的结果。所以物质结构的存在，应该是核外电子运转的结果。

物质的构成：共价晶体、金属晶体都与价电子数和价电子的价和运动相关。自然界的气体，同类原子总是两两结合，不同类原子结合、总是使分子的价电子之和是8、或8的整数倍。这种现象告诉我们除了惰性气体，原子总是相互吸引对方的价电子构成结构元（图一中椭圆），然后构成晶体。

4价的共价晶体，碳，一般是金刚石（四面体）结构或石墨结构，每个原子对外有4个连接，说明4个价电子与周围4个原子构成晶体结构。5价的共价晶体，则是构成棱方晶体。（如图一）

金刚石晶体（四面体）         棱方晶体

图一

物质的相变-物质呈现为固体、液体、气体，都与价和电子随温度而变化的运动线路、速率相关。物体的构成和相变都是核外电子随温度规律变化的结果。[2]那些金属键、共价键、离子键、范德瓦尔斯键等等化学键都不是自然的真实。

铁磁物质常温下呈现磁性，到了居里点磁性消失。说明磁性与温度相关、与价和电子的运动相关；天上雷电的形成与冷空气、与温度相关，提醒人们：雷电也与核外电子运动相关。

物质热的现象都是核外电子规律运动的结果，凡是与温度相关的科学探索都应该首先联系核外电子运动进行思考。磁性物质在居里点磁性消失；超导体的在临界低温、超导发生。

那些测不准、电子云理论、模棱两可的量子理论，显然与物质精准同步的特性格格不入，禁锢人们探讨核外电子的规律运动，封锁了人类对物质的研讨路径，蛮横霸道，是跨世纪的科学错误。

五、热能、能量

明确了热是什么，也就不难解读热量，热就是核外电子运转的速度。热量就是物质核外电子的运转动能的集合。热量是众多的能量中的一种。能量可以相互转换，那么就可以通过热能破解其他的能量。

能量，是当今社会最常使用的词。能量无所不在，但又看不见、摸不着。在中学就学习了各种形式的能量——能量转换、能量守恒。

能量究竟是什么？是物理学仍然震响的天问。

核外电子在绕核运转着，温度——核外电子的运转速度，大自然用电子的运动速率蕴含热，也就是运用电子的运动的动能携带热能，于是就告诉我们能量的载体——电子的运动。化学能、光能、电能、都可以转换成为热能、都可以提高物质核外电子运转速率，说明各种能量都能够加速物质核外电子的运转速度，能够加速物质核外电子的运转速度是所有能量的共同基础。

除了电能、光能（以下论述），化学能、生物能、都蕴含在物质之中，都具有较高的核外电子速率，但是这种高速率不是温度很高，这与价电子数和原子结构有关，例如，氧气和氢气都具有很高的核外电子速率、具有较高的化学能，氢、氧反应成了水，放出了能量。

电能、光能，化学能、生物能、都具备推动核外电子加速运动的动能，有了这个共同的基础，因此能量能够相互转换，因为转换前后的能量都是电子的运动，所以总量不变——能量守恒。

宏观世界的机械能：汽车能够奔驰，是汽油与氧的化学能反应，形成气体膨胀（核外电子线路改变），推动发动机的活塞。机床能够运转，是电流产生磁力，推动电动机运转。所以宏观的机械能都是电子运动推动而来。

能量为什么会守恒？能量为什么能在物质之间转移、能量的形式为什么能相互转换？其内因就是核外电子的运动。核外电子的运动方式、运动速率、运动的动能，是独立呈现的热能、光能、化学能、生物能存在相互联系的内在原因；核外电子的运动，是能量转换、能量守恒的内在原因。

能量是电子规则运动的动能，能量蕴含在电子规律运动的速率之中，能量由电子的运动以及辐射、接收电磁波进行传递、转换。

六、传热问题

中学学过：物质的传热有三个途径：热对流、热传导、辐射。热对流很好理解，现在就来讨论传导、辐射。

热辐射是不存在的，所以我把辐射前面的“热”拿掉了。我们已经论证：热是核外电子绕核运转速率、热是原子整体才会有的现象，这种原子现象是不能辐射的。在上篇文章热和光的讨论中，确认了高温物质辐射的不是热、实实在在是多种频率的电磁波（包括红外线），所以应该叫做电磁波辐射。

核外电子绕着核心旋转着，电子运转伴生着电磁波，运转速率就是物质温度。原子总是处在一定的环境之中。当外界的温度较低，高速运转的核外电子发生跃迁，降低自身的速率同时向外辐射电磁波；当外界温度较高,处在温度较低的原子就吸收外界辐射的电磁波，加快自身的核外电子运转速率，即提升了自身的温度。

自然界所有原子都不是孤立的、静止的。都是在这样不断地辐射、接收着电磁波，与外界进行着交流,维持着一个动态的平衡。这样,从传热到辐射都成就了“热总是由高温物质向低温物质的传播”的热力学第二定律。

原子高温时，核外电子跃迁，辐射电磁波，降低自身的速率，失去了能量。原子低温时，核外电子还能吸收外来的电磁波辐射，提升运转速率——获取能量。物质就是这样与外界通过辐射或接收辐射与外界进行热交流。

人们晒太阳、烤火，接收着热源辐射过来的电磁波、红外线，随即提升了自身细胞的核外电子的速率，感觉到温暖。于是把电磁辐射叫做热辐射。光辐射不尽然是热辐射，光伏电池就直接把阳光能转换成电能。

有热学研究者依据“热传递过程的不可逆”，无限扩大其时间、空间，直至整个宇宙都会达到热平衡，形成所谓的“热寂”。事实上这种现象从未发生，连热寂的趋势也不存在。这是因为：自然界不仅有热力学第二定律，大自然还存在最基本的哲学——循环，自然万物都在生生不息的局部循环之中。雨、生命、春夏秋冬都是如此。热也是循环、在某些局部范围循环，不会在宇宙间形成热寂。

热传导   人们早就注意到，不同的物体，其导热能力是不相同的，当固体物质局部受到高温时，金属物质传热快，而非金属物质及化合物传热缓慢。所谓的热传导，就是当物体局部受热时，这个局部的电子速率增加，而且影响到邻近结构元的核外电子的速率增加，形成了热传导。

金属物质传热快，不是因为金属内有什么“自由电子”。而是因为金属内的每个结构元内的价和电子的速率相对独立，金属受热时，因价和电子没有牵连，速率立即升高，通过磁场影响传递给邻近的原子，使邻近价电子运转和谐，速度差异接近。热传递是通过电子运转的磁场传递的。

而非金属的价电子数较多，每个核心周围有4 个或更多的价和轨道的环绕，（见图一）而每个轨道的另一端连着另一核心，另一核心又环绕着许多轨道，每个结构元的价和电子的速率都是相互牵制的，它们的速率必须相对同步。当物体局部受热时，价和电子的速率受到周围结构元的制约，不能很快增加，因而热量也得不到较快的扩散、传播，故非金属物体的导热性能很差。

科学的本质是探索、探索的依据是事实。科学理论的基础必须来源于事实、忠于事实。电子云、量子力学设立禁区，探索被迫回避自然事实、科研丧失了本源、没有了基础，丧失根基的大厦必然垮塌，百年物理将从此被颠覆。大自然在热与光中指引我们探讨核外电子规律运动，使众多的科学之谜迎刃而解，生机已经显现，前途初见曙光。