涡旋再论

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涡旋再论
陈叔瑄

涡旋论从《物性论》第二条的趋匀平衡原理出发，即物质系统存在分布不均匀、不平衡、不对称的任一运动、状态、结构总是自动地趋于（或转化）均匀的、平衡的、对称的运动、状态、结构，且具有保持均匀的、平衡的、对称的运动、状态、结构的特性，直到外部条件迫使其改变为止。能密度均匀趋势使平动运动向涡旋运动转化及其涡旋运动具有质量密度浓缩趋势，是构成天体、实物粒子、量子的基础。平衡趋势是构成物质周期性变换运动、周期性交换、正反物态或作用的基础。对称趋势是构成递换传输、生长衰亡、生态平衡的基础。
引出如下基本公式：动能密度为
w=ρυ²/2
角动能密度
w=ρr²ω²/2
涡旋成形能密度
w=ρ(r²+αz²)ω²/2
多体能密度
w=ρ[υ²+r′²ω′²+(r²+αz²)ω²]/2
等公式。稳定时动能密度趋向均匀，即恒量，而质量密度随速度、角速度、离中心距离不同地分布。速度或角速度愈小质量密度愈大，距离中心愈近质量密度愈大，中心最大。对于球涡旋体来说，其质量可用积分办法得到
m=∫ρdv=∫ρr²dr
质量愈大的涡旋体必弥漫愈快愈强，平衡趋势使交换频率愈高，即m与ν成正比，且交换密度愈强。也使微旋化愈复杂，但基本上由平动运动与自旋运动的组合方式，然而纯粹平动或纯粹自旋都不是稳定的状态。
物质速度高于等于光速时为场物质，实际上远小于光速度实物就已离散成气体状态，因此固液涡旋体或物体是有一定范围的。在这个范围之外是场物质
ρ=dm/dV=dm/r²dr=m″/r²
其中m″=dm/dr称为趋势总量¸等效于引力质量。近球形涡旋体中心速度与角速度愈小，所浓缩的质量愈大，相应ρ场物质的质量密度,等效于引力强度,这样作用力大小与场质密度与质量成正比
F=k′mm″/r²
等价于牛顿万有引力定律。适用于描述太阳系各星体间关系。
一、运动能量密度
平动趋匀中各向机会均等，必变换转化为涡旋运动。涡旋运动趋匀必浓缩质量，并逐渐成体。但涡旋中心质量不可能无穷大，必使涡旋体平动或向外弥漫，构成平动与涡旋运动变换，或浓缩质量与弥漫质量的的交换状态。当平动与涡旋形成周期性变换时，两者合起来就可构成总能不变的稳定状态。周期性变换就有变换频率、变换强度、变换相位和方位等参量关系问题。变换能由变换频率定义的，即E≡hν/2（它跟平动能E≡mυ²/2和涡旋能E≡Jω²/2定义类似的，其中m为质量，υ为速度，J=kmr²为涡旋惯量，ω为角速度）。最典型的周期变换粒子是光量子，它纯粹是平动与涡旋间周期变换，构成总能只由周期变换能hν/2和平动能mc²/2组成的稳定粒子。
高速场质A(场质流速)微涡旋轴向流动螺旋线场质，可以用场的涡量rotA=μH=B或磁力线描述，其穿过单位平面的磁力线数为磁场强度。其空间一点的能密度可描写为w=μH²=BH。高速加速场质流线可用电力线G=-dA/dt表示，其中A可以看作场质流速，G称为电场强度，空间一点能密度为w=εG²=DG。磁场的微分
dB/dt=d rotA/dt=rot(dA/dt)=rotG
说明移动磁场可以产生电场涡量或加速场质涡量。实际上导线在磁场中可以使壳粒感应跟磁场相反的涡量，此壳粒涡量移动则因涡旋与运动存在正反向而产生侧面移动的电流或电场涡量。而移动的电荷前后沿同向与反向加速重叠所出现不平衡状态，在平衡趋势中形成环磁场。即
4πI=∮Hdι
或用微分式表示
4πj=rotH
其中I为电流，j为电流密度。如果电流周期性变化，从而产生周期变换的电场和磁场。对场质而言对应于平动与涡旋周期变换，并向外运动，即辐射电磁波量子流。
对于周期性电磁场变换或电磁波，实际上是磁场能密度与电场能密度的周期性变换，而它们能密度之和仍是非周期的能密度。电磁波或粒子之间电磁交换可以用能密度来描述。能密度愈大表示交换愈强，甚至可表示粒子性愈强。而粒子性愈强交换力程愈短，即命中率愈低。如电磁场能密度座标描述为w=μH²+εG²，其中μ为导磁率，ε为电介质系数，H为磁场强度，对应涡旋在场中描述的磁涡量，G为电场强度，对应平动在场中描述的电动量。它们分别是
H=H。Sin2π(νt-ι/λ)
G=G。Cos2π(νt-ι/λ)
当√μ=√ε，代入上式电磁场能密度为不变数。光不过是原子级辐射电磁波量子流。热量或红外线不过是分子级辐射电磁波量子流。相位调整后，都可以用电磁波函数或波动方程描述。波函数平方表示其能密度或粒子数密度，即强度。
二、粒子数密度
对于一般粒子，尤其原子外壳层粒子来说，通常处于周期性交换状态，只有粒子间交换频率整数倍时，交换才能同步并处于较稳定状态。其波动函数
φ=φ。Sin2π(νt-ι/λ)=φ。Sin(2π/h)(Et-pι)
其平方或共轭乘积为能密度或粒子数密度。能密度与粒子数密度间差一个单一量子能量，即量子能量乘以粒子数密度。但场的描述对于空间一点某时刻的一个粒子来说，只能理解为出现的几率密度。它等价于量子力学对波函数的几率解释。其中量子的能量为E=mc²=hν，动量为p=h/λ。
一般粒子具有本身周期性变换运动和周围的周期性交换场质作用，后者通常用位能表示。对于粒子间同步交换实际上是具有场的驻波运动方式，存在一系列波节，即交换粒子相位在此空间位置上相位的相反而波动抵消。如原子核与周围壳粒交换，而壳粒绕核且沿着这些波节运动，交换才是有效的。距离核不同位置波节所具有位能不同，愈远位能或能级愈大，通常用主量子数或径量子数描述。对基壳粒是如此，而绕基壳粒的谐壳粒更多一项相对基壳粒位能而且愈远位能或能级愈大，通常用轨道量子数或角量子数描述。涡旋壳粒本来就具有自旋，其正反向分别用正负自旋量子数表示。粒子的波函数可用定态波函数或定态波动方程描述。
φ=φ。Sin(-2πι/λ)=φ。Sin(-2πpι/h)
d²φ/dι²=-(-2π/h)²p²φ。Sin(-2πpι/h)=-(4π²/h²)p²φ
=-(4π²/h²)2m(E-U)φ=-(8π²m/h²)(E-U)φ
d²φ/dι²+(8π²m/h²)(E-U)φ=0
其中动能等于总能减去位能，即p²/2m=E-U
单一粒子变换强度可以用总能或某些参量表示，总能愈大就是变换强度愈大。但对大量同类甚至同步运动粒子束来说，变换强度与其能密度或粒子数密度有关，可以用变换能密度或粒子数密度表示。变换两种能量或能密度间周期相位刚好相反，而两者之和不具有周期性变化的能量或能密度，描述起来较为方便，称为双能密度。双能密度可采取流经该坐标上一点参量描述，即用场描述。通常场的描述包含位移矢量与时间标量构成的四维时空描述，双能或双能密度中总是包含矢量参量定义的能量或能密度，与标量参量定义的能量或能密度两大类，两者之和不变性是物质稳定状态的基础。
三、统计密度分布
对一般的气体分子不规则运动的动能是取其统计平均值，它对应温度参量。更广泛的统计表达式可归纳为
ni=1/(e&sup((E-χ)/kT)+δ)
dn(E)=dE/(e&sup((E-χ)/kT)+δ)
其中ni粒子数几率密度，E为粒子能量，χ为化学势，即元素递换传输趋势，T为温度，δ可取0、1、-1分别表示三种统计分布。当χ=0，δ=0时，为麦-玻的热力学分子不规则运动统计。当δ=1时，为玻-爱具有整数自旋的对称波函数，如光子或某些原子核等的统计。当δ=-1时为费-狄非对称波函数，如壳粒子、质子、中子等统计。
对于热力学运动，分子不规则运动的分子数分布，可用上式中δ等于零表示。气体分子动能的平均值可以定义为温度，分子动能的平均值与分子数密度乘积可以定义为气压。分子不规则运动存在差异或温度差异，就会自动地在运动中趋于平衡，即热量自动地从高温流向低温。可见热力学第二定律实际上是趋匀平衡原理的特例。又由于高温的热机总是处于周围相对其低温工作，必然自动地向周围辐射热量，使热机效率不可能百分百，这是热力学第二定律另一种表达方式。
对于大量微观粒子或量子组成的宏观物体，粒子或量子运动具有统计分布性质。即使同类粒子，甚至同元素原子都存在能量或质量的统计分布，通常元素取原子质量平均值为其原子量。上式中温度参量kT改为相应元素原子量，即平均原子质量，就可以看成同元素原子总能量或质量分布规律
ni=Ke&sup-((E-χ)/m)
dn=K(e&sup-((E-χ)/m))dE
其中ni或dn是能量为E，化学势为χ，某元素原子量为m的分布粒子数，K为分布系数。对于该元素的单一粒子来说，此式也可看成在上述条件下出现的几率。这是按某元素原子总能或质量分布，而对空间对称分布可以用
dn(ι¸t)=dE(ι¸t)/(e&sup((E-χ)/m)-1)
表示。它们是空间与时间的变化函数。对时间的微分可以看成生长表达式
dn/dt=(2/(e&sup((E-χ)/m)-1)dE/dt
其中m、χ都近似看成不变量。
等价于量子力学波函数是粒子（壳粒）本身的周期性变换，而粒子（壳粒）周围性场质交换在波动方程中表示为位能，并只能取交换波节所在的轨道上。对于原子类似太阳系的涡旋运动中逐渐形成涡旋多体结构，由于形成环境条件差异，同类原子（指相同壳粒数和分布的稳定原子）质量不可能完全一样，略有差异或具有统计分布，如上述同元素原子质量分布规律所示。原子量是其统计平均值，相应分子量也是统计平均值，这样化学的定比定律、倍比定律和化学反应式的意义就要调整，它主要反映分子中所含元素原子数目比例关系和化学反应式的元素原子递换比例关系。
四、生长分布
系统生长过程是从外部吸收或输入物质经递换传输，系统生长，并递换出‘废品’，而这个‘废品’往往又是另一个系统需要的吸收或输入物品，再经递换传输生长，并递换出另外‘废品’，构成所谓的递传链。输入质量与输出质量之差为递传质量，它等于原子量、分子量、实物粒子质量等乘以相应粒子数或粒子数密度
Δm=m1-m2=Σм¡ñ¡
Δρ=ρ1-ρ2=Σм¡ρ¡
其中Δm入出质量差，м¡为递换传输某原子量、分子量、粒子质量等，ñ¡为相应的粒子数，Δρ为递传密度差，ρ¡为相应的粒子数密度。它是递传各原子、分子、粒子之和。粒子数、质量、质密度还可统一用分布函数f表示。
系统递换传输过程实际上是竞向对称平衡趋势中生长的，如植物总是沿中心轴线左右前后竞相增长的，又如动物总是左右竞相增长的趋势。可用总是粒子数或质量分布的对称平衡趋势增长，即粒子数或质量分布是空间和时间的函数，可表示为球面坐标f(r、θ、φ、t)或圆柱坐标f(r、θ、z、t)或直角坐标f(x、y、z、t)。分别便于对点、线、面对称描述。其对时间微分可以看成粒子数或质量分布的增长率，以表示生命过程。如果说直角坐标中f(x、y、z、t)=f(-x、y、z、t)表示忽略时间差异下相对y、z面对称分布。动物体或昆虫或微生物总是左右趋势中趋于对称，虽然时刻上有前后，但时间函数变化率仍然为
df(x、y、z、t)/dt=df(-x、y、z、t)/dt
总变化率是其左右两边之和，即
df。/dt=df(x、y、z、t)/dt+df(-x、y、z、t)/dt
=2df(x、y、z、t)/dt
说明变化率对称竞相生长，使其具有双倍数增长趋势。
对于圆柱坐标表示植物之类生物中f(r、θ、z、t)=f(r、θ+π、z、t)在忽略时间前后情况下相对z轴转过π角仍然相等，以趋于对称生长。可以用函数对时间变化率表示
df(r、θ、z、t)/dt=df(r、θ+π、z、t)/dt
具体生物体不同角每次转过几度，再行对称平衡趋势，要根据植物递传和平衡趋势过程特性决定的。虽然生物有对称平衡生长趋势，但外部环境条件如阳光、磁场、地面坡度、水分等各向条件不一样，总使其生长各方向不是完全对称。总变化率可以是倍数（2、4、8、┉）增长，根据具体事物具体分析。

参考文献：
1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年12月出版
2、《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2002年12月出版
3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》 陈叔瑄著  福建教育出版社1994年6月出版
4、《涡旋论-未来物质结构设想》 陈叔瑄著 《未来与发展》1983年3期