热胀冷缩的原理是什么？为什么会这样？

这是好问题，因为其深层机制鲜为人知。笔者几乎反思了一辈子，读者至少琢磨一小时。

▲电磁波、引力波、机械波的传播模式是一样的，附近激元频率最高，渐远激元频率逐降。

实体是热胀的vs空间是热缩的

我们这个世界，不仅有“热胀冷缩”现象，而且还有一个反过来的“热缩冷胀”现象。

比起热胀冷缩，热缩冷胀是更普遍的自然现象，这是物理学的空白，笔者的探索如下。

为避免重复，把热胀冷缩现象，简称“热胀现象”，把热缩冷胀现象，简称“热缩现象”。

热胀，属于实体物质(亚原子)的热效应。热缩，属于空间物质(真空场)的热效应。

笔者定义的物质，是有质量、有能量、有密度的客观存在形式，物质有实体与空间两大类。实体与空间是超对称(super symmetry)的。

由于实体与空间是两类截然不同的物质，所以有两种截然不同的热效应，就不足为怪了。

实体热胀的内在机制

日常生活中，热胀现象是司空见惯的。例如，热气球密度下降、车胎日晒爆胀、混凝土热胀缝、蒸馒头会鼓起来。

为什么会热胀现象呢？这要归咎到原子里面的核外电子与原子核的热力学效应。

若加热实体，加大了核外电子的远核点进动半径，进而扩大了原子半径。

若冷却实体，核外电子会减速震荡，核外电子的远核点进动半径减小，缩小了原子半径。

根据热力学第一定律：粒子运动平均动能与热力学温标成正比：Ek=½m₀v²=1.5kT...(1)。

式(1)中，m₀是电子质量，v是电子绕核震荡的线速度。k是玻尔兹曼常数，T是热力学温标。

到此，还要继续追问下去，为什么核外电子的速度加快，绕核运动的半径(r)就加大了呢？

物质是固有的，物质的质量与势能是守恒的，即：△Σmi=0，△Σmic²=0。因此：

能量守恒≡动能守恒，即：△Σ½mivi²=0。热能是一种动能，热能也守恒：△Σ1.5kTi=0。

▲离心伞节速器原理：高速旋转伞柄，伞会张开，增大了伞边某质点的进动半径。

动能守恒，则动量矩守恒：△Σmiviri=0。就原子系统而言，电子与核子进动的动量矩守恒。

由此可推：v₁r₁=v₂r₂=constant(常量)，有：核外电子的进动速度与半径成反比。

电子动能的增量，本质上是倾向于挣脱核子束缚获得较大进动半径，而电子速度反而下降。

当电子受热作用加速到足以脱离核子束缚时，电子刚好获得脱出功，电子进动速度=0。

这是光电效应，即：W₀=△Ek=h(f₀-f₁)。W₀是脱出功，f₀是极限频率，有逃逸速度v₀=0。

而且，随着受热电子进动速度下降与半径扩大，原子空间变大，原子密度与硬度皆下降。

空间热缩的基本原理

大家知道，实体是原子或元素构成的。特定元素的原子都有自己特有的原子光谱。说明，在原子的外空间充满了光子。

而且，原子光谱的超精细结构分布，也说明原子外空间有大量不同频率或波长的(光)量子。

显然，量子在空间的分布，既是独立存在，又是相互叠加的。量子不是全同化均匀分布的。

空间不空，真空有零点势能，虚无空间不存在，早已成为前沿物理科学家的共识。

把零点势能对应的空间基本单元叫场量子，把被外加动能激发的场量子叫光量子或量子。

正负电子湮灭反应是极珍贵的发现，是“实体与空间的互变”的关键证据。反应是酱紫的：

两电子在两个反向磁场中加速到0.9999c≈c，分别获得动能：Ek=½m₀c²=0.51MeV。

然后开始碰撞，两个电子急遽膨胀为两个光子，电子动能转化为光子辐射能。方程是：

①：±e+2Ek(1.02M)=±γ+2Eγ(1.02M)

②：Ek=½m₀c²=Eγ=hc/λ₀(=0.51MeV)

根据质量守恒，±e≡±γ=m₀，我们可以倒逼出光子的三个基本公理：

①光子质量=电子固有质量：γ=m₀

②光子动能≤最大电子动能：hc/λ≤½m₀c

③光子半径≥湮成光子半径：r=λ/2π≥λ₀/2π

光源震荡激发的光子，频率逐个变低，波长逐个变长，半径逐个变大，体积逐个变大。

光子不是被发射的，而是场量子被激发的，光速不是被加速的，是场量子光速自旋固有的。

空间的热缩原理：

外界加热某场，场量子升频蓝移，蓝移的波长缩短，即光子半径缩短，空间单元收缩，表现为空间(场)的收缩，空间密度变大。

外界冷却某场，场量子降频红移，红移的波长延长，即光子半径延长，空间单元膨胀，表现为空间(场)的膨胀，空间密度变小。

结语

1. 根据动量矩的守恒原理，开放实体的热胀现象，是因为外界对实体加热时，实体进动半径变大而速度变小，进而实体体积变大。

2.根据孤立系统熵增原理，封闭空间的热缩现象，是因为外界对空间场加热时，光子的频率加大而波长变短，进而空间体积变小。

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