多重德拜球层与万有引力

参照英文

How to cite this paper: Chi, D.L. (2021)

Multiple Debye Spherical Layers and Universe.

Journal of Applied Mathematics and

Physics , 9, 477-483.

https://doi.org/10.4236/jamp.2021.93033

Received: November 16, 2020

Accepted: March 26, 2021

Published: March 29, 2021

摘要

电场叠加原理和高斯定律在某些状态下是不成立的，这涉及到德拜休克尔理论中的关键概念-离子氛的电场。离子氛（第一德拜球层）实际上继续传输源于中心离子的电场，只是改变了电场的方向，中心离子的电场在空间传输中导致第2德拜球层以及多重德拜球层生成。基于宇宙中荷电粒子的多重德拜球层效应，万有引力引力源于电场力。

关键词

离子氛，多重德拜球层，万有引力

介绍

在《万有引力源于电场力》中文第1部分中，通过对电荷电场线的扩展分析，展示了电场叠加原理和高斯定律在某些状态下是不成立的。这涉及到德拜休克尔理论中的关键概念-离子氛的电场。离子氛（第一德拜球层）继续传输源于中心离子的电场，只是改变了电场的方向，中心离子的电场在空间传输中导致第2德拜球层及多重德拜球层生成。基于宇宙中荷电粒子的多重德拜球层效应，万有引力引力来源于电力。

揭开德拜屏蔽的真相

Debye-Hückel理论中，带正电Zje的中心离子j和带负电-Zje的球状离子氛形成电中性态，离子氛等价于带电-Zje的薄球壳，图1（A）（1，2，3，4），离子氛屏蔽了中心离子的外电场（5，6）。

基于前面已有的对叠加原理与高斯定律的新认识，我们这里对德拜屏蔽持谨慎与怀疑态度，下面来考察它。

在下文中，将离子氛称为德拜球层或第一德拜球层。

图1.离子氛的电场
 (A) 平均有效离子直径和离子氛厚度。带正电荷的中心离子j，带负电荷的离子氛等价于带负电荷的球壳。a是平均有效离子直径，为离子氛的厚度，也称为德拜屏蔽长度。    

(B) 中心离子与带负电荷球壳的电场线。

根据图1（A），画出德拜球层-等价带电球壳（等价一带电球壳，它是非导电球壳，其上面负电荷均匀分布）和中心离子的电场线，图1（B）。电场线表明中心离子与离子氛-德拜球层构成一个电场叠加原理与高斯定律皆不适用或不成立的状态。离子氛-德拜球层具有外电场。

对于溶液中一个离子的电场对外作用中所生成的一个荷电体-离子氛，该荷电体在整体溶液中所处地位跟一个同符号荷电的离子除了所占空间范围区别之外，没有其它区别，即它自然对外有电场作用。

图2.多重德拜球层

（A）三重德拜球层内的中心离子和等效带电球壳的电场线。

（B）多重德拜球层内的中心离子和等效带电球壳。

（C）中心离子j的多重德拜球层中第n层中的任意离子p，离子p的多重德拜球层中第k层中的中心离子j。

德拜球层（第1德拜球层）相当于在中心离子所在位置与中心离子荷电量相同的点负电荷。德拜球层的外电场使第2德拜球面层产生，第2德拜球层又相当于在中心离子所在位置与中心离子荷电量相同的点正电荷；第2德拜球层的外电场导致第3德拜球层产生，图2A。

第n德拜球层的外电场使第n+1德拜球层产生，（n是自然数），只要电解质溶液或等离子体所占空间足够大，中心离子外不但可有多重德拜球层，也可有无限个德拜球层。图2B

每个离子都可作为多重德拜球层的中心离子，同时也是其它离子的多重德拜球层中的一个成员。图2C。

电场线显示，如果忽略电场方向的变化，源于中心离子j的多重德拜球层中的电场强度与仅由中心离子j单独产生的电场强度相同，如图2A所示。

讨论与总结

1) 离子氛，即德拜球层，即第1德拜球层，并不屏蔽中心离子的电场，它只是巧妙地反转电场的方向，继续传输源于中心离子的电场，并导致多重德拜球层生成。

2) 源于中心离子的多重德拜球层中的电场强度的绝对值等于中心离子单独存在的电场强度的绝对值是中心离子电荷量的绝对值，R是与中心离子j的距离。

3) 第n+1德拜球层和第n德拜球层携带相同电量但相反的电荷符号。它们各自携带的电量与中心离子j的相同。

4) 由于第1德拜球层和中心离子j携带相等电量但相反符号的电荷，因此在中心离子j和第1德拜球层之间存在电吸引力。同样，在多重德拜球层中任意两个相邻层（第n层，第n+1层）之间也存在电吸引力，则中心离子j可以吸引多重德拜球层中的任一层。中心离子j对任一层的吸引强度与成正比例。

5) 由于中心离子j对任一德拜球层的存在吸引，那么对于任一德拜球面层中的任一离子p，离子p作为该层的一员，则无论离子p的电荷符号如何，中心离子j对离子p都存在间接的吸引。中心离子j对p的间接吸引强度与中心离子j对该层的吸引强度成正比。由于中心离子j和包含离子p的层之间的距离近似于j和p之间的距离, 中心离子j对离子p的间接吸引强度近似成正比于，其中R是j和p之间的距离。

6) 离子P 在(中心离j的第n德拜球层)内, 中心离子 j 也在(离子P的第K德拜球层)内。离子

p对j的间接引力强度 近似正比于 ，为离子p的荷电量的绝对值，R是j和p之间的距离。.

7) 由于5和6, 离子j和p之间的总的间接引力强度 =近似正比于和则j和p之间总的引力强度=近似正比于.减小精度, =就正比于,即 , H是比例常数。

对比任意两离子之间的（总）间接引力强度 与库仑力 ， k(7）。在库仑力中, 两离子电荷符号相同则两离子之间斥力，符号相反则引力；而两离子之间, 不论两离子的电荷符号相同或相反，皆存在间接引力。

8) 假设宇宙中的任意物体和真空都是由荷电粒子组成的，对比电荷体密度的定义,电荷绝对值体密度定义为 , 真空中比任意物体的都小, 但宇宙中任意位置的0。

由于宇宙中荷电粒子的多重德拜球层效应的存在，对于任意两个物体A和B，A和B之间存在间接吸引,其引力强度  , 是物体A所占空间中每个带电粒子的电荷量的绝对值之和，是物体B所占据空间中每个带电粒子的电荷量的绝对值之和，R是A与B之间的距离。

对比两物体之间的间接引力强度 与牛顿万有引力定律, G 引力常数, , ,  分别是物体A，B的质量，则有， ，H=或 H=, 是常数。

（若在2-8中，无论出于对何种因素的考虑而增加某一常数因子来修正相关表达式，对最终推理结论无影响。）

致谢

特别感谢宫碧平教授，李笑天教授，吕和发教授，我的助理武靖森，以及一切帮助过我的人。

参考文献

1 Debye, P. Hückel,E. The theory of electrolytes. I.  Freezing point  depression and related phenomenon, Physikalische Zeitschrift, 24 (9), 185-206(1923). Translated by Michael J. Braus (2019)

2. Peter Atkins，Julio de Paula，Physical Chemistry: Thermodynamics, Structure, and Change, Tenth Edition, 227-230(2016)

3. Ira N. Levine, Physical chemistry, Sixth edition, 311（2009）

 4. Huying, Physical chemistry 646(2013)

5. Tomas Engle, Phylip Reid, Warren Hehre, Physical chemistry, Third Edition, 251(2013)

6. Francis F. Chen, Introduction to Physics and Controlled Fusion，Third Edition, 7-8(2016)

7 Raymond A. Serway, Chris Vuille, John Hughes, College physics, Eleventh edition, Volume 2, 499(2018).