靜電實(shí)驗(yàn)和可恥的靜電平衡理論
自由電子理論的救命稻草
晏成和
早在自由電子理論建立之初，就與實(shí)驗(yàn)事實(shí)大相徑庭，自由電子之說遭遇質(zhì)疑、面臨夭亡，學(xué)界的巧言令色之徒，編造了一個子虛烏有的靜電平衡理論，挽救其起死回生。
自由電子理假說的提出受到追捧，但是與靜電實(shí)驗(yàn)的結(jié)果格格不入，經(jīng)不起推敲。靜電實(shí)驗(yàn)其實(shí)就是一個簡單的初中物理實(shí)驗(yàn)，表達(dá)一種普通的自然現(xiàn)象，卻反映了自然物質(zhì)豐富的內(nèi)含。
實(shí)驗(yàn)事實(shí)：在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，把帶電荷的物體與絕緣起來的金屬體接觸，電荷進(jìn)入金屬體，這時(shí)外來電荷總是立即在金屬體的平面、柱面上均布、在凸出的表面聚集，同時(shí)產(chǎn)生電壓，能在尖端放電。
為什么外來電荷（我們先考慮負(fù)電荷-電子）只能分布在表面？同時(shí)產(chǎn)生的電壓是哪里來的？這是大自然提示我們一個信息：金屬物質(zhì)內(nèi)部的原子數(shù)及其核外電子的數(shù)量是精確的，運(yùn)動是規(guī)律的，內(nèi)部整齊劃一，沒有所謂的自由，也沒有外來電子呆的地方，多出電荷使金屬體內(nèi)產(chǎn)生電壓，以驅(qū)趕多余電荷，外來電子只能被擠在表面，或被擠在曲率（原子空隙）較大的尖端、向外逃逸。這個實(shí)驗(yàn)使得自由電子理論面臨滅頂之災(zāi)。
按自由電子之說，金屬內(nèi)部是充滿著自由運(yùn)動的電子。那么，實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)入的電子也是電子，性能一樣、性質(zhì)相同，完全應(yīng)該成為金屬內(nèi)自由電子新成員，應(yīng)該與其他的電子一樣，在金屬內(nèi)自由分布、舒適地在其間自由運(yùn)動，為何被驅(qū)趕到表面？如何被擠到凸出部聚集？又如何會形成尖端放電？
導(dǎo)體的靜電感應(yīng)和電荷趨附表面、趨尖的事實(shí)，說明金屬內(nèi)部不是游蕩著的自由電子、自由電子理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)完全不符，這正是反思自由電子理論的最佳時(shí)刻——自由電子理論不是自然的真實(shí)。上世紀(jì)初物理先驅(qū)的假說可能錯誤、領(lǐng)入岔路?？上?，面對實(shí)驗(yàn)事實(shí)，在碰到基本困難以后，不敢反思，而是維護(hù)原始的錯誤，一味追加假定，一步步地硬著頭皮走下去，以至于越走離自然真實(shí)越遠(yuǎn)。
在靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，外電荷趨附表面、趨尖的事實(shí)，證明金屬內(nèi)部不存在自由電子，使得自由電子理論難以自圓其說、自由電子導(dǎo)電的理論面臨破產(chǎn)，不符合事實(shí)的理論破產(chǎn)天經(jīng)地義，有利于科學(xué)的進(jìn)步、成長。然而就有衛(wèi)道士趕緊為自由電子進(jìn)行狡辯，提出了新的解釋——靜電平衡理論，該理論說到：一旦外來了電荷（靜電），金屬內(nèi)的自由電子馬上就停止長程自由運(yùn)動、各自歸位（平衡），把外來電荷擠在表面、尖端。這種荒唐的補(bǔ)丁理論居然忽悠了一百年。
在《大學(xué)物理教程》導(dǎo)體的靜電平衡性質(zhì)一節(jié)中寫到：“將一帶電棒同導(dǎo)體接觸，或?qū)?dǎo)體放在外電場中發(fā)生靜電感應(yīng)，從接觸發(fā)生的瞬刻到電荷在導(dǎo)體上分布達(dá)到穩(wěn)定，其過程是十分短暫的，通常只經(jīng)歷10-14～10-13秒！在達(dá)到穩(wěn)定之后，自由電子將不再出現(xiàn)宏觀的運(yùn)動，這種狀態(tài)稱為導(dǎo)體的靜電平衡狀態(tài)?！保ㄔ?，只加了下劃點(diǎn)）
在《教程》中描述了實(shí)驗(yàn)過程（帶電棒同導(dǎo)體接觸），特寫了精確時(shí)間，讓人覺得靜電平衡實(shí)在、精準(zhǔn)。把假的偽裝得很真，讓學(xué)子不敢懷疑。
靜電平衡之說很奇特，在平常狀態(tài)下可以在金屬原子間宏觀自由運(yùn)動的“自由電子”，在移走（來）了幾個電子，就使得金屬內(nèi)那么多的自由電子將不再出現(xiàn)宏觀的運(yùn)動，原來在原子間自由長程運(yùn)動的電子頓時(shí)就失去了宏觀運(yùn)動的自由！
靜電平衡理論很離奇、也很費(fèi)解，只要稍微移去（來）幾個電子，就能在皮秒（10-12秒）內(nèi)使幾萬億億個自由電子頓時(shí)失去自由，使在300K溫度下以每秒1000公里速度運(yùn)行的自由電子不再有宏觀運(yùn)動，卻不能交代此時(shí)是什么力、如何使電子的運(yùn)動瞬間脫離宏觀、線路發(fā)生改變、電子失去自由。而且這些只是發(fā)生在１立方厘米銅材內(nèi)的故事。（數(shù)據(jù)摘自《大學(xué)物理教程》，吳錫瓏主編，第二冊，第二版，第12章）
《教程》中引入了例題、數(shù)據(jù)，讓人感到它有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，似乎顛撲不破，那么我們也來看幾個實(shí)實(shí)在在的大數(shù)據(jù)，來一點(diǎn)量化分析。
教材中例舉了１立方厘米銅材發(fā)生靜電平衡，一般學(xué)生對此可能沒有多大的感觸。我們不妨想大點(diǎn)，設(shè)想一下，一艘下水前的航母只要輕輕移去（來）幾個電子或是由帶正電的小球感應(yīng)，這幾個電子會在航母的某個凸出部位聚集。
按靜電平衡理論的解釋，從接觸發(fā)生的皮秒內(nèi)，自由電子將不再出現(xiàn)宏觀運(yùn)動。也就是說就這外來的幾個電子在瞬間就能使以每秒1000公里速度運(yùn)行的自由電子頓時(shí)改變運(yùn)動狀態(tài)；使這十幾萬噸鋼鐵的數(shù)億億億個自由電子頓時(shí)失去自由。
是什么神奇的力量使這么多高速運(yùn)動的電子在瞬間急剎車、急轉(zhuǎn)向，其間包含了多大的沖量，多大的動能？真是太神奇了！符合能量守恒定律嗎？符合動量守恒定律嗎？實(shí)在是匪夷所思！
如果我們再想大點(diǎn)，設(shè)想一下，有一個地球那么大的金屬球，外界只要移去（來）幾個電子，這幾個電荷會在“金屬地球”的某個凸出表面聚集，按靜電平衡理論：外來電荷使“金屬地球”整體發(fā)生了靜電平衡。就是這幾個電子竟然使得這幾億億噸的金屬球內(nèi)所有的多少億億億億個自由電子在皮秒內(nèi)頓時(shí)改變運(yùn)動狀態(tài)、立即失去自由、瞬間緊急歸位！真正的天方夜譚。究竟是靜電平衡的神奇還是自由電子的子虛烏有？結(jié)論大家自己就會得出。這個彌天大謊居然在科學(xué)界、在大、中學(xué)教材中忽悠了近百年。
靜電平衡理論竭盡全力連唬帶混地“解釋”了電荷的趨表，可教程面對外電荷在趨表的同時(shí)金屬體產(chǎn)生的靜電電壓、電壓值隨著導(dǎo)入電荷量的增加而顯著增加，這最明顯、最宏觀、最易于度量的、同時(shí)發(fā)生的最為關(guān)鍵的物理現(xiàn)象，這電壓是如何產(chǎn)生，是哪里產(chǎn)生的？電壓與電荷、物體質(zhì)量材料之間的比例是什么關(guān)系？產(chǎn)生電壓時(shí)同時(shí)產(chǎn)生了電場，這個場是哪里來的，場與電壓、電荷有什么關(guān)系？
對一個完整的實(shí)驗(yàn)故意只講述一半，對另一半?yún)s有意掩蓋、小心繞開。這算什么物理教程？面這是疏忽嗎？我看是愚昧、耍滑頭，誤人子弟。探討科學(xué)必須坦然面對所有事實(shí)，為某種企圖而自行取舍、有意回避是自欺欺人。
靜電實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明：常態(tài)下金屬物質(zhì)內(nèi)的電子已經(jīng)各有歸屬、穩(wěn)定平衡，不存在所謂的自由電子。
靜電實(shí)驗(yàn)是一個古老簡單的物理實(shí)驗(yàn)，卻為我們探索自然提供了蛛絲馬跡，反映了大自然內(nèi)含豐富的信息：
1、金屬物質(zhì)每個原子的核外電子的數(shù)量精確，環(huán)繞核心規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)、電荷已然平衡，每個電子都棣屬在其原子體系，根本沒有任何宏觀運(yùn)動的自由電子。
2、外來電荷只能被擠出在表面或尖端，同時(shí)產(chǎn)生電壓，直至把外電荷驅(qū)趕出體外。值得關(guān)注的是：外來電荷-產(chǎn)生電壓。這是電壓最原始、最基本的發(fā)生，說明：電壓是由物質(zhì)內(nèi)原子（質(zhì)子、核外電子）受激所產(chǎn)生，原子是電壓的發(fā)生源。
3、電壓由外來電荷引起，是驅(qū)趕多余電荷的動力。說明：電壓是驅(qū)動電荷運(yùn)動的首要。（要驅(qū)動電荷運(yùn)動形成電流，首先要導(dǎo)通電壓。）
4、靜電實(shí)驗(yàn)的電壓均勻分布在金屬球表面。說明：電壓是均布的場，是波。（場是波的集合）
5、電荷能夠在物體內(nèi)產(chǎn)生（電壓）波，并且被波驅(qū)趕。表明：電子能夠與物質(zhì)內(nèi)原子（質(zhì)子、核外電子）發(fā)生交流，說明電子自身伴生、攜帶著電磁波。
6、靜電實(shí)驗(yàn)中金屬球電攜帶電荷，周圍立刻形成了電場。說明:電場是電壓的空間分布，二者同源，是不同形式的波。
百年前人們對靜電實(shí)驗(yàn)的解讀淺嘗輒止，與大自然的大量信息失之交臂。以上特性在解讀物質(zhì)及其導(dǎo)電性能有重要意義。
自由電子不是自然事實(shí)，金屬內(nèi)本來就不存在自由電子，當(dāng)然也不存在讓自由電子失去自由的所謂平衡，自由電子是個臆想的偽理論，靜電實(shí)驗(yàn)事實(shí)正好揭露這個偽理論?？上?，靜電平衡理論的制造者沒有擔(dān)負(fù)起科學(xué)家的職責(zé)，而是掩蓋偽錯，編造自由電子突然平衡的神話，背離自然常理，經(jīng)不起量化分析，同時(shí)回避實(shí)驗(yàn)中的靜電電壓。靜電平衡只是一個為掩護(hù)自由電子理論而杜撰的自欺欺人的蹩腳理論，竟然進(jìn)入全世界的教材，蒙騙科學(xué)界近百年。
2015-2-9改寫
