物理學前沿問題探索

論文類別:理學論文 > 物理學論文
論文標簽:物理教育論文
上傳時間:2003/3/18 13:36:00

摘要:從簡單的自然規律出發,推導出了宇宙的誕生、萬有引力、万有斥力的、物質的結構形式、原子核的放射性、低溫超導现象、同位素等之間有著內在的必然的聯系。合理的解釋了時間的不可逆性、電磁力的產生、太陽系的起源、原子結構、原子核放射性規律、重核元素结構等。其中有許多的新觀點和新思維,對拓寬視野,推進物理學的發展很有好處。
關鍵詞:萬有引力 萬有斥力 宇宙 低溫超導 原子結構 同位素 放射性 太陽系的起源


1.萬有引力和万有斥力
彈簧振子作往復振動,壓縮時, 彈簧产生一個向外伸展的彈力;拉長时, 產生一個向內拉伸的彈力;平衡位置時,彈簧不產生弹力。如同彈簧振子, 对於宇宙, 也具有類似的特性。現代天文學发現, 當今宇宙正好處在“拉伸”的狀態, 正在向著要收縮的趨势發展. 既使宇宙今天仍在膨脹, 總有一天, 整個宇宙將會膨脹到終極點後再向內收縮. 這就是為什麽現在存在萬有引力的原因。
根據對稱性原理, 宇宙在特定的條件下會產生萬有斥力, 當宇宙收縮且通過其平衡位置(即萬有引力和萬有斥力的臨界點)時, 宇宙中的所有物體就开始相互排斥. 但由於宇宙的巨大慣性, 仍將在其慣性的作用下克服物質間的萬有斥力繼续收縮, 直到所有宏觀宇宙動能轉換為物質間的萬有斥力為止. 這時宇宙成了原始宇宙蛋,這時宇宙的體積最小。
在這宇宙的整個宏觀運動過程中, 宇宙的運動動能和勢能(引力勢和斥力勢)相互轉換. 當宇宙收縮到極點時, 宇宙的引力勢能釋放殆尽, 這時宇宙的萬有斥力勢能積蓄到最大值, 物质間的萬有排斥力達到頂峰, 宇宙瞬時靜止. 緊接著宇宙又開始反方向將宇宙萬有斥力勢能逐步釋放轉變為宇宙動能, 當達到平衡位置時, 其斥力勢能釋放完畢, 引力勢能開始诞生並發揮作用. 在引力勢和斥力勢的臨界點(即平衡位置)的一瞬間, 宇宙中的物質不受斥力和引力的作用, 這時宇宙的膨脹速度達到最大值, 通過平衡位置後, 宇宙引力勢能的逐漸積累, 導致宇宙的膨脹速度緩慢降低. 由於宇宙巨大的惯性作用, 將繼續膨脹, 宇宙動能慢慢轉變為宇宙引力勢能, 當宇宙動能完全轉變為引力勢能時, 宇宙將停止膨脹, 这時宇宙膨脹體積達到最大, 其引力势能的積累也達到最大, 宇宙將有一個瞬间的靜止. 緊接着, 宇宙又在強大的引力勢能的作用下開始收縮, 又將其積累的引力勢能轉變為宇宙動能. 如此往復, 以至無窮.
在宇宙膨脹(或收缩)的不同時期, 萬有引力(或斥力)的大小是不相同的, 且呈周期性變化. 宇宙的膨脹(或收縮)的周期對人類來說大得驚人. 人類歷史與宇宙运動周期相比, 僅相当於其中的一個極小極小極小的点. 所以人類無法用實驗或觀察的方法进行驗證。
2.宇宙膨脹(或收縮)過程中的時間和时間矢
對於一個假想的處於宇宙外的觀察者看來, 在宇宙運动過程中, 时間的流失也是不均勻的, 在引力或斥力較大的空間, 時間過得較快,反之亦然。對處于宇宙中的假想觀察者, 其自然生理周期也將隨引力或斥力的大小而发生變化, 當其生理周期發生了變化時, 用來測量時間的时鐘的運行速度也將發生同樣的變化, 所以, 對觀察者來說,他并不能發現其生理周期發生了變化. 對宇宙外的觀察者來說, 这種變化是十分明顯的。
無論宇宙是處於膨胀階段還是處於收縮階段,在其階段內生存的所有物體都不會出現“破鏡重圓”的時間倒流現象,宇宙中的時間矢永遠是不可逆的,對於生存在其間的生物,始終是由誕生-發育-衰老-死亡進行的,永远不可能逆過來進行,這就是宇宙的時間矢和宇宙中的万物一樣,永遠不可逆。
宇宙運動的周期是多少? 宇宙膨脹後的最大體積和收縮後的最小体是多少? 宇宙的平衡位置在哪裏? 在平衡位置時宇宙運動的最大速度是多少? 宇宙的总的引力勢能和斥力勢能是多少? 等等一切宇宙學方面的問題有待探討
如果人們能計算出現今宇宙的總的勢能和宇宙的膨脹速度,就可以計算出宇宙的總的機械能。宇宙中的物質從宇宙中心到宇宙邊緣. 處於宇宙中不同位置的物質具有不同的動能和勢能, 另外, 人類現在所能探測到的宇宙空間僅是宇宙總的空間的很小的一部分, 所以,人類在現代科学技術水平下, 還很难進行這樣的計算。既使计算出了宇宙的機械能, 宇宙還具有宇宙内能和場能。
3.原子核的放射性與宇宙的周期性運動 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
原子核的放射性也可以由宇宙的周期性運動得到圓滿的解釋.
現今宇宙中, 到處都存在原子核的放射性, 從原子核的內部不斷發射出各種粒子和能量. 宇宙在其膨脹的最初時期, 宇宙中的所有物質都聚集在一個相當小的球形体積內, 成为一個巨大的唯一的原始原子核, 也是宇宙中最大的原子核.
由於能量的高度集中, 在聚集在核內的強大的萬有斥力作用下, 巨大的原子核難以保持穩定. 在極其短的時間內, 發生了宇宙大爆炸, 這時原子核一分為二, 二分為四, ……, 就這樣一直分裂下去, 在剛開始裂變的極短的時間內,核子的鏈式裂變極其迅速,隨著原子核的不斷裂變而變小,宇宙的體積也不斷增大,極其強大的斥力勢能不斷得到釋放,裂變的劇烈程度也隨之慢慢的降低,逐漸演變成形各種不同的原子核。在發生核裂變一個較短的時期內, 所有受斥力能作用而破裂的原子核,其核內蘊含的斥力能遠大於核子的結合能,都能自发分裂成小的原子核。
由於核的變小,宇宙的體積不斷增大,斥力势能的進一步降低,在这個較短的時間過去後,有少部分破裂後體積較小的原子核,其斥力勢能與其核子的結合能大小相比擬或更小時,核停止了自發分裂,暫時處於相對穩定時期,但是,大部分原子核內的斥力势仍十分巨大,原子核的结合能抵擋不了斥力能的作用而自發裂變。再過一段較長的時间,隨著原子核的體積的進一步變小,斥力能的進一步釋放,越來越多原子核的斥力能小於核的结合能而進入核的穩定時期,暫時不再分裂. 因而就失去了放射性。但有這些核仍具有多次分裂的潜在能力, 有潜在的放射性。
隨著時間的推移, 放射性逐漸減弱, 能繼续分裂的核越來越少, 當宇宙膨脹到最大时, 仍有極少數核具有放射性. 這就是為什麽現在宇宙中仍有數量可觀的核具有放射性的原因。
原子核的放射性是相對的, 核在不同的時期具有不同的放射性, 隨着宇宙的不斷膨脹, 宇宙中物質密度的減小, 溫度的降低, 以往某一時期失去了放射性的原子核, 這時又会進入一個新的不穩定時期, 核子又重新活跃起來產生新的放射性. 這是因為, 在不同的時期, 核子的溫度和核周圍物質的密度下降, 核子外部“抗放射性的背景壓力”(簡稱:抗放射背压)的降低, 使得核子又能克服抗放射背壓重新具有放射性. 隨著宇宙的進一步膨脹, 宇宙的密度和宇宙背景輻射壓力的降低, 在某階段沒有放射性的核子, 過一段時间後, 核子內部的結合力抵抗不住外界背景壓力的降低而產生放射性. 經過一次或多次放射後, 核子又進入一個新的相對稳定期,須再經一段時間的相對穩定期, 待外界放射背景壓力再一次下降後,又重新活躍起來產生新的放射性。隨着宇宙的不斷膨脹,抗放射背压的不斷降低,核的裂變也將不斷的進行下去。
在同一時刻和宇宙中的不同位置, 对於具有相同結構的核,其放射性能也會大不一樣. 在宇宙中的某一區域具有放射性的核子, 在宇宙中的另一區域不一定也具有放射性. 但具有放射性的潛力, 待抵抗放射性的背景壓力下降到一定程度後, 才能表現出其放射性. 也就是說, 物質是否具有放射性, 要由它所處的宇宙中的位置的抗放射背景壓力的高低來定.
在宇宙的整個膨脹過程中, 宇宙中的核子相对地越變越小, 直到宇宙膨脹到最大且開始收縮時, 一些核子仍具有放射性,只有等到宇宙收縮到一定程度, 待抗放射背景壓力上升到核子不能放射出粒子為止。
由對稱性原理,既然核子在一定時期具有放射性, 在其相對應的另一時期核子必定具有結合性。
當宇宙膨胀到極限,宇宙的引力勢也積蓄到極限,這時,在引力勢的作用下宇宙開始收縮, 核外的抗放射性背壓開始增加,隨著抗放射背壓的增加, 部分較小的核開始具有結合性,慢慢地,隨著宇宙的進一步收縮, 核子的不斷收縮,宇宙中的核子數會逐漸減少, 核子的單個體積增大, 最後形成一個巨大的原子核. 這時宇宙的所有動能全都轉換為宇宙勢能, 宇宙的斥力勢能達到最大, 一个新的宇宙大爆炸的條件又已具備, 並又進入新的一輪宇宙膨。. 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
值得一提的是, 在宇宙的同一區域內,在同一個放射背景壓力的情況下,核子放射性和結合性是矛盾的統一體。部分较大的核具有放射性, 即此时的背壓低於該核放射性終止的背压, 不足以阻止該核停止放射. 而部分較小的核, 由於其背壓高得足以使其發生核的結合, 所以在當今世界上核的裂變和聚變反應同时存在. 一般核的裂變都是大的核子, 核的聚變都是小的核子,對於中等質量的核, 由於外界的抗放射背景壓力正好能阻止核的裂變和聚變, 暫時沒有核的裂變和聚變. 所以, 通過測量原子核的裂變和聚變能力, 以及核子體積的大小, 就可以計算出我们所在宇宙空間的抗放射性背景壓力的高低。
4.合成超大原子核的可能性
我們現在正生活在一個膨脹的宇宙中, 總的趨勢是, 核的裂變占優勢, 聚變處於次要地位. 要想合成大於元素周期表中的核子, 在現今实驗室就能做到, 但是其壽命很短. 如果能制造出一個高的抗放射背景壓力的容器或環境, 我們就可以將實驗室制造出来的重核儲存起來. 但合成大的核子必須消耗相當多的能量,這個能力大於或等於在合成該核的環境下其自然裂變所釋放出的能量,因為這個過程正好是核裂變的逆過程, 核裂變後放出多少能量, 則核結合時必須付給它相對應的能量.
對於核的放射性, 正是一個由高的抗裂變背景壓力環境过度到低的抗裂變背景压力環境的演變. 因为, 在原子核这個環境中, 核的密度比核外物質的密度要高出許多倍。這是一個在一定溫度的情況下, 物質由高密度(即高抗核裂變背景壓力環境)向低密度(低抗裂變背景壓力環境)的節流裂變過程.
上面談到的抗高放射背景壓力的容器或环境, 如果能制造出來, 將會產生极其巨大的作用. 我們可以將当今不能很好保存的具有放射性的核子以及人類新合成的重的具有放射性的核放入其中, 這樣這些具有放射性的核就不會再進行放射演變. 就相當於儲存了核能. 由於沒有核放射性, 也就沒有核污染,也沒有大量高純放射性核子儲放在一起會產生核爆炸的危險。宇航員可以帶上裝有放射性核的容器作為宇宙航行的動力。同時,也是研究宇宙起源和演變最好的科學手段. 如果這樣的容器能抗很大的放射性背景壓力, 人們就有可能制造出质量很大的單個的原子核, 或許这樣的原子核重量能達到100kg以上. 这種大的原子核通過某種特殊裝置, 將其節流後释放出來, 將會放射出大量的核裂變能量. 其裂变方式將會是一分為二, 二分為四, ……, 直到正常核的大小為止. 其釋放出來的能量比起當今的僅一分為二的核裂變來說, 不知要大多少倍. 但是, 這種容器被破壞, 也将會發生巨大的核裂變反應.
同理,如果能制造出高的抗核裂變背景壓力的容器, 一定也能制造出高的抗聚變背景壓力的容器. 這樣的容器能使具有聚變能力的核失去聚變能力, 使沒有放射性的物質產生放射性. 那麽, 我們將中等質量且無放射性的核通過節流裝置讓其進入, 則它就會發生裂變反應,放射出核能,但是, 如果這樣的容器被破壞, 將會發生核聚變反應。
上面所說的兩種容器, 對具有較高抗裂變背景壓力的容器, 我們可以將小質量的元素(如氕、氘等)通過節流裝置註入其中, 這時小质量的元素就會源源不斷地發生核聚變反應釋放出結合能, 這種設施叫低溫核聚變裝置. 這样的容器可以儲存大質量的核, 儲存放射性元素, 也可以作為核聚變裝置. 同樣, 對具有較高抗結合背景壓力的容器, 可以儲存具有核聚變性的輕核元素, 也可以作為中等质量且無放射性的核的核裂变裝置, 或者作為較大質量同時又具有放射性元素發生核裂變(包括深层次裂變)放射出核能的裝置.
5.制造儲存放射性元素容器的設想.
自然界中的抗放射性背景壓力的高低是與宇宙運動(膨脹或收縮)的不同时期、不同區域密切相關的. 宇宙爆炸的初期, 抗裂變背景壓力極高, 只有极大的核才具有放射性. 隨著宇宙的进一步膨脹, 宇宙中的物質的平均密度與溫度也進一步降低, 斥力逐漸減小, 抗裂變背景压力也會隨之減小. 當達到宇宙平衡位置時. 斥力降到零, 引力開始由零慢慢增加. 此时抗裂變背景壓力達到中值; 由於宇宙巨大的慣性力作用, 宇宙將克服引力的收縮而繼續膨脹, 但在引力的作用下, 其膨脹速度將逐漸減弱, 宇宙中物質的密度和溫度將继續下降, 這時, 抗裂變背景壓力仍在進一步下降; 當宇宙膨脹達到極點時, 物質的密度和温度降到最低, 體積达到最大. 抗裂變背景壓力降到最低值. 但並不意味著此時裂變就會終止, 部分大核將繼續分裂, 仍具有放射性. 但比以往要弱得多. 此時宇宙的引力勢能達到最大, 但靜止是相對的, 緊接著宇宙又在強大的引力勢能的作用下開始收縮, 一旦收縮開始, 宇宙中物质的密度和溫度就會上升, 抗裂變背景壓力開始增加, 具有放射性的元素和物質越來越少, 具有結合能的物質越來越多. 到達一定時期, 物質的結合性占主要, 放射性处於劣勢, 核的質量將會越來越大, 數量越來越少. 免費论文下載中心 http://www.hi138.com
从上面的分析得出, 要想提高抗裂變背景壓力, 可從提高物質的密度和溫度兩方面著手. 也就是提高物質的内能; 要想降低抗裂變背景壓力, 必须降低物質的密度和溫度. 事實上我们在實驗室就是從這兩個方面进行的. 例如要想物质發生核聚變, 通過提高小核元素的密度和溫度, 來提高抗裂變背景壓力, 從而達到聚合的目的;在合成大核時, 就用兩核對撞提高結合时的溫度和兩核接近的可能性. 但碰撞後溫度慢慢降下來, 抗裂變背景壓力也降下来了, 這时, 剛剛合成的新的大核又將重新分裂為数個小核. 但降低抗裂變背景壓力的實驗還沒有人做過, 如果盡量降低物質的密度和温度, 一定會使某些暫時不具有放射性的中等質量以上的核產生放射性。
6.低溫超導現象和原子的特性
從以上的分析不難得出,很有可能低温超導現象的幕後幽靈就是物質在低溫時產生了某種特殊的放射性物質後, 这些新的物質的電學性質發生了根本性的改變而使其導電性能發生了質的變化,因為在低溫條件下, 物質的抗裂變背景壓力下降了, 核子中的中子會克服外界的較低的背景壓力衰變成質子和低能電子, 並發出一定的热能. 衰變出來的電子在低溫約束時成为物質的自由電子. 由於原子核外自由電子數的增加, 原子半徑也隨之增大, 從而增加了物质的導電能力. 當物质溫度恢復正常時, 抗裂變背景壓力也就增加了, 這時低溫條件下產生的自由電子在高的抗裂变背景壓力的作用下回到原子核內與質子結合變成中子. 吸收一定熱量. 原子的核外電子數和核半徑也縮回到原来的值, 這時物質的導電性能又降低而回復到原初態。中子衰變成質子和電子以及質子和中子結合成中子的過程中, 伴隨有能量的發射和吸收. 溫度升高, 電子吸收能量后動能增加, 從而提供了電子回到核内與質子結合所需的能量.
從低溫核子放射出電子可知, 由於溫度極低, 放射出來的電子的能量也极小, 所以能夠滞留在放射出電子的物質附近而成為自由電子. 該電子具有遇冷就出、遇熱就進的兩重特性, 人們很難摸清其運作的詳細細節. 因為在超低溫条件下所做的一切實驗都顯得不方面.
如果我們能找到一種物質, 能在較高的溫度下發射出具有以上兩重特性的電子, 超導的廣泛應用就可以在不久的將來變成現實了, 這种物質必定是β放射性的.其放射出來的β粒子能量很小, 能夠約束在物質的原子尺寸範圍內, 在高溫時又能回到原子核內.
根據以上分析我們還能得出,元素周期表中的原子序數是常溫下的情況, 當物質溫度發生變化時, 原子序數也將發生相應變化。物質密度不變時,溫度升高, 核外電子進入原子核內的可能性就越大, 因為溫度越高, 抗裂變背景压力就上升了, 核子的結合性增強了. 當溫度進一步增加, 原子核外電子數就越少, 核中的質子与電子結合生成中子的数目就會增加. 原子序數隨之降低, 當溫度升高到一定程度時, 所有原子核外的電子都進到原子核內與質子結合成中子, 這時核子就變成了一個裸核. 隨著溫度的升高, 核外電子數减少, 物質的導電性能下降, 当變為裸核時, 原子核顯中性, 這時完全不導電. 所以物質的導電性能隨溫度的升高而降低. 但是, 在整個升溫過程中, 原子核外部分電子也獲得能量後離开原子核成為自由電子.
當溫度升高到原子核成为全裸時, 抗裂变背景壓力也就會很高了, 核子與核子之間的结合就更加容易了, 由於裸核不顯電性, 核子外圍又沒有厚厚的电子雲覆蓋屏蔽, 既使核子之間的对心碰撞速度很低, 也容易結合成大核, 当所需要的使原子核變为全裸核的高溫條件在实驗室達不到, 核外仍有少部分電子存在的情況下, 可以通過帶電核子加速的辦法, 使核子之間發生高速對心非彈性碰撞, 克服電子雲的屏蔽使核子相互結合. 此時核子所需速度必须比裸核時高出許多.
氫核的熱核聚變, 就是通過原子核裂變產生極高的抗裂變背景壓力, 来達到其聚變所需的極高溫条件的. 在極高溫條件下, 氫原子變成全裸核(核外電子進入核內或成為自由電子). 兩個小核結合生成氦原子核, 同時放射出巨大的能量. 待能量釋放完後, 氦原子核周圍的溫度开始下降, 當降到一定溫度時, 氦原子核中的兩個中子放射出电子, 這兩個電子就成為氦原子核的核外電子. 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
同样, 我們也可以得出以下結論. 要想使原子核穩定, 在不同的溫度和密度條件下, 核內的質子数和中子數的比例也應發生變化. 溫度越高, 核能的中子/質子比必須很高, 才能保持核子的相对穩定. 中子/質子比的改變是通過吸收核外電子使其与質子結合成中子而完成的. 這時原子核外電子数目也會相應減少. 溫度越低, 原子核內質子就會裂變成質子和電子,使核內中子、质子比降低來達到保持核子的相對穩定,這時核的質子數增加了,核外的電子數也就增加了。因此可以說,原子的核質子數、中子數、電子數是溫度、核密度的函數。只有三者有機的配比結合才能保持整個原子的相對穩定性。溫度升高,質子數減少,原子序数降低,中子數增加,核外電子數隨質子數的變化而變化。
低溫超導現象。不同的物質其低溫超導的临界溫度不同。這跟原子核中子數和質子數有關。有些原子核中的中子放射出電子後,原子的电離降低明顯,這樣的原子的超導臨界溫度就較高;有些原子核的中子放射出電子後,原子的電離能降低不多,这時超導臨界溫度就會較低,它有可能要等到原子核中的中子放射出第二個電子後才使得原子的電離能降低明顯,自由電子的自由能力才加強。因此,要出現超導現象,必須使核外自由電子數目多且自由能力很強。也就是在小的電場作用下,就有極為活躍的自由電子和足夠的自由電子數目。
7.電子和電磁力的產生
宇宙大爆炸開始前的一瞬間,整個宇宙為一個大的原子, 核外沒有電子,核內也沒有質子,全由中子組成,宇宙的溫度極其極其高。随著原子核的不斷裂變演化,原子核越來越小,在其初期溫度仍極其高,原子核仍處於劇烈的裂變過程中,核外仍然沒有電子存在,整个原子核呈電中性;當溫度降到一定程度時,原子核的純中子的分裂減少,於是中子就開始分裂成質子和電子,誕生了電子和質子,同時也出現了電磁相互作用。電子在質子電場作用下绕核子運動,這時核外的電子數還是相當少,僅一、两個或四、五個;隨著宇宙的进一步膨脹,溫度密度進一步降低,核內中子分裂為質子和核外電子的數目增加,直到現在這種狀况。現在,仍有許多核在裂變,核內的中子、質子比仍在进一步降低。從以上討論得出,在電子誕生之前,質子和電子不存在,整個宇宙中沒有電磁相互作用,直到核裂變到足以产生電子時,才出現電磁相互作用,電磁相互作用是核裂變到一定時期的產物。在電磁相互作用出現之前,只存在核力和斥力(或引力)相互作用,弱相互作用是電磁相互作用的前提和基礎。有弱相互作用,核子就存在放射性。放射性是核裂變的一種特殊形式,是較為溫和的核裂變,是產生電子束及帶電粒子的根源。因此,超導現象又可以說是弱相互作用和電磁相互作用通力合作的典範。
8.恒星內部的大核裂變和外表的氫核聚变
現今宇宙中的恒星,均是宇宙大爆炸時遺留下來的大的正在裂變的碎片,是未能充分裂變的較大的原子核的集合體,其中正在发生作核的裂變和聚變,既有大質量的核子也有小質量的核子,大的原子核可能有幾萬公斤,甚至更大,小的核子就是氢核了。大質量的核聚集在恒星的中心區域,人類無法探測到大核的存在,因為大核裂變時產生的大量極小的碎片(如氫、氦等)浮在恒星的外部,包裹在大核的表面,在重力和浮力作用下,從恒星中心到表面,形成了由重到輕的核子梯級分布。對大質量的核子的裂變是一種链式裂變,其蘊含的能量比僅一分为二時大得多。
同樣,在地球的中心位置,也存在較大的核子,比人類已發現的核子要大得多,仍在裂解釋放出巨大的能量。形成地球內部的高溫、地球表面的火山爆发。地球表面放射性元素的唯一來源就是地球核心大原子核的裂變產生的較大的原子核。距地表越深,溫度越高,抗放射背背景壓力就越高,核子的放射性受到抑制,所以核子的質量就越大,小质量的核子數就越少。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
9. 原子核的結構與原子核周期表
一般認為,原子由原子核和核外電子組成,原子核是由质子和中子組成的,中子和质子的組成比必須在一定的範圍內才能保持核子的相對穩定,才不具有放射性。
如果認為原子是由質子和核外電子组成,核內不存在中子,核內的中子由質子和核內電子組成。則核內質子數即為核子数,核內電子數即為中子數。核內的所有電子不屬於某些核子獨有,核內電子好象核外電子一樣圍繞著所有質子運动,核內的電子屬於每一个核子,就好象核外的電子屬於整個原子核一樣。
因為核子都是質子,都帶正電,核內電子带負電,核內電子在電磁力作用下繞核子作環繞運動。由於核內電子更接近核子,所受到的電磁作用力更強烈,這就是為什麽核外電子容易電離而核內電子難以電离、離核遠的電子容易电離而離核近的電子難以电離的原因。
同核外電子的情況一樣,核內電子也是分層運動的,離核较近的電子受到的約束较強,電離所需的能量就较大;不同的原子核,核內電子逃逸出來所需的能量大不一樣,就象元素周期表中元素的排列順序,金屬原子核外電子的電離能低,而非金屬原子核外電子的電离能高。所以金屬原子具有自由電子,是電的良導體,而非金屬原子核外電子束縛的很緊,没有自由電子,是絕緣體。对核內的電子同樣也有相似的規律,不同的是原子核的排列順序不同於化學元素周期表的順序。需根据原子核的性質來重新排列,按原子核的性質周期性變化排列出來的表叫做原子核周期表。
原子核周期表是根據原子核內中子數(或核子數)的多少作為順序来排列的,因為中子數(或核子數)的多少決定了核(或核外電子)的性質。
根據以上讨論,得出如下結論。
(1) 质子是中子失去電子後的裸體。
(2) 中子是由質子和電子組成,但要和氫區別開來。中子的電子的电離能比氫中的電子的電離能高得多,電子離核的遠近也大不一樣。中子中的電子一般不參與化學反應,只參與高能量級的核反應,而氫中的電子參與化學反應,電子容易電離成為自由電子。
(3) 超導的产生與核內電子的運動和能級有關。核內電子逃逸能低的核,產生超導所需的溫度就高,可以通過原子核周期表中不同的位置來尋找超導溫度高的元素。對應有些核內電子在低溫下極易發射出低能電子,使得該電子成為原子外的束縛電子。這樣,原子半徑增加了,核外電子束縛力下降了,自由電子更容易在電場作用下運動,因而出現超導現象。當溫度升高,開始發射出的電子又回到核內,該原子又恢復原來性質。
(4) 多中子原子核,核內電子層的結构較為復雜,根據以前的原子能級圖可知,核外電子的跃遷,將以吸收或發射電磁波的形式表現出來,同樣原子核的能級圖也是通過原子核內電子的躍遷,同樣也以吸收或發射高能電磁波的形式表現出來。當极高能量的電磁波照射原子核时,與之相同能級的原子核激發到高能級(亞穩態),處於亞穩态的核子極不穩定,又會躍遷發出高能電磁波。具有放射性的核都處於一種極不穩定的高能態。 根據不同原子核的结構和不同的高能態,可產生α粒子、β射線、γ射線等等多種核放射反應。有些处於穩態的核,當受到外界中子輻射等作用后,可使其激發躍遷到亞穩態,核子受激發的能量必須与核能級的能量相吻合。能量太低只能使核外電子受激躍遷。不能使核內的電子受激跃遷。對於氫核,核內没有電子,則它的核就不存在能級。核內中子數越多的元素的核能級圖就越復雜。能發射出來的電磁波的種類就越多。
(5) 核內電子數與質子數的數量關系。一般情況下電子數少於質子數。核內電子數達到一定程度就會飽和,再增加電子,核的半徑將增加,質子對核內外層電子的吸引力下降,甚至不足以保持電子在核内繞核運動而發生躍迁成為β射線。
α粒子(氦原子核)是基本粒子中最穩定的核子之一,穩定的原因是其中的4個基本粒子是類似金剛石的正四面體結構,它的“硬度”最高,在一般外力作用下難以分裂。類α粒子(核子數為4的倍数)都是類似金剛石的正四面體結構,因而是相對稳定的粒子 免費论文下載中心 http://www.hi138.com
(6) 化學元素周期表
一個原子的核內和核外電子的物理空間沒有絕對界限。核內的電子和核外的電子一樣,只是處於不同的運動軌道、離核远近不同、能級上有差別,所以很难說哪個能級是核內電子所具有的哪個能級是核外電子的。對核外有多個電子的原子,很難將最裏層的核外电子電離出來。原子核內電子和核外電子沒有絕对界限。原子由質子和繞質子著高速運動的電子組成,原子內部不存在中子。所謂中子,是最簡單的原子。氕也是最簡單的原子,它們的組成形式十分相似,是一種同一种物質處於兩種不同能級狀態。中子中的電子處於極低的能級狀態,離核較近;而氕原子中的電子則處于較高的能級狀態,离核較遠,電離能較小,能參与化學反應。如果給中子以極高能量的電磁輻射,核外的電子也可以躍迁到氕的高能級狀態。
10. 同位素
同位素是具有相同質子數而中子数不同的一類元素的总稱。根據以上結論,同位素應為,在化學元素周期表中處於同一位置而核內電子數(即核内中子數)不同的一類元素的總称。核子數減去核內電子數的差相同的一類元素。同位素是根據化學元素周期表來定義的。
對於原子核周期表,核內不存在中子,只有質子和電子。當核內質子周圍電子處於不同能級時,有可能使原子核周期表中不同位置的核子具有相同的化学性質,但核的性質是炯然不同的,因為原子核周期表是按原子核的性質來排列的,在不同的位置核的性質不同。
同位素具有相同的化學性質。在化學元素周期表中是同位素,處於同一位置,但在原子核周期表中就不在同一位置了,雖說它们的化學性質相同,但它們的核性质不同。對於核子數不同而化學性質相同的一類元素,如果核子數每增加一個,相當於核外又增加了一个電子,此電子離核很近,完全不會影響到核外層電子的化學、電離等性質,這樣的电子處於極低的能級軌道上,可以近似一個質子與一个電子結合在一起成了一個不帶電的中子。所以化學元素周期表中的中子都可以看成是一些離核太近、能級太低、不能参與化學反應的電子,認為這些电子已和質子結合成為不帶电的中子。這只是一種習惯看法,事實上它們並沒有核質子结合,而只是在離核子很近的軌道上繞核運動罷了,它們對核外電子的性質還是有一定的影響。
11.電子與质子的關系
在宇宙大爆炸的初期,原子核外的電子處于離核較近的軌道上運動,電子的能級較低;宇宙繼續膨胀,核子數越來越多,核外電子吸收大爆炸釋放出來的能量躍遷到高能級,就這樣,電子所獲得的能量越來越高,慢慢成為自由電子,在脫離核之前,電子和核子的结合力相當大,以至人們都认為它們是中子,不顯電性。隨著電子逐步激活,慢慢擺脱核子的束縛,中子也就理順地變成了質子。隨著核的繼續分裂,核能进一步釋放,電子也就繼續获得能量而遠離核子,也就是說随著時間的流失,化學元素周期表中的元素,其原子核中的中子數就會越來越少,離核子较近軌道上運動的電子數也会越來越少,直到最後核子周圍的電子都變成了自由電子,這時整個宇宙將會彌漫著無數的電子幽靈。如果將成為自由電子後的電子仍然看成是該原子的組成部分,這時原子的體積就會相當大。从某種程度來說,原子體積的變化規律,也在一定程度上反應了宇宙的膨脹规律。如同全息技術,一個原子也是一個小小的宇宙,可由局部变化的現象及規律推演到整個宇宙变化的現象及規律。
12.放射性的指數衰變規律
原子核的放射性衰變规律是,核的衰變數量呈指數规律遞減。說明抗裂變背景壓力也在呈某一種規律(可能也是呈指數規律)減少,顯然這就是宇宙的膨脹速率正以指數規律遞減的緣故。宇宙正在膨脹,但其膨脹的加速度是負數,體積仍在不断增加。
宇宙的膨脹導致抗裂變背景壓力下降,也必然導致核的裂變將不斷進行下去。隨著時間的推移,物質的放射性規律是:放射期-穩定期-放射期-穩定期……,這樣交替變更的,新的放射性物质會不斷產生出來,而這些新的放射性物質正好是前一段時間內沒有放射性的較重的元素。物質的放射性按此規律延续下去,直到宇宙膨脹到極點為止。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
13.宇宙膨脹過程中光的傳播速度
光是物質從高能態向低能態躍遷時的能量釋放。光的傳播速度随著宇宙的不斷膨脹发生相應的變化。在宇宙膨脹的早期,由於抗裂变背景壓力太高,光的傳播速度也就較低;隨著宇宙的繼續膨脹,抗裂變背景壓力的下降,光受到的約束減小,傳播速度也就增加。
如同容器內的水從小孔噴出一样,水的壓力越高,喷射的速度越快高,如果保持容器內部壓力不變,改变容器外部環境壓力,若內、外压差小,水從小孔噴出的速度就小;压差相等時,水也就不能從小孔噴出;若進一步改變內、外壓差,並使得外部壓力高於內部壓力,外界環境中的水或其它物質將會受外界背景壓力的作用進入容器內。光的傳播速度也是這個道理,原子核的裂變和聚變同樣也是这個道理。在宇宙膨脹的不同區域,抗核裂變的背景壓力不同,有可能使得某些躍遷不能發生,甚至產生逆轉,因而光的傳播速度也不相同。
14.太陽系的起源
太陽系的起源理論必須能合理的回答下面所列的幾個主要問題:太陽系物質的來源,行星的形成過程,行星軌道特性(共面性、同向性、近園性),提丟斯-波特(Titius-Bode)定則,太阳系的角動量分布,三类行星(類地、巨行、遠日行星)的大小、質量、密度方面的差別,行星的自轉特性,彗星的起源,地-月系統的起源。
太陽相對於它的公轉銀河中心運行時約帶一點扭矩,所以太陽的自轉赤道與黃道(星盤)面有7度多的夾角,所形成的行星自轉軸,也不垂直於黄道面。(黃道面:地球繞太陽公轉的軌道面。黃道帶:黃道兩旁各寬8度的範圍,日、月、行星都在帶內运行)
原初太陽系,不是由太陽和繞太陽運行的行星組成,而是僅為一個原初太陽球。繞銀河高速旋轉,同時自身也在高速自旋。
處於高速自旋的太陽球外表面的物體,由於受太陽自轉的作用,與太陽外表面的太陽大氣一同繞太陽高速轉動,產生極大的離心力,同時,太陽外表的物體和太陽大氣受太陽引力的作用,使物體和大氣都束縛在太陽周圍。当物體受到的引力和離心力相等時,物體懸浮在太陽大氣中既不上升也不下降。
由于處於太陽中心的巨大的原子核在不斷進行核裂变,放出巨大的核能。能量和射線穿透太陽大氣火焰層進入茫茫宇宙,這時太陽質量慢慢減少,太陽對外表物體的吸引力也随之慢慢減小。從而使得懸浮在太陽大氣中的物体慢慢遠離太陽,形成在低軌道上绕太陽運行的行星。最早從太阳表面分離出來的行星就是現在離太陽最遠的行星。隨着時間的推移,太陽將繼续演化,有可能還會從太陽表面形成新的行星。
太陽產生新的行星的條件主要有兩點:
第一,太陽必須保持高速自轉。在太陽外表的物體受到的離心力必須等於或大於太陽對它的引力。
第二,太陽內部必須繼續发生核反應。反應產生的能量和射線能透過太陽大氣進入茫茫宇宙。使太陽的質量逐漸減小,從而使太陽對其外表的物體的吸引力逐漸減小。
從原初太陽球轉化成太陽系的過程,是一個極其漫長的天體演變的過程。太陽最初的產物是冥王星,其次是海王星、天王星、土星、木星、火星、地球、金星和水星,以後可能還有新的行星從太陽中誕生,加入到太陽系行星大家族。
隨著宇宙體積不斷膨脹,太阳系的體積也隨之膨脹,太陽對其周圍行星的吸引力將隨著太陽的質量的減小和體積的膨脹而逐漸減弱,使得行星慢慢遠離太陽,但这個過程極為緩慢。随著太陽與行星的距離增大,行星受到的太陽輻射減弱,行星表面的溫度將会下降,下降到一定程度將會破壞行星表面生物的生存環境,也會影響到人類的生存。由於太陽系輕微的天體演變,將會在很大程度上改變人類賴以生存行星環境,使得整個人類社會消亡。
剛剛从太陽表面分離出來的行星,是由太陽內部劇烈的核爆炸噴發出來的帶有大量的較重的原子核的集合體組成的,和太陽一樣也發生著劇烈的核裂變和核聚變,但行星中心的原子核的質量要比太陽中心的小得多。由於上面所說的原因,隨著時间的推移,行星離太陽距離逐渐增大,行星受到的抗核裂变的背景壓力下降,有助於行星中心核的裂變,同時行星受到的太阳的輻射熱也大大減少。所以,相對太陽中心的原子核來說,行星中心的核裂變很快減弱,行星表面的溫度很快下降。從以上的分析容易得出,太陽和行星中心的溫度肯定要比其表面溫度高。 免費論文下载中心 http://www.hi138.com
剛从太陽表面誕生的行星,在繞太陽運轉的同時,受到太陽表面强烈的太陽風的擾動,使行星產生一定程度的自轉。由於產生的行星大小、時間,以及受到太陽風擾動情況不同,行星自轉頻率不同。
繞行星運轉的衛星的產生與繞太陽運轉的行星的產生的情形和條件一樣,也就是行星具有自轉和行星中心發生著核裂變這兩個條件。由此類推,衛星也可以有圍繞其運轉的更小的衛星。所以,可以推斷,質量越大、自轉頻率越快、核裂變越劇烈的太陽、行星和卫星,產生其子星的可能性就越大、數量也越多,我們從現代天文觀測數據可以得到很好的證明。
產生行星條件的計算。設太陽表面的重力加速度為g1,離心加速度为g2,所以有

式中 G=6.67*10-11
M=1.989*1030 kg
R=6.98*108 m
w=2.865*10-6 1/s

現將太陽系行星及衛星的數據列表如下
表-1 太阳系行星參數表

從以上計算和表-1知,g1/g2越小的天体,所具有的行星或衛星數就多,從某一個方面說明了行星或衛星是天體高速自轉產生出來的。太陽表面引力遠大於离心力,說明在近一段時间內太陽將不會產生行星。在保持太陽半徑不變的情况下,太陽質量必須减少到一定程度時,太陽才有可能產生新行星。但是,隨太陽质量的減少,將會伴隨太陽半徑和自轉角頻率發生變化,所以,可以通過計算,得出太陽再次產生行星的時間,以及產生行星時的角速度、質量和半径。
計算得出,只有在太陽赤道附近的物質所獲得的離心力最大,所以行星總是在太陽直道附近誕生,在太阳的兩極不可能誕生行星。
剛剛誕生的行星由於受太陽風的劇烈擾動,行星的公轉軌道面與太陽赤道面有一定的夾角。
我們所在的銀河系屬旋渦星系,漩渦星系的誕生與與太陽系類似。原初銀河系沒有旋臂,僅為银河核球。由於核球高速自轉和發生劇烈的核裂變,核球逐漸分裂和質量減輕。處於赤道附近的原初恒星開始形成。随著銀河核球的質量減少,原初恒星慢慢遠離銀河核球,在遠离過程中,恒星公轉周期增加、速度减慢。由於恒星的誕生的先后順序,從而形成離銀核近的比離銀核遠的公转周期快,形成按先後順序排列的角頻率逐漸變慢的漸開式恒星排布。
設銀核質量為M,原初恒星質量為m,銀核表面半徑為Ro銀核自轉角速度為Wo。
當原初恒星所受的引力和離心力平衡時,


上式為原初恒星繞銀核的公轉角頻率。
由於核反應,銀核質量減少了M1,因引力的減小而使原初恒星逐漸離開銀核,重新寻找新的平衡軌道,设新的平衡軌道半徑為r,公轉角頻率為W,这時有


顯然,恒星繞銀核的角频率隨著它離開銀核的距離的增大而減小。由於銀核產生了數以千萬計的恒星群,形成有連續的按一定規律排开的漸開式旋渦星系。
依此類推,對於太陽系、行星系以及衛星系,也存在相似的漸開式旋渦星系。但由於它們所具有的行星和衛星數極少,不能排成相对連續的漸開式旋渦星系圖,如果仔細分析仍不難發現,太陽系內的行星以及具有較多衛星的行星同樣具有旋臂式旋渦星系结構圖的痕跡。
如果某天體內的核裂变終止了,其質量不再減少,該天體的衛星也將在一個固定的軌道上運行,而不会逐漸遠離該天體。轉贴於 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
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