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物理學(xué)前沿問(wèn)題探索分析
摘要:從簡(jiǎn)單的自然規(guī)律出發(fā),推導(dǎo)出了宇宙的誕生、萬(wàn)有引力、萬(wàn)有斥力的、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)形式、原子核的放射性、低溫超導(dǎo)現(xiàn)象、同位素等之間有著內(nèi)在的必然的聯(lián)系。合理的解釋了時(shí)間的不可逆性、電磁力的產(chǎn)生、太陽(yáng)系的起源、原子結(jié)構(gòu)、原子核放射性規(guī)律、重核元素結(jié)構(gòu)等。其中有許多的新觀(guān)點(diǎn)和新思維,對(duì)拓寬視野,推進(jìn)物理學(xué)的發(fā)展很有好處。
關(guān)鍵詞:萬(wàn)有引力 萬(wàn)有斥力 宇宙 低溫超導(dǎo) 原子結(jié)構(gòu) 同位素 放射性 太陽(yáng)系的起源
1。萬(wàn)有引力和萬(wàn)有斥力
彈簧振子作往復(fù)振動(dòng),壓縮時(shí), 彈簧產(chǎn)生一個(gè)向外伸展的彈力;拉長(zhǎng)時(shí), 產(chǎn)生一個(gè)向內(nèi)拉伸的彈力;平衡位置時(shí),彈簧不產(chǎn)生彈力。如同彈簧振子, 對(duì)于宇宙, 也具有類(lèi)似的特性,F(xiàn)代天文學(xué)發(fā)現(xiàn), 當(dāng)今宇宙正好處在“拉伸”的狀態(tài), 正在向著要收縮的趨勢(shì)發(fā)展。 既使宇宙今天仍在膨脹, 總有一天, 整個(gè)宇宙將會(huì)膨脹到終極點(diǎn)后再向內(nèi)收縮。 這就是為什么現(xiàn)在存在萬(wàn)有引力的原因。
根據(jù)對(duì)稱(chēng)性原理, 宇宙在特定的條件下會(huì)產(chǎn)生萬(wàn)有斥力, 當(dāng)宇宙收縮且通過(guò)其平衡位置(即萬(wàn)有引力和萬(wàn)有斥力的臨界點(diǎn))時(shí), 宇宙中的所有物體就開(kāi)始相互排斥。 但由于宇宙的巨大慣性, 仍將在其慣性的作用下克服物質(zhì)間的萬(wàn)有斥力繼續(xù)收縮, 直到所有宏觀(guān)宇宙動(dòng)能轉(zhuǎn)換為物質(zhì)間的萬(wàn)有斥力為止。 這時(shí)宇宙成了原始宇宙蛋,這時(shí)宇宙的體積最小。
在這宇宙的整個(gè)宏觀(guān)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中, 宇宙的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和勢(shì)能(引力勢(shì)和斥力勢(shì))相互轉(zhuǎn)換。 當(dāng)宇宙收縮到極點(diǎn)時(shí), 宇宙的引力勢(shì)能釋放殆盡, 這時(shí)宇宙的萬(wàn)有斥力勢(shì)能積蓄到最大值, 物質(zhì)間的萬(wàn)有排斥力達(dá)到頂峰, 宇宙瞬時(shí)靜止。 緊接著宇宙又開(kāi)始反方向?qū)⒂钪嫒f(wàn)有斥力勢(shì)能逐步釋放轉(zhuǎn)變?yōu)橛钪鎰?dòng)能, 當(dāng)達(dá)到平衡位置時(shí), 其斥力勢(shì)能釋放完畢, 引力勢(shì)能開(kāi)始誕生并發(fā)揮作用。 在引力勢(shì)和斥力勢(shì)的臨界點(diǎn)(即平衡位置)的一瞬間, 宇宙中的物質(zhì)不受斥力和引力的作用, 這時(shí)宇宙的膨脹速度達(dá)到最大值, 通過(guò)平衡位置后, 宇宙引力勢(shì)能的逐漸積累, 導(dǎo)致宇宙的膨脹速度緩慢降低。 由于宇宙巨大的慣性作用, 將繼續(xù)膨脹, 宇宙動(dòng)能慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)橛钪嬉?shì)能, 當(dāng)宇宙動(dòng)能完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐?shì)能時(shí), 宇宙將停止膨脹, 這時(shí)宇宙膨脹體積達(dá)到最大, 其引力勢(shì)能的積累也達(dá)到最大, 宇宙將有一個(gè)瞬間的靜止。 緊接著, 宇宙又在強(qiáng)大的引力勢(shì)能的作用下開(kāi)始收縮, 又將其積累的引力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)橛钪鎰?dòng)能。 如此往復(fù), 以至無(wú)窮。
在宇宙膨脹(或收縮)的不同時(shí)期, 萬(wàn)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(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)大得驚人。 人類(lèi)歷史與宇宙運(yùn)動(dòng)周期相比, 僅相當(dāng)于其中的一個(gè)極小極小極小的點(diǎn)。 所以人類(lèi)無(wú)法用實(shí)驗(yàn)或觀(guān)察的方法進(jìn)行驗(yàn)證。
2。宇宙膨脹(或收縮)過(guò)程中的時(shí)間和時(shí)間矢
對(duì)于一個(gè)假想的處于宇宙外的觀(guān)察者看來(lái), 在宇宙運(yùn)動(dòng)過(guò)程中, 時(shí)間的流失也是不均勻的, 在引力或斥力較大的空間, 時(shí)間過(guò)得較快,反之亦然。對(duì)處于宇宙中的假想觀(guān)察者, 其自然生理周期也將隨引力或斥力的大小而發(fā)生變化, 當(dāng)其生理周期發(fā)生了變化時(shí), 用來(lái)測(cè)量時(shí)間的時(shí)鐘的運(yùn)行速度也將發(fā)生同樣的變化, 所以, 對(duì)觀(guān)察者來(lái)說(shuō),他并不能發(fā)現(xiàn)其生理周期發(fā)生了變化。 對(duì)宇宙外的觀(guān)察者來(lái)說(shuō), 這種變化是十分明顯的。
無(wú)論宇宙是處于膨脹階段還是處于收縮階段,在其階段內(nèi)生存的所有物體都不會(huì)出現(xiàn)“破鏡重圓”的時(shí)間倒流現(xiàn)象,宇宙中的時(shí)間矢永遠(yuǎn)是不可逆的,對(duì)于生存在其間的生物,始終是由誕生—發(fā)育—衰老—死亡進(jìn)行的,永遠(yuǎn)不可能逆過(guò)來(lái)進(jìn)行,這就是宇宙的時(shí)間矢和宇宙中的萬(wàn)物一樣,永遠(yuǎn)不可逆。
宇宙運(yùn)動(dòng)的周期是多少? 宇宙膨脹后的最大體積和收縮后的最小體是多少? 宇宙的平衡位置在哪里? 在平衡位置時(shí)宇宙運(yùn)動(dòng)的最大速度是多少? 宇宙的總的引力勢(shì)能和斥力勢(shì)能是多少? 等等一切宇宙學(xué)方面的問(wèn)題有待探討
如果人們能計(jì)算出現(xiàn)今宇宙的總的勢(shì)能和宇宙的膨脹速度,就可以計(jì)算出宇宙的總的機(jī)械能。宇宙中的物質(zhì)從宇宙中心到宇宙邊緣。 處于宇宙中不同位置的物質(zhì)具有不同的動(dòng)能和勢(shì)能, 另外, 人類(lèi)現(xiàn)在所能探測(cè)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(lèi)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平下, 還很難進(jìn)行這樣的計(jì)算。既使計(jì)算出了宇宙的機(jī)械能, 宇宙還具有宇宙內(nèi)能和場(chǎng)能。
3。原子核的放射性與宇宙的周期性運(yùn)動(dòng)
原子核的放射性也可以由宇宙的周期性運(yùn)動(dòng)得到圓滿(mǎn)的解釋。
現(xiàn)今宇宙中, 到處都存在原子核的放射性, 從原子核的內(nèi)部不斷發(fā)射出各種粒子和能量。 宇宙在其膨脹的最初時(shí)期, 宇宙中的所有物質(zhì)都聚集在一個(gè)相當(dāng)小的球形體積內(nèi), 成為一個(gè)巨大的唯一的原始原子核, 也是宇宙中最大的原子核。
由于能量的高度集中, 在聚集在核內(nèi)的強(qiáng)大的萬(wàn)有斥力作用下, 巨大的原子核難以保持穩(wěn)定。 在極其短的時(shí)間內(nèi), 發(fā)生了宇宙大爆炸, 這時(shí)原子核一分為二, 二分為四, ……, 就這樣一直分裂下去, 在剛開(kāi)始裂變的極短的時(shí)間內(nèi),核子的鏈?zhǔn)搅炎儤O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(qiáng)大的斥力勢(shì)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(fā)生核裂變一個(gè)較短的時(shí)期內(nèi), 所有受斥力能作用而破裂的原子核,其核內(nèi)蘊(yùn)含的斥力能遠(yuǎn)大于核子的結(jié)合能,都能自發(fā)分裂成小的原子核。
由于核的變小,宇宙的體積不斷增大,斥力勢(shì)能的進(jìn)一步降低,在這個(gè)較短的時(shí)間過(guò)去后,有少部分破裂后體積較小的原子核,其斥力勢(shì)能與其核子的結(jié)合能大小相比擬或更小時(shí),核停止了自發(fā)分裂,暫時(shí)處于相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期,但是,大部分原子核內(nèi)的斥力勢(shì)仍十分巨大,原子核的結(jié)合能抵擋不了斥力能的作用而自發(fā)裂變。再過(guò)一段較長(zhǎng)的時(shí)間,隨著原子核的體積的進(jìn)一步變小,斥力能的進(jìn)一步釋放,越來(lái)越多原子核的斥力能小于核的結(jié)合能而進(jìn)入核的穩(wěn)定時(shí)期,暫時(shí)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潛在能力, 有潛在的放射性。
隨著時(shí)間的推移, 放射性逐漸減弱, 能繼續(xù)分裂的核越來(lái)越少, 當(dāng)宇宙膨脹到最大時(shí), 仍有極少數(shù)核具有放射性。 這就是為什么現(xiàn)在宇宙中仍有數(shù)量可觀(guān)的核具有放射性的原因。
原子核的放射性是相對(duì)的, 核在不同的時(shí)期具有不同的放射性, 隨著宇宙的不斷膨脹, 宇宙中物質(zhì)密度的減小, 溫度的降低, 以往某一時(shí)期失去了放射性的原子核, 這時(shí)又會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的不穩(wěn)定時(shí)期, 核子又重新活躍起來(lái)產(chǎn)生新的放射性。 這是因?yàn)椋?在不同的時(shí)期, 核子的溫度和核周?chē)镔|(zhì)的密度下降, 核子外部“抗放射性的背景壓力”(簡(jiǎn)稱(chēng):抗放射背壓)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(jìn)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(méi)有放射性的核子, 過(guò)一段時(shí)間后, 核子內(nèi)部的結(jié)合力抵抗不住外界背景壓力的降低而產(chǎn)生放射性。 經(jīng)過(guò)一次或多次放射后, 核子又進(jìn)入一個(gè)新的相對(duì)穩(wěn)定期,須再經(jīng)一段時(shí)間的相對(duì)穩(wěn)定期, 待外界放射背景壓力再一次下降后,又重新活躍起來(lái)產(chǎn)生新的放射性。隨著宇宙的不斷膨脹,抗放射背壓的不斷降低,核的裂變也將不斷的進(jìn)行下去。
在同一時(shí)刻和宇宙中的不同位置, 對(duì)于具有相同結(jié)構(gòu)的核,其放射性能也會(huì)大不一樣。 在宇宙中的某一區(qū)域具有放射性的核子, 在宇宙中的另一區(qū)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后, 才能表現(xiàn)出其放射性。 也就是說(shuō), 物質(zhì)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(lái)定。
在宇宙的整個(gè)膨脹過(guò)程中, 宇宙中的核子相對(duì)地越變?cè)叫。?直到宇宙膨脹到最大且開(kāi)始收縮時(shí), 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(duì)稱(chēng)性原理,既然核子在一定時(shí)期具有放射性, 在其相對(duì)應(yīng)的另一時(shí)期核子必定具有結(jié)合性。
當(dāng)宇宙膨脹到極限,宇宙的引力勢(shì)也積蓄到極限,這時(shí),在引力勢(shì)的作用下宇宙開(kāi)始收縮, 核外的抗放射性背壓開(kāi)始增加,隨著抗放射背壓的增加, 部分較小的核開(kāi)始具有結(jié)合性,慢慢地,隨著宇宙的進(jìn)一步收縮, 核子的不斷收縮,宇宙中的核子數(shù)會(huì)逐漸減少, 核子的單個(gè)體積增大, 最后形成一個(gè)巨大的原子核。 這時(shí)宇宙的所有動(dòng)能全都轉(zhuǎn)換為宇宙勢(shì)能, 宇宙的斥力勢(shì)能達(dá)到最大, 一個(gè)新的宇宙大爆炸的條件又已具備, 并又進(jìn)入新的一輪宇宙膨。。
值得一提的是, 在宇宙的同一區(qū)域內(nèi),在同一個(gè)放射背景壓力的情況下,核子放射性和結(jié)合性是矛盾的統(tǒng)一體。部分較大的核具有放射性, 即此時(shí)的背壓低于該核放射性終止的背壓, 不足以阻止該核停止放射。 而部分較小的核, 由于其背壓高得足以使其發(fā)生核的結(jié)合, 所以在當(dāng)今世界上核的裂變和聚變反應(yīng)同時(shí)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(duì)于中等質(zhì)量的核, 由于外界的抗放射背景壓力正好能阻止核的裂變和聚變, 暫時(shí)沒(méi)有核的裂變和聚變。 所以, 通過(guò)測(cè)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(jì)算出我們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(xiàn)在正生活在一個(gè)膨脹的宇宙中, 總的趨勢(shì)是, 核的裂變占優(yōu)勢(shì), 聚變處于次要地位。 要想合成大于元素周期表中的核子, 在現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)室就能做到, 但是其壽命很短。 如果能制造出一個(gè)高的抗放射背景壓力的容器或環(huán)境, 我們就可以將實(shí)驗(yàn)室制造出來(lái)的重核儲(chǔ)存起來(lái)。 但合成大的核子必須消耗相當(dāng)多的能量,這個(gè)能力大于或等于在合成該核的環(huán)境下其自然裂變所釋放出的能量,因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程正好是核裂變的逆過(guò)程, 核裂變后放出多少能量, 則核結(jié)合時(shí)必須付給它相對(duì)應(yīng)的能量。
對(duì)于核的放射性, 正是一個(gè)由高的抗裂變背景壓力環(huán)境過(guò)度到低的抗裂變背景壓力環(huán)境的演變。 因?yàn)椋?在原子核這個(gè)環(huán)境中, 核的密度比核外物質(zhì)的密度要高出許多倍。這是一個(gè)在一定溫度的情況下, 物質(zhì)由高密度(即高抗核裂變背景壓力環(huán)境)向低密度(低抗裂變背景壓力環(huán)境)的節(jié)流裂變過(guò)程。
上面談到的抗高放射背景壓力的容器或環(huán)境, 如果能制造出來(lái), 將會(huì)產(chǎn)生極其巨大的作用。 我們可以將當(dāng)今不能很好保存的具有放射性的核子以及人類(lèi)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(huì)再進(jìn)行放射演變。 就相當(dāng)于儲(chǔ)存了核能。 由于沒(méi)有核放射性, 也就沒(méi)有核污染,也沒(méi)有大量高純放射性核子儲(chǔ)放在一起會(huì)產(chǎn)生核爆炸的危險(xiǎn)。宇航員可以帶上裝有放射性核的容器作為宇宙航行的動(dòng)力。同時(shí),也是研究宇宙起源和演變最好的科學(xué)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質(zhì)量很大的單個(gè)的原子核, 或許這樣的原子核重量能達(dá)到100kg以上。 這種大的原子核通過(guò)某種特殊裝置, 將其節(jié)流后釋放出來(lái), 將會(huì)放射出大量的核裂變能量。 其裂變方式將會(huì)是一分為二, 二分為四, ……, 直到正常核的大小為止。 其釋放出來(lái)的能量比起當(dāng)今的僅一分為二的核裂變來(lái)說(shuō), 不知要大多少倍。 但是, 這種容器被破壞, 也將會(huì)發(fā)生巨大的核裂變反應(yīng)。
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(méi)有放射性的物質(zhì)產(chǎn)生放射性。 那么, 我們將中等質(zhì)量且無(wú)放射性的核通過(guò)節(jié)流裝置讓其進(jìn)入, 則它就會(huì)發(fā)生裂變反應(yīng),放射出核能,但是, 如果這樣的容器被破壞, 將會(huì)發(fā)生核聚變反應(yīng)。
上面所說(shuō)的兩種容器, 對(duì)具有較高抗裂變背景壓力的容器, 我們可以將小質(zhì)量的元素(如氕、氘等)通過(guò)節(jié)流裝置注入其中, 這時(shí)小質(zhì)量的元素就會(huì)源源不斷地發(fā)生核聚變反應(yīng)釋放出結(jié)合能, 這種設(shè)施叫低溫核聚變裝置。 這樣的容器可以?xún)?chǔ)存大質(zhì)量的核, 儲(chǔ)存放射性元素, 也可以作為核聚變裝置。 同樣, 對(duì)具有較高抗結(jié)合背景壓力的容器, 可以?xún)?chǔ)存具有核聚變性的輕核元素, 也可以作為中等質(zhì)量且無(wú)放射性的核的核裂變裝置, 或者作為較大質(zhì)量同時(shí)又具有放射性元素發(fā)生核裂變(包括深層次裂變)放射出核能的裝置。
5。制造儲(chǔ)存放射性元素容器的設(shè)想。
自然界中的抗放射性背景壓力的高低是與宇宙運(yùn)動(dòng)(膨脹或收縮)的不同時(shí)期、不同區(qū)域密切相關(guān)的。 宇宙爆炸的初期, 抗裂變背景壓力極高, 只有極大的核才具有放射性。 隨著宇宙的進(jìn)一步膨脹, 宇宙中的物質(zhì)的平均密度與溫度也進(jìn)一步降低, 斥力逐漸減小, 抗裂變背景壓力也會(huì)隨之減小。 當(dāng)達(dá)到宇宙平衡位置時(shí)。 斥力降到零, 引力開(kāi)始由零慢慢增加。 此時(shí)抗裂變背景壓力達(dá)到中值; 由于宇宙巨大的慣性力作用, 宇宙將克服引力的收縮而繼續(xù)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(zhì)的密度和溫度將繼續(xù)下降, 這時(shí), 抗裂變背景壓力仍在進(jìn)一步下降; 當(dāng)宇宙膨脹達(dá)到極點(diǎn)時(shí), 物質(zhì)的密度和溫度降到最低, 體積達(dá)到最大。 抗裂變背景壓力降到最低值。 但并不意味著此時(shí)裂變就會(huì)終止, 部分大核將繼續(xù)分裂, 仍具有放射性。 但比以往要弱得多。 此時(shí)宇宙的引力勢(shì)能達(dá)到最大, 但靜止是相對(duì)的, 緊接著宇宙又在強(qiáng)大的引力勢(shì)能的作用下開(kāi)始收縮, 一旦收縮開(kāi)始, 宇宙中物質(zhì)的密度和溫度就會(huì)上升, 抗裂變背景壓力開(kāi)始增加, 具有放射性的元素和物質(zhì)越來(lái)越少, 具有結(jié)合能的物質(zhì)越來(lái)越多。 到達(dá)一定時(shí)期, 物質(zhì)的結(jié)合性占主要, 放射性處于劣勢(shì), 核的質(zhì)量將會(huì)越來(lái)越大, 數(shù)量越來(lái)越少。
從上面的分析得出, 要想提高抗裂變背景壓力, 可從提高物質(zhì)的密度和溫度兩方面著手。 也就是提高物質(zhì)的內(nèi)能; 要想降低抗裂變背景壓力, 必須降低物質(zhì)的密度和溫度。 事實(shí)上我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室就是從這兩個(gè)方面進(jìn)行的。 例如要想物質(zhì)發(fā)生核聚變, 通過(guò)提高小核元素的密度和溫度, 來(lái)提高抗裂變背景壓力, 從而達(dá)到聚合的目的;在合成大核時(shí), 就用兩核對(duì)撞提高結(jié)合時(shí)的溫度和兩核接近的可能性。 但碰撞后溫度慢慢降下來(lái), 抗裂變背景壓力也降下來(lái)了, 這時(shí), 剛剛合成的新的大核又將重新分裂為數(shù)個(gè)小核。 但降低抗裂變背景壓力的實(shí)驗(yàn)還沒(méi)有人做過(guò), 如果盡量降低物質(zhì)的密度和溫度, 一定會(huì)使某些暫時(shí)不具有放射性的中等質(zhì)量以上的核產(chǎn)生放射性。
6。低溫超導(dǎo)現(xiàn)象和原子的特性
從以上的分析不難得出,很有可能低溫超導(dǎo)現(xiàn)象的幕后幽靈就是物質(zhì)在低溫時(shí)產(chǎn)生了某種特殊的放射性物質(zhì)后, 這些新的物質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生了根本性的改變而使其導(dǎo)電性能發(fā)生了質(zhì)的變化,因?yàn)樵诘蜏貤l件下, 物質(zhì)的抗裂變背景壓力下降了, 核子中的中子會(huì)克服外界的較低的背景壓力衰變成質(zhì)子和低能電子, 并發(fā)出一定的熱能。 衰變出來(lái)的電子在低溫約束時(shí)成為物質(zhì)的自由電子。 由于原子核外自由電子數(shù)的增加, 原子半徑也隨之增大, 從而增加了物質(zhì)的導(dǎo)電能力。 當(dāng)物質(zhì)溫度恢復(fù)正常時(shí), 抗裂變背景壓力也就增加了, 這時(shí)低溫條件下產(chǎn)生的自由電子在高的抗裂變背景壓力的作用下回到原子核內(nèi)與質(zhì)子結(jié)合變成中子。 吸收一定熱量。 原子的核外電子數(shù)和核半徑也縮回到原來(lái)的值, 這時(shí)物質(zhì)的導(dǎo)電性能又降低而回復(fù)到原初態(tài)。中子衰變成質(zhì)子和電子以及質(zhì)子和中子結(jié)合成中子的過(guò)程中, 伴隨有能量的發(fā)射和吸收。 溫度升高, 電子吸收能量后動(dòng)能增加, 從而提供了電子回到核內(nèi)與質(zhì)子結(jié)合所需的能量。
從低溫核子放射出電子可知, 由于溫度極低, 放射出來(lái)的電子的能量也極小, 所以能夠滯留在放射出電子的物質(zhì)附近而成為自由電子。 該電子具有遇冷就出、遇熱就進(jìn)的兩重特性, 人們很難摸清其運(yùn)作的詳細(xì)細(xì)節(jié)。 因?yàn)樵诔蜏貤l件下所做的一切實(shí)驗(yàn)都顯得不方面。
如果我們能找到一種物質(zhì), 能在較高的溫度下發(fā)射出具有以上兩重特性的電子, 超導(dǎo)的廣泛應(yīng)用就可以在不久的將來(lái)變成現(xiàn)實(shí)了, 這種物質(zhì)必定是β放射性的。其放射出來(lái)的β粒子能量很小, 能夠約束在物質(zhì)的原子尺寸范圍內(nèi), 在高溫時(shí)又能回到原子核內(nèi)。
根據(jù)以上分析我們還能得出,元素周期表中的原子序數(shù)是常溫下的情況, 當(dāng)物質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí), 原子序數(shù)也將發(fā)生相應(yīng)變化。物質(zhì)密度不變時(shí),溫度升高, 核外電子進(jìn)入原子核內(nèi)的可能性就越大, 因?yàn)闇囟仍礁撸?抗裂變背景壓力就上升了, 核子的結(jié)合性增強(qiáng)了。 當(dāng)溫度進(jìn)一步增加, 原子核外電子數(shù)就越少, 核中的質(zhì)子與電子結(jié)合生成中子的數(shù)目就會(huì)增加。 原子序數(shù)隨之降低, 當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí), 所有原子核外的電子都進(jìn)到原子核內(nèi)與質(zhì)子結(jié)合成中子, 這時(shí)核子就變成了一個(gè)裸核。 隨著溫度的升高, 核外電子數(shù)減少, 物質(zhì)的導(dǎo)電性能下降, 當(dāng)變?yōu)槁愫藭r(shí), 原子核顯中性, 這時(shí)完全不導(dǎo)電。 所以物質(zhì)的導(dǎo)電性能隨溫度的升高而降低。 但是, 在整個(gè)升溫過(guò)程中, 原子核外部分電子也獲得能量后離開(kāi)原子核成為自由電子。
當(dāng)溫度升高到原子核成為裸時(shí), 抗裂變背景壓力也就會(huì)很高了, 核子與核子之間的結(jié)合就更加容易了, 由于裸核不顯電性, 核子外圍又沒(méi)有厚厚的電子云覆蓋屏蔽, 既使核子之間的對(duì)心碰撞速度很低, 也容易結(jié)合成大核, 當(dāng)所需要的使原子核變?yōu)槁愫说母邷貤l件在實(shí)驗(yàn)室達(dá)不到, 核外仍有少部分電子存在的情況下, 可以通過(guò)帶電核子加速的辦法, 使核子之間發(fā)生高速對(duì)心非彈性碰撞, 克服電子云的屏蔽使核子相互結(jié)合。 此時(shí)核子所需速度必須比裸核時(shí)高出許多。
氫核的熱核聚變, 就是通過(guò)原子核裂變產(chǎn)生極高的抗裂變背景壓力, 來(lái)達(dá)到其聚變所需的極高溫條件的。 在極高溫條件下, 氫原子變成裸核(核外電子進(jìn)入核內(nèi)或成為自由電子)。 兩個(gè)小核結(jié)合生成氦原子核, 同時(shí)放射出巨大的能量。 待能量釋放完后, 氦原子核周?chē)臏囟乳_(kāi)始下降, 當(dāng)降到一定溫度時(shí), 氦原子核中的兩個(gè)中子放射出電子, 這兩個(gè)電子就成為氦原子核的核外電子。
同樣, 我們也可以得出以下結(jié)論。 要想使原子核穩(wěn)定, 在不同的溫度和密度條件下, 核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的比例也應(yīng)發(fā)生變化。 溫度越高, 核能的中子/質(zhì)子比必須很高, 才能保持核子的相對(duì)穩(wěn)定。 中子/質(zhì)子比的改變是通過(guò)吸收核外電子使其與質(zhì)子結(jié)合成中子而完成的。 這時(shí)原子核外電子數(shù)目也會(huì)相應(yīng)減少。 溫度越低, 原子核內(nèi)質(zhì)子就會(huì)裂變成質(zhì)子和電子,使核內(nèi)中子、質(zhì)子比降低來(lái)達(dá)到保持核子的相對(duì)穩(wěn)定,這時(shí)核的質(zhì)子數(shù)增加了,核外的電子數(shù)也就增加了。因此可以說(shuō),原子的核質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、電子數(shù)是溫度、核密度的函數(shù)。只有三者有機(jī)的配比結(jié)合才能保持整個(gè)原子的相對(duì)穩(wěn)定性。溫度升高,質(zhì)子數(shù)減少,原子序數(shù)降低,中子數(shù)增加,核外電子數(shù)隨質(zhì)子數(shù)的變化而變化。
低溫超導(dǎo)現(xiàn)象。不同的物質(zhì)其低溫超導(dǎo)的臨界溫度不同。這跟原子核中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)有關(guān)。有些原子核中的中子放射出電子后,原子的電離降低明顯,這樣的原子的超導(dǎo)臨界溫度就較高;有些原子核的中子放射出電子后,原子的電離能降低不多,這時(shí)超導(dǎo)臨界溫度就會(huì)較低,它有可能要等到原子核中的中子放射出第二個(gè)電子后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(qiáng)。因此,要出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象,必須使核外自由電子數(shù)目多且自由能力很強(qiáng)。也就是在小的電場(chǎng)作用下,就有極為活躍的自由電子和足夠的自由電子數(shù)目。
7。電子和電磁力的產(chǎn)生
宇宙大爆炸開(kāi)始前的一瞬間,整個(gè)宇宙為一個(gè)大的原子, 核外沒(méi)有電子,核內(nèi)也沒(méi)有質(zhì)子,全由中子組成,宇宙的溫度極其極其高。隨著原子核的不斷裂變演化,原子核越來(lái)越小,在其初期溫度仍極其高,原子核仍處于劇烈的裂變過(guò)程中,核外仍然沒(méi)有電子存在,整個(gè)原子核呈電中性;當(dāng)溫度降到一定程度時(shí),原子核的純中子的分裂減少,于是中子就開(kāi)始分裂成質(zhì)子和電子,誕生了電子和質(zhì)子,同時(shí)也出現(xiàn)了電磁相互作用。電子在質(zhì)子電場(chǎng)作用下繞核子運(yùn)動(dòng),這時(shí)核外的電子數(shù)還是相當(dāng)少,僅一、兩個(gè)或四、五個(gè);隨著宇宙的進(jìn)一步膨脹,溫度密度進(jìn)一步降低,核內(nèi)中子分裂為質(zhì)子和核外電子的數(shù)目增加,直到現(xiàn)在這種狀況。現(xiàn)在,仍有許多核在裂變,核內(nèi)的中子、質(zhì)子比仍在進(jìn)一步降低。從以上討論得出,在電子誕生之前,質(zhì)子和電子不存在,整個(gè)宇宙中沒(méi)有電磁相互作用,直到核裂變到足以產(chǎn)生電子時(shí),才出現(xiàn)電磁相互作用,電磁相互作用是核裂變到一定時(shí)期的產(chǎn)物。在電磁相互作用出現(xiàn)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(chǔ)。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(chǎn)生電子束及帶電粒子的根源。因此,超導(dǎo)現(xiàn)象又可以說(shuō)是弱相互作用和電磁相互作用通力合作的典范。
8。恒星內(nèi)部的大核裂變和外表的氫核聚變
現(xiàn)今宇宙中的恒星,均是宇宙大爆炸時(shí)遺留下來(lái)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,其中正在發(fā)生作核的裂變和聚變,既有大質(zhì)量的核子也有小質(zhì)量的核子,大的原子核可能有幾萬(wàn)公斤,甚至更大,小的核子就是氫核了。大質(zhì)量的核聚集在恒星的中心區(qū)域,人類(lèi)無(wú)法探測(cè)到大核的存在,因?yàn)榇蠛肆炎儠r(shí)產(chǎn)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(jí)分布。對(duì)大質(zhì)量的核子的裂變是一種鏈?zhǔn)搅炎,其蘊(yùn)含的能量比僅一分為二時(shí)大得多。
同樣,在地球的中心位置,也存在較大的核子,比人類(lèi)已發(fā)現(xiàn)的核子要大得多,仍在裂解釋放出巨大的能量。形成地球內(nèi)部的高溫、地球表面的火山爆發(fā)。地球表面放射性元素的唯一來(lái)源就是地球核心大原子核的裂變產(chǎn)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(zhì)量就越大,小質(zhì)量的核子數(shù)就越少。
9。 原子核的結(jié)構(gòu)與原子核周期表
一般認(rèn)為,原子由原子核和核外電子組成,原子核是由質(zhì)子和中子組成的,中子和質(zhì)子的組成比必須在一定的范圍內(nèi)才能保持核子的相對(duì)穩(wěn)定,才不具有放射性。
如果認(rèn)為原子是由質(zhì)子和核外電子組成,核內(nèi)不存在中子,核內(nèi)的中子由質(zhì)子和核內(nèi)電子組成。則核內(nèi)質(zhì)子數(shù)即為核子數(shù),核內(nèi)電子數(shù)即為中子數(shù)。核內(nèi)的所有電子不屬于某些核子獨(dú)有,核內(nèi)電子好象核外電子一樣圍繞著所有質(zhì)子運(yùn)動(dòng),核內(nèi)的電子屬于每一個(gè)核子,就好象核外的電子屬于整個(gè)原子核一樣。
因?yàn)楹俗佣际琴|(zhì)子,都帶正電,核內(nèi)電子帶負(fù)電,核內(nèi)電子在電磁力作用下繞核子作環(huán)繞運(yùn)動(dòng)。由于核內(nèi)電子更接近核子,所受到的電磁作用力更強(qiáng)烈,這就是為什么核外電子容易電離而核內(nèi)電子難以電離、離核遠(yuǎn)的電子容易電離而離核近的電子難以電離的原因。
同核外電子的情況一樣,核內(nèi)電子也是分層運(yùn)動(dòng)的,離核較近的電子受到的約束較強(qiáng),電離所需的能量就較大;不同的原子核,核內(nèi)電子逃逸出來(lái)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離能高。所以金屬原子具有自由電子,是電的良導(dǎo)體,而非金屬原子核外電子束縛的很緊,沒(méi)有自由電子,是絕緣體。對(duì)核內(nèi)的電子同樣也有相似的規(guī)律,不同的是原子核的排列順序不同于化學(xué)元素周期表的順序。需根據(jù)原子核的性質(zhì)來(lái)重新排列,按原子核的性質(zhì)周期性變化排列出來(lái)的表叫做原子核周期表。
原子核周期表是根據(jù)原子核內(nèi)中子數(shù)(或核子數(shù))的多少作為順序來(lái)排列的,因?yàn)橹凶訑?shù)(或核子數(shù))的多少?zèng)Q定了核(或核外電子)的性質(zhì)。
根據(jù)以上討論,得出如下結(jié)論。
。1) 質(zhì)子是中子失去電子后的裸體。
。2) 中子是由質(zhì)子和電子組成,但要和氫區(qū)別開(kāi)來(lái)。中子的電子的電離能比氫中的電子的電離能高得多,電子離核的遠(yuǎn)近也大不一樣。中子中的電子一般不參與化學(xué)反應(yīng),只參與高能量級(jí)的核反應(yīng),而氫中的電子參與化學(xué)反應(yīng),電子容易電離成為自由電子。
。3) 超導(dǎo)的產(chǎn)生與核內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)和能級(jí)有關(guān)。核內(nèi)電子逃逸能低的核,產(chǎn)生超導(dǎo)所需的溫度就高,可以通過(guò)原子核周期表中不同的位置來(lái)尋找超導(dǎo)溫度高的元素。對(duì)應(yīng)有些核內(nèi)電子在低溫下極易發(fā)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(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng),因而出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。當(dāng)溫度升高,開(kāi)始發(fā)射出的電子又回到核內(nèi),該原子又恢復(fù)原來(lái)性質(zhì)。
(4) 多中子原子核,核內(nèi)電子層的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,根據(jù)以前的原子能級(jí)圖可知,核外電子的躍遷,將以吸收或發(fā)射電磁波的形式表現(xiàn)出來(lái),同樣原子核的能級(jí)圖也是通過(guò)原子核內(nèi)電子的躍遷,同樣也以吸收或發(fā)射高能電磁波的形式表現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)極高能量的電磁波照射原子核時(shí),與之相同能級(jí)的原子核激發(fā)到高能級(jí)(亞穩(wěn)態(tài)),處于亞穩(wěn)態(tài)的核子極不穩(wěn)定,又會(huì)躍遷發(fā)出高能電磁波。具有放射性的核都處于一種極不穩(wěn)定的高能態(tài)。 根據(jù)不同原子核的結(jié)構(gòu)和不同的高能態(tài),可產(chǎn)生α粒子、β射線(xiàn)、γ射線(xiàn)等等多種核放射反應(yīng)。有些處于穩(wěn)態(tài)的核,當(dāng)受到外界中子輻射等作用后,可使其激發(fā)躍遷到亞穩(wěn)態(tài),核子受激發(fā)的能量必須與核能級(jí)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(nèi)的電子受激躍遷。對(duì)于氫核,核內(nèi)沒(méi)有電子,則它的核就不存在能級(jí)。核內(nèi)中子數(shù)越多的元素的核能級(jí)圖就越復(fù)雜。能發(fā)射出來(lái)的電磁波的種類(lèi)就越多。
。5) 核內(nèi)電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的數(shù)量關(guān)系。一般情況下電子數(shù)少于質(zhì)子數(shù)。核內(nèi)電子數(shù)達(dá)到一定程度就會(huì)飽和,再增加電子,核的半徑將增加,質(zhì)子對(duì)核內(nèi)外層電子的吸引力下降,甚至不足以保持電子在核內(nèi)繞核運(yùn)動(dòng)而發(fā)生躍遷成為β射線(xiàn)。
α粒子(氦原子核)是基本粒子中最穩(wěn)定的核子之一,穩(wěn)定的原因是其中的4個(gè)基本粒子是類(lèi)似金剛石的正四面體結(jié)構(gòu),它的“硬度”最高,在一般外力作用下難以分裂。類(lèi)α粒子(核子數(shù)為4的倍數(shù))都是類(lèi)似金剛石的正四面體結(jié)構(gòu),因而是相對(duì)穩(wěn)定的粒子
。6) 化學(xué)元素周期表
一個(gè)原子的核內(nèi)和核外電子的物理空間沒(méi)有絕對(duì)界限。核內(nèi)的電子和核外的電子一樣,只是處于不同的運(yùn)動(dòng)軌道、離核遠(yuǎn)近不同、能級(jí)上有差別,所以很難說(shuō)哪個(gè)能級(jí)是核內(nèi)電子所具有的哪個(gè)能級(jí)是核外電子的。對(duì)核外有多個(gè)電子的原子,很難將最里層的核外電子電離出來(lái)。原子核內(nèi)電子和核外電子沒(méi)有絕對(duì)界限。原子由質(zhì)子和繞質(zhì)子著高速運(yùn)動(dòng)的電子組成,原子內(nèi)部不存在中子。所謂中子,是最簡(jiǎn)單的原子。氕也是最簡(jiǎn)單的原子,它們的組成形式十分相似,是一種同一種物質(zhì)處于兩種不同能級(jí)狀態(tài)。中子中的電子處于極低的能級(jí)狀態(tài),離核較近;而氕原子中的電子則處于較高的能級(jí)狀態(tài),離核較遠(yuǎn),電離能較小,能參與化學(xué)反應(yīng)。如果給中子以極高能量的電磁輻射,核外的電子也可以躍遷到氕的高能級(jí)狀態(tài)。
10。 同位素
同位素是具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的一類(lèi)元素的總稱(chēng)。根據(jù)以上結(jié)論,同位素應(yīng)為,在化學(xué)元素周期表中處于同一位置而核內(nèi)電子數(shù)(即核內(nèi)中子數(shù))不同的一類(lèi)元素的總稱(chēng)。核子數(shù)減去核內(nèi)電子數(shù)的差相同的一類(lèi)元素。同位素是根據(jù)化學(xué)元素周期表來(lái)定義的。
對(duì)于原子核周期表,核內(nèi)不存在中子,只有質(zhì)子和電子。當(dāng)核內(nèi)質(zhì)子周?chē)娮犹幱诓煌芗?jí)時(shí),有可能使原子核周期表中不同位置的核子具有相同的化學(xué)性質(zhì),但核的性質(zhì)是炯然不同的,因?yàn)樵雍酥芷诒硎前丛雍说男再|(zhì)來(lái)排列的,在不同的位置核的性質(zhì)不同。
同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)。在化學(xué)元素周期表中是同位素,處于同一位置,但在原子核周期表中就不在同一位置了,雖說(shuō)它們的化學(xué)性質(zhì)相同,但它們的核性質(zhì)不同。對(duì)于核子數(shù)不同而化學(xué)性質(zhì)相同的一類(lèi)元素,如果核子數(shù)每增加一個(gè),相當(dāng)于核外又增加了一個(gè)電子,此電子離核很近,完全不會(huì)影響到核外層電子的化學(xué)、電離等性質(zhì),這樣的電子處于極低的能級(jí)軌道上,可以近似一個(gè)質(zhì)子與一個(gè)電子結(jié)合在一起成了一個(gè)不帶電的中子。所以化學(xué)元素周期表中的中子都可以看成是一些離核太近、能級(jí)太低、不能參與化學(xué)反應(yīng)的電子,認(rèn)為這些電子已和質(zhì)子結(jié)合成為不帶電的中子。這只是一種習(xí)慣看法,事實(shí)上它們并沒(méi)有核質(zhì)子結(jié)合,而只是在離核子很近的軌道上繞核運(yùn)動(dòng)罷了,它們對(duì)核外電子的性質(zhì)還是有一定的影響。
11。電子與質(zhì)子的關(guān)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(yùn)動(dòng),電子的能級(jí)較低;宇宙繼續(xù)膨脹,核子數(shù)越來(lái)越多,核外電子吸收大爆炸釋放出來(lái)的能量躍遷到高能級(jí),就這樣,電子所獲得的能量越來(lái)越高,慢慢成為自由電子,在脫離核之前,電子和核子的結(jié)合力相當(dāng)大,以至人們都認(rèn)為它們是中子,不顯電性。隨著電子逐步激活,慢慢擺脫核子的束縛,中子也就理順地變成了質(zhì)子。隨著核的繼續(xù)分裂,核能進(jìn)一步釋放,電子也就繼續(xù)獲得能量而遠(yuǎn)離核子,也就是說(shuō)隨著時(shí)間的流失,化學(xué)元素周期表中的元素,其原子核中的中子數(shù)就會(huì)越來(lái)越少,離核子較近軌道上運(yùn)動(dòng)的電子數(shù)也會(huì)越來(lái)越少,直到最后核子周?chē)碾娮佣甲兂闪俗杂呻娮,這時(shí)整個(gè)宇宙將會(huì)彌漫著無(wú)數(shù)的電子幽靈。如果將成為自由電子后的電子仍然看成是該原子的組成部分,這時(shí)原子的體積就會(huì)相當(dāng)大。從某種程度來(lái)說(shuō),原子體積的變化規(guī)律,也在一定程度上反應(yīng)了宇宙的膨脹規(guī)律。如同全息技術(shù),一個(gè)原子也是一個(gè)小小的宇宙,可由局部變化的現(xiàn)象及規(guī)律推演到整個(gè)宇宙變化的現(xiàn)象及規(guī)律。
12。放射性的指數(shù)衰變規(guī)律
原子核的放射性衰變規(guī)律是,核的衰變數(shù)量呈指數(shù)規(guī)律遞減。說(shuō)明抗裂變背景壓力也在呈某一種規(guī)律(可能也是呈指數(shù)規(guī)律)減少,顯然這就是宇宙的膨脹速率正以指數(shù)規(guī)律遞減的緣故。宇宙正在膨脹,但其膨脹的加速度是負(fù)數(shù),體積仍在不斷增加。
宇宙的膨脹導(dǎo)致抗裂變背景壓力下降,也必然導(dǎo)致核的裂變將不斷進(jìn)行下去。隨著時(shí)間的推移,物質(zhì)的放射性規(guī)律是:放射期—穩(wěn)定期—放射期—穩(wěn)定期……,這樣交替變更的,新的放射性物質(zhì)會(huì)不斷產(chǎn)生出來(lái),而這些新的放射性物質(zhì)正好是前一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有放射性的較重的元素。物質(zhì)的放射性按此規(guī)律延續(xù)下去,直到宇宙膨脹到極點(diǎn)為止。
13。宇宙膨脹過(guò)程中光的傳播速度
光是物質(zhì)從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)的能量釋放。光的傳播速度隨著宇宙的不斷膨脹發(fā)生相應(yīng)的變化。在宇宙膨脹的早期,由于抗裂變背景壓力太高,光的傳播速度也就較低;隨著宇宙的繼續(xù)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(nèi)的水從小孔噴出一樣,水的壓力越高,噴射的速度越快高,如果保持容器內(nèi)部壓力不變,改變?nèi)萜魍獠凯h(huán)境壓力,若內(nèi)、外壓差小,水從小孔噴出的速度就小;壓差相等時(shí),水也就不能從小孔噴出;若進(jìn)一步改變內(nèi)、外壓差,并使得外部壓力高于內(nèi)部壓力,外界環(huán)境中的水或其它物質(zhì)將會(huì)受外界背景壓力的作用進(jìn)入容器內(nèi)。光的傳播速度也是這個(gè)道理,原子核的裂變和聚變同樣也是這個(gè)道理。在宇宙膨脹的不同區(qū)域,抗核裂變的背景壓力不同,有可能使得某些躍遷不能發(fā)生,甚至產(chǎn)生逆轉(zhuǎn),因而光的傳播速度也不相同。
14。太陽(yáng)系的起源
太陽(yáng)系的起源理論必須能合理的回答下面所列的幾個(gè)主要問(wèn)題:太陽(yáng)系物質(zhì)的來(lái)源,行星的形成過(guò)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,太陽(yáng)系的角動(dòng)量分布,三類(lèi)行星(類(lèi)地、巨行、遠(yuǎn)日行星)的大小、質(zhì)量、密度方面的差別,行星的自轉(zhuǎn)特性,彗星的起源,地—月系統(tǒng)的起源。
太陽(yáng)相對(duì)于它的公轉(zhuǎn)銀河中心運(yùn)行時(shí)約帶一點(diǎn)扭矩,所以太陽(yáng)的自轉(zhuǎn)赤道與黃道(星盤(pán))面有7度多的夾角,所形成的行星自轉(zhuǎn)軸,也不垂直于黃道面。(黃道面:地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道面。黃道帶:黃道兩旁各寬8度的范圍,日、月、行星都在帶內(nèi)運(yùn)行)
原初太陽(yáng)系,不是由太陽(yáng)和繞太陽(yáng)運(yùn)行的行星組成,而是僅為一個(gè)原初太陽(yáng)球。繞銀河高速旋轉(zhuǎn),同時(shí)自身也在高速自旋。
處于高速自旋的太陽(yáng)球外表面的物體,由于受太陽(yáng)自轉(zhuǎn)的作用,與太陽(yáng)外表面的太陽(yáng)大氣一同繞太陽(yáng)高速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生極大的離心力,同時(shí),太陽(yáng)外表的物體和太陽(yáng)大氣受太陽(yáng)引力的作用,使物體和大氣都束縛在太陽(yáng)周?chē)。?dāng)物體受到的引力和離心力相等時(shí),物體懸浮在太陽(yáng)大氣中既不上升也不下降。
由于處于太陽(yáng)中心的巨大的原子核在不斷進(jìn)行核裂變,放出巨大的核能。能量和射線(xiàn)穿透太陽(yáng)大氣火焰層進(jìn)入茫茫宇宙,這時(shí)太陽(yáng)質(zhì)量慢慢減少,太陽(yáng)對(duì)外表物體的吸引力也隨之慢慢減小。從而使得懸浮在太陽(yáng)大氣中的物體慢慢遠(yuǎn)離太陽(yáng),形成在低軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)行的行星。最早從太陽(yáng)表面分離出來(lái)的行星就是現(xiàn)在離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的行星。隨著時(shí)間的推移,太陽(yáng)將繼續(xù)演化,有可能還會(huì)從太陽(yáng)表面形成新的行星。
太陽(yáng)產(chǎn)生新的行星的條件主要有兩點(diǎn):
第一,太陽(yáng)必須保持高速自轉(zhuǎn)。在太陽(yáng)外表的物體受到的離心力必須等于或大于太陽(yáng)對(duì)它的引力。
第二,太陽(yáng)內(nèi)部必須繼續(xù)發(fā)生核反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)生的能量和射線(xiàn)能透過(guò)太陽(yáng)大氣進(jìn)入茫茫宇宙。使太陽(yáng)的質(zhì)量逐漸減小,從而使太陽(yáng)對(duì)其外表的物體的吸引力逐漸減小。
從原初太陽(yáng)球轉(zhuǎn)化成太陽(yáng)系的過(guò)程,是一個(gè)極其漫長(zhǎng)的天體演變的過(guò)程。太陽(yáng)最初的產(chǎn)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,以后可能還有新的行星從太陽(yáng)中誕生,加入到太陽(yáng)系行星大家族。
隨著宇宙體積不斷膨脹,太陽(yáng)系的體積也隨之膨脹,太陽(yáng)對(duì)其周?chē)行堑奈㈦S著太陽(yáng)的質(zhì)量的減小和體積的膨脹而逐漸減弱,使得行星慢慢遠(yuǎn)離太陽(yáng),但這個(gè)過(guò)程極為緩慢。隨著太陽(yáng)與行星的距離增大,行星受到的太陽(yáng)輻射減弱,行星表面的溫度將會(huì)下降,下降到一定程度將會(huì)破壞行星表面生物的生存環(huán)境,也會(huì)影響到人類(lèi)的生存。由于太陽(yáng)系輕微的天體演變,將會(huì)在很大程度上改變?nèi)祟?lèi)賴(lài)以生存行星環(huán)境,使得整個(gè)人類(lèi)社會(huì)消亡。
剛剛從太陽(yáng)表面分離出來(lái)的行星,是由太陽(yáng)內(nèi)部劇烈的核爆炸噴發(fā)出來(lái)的帶有大量的較重的原子核的集合體組成的,和太陽(yáng)一樣也發(fā)生著劇烈的核裂變和核聚變,但行星中心的原子核的質(zhì)量要比太陽(yáng)中心的小得多。由于上面所說(shuō)的原因,隨著時(shí)間的推移,行星離太陽(yáng)距離逐漸增大,行星受到的抗核裂變的背景壓力下降,有助于行星中心核的裂變,同時(shí)行星受到的太陽(yáng)的輻射熱也大大減少。所以,相對(duì)太陽(yáng)中心的原子核來(lái)說(shuō),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(yáng)和行星中心的溫度肯定要比其表面溫度高。
剛從太陽(yáng)表面誕生的行星,在繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí),受到太陽(yáng)表面強(qiáng)烈的太陽(yáng)風(fēng)的擾動(dòng),使行星產(chǎn)生一定程度的自轉(zhuǎn)。由于產(chǎn)生的行星大小、時(shí)間,以及受到太陽(yáng)風(fēng)擾動(dòng)情況不同,行星自轉(zhuǎn)頻率不同。
繞行星運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星的產(chǎn)生與繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的行星的產(chǎn)生的情形和條件一樣,也就是行星具有自轉(zhuǎn)和行星中心發(fā)生著核裂變這兩個(gè)條件。由此類(lèi)推,衛(wèi)星也可以有圍繞其運(yùn)轉(zhuǎn)的更小的衛(wèi)星。所以,可以推斷,質(zhì)量越大、自轉(zhuǎn)頻率越快、核裂變?cè)絼×业奶?yáng)、行星和衛(wèi)星,產(chǎn)生其子星的可能性就越大、數(shù)量也越多,我們從現(xiàn)代天文觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)可以得到很好的證明。
產(chǎn)生行星條件的計(jì)算。設(shè)太陽(yáng)表面的重力加速度為g1,離心加速度為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
則
現(xiàn)將太陽(yáng)系行星及衛(wèi)星的數(shù)據(jù)列表如下
表—1 太陽(yáng)系行星參數(shù)表
從以上計(jì)算和表—1知,g1/g2越小的天體,所具有的行星或衛(wèi)星數(shù)就多,從某一個(gè)方面說(shuō)明了行星或衛(wèi)星是天體高速自轉(zhuǎn)產(chǎn)生出來(lái)的。太陽(yáng)表面引力遠(yuǎn)大于離心力,說(shuō)明在近一段時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)將不會(huì)產(chǎn)生行星。在保持太陽(yáng)半徑不變的情況下,太陽(yáng)質(zhì)量必須減少到一定程度時(shí),太陽(yáng)才有可能產(chǎn)生新行星。但是,隨太陽(yáng)質(zhì)量的減少,將會(huì)伴隨太陽(yáng)半徑和自轉(zhuǎn)角頻率發(fā)生變化,所以,可以通過(guò)計(jì)算,得出太陽(yáng)再次產(chǎn)生行星的時(shí)間,以及產(chǎn)生行星時(shí)的角速度、質(zhì)量和半徑。
計(jì)算得出,只有在太陽(yáng)赤道附近的物質(zhì)所獲得的離心力最大,所以行星總是在太陽(yáng)直道附近誕生,在太陽(yáng)的兩極不可能誕生行星。
剛剛誕生的行星由于受太陽(yáng)風(fēng)的劇烈擾動(dòng),行星的公轉(zhuǎn)軌道面與太陽(yáng)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(yáng)系類(lèi)似。原初銀河系沒(méi)有旋臂,僅為銀河核球。由于核球高速自轉(zhuǎn)和發(fā)生劇烈的核裂變,核球逐漸分裂和質(zhì)量減輕。處于赤道附近的原初恒星開(kāi)始形成。隨著銀河核球的質(zhì)量減少,原初恒星慢慢遠(yuǎn)離銀河核球,在遠(yuǎn)離過(guò)程中,恒星公轉(zhuǎn)周期增加、速度減慢。由于恒星的誕生的先后順序,從而形成離銀核近的比離銀核遠(yuǎn)的公轉(zhuǎn)周期快,形成按先后順序排列的角頻率逐漸變慢的漸開(kāi)式恒星排布。
設(shè)銀核質(zhì)量為M,原初恒星質(zhì)量為m,銀核表面半徑為Ro銀核自轉(zhuǎn)角速度為Wo。
當(dāng)原初恒星所受的引力和離心力平衡時(shí),
上式為原初恒星繞銀核的公轉(zhuǎn)角頻率。
由于核反應(yīng),銀核質(zhì)量減少了M1,因引力的減小而使原初恒星逐漸離開(kāi)銀核,重新尋找新的平衡軌道,設(shè)新的平衡軌道半徑為r,公轉(zhuǎn)角頻率為W,這時(shí)有顯然,恒星繞銀核的角頻率隨著它離開(kāi)銀核的距離的增大而減小。由于銀核產(chǎn)生了數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的恒星群,形成有連續(xù)的按一定規(guī)律排開(kāi)的漸開(kāi)式旋渦星系。
依此類(lèi)推,對(duì)于太陽(yáng)系、行星系以及衛(wèi)星系,也存在相似的漸開(kāi)式旋渦星系。但由于它們所具有的行星和衛(wèi)星數(shù)極少,不能排成相對(duì)連續(xù)的漸開(kāi)式旋渦星系圖,如果仔細(xì)分析仍不難發(fā)現(xiàn),太陽(yáng)系內(nèi)的行星以及具有較多衛(wèi)星的行星同樣具有旋臂式旋渦星系結(jié)構(gòu)圖的痕跡。
如果某天體內(nèi)的核裂變終止了,其質(zhì)量不再減少,該天體的衛(wèi)星也將在一個(gè)固定的軌道上運(yùn)行,而不會(huì)逐漸遠(yuǎn)離該天體。
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