质子是很稳定的结构，不衰变，即使参与核子聚变反应，释放能量方面应没多大贡献。中子由质子与电子简并而成，但不可以矮氢视之，因为它扰乱了质子的稳定结构。中子是不稳定结构，自由中子半衰期仅十几分钟。核子组合里的中子结构变化大，比自由中子稳定得多。中子的活泼易变，是众多核反应中的主角，是物质世界得以异彩纷呈的功臣，是核能释放的主要贡献者

质子是很稳定的结构，不衰变，即使参与核子聚变反应，释放能量方面应没多大贡献。中子由质子与电子简并而成，但不可以矮氢视之，因为它扰乱了质子的稳定结构。中子是不稳定结构，自由中子半衰期仅十几分钟。核子组合里的中子结构变化大，比自由中子稳定得多。中子的活泼易变，是众多核反应中的主角，是物质世界得以异彩纷呈的功臣，是核能释放的主要贡献者

核结构与中子星论断

(2013-02-08 09:08:14)

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标签： 科研 科普 天文 物理 宇宙

张家界市一中尹列国
摘要  物理学前沿各块全卡在了核子结构上，一通则百通矣！宏观表现，天文奇观，要想揭破谜底，还真得从微观粒子谈起，这就是宇宙万物同一理的物理。本文从核子结构、两种核力、核结构的新理论谈起，最终破解中子星的种种神奇，作出了许多新的论断，对物理学理论新建构、天文学理论新建构、以及人类正确的认知，具有划时代的意义。
关键词  简并  中子态  “大子”  “小子”  偏残光子  天体核心球
 
一．核结构论断
 
    天然放射现象的发现，说明原子核可以再分，但阿尔法粒子、贝塔粒子并没有被认作是原子核的组成。卢瑟福发现质子、查德威克发现中子后，质子、中子被认定为原子核的组成。即核子有质子、中子两种，质子带正电，中子电中性。已是金科玉律的科普常识，却也最易让人形而上学地理解核结构。
 
    只一质子独处的氢核除外，全由质子组成原子核不可能，必须有中子做粘合剂。质子不邻处，中子作中介。小原子核中的中子数与质子数相当，大原子核内中子数比例逐渐占强，天体核心球是超级大核，几乎全是中子。除了小原子核里的中子很稳定外，大核里的中子虽比自由中子稳定些，但还是会衰变的。
 
    质子带有一个正的元电荷1.6 × 10^-19 库仑；直径约 1.6 × 10⁻¹⁵ m ；质量为1.673 × 10^-27 kg，即938MeV/c²，大约是电子质量的1836倍；磁矩为 + 2.8核磁子衡量单位；自旋量子数为1／2。质子可通过捕获电子的过程简并成中子，这一过程不会自发发生，需有强能量供应。其核反应方程为：p + e ------ n + νe      其中p 是一个质子，e 是一个电子，n 是一个中子，νe 是一个电子中微子。

 

    中子电中性，其质量为 1.675 × 10^-27 kg，即939.5 MeV/c²，是电子质量的1842倍；磁矩为－1.9核磁子衡量单位；自旋量子数为1／2。中子通过β衰变成质子，放出一个电子和一个反中微子，还放出能量，此核反应可自发的进行。其核反应方程为：n ------ p  +  e  +  νe ^-   其中νe ^- 是一个反电子中微子。
 
    由原子核和核外电子构成的原子结构的物质，在有如黑洞表面万有引力的巨大压强下，原子结构被坍塌，电子被简并入原子核里，质子与电子结合为中子。这样，物质的结构就发生了根本性的变化，全部变成了中子状态的核结构。这种结构被叫作“中子态”，是《天地新知》全书中最重要的一个概念。
 
    磁矩是描述载流线圈或微观粒子磁性的物理量。平面载流线圈的磁矩定义为：u = IS n  式中u为磁偶极矩，I 电流强度；S为线圈面积；n为与电流方向成右手螺旋关系的单位矢量，该单位矢量方向垂直于回路平面。
 
    微观粒子中的所谓磁偶极子，必有一类似于载流线圈的电荷运动与之相对应，其磁矩同样为电流、回路面积与垂直回路平面的单位矢量三者之积。对于某一区域内的物质或结构，为包含在该区域内所有基本磁偶极子磁矩的矢量和。因此，作为中子态核结构的超级大核，都有超强大的磁场。
 
    质子是很稳定的结构，不衰变，即使参与核子聚变反应，释放能量方面应没多大贡献。中子由质子与电子简并而成，但不可以矮氢视之，因为它扰乱了质子的稳定结构。中子是不稳定结构，自由中子半衰期仅十几分钟。核子组合里的中子结构变化大，比自由中子稳定得多。中子的活泼易变，是众多核反应中的主角，是物质世界得以异彩纷呈的功臣，是核能释放的主要贡献者。
 
    中子衰变成质子与电子，有能量的释放，衰变是自发的；质子与电子简并成中子，需能量的泵入，简并是有条件的。由不稳定结构变为稳定结构，核反应存在自发进行的方向性。人类能源危机的解决，寄希望于核能的开发。目前的两个极端做法都不是很好：裂变有核废料难处理，隐藏辐射灾难；聚变高温条件苛刻，控制难实现。其实中子堆就比其它核反应堆要好些，当然最好的方案还是我《能源危机的终结者》。
 
    高能电子、μ子或中微子轰击质子的散射实验，表明质子内部的电荷和磁矩有一定的空间分布，因此质子不是点粒子，而具有一定的内部结构。高能电子、μ子或中微子轰击中子的散射实验，显示中子内部的电荷和磁矩也有一定的空间分布，说明中子也不是点粒子，而具有一定的内部结构。
 
    夸克肯定分错了：质子与电子简并成中子，一正一负两整数元电荷，怎就成了1/3、2/3的分数电荷呢? 核反应中也只有整数电荷放出；“夸克禁闭”这多年，人类竟然不怀疑！它出自于盖尔曼“基本粒子不基本，基本电荷非整数”的主观臆断；夸克的色与味都非客观实在。夸克只能是未分清边界的电极化态，胶子更是未分清边界的电极化动态。
 
    元电荷是电量的最小量子，电子是宇宙中最稳定的结构。也可以不说结构，因为是最基本的粒子，各量值都具内禀性，具有不可分性质。正负电子对大尺度的中和，小尺度看来又是电极化甚至电离。分子以上尺度的电中性，化学结构看就是电极化；中子的电中性，核子结构看就是电极化。正负电子对永不会湮灭，只有更小尺度的中和。
 
    说白了：正负电子对距离10^-10m以上为非核结构，正负电子对距离10^-15m以下为核结构。从10^-10m到10^-15m，真是一个大尺度的能级跃迁，放出光子能量级别是MeV，相当于m_ec²，被说成湮灭，理解为电子抛质，错的一塌糊涂。电子不仅未抛质反而增了质，因为它的速度在逼近光速，相对论质增效应很显著。电子对要是湮灭，几大守恒定律都有危机，我的《绝对性论断》宣告破产。
 
    “真空中充满着湮灭后的电子对和出生前的电子对”。这种说法还是错！真空就是真空，虽然做不到，因为存在场粒子，但没有电子就是没有。我们只好将有电子对小尺度中和存在处勉强说成个如空。这在佛经里被说成真如，苦了先哲没有尺度数量级，只好用绕口令一般的经文语言表述。
 
    “真如不是存在，也不是不存在，既不是存在又不存在，也不是对存在又不存在的否定。”后人不懂装懂，故弄玄虚，搞成迷信，真的有愧先贤。仙、佛本意仅为觉悟者。法力无边可理解为相互作用强，作用距离远；神通广大可理解为能量级别大，普遍联系广。
 
    电子的质量为9.1×10^-31 千克；电子的直径为1.8×10^-16 米；电子的密度为2.9×10¹⁷ 千克/米³ ；电子电荷量为 -1.6×10^-19库仑，通常被表示为e-；电子自旋量子数为1/2。电子的反粒子是正电子，其质量、直径、自旋、带电量大小都与电子相同，只是电量正负性与电子相反。
 
    质子由一负两正三个“胖电子”组成。中心一负在振动，外面两正对称绕转，球形轨道有如1s²。正负电子间距小到10^-16m，三个电子的运动速度都已十分逼近光速，相对论质增效应十分显著，每个质量都已是静质量的几百倍。这种不辐射电磁波的量子共振态，是可以计算出来的。单质子是一个超稳定结构。
 
    中子由两正两负四个“胖电子”组成。质子之外多加一个电子，不是氢原子核外的远距离电子，这么近距离的单个电子，严重破坏了质子的对称平衡的稳定性结构，其中的质子已是激发态的非稳定性质子，所以中子远不如氢原子稳定。自由中子就不稳定，半衰期仅十几分钟，衰变成质子与电子。
 
    将中子内相当于激化态质子的内三子结构，叫做一个“大子”；正负电子间距离小到10^-16m，中子外层的那一个电子，绕转速度也已逼近光速，相对论质增效应使该电子质量已是静质量的几倍，叫做一个“小子”。简并前的质子质量是电子质量的1836倍，简并后的中子质量是电子质量的1842倍，足以证明相对论质增效应。
 
    双中子结构人类暂时尚无观测记录，实际中应存在，并且要比单中子稳定，这有点像两个氢原子用共价键形成氢分子，1s²具有饱和对称平衡的稳定性。两氘核结合成氦核时有能量放出，天然放射性中的阿尔法粒子，说明氦核也是一很稳定的结构。内在饱和的稳定结构，因其弱兼容性与强独立性而易于分离。
 
    各种原子核内的核子间的量子共振态，用量子论应该能全部算出，这跟核外电子排布规律已全部为人类掌握一样。尤其是算出不稳定的同位素核，为人类开发新能源，找出新的放射源作贡献。搞清了中子结构，才能彻底理解大天体核心球中子态的作为。宏观表现，天文奇观，还真得从微观粒子谈起，这就是宇宙万物同一理的物理。
 
    核子间的作用现被分成两种，还被认为是最基本的两种相互作用方式。强相互作用与分子力本质相同，表现也相似。分子力有平衡距离，强核力有“渐进自由”；两者都存在短程饱和性；两者都有吸引、排斥双重表现。因为两者正负电子对空间尺度相差五、六个数量级，所以两者力的量值相差十多个数量级。强相互作用因此得名，本质还是库仑力。
 
    除了氢原子核这个质子而外，其余核结构中的质子已非单质子，核结构中的中子亦非单中子，核结构中的质子、中子已分不出区别，两者结构完全一样，都是一负两正三个胖电子的“大子”结构。大子间互相排斥，相邻两大子间至少有一“小子”牵引两大子，形成二龙夺珠画面。“小子”就是一个负的胖电子。所有的核结构都是这种“大子、小子”的间隔结构。
 
    小原子核里每一小子都被两大子争夺，动态平衡而结构稳定；大原子核里小子多出被两大子争夺水平，而致结构松散欠稳，具有天然放射性；中子态大原子核还是这种大子、小子间隔的核结构，但会因小子过饱和而致中子衰变的核反应不断，并进一步诱发核子聚变，形成射电源。
 
    中子衰变及其逆过程，又被叫成了弱相互作用。弱相互作用其实也不弱，是核内激发态“大子”的能级跃迁放出的高能量光子，斜碰核内负胖电子的“小子”，本质属于电磁辐射排斥力。有如光在介质分界面上的折射与反射，折射光与反射光都成了偏振光。小子吸收的是“折射光”，吸收电势能成分用以跃出势阱，剩下“反射光”为中微子。中微子为偏残光子，偏残即电磁能量不相当。
 
    电子主要吸收电能跃出势阱，反电子中微子为电偏残光子。电偏残为电弱磁强，电子中微子为磁偏残光子。中子内有能级分布，辐射出的电子为连续光谱，可知中微子量值是随机的。中子结构内没有中间玻色子这样的大质量粒子存在，弱相互作用也不需要中间玻色子这样的传播子。
   
    核结构是宇宙中最紧密的结构，核结构与核子结构表面看有空间尺度数量级的不同，实则相通并无本质区别，逼近电子本体尺度。对应着最强的强相互作用，作用决定结构。其密度、温度、压强各量值逼近宇宙中的最上限，超级大核的中心也只是这个数量级。电子的物质与能量密度同是这个数量级。
 
    核结构不坍塌，坍塌的都是非核结构。超级大核的黑洞表面有最强大的万有引力，但因快速自转需要强大的向心力，核越大解体的危机越大，并未增大内压力；黑洞解体时有如脱水桶甩水，并不是爆炸向外抛壳，反冲增大内核压力。没有任何让核结构坍塌的理由。
 
    大爆炸产生整个宇宙的无限小奇点的“原始火球”结构，密度、温度、压强各量值都是无穷大，这是绝不可能的最荒唐结构。我已弄清星系退行错觉的原因，即已证明宇宙不膨胀，又已算出万有引力长程有限，这些充分说明不可能有整个宇宙中所有物质全挤压在一点这样的事。
 
    核结构是宇宙中最普遍的结构。非核结构由核中子衰变，电子跑到核外形成，其原子核还拥有着99.86%的质量；黑洞、中子星是赤裸裸的核结构；恒星只存在外大气层非核结构，核心球照样是核结构；行星、卫星大天体的核心球也是核结构。整个星系所有的大小核结构都还是同一来源，最后又会回到同一去处。场粒子是另一种非核结构，因为基本也可说非结构。
 
二．中子星论断
 
    中子星，完全裸露的中子态核结构的星球，整个中子星仅由中子一个挨一个紧密结合在一起组成，可以这样说，中子星就是一个巨大的原子核。从数量级的角度说：中子星的密度就是原子核的密度；中子星内的温度就是原子核内的温度；中子星内的压强就是原子核内的压强。或者说：中子星的物质密度与能量密度，跟电子、原子核一样，都是宇宙中的上限值。
 
    密度大得惊人！中子星的密度高达10¹⁷千克/米³，是水密度的百万亿倍；温度高得惊人！中子星内温度高达数十亿度，是太阳表面温度的百万倍；压力大得惊人！中子星内的压强高达10²⁸个大气压；磁场强得惊人！中子星磁极的磁场强度高达1万亿高斯，甚至20万亿高斯，而地球磁极的磁场强度只有0.7高斯，太阳黑子的磁场足够强大，也只有1000～4000高斯。
 
    中子星体积小得出奇，最小中子星半径只有10千米；中子星质量巨大，最小中子星的质量都比太阳的要大，表面附近巨大的万有引力，连光线都只能以抛物线轨迹挣脱；中子星的能量辐射高达太阳的100万倍。天文学家们竟说中子星是一颗恒星死亡后的产物！那肯定是搞错了！
 
    1934年巴德和兹威基分别提出了中子星的概念，而且指出中子星可能产生于超新星的爆发。中子星就作为假说而被提了出来，但是一直没有得到证实，人们也不曾观测到中子星的存在。而且因为理论预言的中子星密度大得超出了人们的想象，在当时，人们还普遍对这个假说抱怀疑的态度。
 
    直到1967年，由英国科学家休伊什的学生乔丝琳·贝尔，检测无线电望远镜收到的信号时，无意中发现了一些有规律的脉冲信号，它们的周期十分稳定，为1.337秒。起初她以为这是外星人发来的信号，但在接下来不到半年的时间里，又陆陆续续发现了数个这样的脉冲信号。她的老师休伊什计算后终于弄清了这种奇怪的电波，原来来自一种前所未知的特殊恒星，并把它命名为脉冲星。
 
    脉冲星不停地发出无线电脉冲，而且两个脉冲之间的间隔十分稳定，准确度可以与原子钟媲美。各种脉冲星的周期不同，长的可达4.3秒，短的只有0.3秒，甚至毫秒级。经过计算，它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体积小、密度大、质量大的星体才能做到。这样，中子星才真正由假说成为事实。
 
    这真是天文学上的一件大事。脉冲星的发现与类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子一道，被称为二十世纪六十年代天文学的四大重要发现。我认为另三件的意义没有它重大，它理所当然应名列第一。到目前为止，已发现的脉冲星超过300个，它们都在银河系内。蟹状星云的中心就有一颗脉冲星。
 
    中子星自转非常快，能达到每秒几百转甚至上千转。中子星的磁极与自转轴两极通常不吻合，那么随着自转，中子星的磁极就会间歇性有规律地朝向地球，发出的极射电就会像一座旋转的灯塔那样一次次扫过地球，让地球接受到的是无线电脉冲，因此被称为脉冲星。
 
    电波束正好掠过地球时，人类就可以测定它的有关数值。脉冲星就是高速自转的中子星，但并不是所有的中子星都是脉冲星。因为当源于中子星的电波束不扫过地球时，人类就接收不到电波脉冲信号，此时中子星就不表现为脉冲星了。
 
    中子星用超强的磁场约束核反应射电的其它方向射出，其它方向的射电被磁场偏转只能曲线射出，而沿着磁极方向的射电直线冲出特别高远，至视界表面对星云物质作用而发射多种射线成分。中子星的视界表面温度约为一百万度，辐射有γ射线、χ射线、紫外线和可见光、红外线、无线电波等。
 
    已被发现的脉冲星都是银河系内的天体，距离一般都是几千光年，最远的达5.5万光年。据估计，银河系内中子星的总数至少应该在20万颗以上，到80年代末，已经发现了的还不到估计数的千分之五。今后的观测、研究任务还很艰巨。
 
    中子星从发现至今，只有短短五十年的时间。但它却为天体演化理论的研究，物质在极端条件下的物理过程和变化规律的研究等，提供了非常丰富而不可多得的观测资料，作出了巨大的贡献。中子星以它的裸露，让我认清了看不见的神秘和破解了被掩藏的难解之谜。
 
    中子星的发现启发我作出下列论断：黑洞的本质就是中子态的核结构星球，这与中子星无异，只不过质量级别比中子星大得多，是一颗“大中子星”；恒星、行星、卫星等天体的核心球也是中子态的核结构，但质量级别要比中子星小；所有星球的核心球都是“小中子星”；整个星系一个妈，星系里所有的星球起源于同一次黑洞的超新星爆发；黑洞是整个星系的绕转中心、诞生地和归宿地。
 
    2007年3月20日光明网报道：欧洲空间局的科学家最近宣布，他们借助强大的Integral天文望远镜，发现了迄今转速最快的中子星，每秒旋转1122圈，比地球自转快1亿倍。最先观测到这颗星的西班牙天文学家库克勒说，早在1999年便已发现了这颗代号为J1739-285的中子星，但不久前才算出它的转速。这颗中子星的直径约10千米，质量却比太阳大，其密度惊人，高达每立方厘米1亿吨。
 
    天文学家正是通过接受无线电脉冲发现了中子星。此前的中子星自转纪录是每秒716圈，恒星转速一般在每秒270-715 圈。700圈曾被认为是天体旋转极限，按目前的物理学理论，转速超过此极限，恒星将被强大离心力摧毁或化为黑洞。但最新发现的数据否定了这一看法，说明天体物理学理论必须修正。最需要修正的就是天体核心球的中子态核结构！
 
    按新理论每秒1122转并不是旋转极限，大型中子星转速有可能高达每秒3000转。令当今天文学家困惑的是：为什么天体在高速旋转的强大离心力下，却依然没有解体而损失自身物质？其实就是没想清楚中子态的核结构！这些核心球都来自于哪里？哪个星球的核心球自转得不快？而星球壳体的自转要比核心球自转慢得多。
 
    现有理论错误的认为：中子星用巨大的万有引力从临近恒星不断夺取大量炙热气体，并不断诱发热核爆炸。错误在于不知道恒星的核心球就是颗“小中子星”，远距离的中子星夺不去近距离恒星核心球吸引住的气体；中子星的射电排斥力也不让远距离气体靠近；更不知道中子堆里的中子衰变与核子聚变的核反应，与氢弹爆炸的热核反应还是有很大区别的。
 
    黑洞的超新星爆发时，抛出的最大的中子态核结构直接成为中子星。质量级别在恒星核心球之上，射电强度也远超恒星核心球，说它是恒星演化的终极结果错。核内中子数亏损到一定程度后的中子星有可能演化成恒星。大小、先后的排序不要搞错，目前天文学上有大量排序混乱的错误，因此而造成很多因果关系的错误。
 
    一般的中子星也不会演化成黑洞：一没有星系中心的特殊地位，周围没多少星云物质让它吸积从而成长壮大；二是表面附近的万有引力还小于射电排斥力；三是质量级别低了不够格。黑洞的演化过程即整个星系的演化过程，虽然解体后残存下最小时候的黑洞有如中子星，但只有它能成长壮大成大质量黑洞，黑洞并不轮流坐庄。
 
结束语  核子的夸克结构错误，导致核子间相互作用力本质不清，核结构错误。因而难有基本粒子的正确理论，难于解释黑洞、中子星、类星体等天文奇观，甚至连太阳的核心球结构及核反应原理、地球的核心球结构及地理表现等都认识不清。该篇用正确的核子结构理论，顺利解说中子星的种种神奇。这一思想方法的扩展应用，使我将天体物理、地球物理及诸多领域的百万问题迎刃而解。
 
参考资料  《百度百科》中的网络文章《原子核》《质子》《中子》《电子》《量子论》《中子星》《黑洞》《超新星》《道德经》等。本文引用尹列国著作《天地新知》诸多论断。《天地新知》初稿放在尹列国的博客里，2011年4月底开始发博文，已是二十多万字的一部科研科普大书。