物理学前沿问题探究论文

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摘要：从简单的自然规律出发，推导出了宇宙的诞生、万有引力、万有斥力的、物质的结构形式、原子核的放射性、低温超导现象、同位素等之间有着内在的必然的联系。合理的解释了时间的不可逆性、电磁力的产生、太阳系的起源、原子结构、原子核放射性规律、重核元素结构等。其中有许多的新观点和新思维，对拓宽视野，推进物理学的发展很有好处。

关键词：万有引力万有斥力宇宙低温超导原子结构同位素放射性太阳系的起源

1．万有引力和万有斥力

弹簧振子作往复振动，压缩时,弹簧产生一个向外伸展的弹力；拉长时,产生一个向内拉伸的弹力；平衡位置时,弹簧不产生弹力。如同弹簧振子,对于宇宙,也具有类似的特性。现代天文学发现,当今宇宙正好处在“拉伸”的状态,正在向着要收缩的趋势发展.既使宇宙今天仍在膨胀,总有一天,整个宇宙将会膨胀到终极点后再向内收缩.这就是为什么现在存在万有引力的原因。

根据对称性原理,宇宙在特定的条件下会产生万有斥力,当宇宙收缩且通过其平衡位置（即万有引力和万有斥力的临界点）时,宇宙中的所有物体就开始相互排斥.但由于宇宙的巨大惯性,仍将在其惯性的作用下克服物质间的万有斥力继续收缩,直到所有宏观宇宙动能转换为物质间的万有斥力为止.这时宇宙成了原始宇宙蛋，这时宇宙的体积最小。

在这宇宙的整个宏观运动过程中,宇宙的运动动能和势能（引力势和斥力势）相互转换.当宇宙收缩到极点时,宇宙的引力势能释放殆尽,这时宇宙的万有斥力势能积蓄到最大值,物质间的万有排斥力达到顶峰,宇宙瞬时静止.紧接着宇宙又开始反方向将宇宙万有斥力势能逐步释放转变为宇宙动能,当达到平衡位置时,其斥力势能释放完毕,引力势能开始诞生并发挥作用.在引力势和斥力势的临界点（即平衡位置）的一瞬间,宇宙中的物质不受斥力和引力的作用,这时宇宙的膨胀速度达到最大值,通过平衡位置后,宇宙引力势能的逐渐积累,导致宇宙的膨胀速度缓慢降低.由于宇宙巨大的惯性作用,将继续膨胀,宇宙动能慢慢转变为宇宙引力势能,当宇宙动能完全转变为引力势能时,宇宙将停止膨胀,这时宇宙膨胀体积达到最大,其引力势能的积累也达到最大,宇宙将有一个瞬间的静止.紧接着,宇宙又在强大的引力势能的作用下开始收缩,又将其积累的引力势能转变为宇宙动能.如此往复,以至无穷.

在宇宙膨胀（或收缩）的不同时期,万有引力(或斥力)的大小是不相同的,且呈周期性变化.宇宙的膨胀（或收缩）的周期对人类来说大得惊人.人类历史与宇宙运动周期相比,仅相当于其中的一个极小极小极小的点.所以人类无法用实验或观察的方法进行验证。

2．宇宙膨胀（或收缩）过程中的时间和时间矢

对于一个假想的处于宇宙外的观察者看来,在宇宙运动过程中,时间的流失也是不均匀的,在引力或斥力较大的空间,时间过得较快，反之亦然。对处于宇宙中的假想观察者,其自然生理周期也将随引力或斥力的大小而发生变化,当其生理周期发生了变化时,用来测量时间的时钟的运行速度也将发生同样的变化,所以,对观察者来说,他并不能发现其生理周期发生了变化.对宇宙外的观察者来说,这种变化是十分明显的。

无论宇宙是处于膨胀阶段还是处于收缩阶段，在其阶段内生存的所有物体都不会出现“破镜重圆”的时间倒流现象，宇宙中的时间矢永远是不可逆的，对于生存在其间的生物，始终是由诞生－发育－衰老－死亡进行的，永远不可能逆过来进行，这就是宇宙的时间矢和宇宙中的万物一样，永远不可逆。

宇宙运动的周期是多少?宇宙膨胀后的最大体积和收缩后的最小体是多少?宇宙的平衡位置在哪里?在平衡位置时宇宙运动的最大速度是多少?宇宙的总的引力势能和斥力势能是多少?等等一切宇宙学方面的问题有待探讨

如果人们能计算出现今宇宙的总的势能和宇宙的膨胀速度，就可以计算出宇宙的总的机械能。宇宙中的物质从宇宙中心到宇宙边缘.处于宇宙中不同位置的物质具有不同的动能和势能,另外,人类现在所能探测到的宇宙空间仅是宇宙总的空间的很小的一部分,所以，人类在现代科学技术水平下,还很难进行这样的计算。既使计算出了宇宙的机械能,宇宙还具有宇宙内能和场能。

3．原子核的放射性与宇宙的周期性运动

原子核的放射性也可以由宇宙的周期性运动得到圆满的解释.

现今宇宙中,到处都存在原子核的放射性,从原子核的内部不断发射出各种粒子和能量.宇宙在其膨胀的最初时期,宇宙中的所有物质都聚集在一个相当小的球形体积内,成为一个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,在聚集在核内的强大的万有斥力作用下,巨大的原子核难以保持稳定.在极其短的时间内,发生了宇宙大爆炸,这时原子核一分为二,二分为四,……,就这样一直分裂下去,在刚开始裂变的极短的时间内，核子的链式裂变极其迅速，随着原子核的不断裂变而变小，宇宙的体积也不断增大，极其强大的斥力势能不断得到释放，裂变的剧烈程度也随之慢慢的降低，逐渐演变成形各种不同的原子核。在发生核裂变一个较短的时期内,所有受斥力能作用而破裂的原子核，其核内蕴含的斥力能远大于核子的结合能，都能自发分裂成小的原子核。

由于核的变小，宇宙的体积不断增大，斥力势能的进一步降低，在这个较短的时间过去后，有少部分破裂后体积较小的原子核，其斥力势能与其核子的结合能大小相比拟或更小时，核停止了自发分裂，暂时处于相对稳定时期，但是，大部分原子核内的斥力势仍十分巨大，原子核的结合能抵挡不了斥力能的作用而自发裂变。再过一段较长的时间，随着原子核的体积的进一步变小，斥力能的进一步释放，越来越多原子核的斥力能小于核的结合能而进入核的稳定时期，暂时不再分裂.因而就失去了放射性。但有这些核仍具有多次分裂的潜在能力,有潜在的放射性。

随着时间的推移,放射性逐渐减弱,能继续分裂的核越来越少,当宇宙膨胀到最大时,仍有极少数核具有放射性.这就是为什么现在宇宙中仍有数量可观的核具有放射性的原因。

原子核的放射性是相对的,核在不同的时期具有不同的放射性,随着宇宙的不断膨胀,宇宙中物质密度的减小,温度的降低,以往某一时期失去了放射性的原子核,这时又会进入一个新的不稳定时期,核子又重新活跃起来产生新的放射性.这是因为,在不同的时期,核子的温度和核周围物质的密度下降,核子外部“抗放射性的背景压力”（简称：抗放射背压）的降低,使得核子又能克服抗放射背压重新具有放射性.随着宇宙的进一步膨胀,宇宙的密度和宇宙背景辐射压力的降低,在某阶段没有放射性的核子,过一段时间后,核子内部的结合力抵抗不住外界背景压力的降低而产生放射性.经过一次或多次放射后,核子又进入一个新的相对稳定期，须再经一段时间的相对稳定期,待外界放射背景压力再一次下降后,又重新活跃起来产生新的放射性。随着宇宙的不断膨胀，抗放射背压的不断降低，核的裂变也将不断的进行下去。

在同一时刻和宇宙中的不同位置,对于具有相同结构的核，其放射性能也会大不一样.在宇宙中的某一区域具有放射性的核子,在宇宙中的另一区域不一定也具有放射性.但具有放射性的潜力,待抵抗放射性的背景压力下降到一定程度后,才能表现出其放射性.也就是说,物质是否具有放射性,要由它所处的宇宙中的位置的抗放射背景压力的高低来定.

在宇宙的整个膨胀过程中,宇宙中的核子相对地越变越小,直到宇宙膨胀到最大且开始收缩时,一些核子仍具有放射性，只有等到宇宙收缩到一定程度,待抗放射背景压力上升到核子不能放射出粒子为止。

由对称性原理，既然核子在一定时期具有放射性,在其相对应的另一时期核子必定具有结合性。

当宇宙膨胀到极限，宇宙的引力势也积蓄到极限，这时，在引力势的作用下宇宙开始收缩,核外的抗放射性背压开始增加，随着抗放射背压的增加,部分较小的核开始具有结合性，慢慢地，随着宇宙的进一步收缩,核子的不断收缩，宇宙中的核子数会逐渐减少,核子的单个体积增大,最后形成一个巨大的原子核.这时宇宙的所有动能全都转换为宇宙势能,宇宙的斥力势能达到最大,一个新的宇宙大爆炸的条件又已具备,并又进入新的一轮宇宙膨。.

值得一提的是,在宇宙的同一区域内，在同一个放射背景压力的情况下，核子放射性和结合性是矛盾的统一体。部分较大的核具有放射性,即此时的背压低于该核放射性终止的背压,不足以阻止该核停止放射.而部分较小的核,由于其背压高得足以使其发生核的结合,所以在当今世界上核的裂变和聚变反应同时存在.一般核的裂变都是大的核子,核的聚变都是小的核子，对于中等质量的核,由于外界的抗放射背景压力正好能阻止核的裂变和聚变,暂时没有核的裂变和聚变.所以,通过测量原子核的裂变和聚变能力,以及核子体积的大小,就可以计算出我们所在宇宙空间的抗放射性背景压力的高低。

4．合成超大原子核的可能性

我们现在正生活在一个膨胀的宇宙中,总的趋势是,核的裂变占优势,聚变处于次要地位.要想合成大于元素周期表中的核子,在现今实验室就能做到,但是其寿命很短.如果能制造出一个高的抗放射背景压力的容器或环境,我们就可以将实验室制造出来的重核储存起来.但合成大的核子必须消耗相当多的能量，这个能力大于或等于在合成该核的环境下其自然裂变所释放出的能量，因为这个过程正好是核裂变的逆过程,核裂变后放出多少能量,则核结合时必须付给它相对应的能量.

对于核的放射性,正是一个由高的抗裂变背景压力环境过度到低的抗裂变背景压力环境的演变.因为,在原子核这个环境中,核的密度比核外物质的密度要高出许多倍。这是一个在一定温度的情况下,物质由高密度(即高抗核裂变背景压力环境)向低密度(低抗裂变背景压力环境)的节流裂变过程.

上面谈到的抗高放射背景压力的容器或环境,如果能制造出来,将会产生极其巨大的作用.我们可以将当今不能很好保存的具有放射性的核子以及人类新合成的重的具有放射性的核放入其中,这样这些具有放射性的核就不会再进行放射演变.就相当于储存了核能.由于没有核放射性,也就没有核污染，也没有大量高纯放射性核子储放在一起会产生核爆炸的危险。宇航员可以带上装有放射性核的容器作为宇宙航行的动力。同时，也是研究宇宙起源和演变最好的科学手段.如果这样的容器能抗很大的放射性背景压力,人们就有可能制造出质量很大的单个的原子核,或许这样的原子核重量能达到100kg以上.这种大的原子核通过某种特殊装置,将其节流后释放出来,将会放射出大量的核裂变能量.其裂变方式将会是一分为二,二分为四,……,直到正常核的大小为止.其释放出来的能量比起当今的仅一分为二的核裂变来说,不知要大多少倍.但是,这种容器被破坏,也将会发生巨大的核裂变反应.

同理，如果能制造出高的抗核裂变背景压力的容器,一定也能制造出高的抗聚变背景压力的容器.这样的容器能使具有聚变能力的核失去聚变能力,使没有放射性的物质产生放射性.那么,我们将中等质量且无放射性的核通过节流装置让其进入,则它就会发生裂变反应,放射出核能，但是,如果这样的容器被破坏,将会发生核聚变反应。

上面所说的两种容器,对具有较高抗裂变背景压力的容器,我们可以将小质量的元素(如氕、氘等)通过节流装置注入其中,这时小质量的元素就会源源不断地发生核聚变反应释放出结合能,这种设施叫低温核聚变装置.这样的容器可以储存大质量的核,储存放射性元素,也可以作为核聚变装置.同样,对具有较高抗结合背景压力的容器,可以储存具有核聚变性的轻核元素,也可以作为中等质量且无放射性的核的核裂变装置,或者作为较大质量同时又具有放射性元素发生核裂变(包括深层次裂变)放射出核能的装置.

5．制造储存放射性元素容器的设想.

自然界中的抗放射性背景压力的高低是与宇宙运动(膨胀或收缩)的不同时期、不同区域密切相关的.宇宙爆炸的初期,抗裂变背景压力极高,只有极大的核才具有放射性.随着宇宙的进一步膨胀,宇宙中的物质的平均密度与温度也进一步降低,斥力逐渐减小,抗裂变背景压力也会随之减小.当达到宇宙平衡位置时.斥力降到零,引力开始由零慢慢增加.此时抗裂变背景压力达到中值;由于宇宙巨大的惯性力作用,宇宙将克服引力的收缩而继续膨胀,但在引力的作用下,其膨胀速度将逐渐减弱,宇宙中物质的密度和温度将继续下降,这时,抗裂变背景压力仍在进一步下降;当宇宙膨胀达到极点时,物质的密度和温度降到最低,体积达到最大.抗裂变背景压力降到最低值.但并不意味着此时裂变就会终止,部分大核将继续分裂,仍具有放射性.但比以往要弱得多.此时宇宙的引力势能达到最大,但静止是相对的,紧接着宇宙又在强大的引力势能的作用下开始收缩,一旦收缩开始,宇宙中物质的密度和温度就会上升,抗裂变背景压力开始增加,具有放射性的元素和物质越来越少,具有结合能的物质越来越多.到达一定时期,物质的结合性占主要,放射性处于劣势,核的质量将会越来越大,数量越来越少.

从上面的分析得出,要想提高抗裂变背景压力,可从提高物质的密度和温度两方面着手.也就是提高物质的内能;要想降低抗裂变背景压力,必须降低物质的密度和温度.事实上我们在实验室就是从这两个方面进行的.例如要想物质发生核聚变,通过提高小核元素的密度和温度,来提高抗裂变背景压力,从而达到聚合的目的；在合成大核时,就用两核对撞提高结合时的温度和两核接近的可能性.但碰撞后温度慢慢降下来,抗裂变背景压力也降下来了,这时,刚刚合成的新的大核又将重新分裂为数个小核.但降低抗裂变背景压力的实验还没有人做过,如果尽量降低物质的密度和温度,一定会使某些暂时不具有放射性的中等质量以上的核产生放射性。

6．低温超导现象和原子的特性

从以上的分析不难得出，很有可能低温超导现象的幕后幽灵就是物质在低温时产生了某种特殊的放射性物质后,这些新的物质的电学性质发生了根本性的改变而使其导电性能发生了质的变化，因为在低温条件下,物质的抗裂变背景压力下降了,核子中的中子会克服外界的较低的背景压力衰变成质子和低能电子,并发出一定的热能.衰变出来的电子在低温约束时成为物质的自由电子.由于原子核外自由电子数的增加,原子半径也随之增大,从而增加了物质的导电能力.当物质温度恢复正常时,抗裂变背景压力也就增加了,这时低温条件下产生的自由电子在高的抗裂变背景压力的作用下回到原子核内与质子结合变成中子.吸收一定热量.原子的核外电子数和核半径也缩回到原来的值,这时物质的导电性能又降低而回复到原初态。中子衰变成质子和电子以及质子和中子结合成中子的过程中,伴随有能量的发射和吸收.温度升高,电子吸收能量后动能增加,从而提供了电子回到核内与质子结合所需的能量.

从低温核子放射出电子可知,由于温度极低,放射出来的电子的能量也极小,所以能够滞留在放射出电子的物质附近而成为自由电子.该电子具有遇冷就出、遇热就进的两重特性,人们很难摸清其运作的详细细节.因为在超低温条件下所做的一切实验都显得不方面.

如果我们能找到一种物质,能在较高的温度下发射出具有以上两重特性的电子,超导的广泛应用就可以在不久的将来变成现实了,这种物质必定是β放射性的.其放射出来的β粒子能量很小,能够约束在物质的原子尺寸范围内,在高温时又能回到原子核内.

根据以上分析我们还能得出，元素周期表中的原子序数是常温下的情况,当物质温度发生变化时,原子序数也将发生相应变化。物质密度不变时，温度升高,核外电子进入原子核内的可能性就越大,因为温度越高,抗裂变背景压力就上升了,核子的结合性增强了.当温度进一步增加,原子核外电子数就越少,核中的质子与电子结合生成中子的数目就会增加.原子序数随之降低,当温度升高到一定程度时,所有原子核外的电子都进到原子核内与质子结合成中子,这时核子就变成了一个裸核.随着温度的升高,核外电子数减少,物质的导电性能下降,当变为裸核时,原子核显中性,这时完全不导电.所以物质的导电性能随温度的升高而降低.但是,在整个升温过程中,原子核外部分电子也获得能量后离开原子核成为自由电子.

当温度升高到原子核成为全裸时,抗裂变背景压力也就会很高了,核子与核子之间的结合就更加容易了,由于裸核不显电性,核子外围又没有厚厚的电子云覆盖屏蔽,既使核子之间的对心碰撞速度很低,也容易结合成大核,当所需要的使原子核变为全裸核的高温条件在实验室达不到,核外仍有少部分电子存在的情况下,可以通过带电核子加速的办法,使核子之间发生高速对心非弹性碰撞,克服电子云的屏蔽使核子相互结合.此时核子所需速度必须比裸核时高出许多.

氢核的热核聚变,就是通过原子核裂变产生极高的抗裂变背景压力,来达到其聚变所需的极高温条件的.在极高温条件下,氢原子变成全裸核(核外电子进入核内或成为自由电子).两个小核结合生成氦原子核,同时放射出巨大的能量.待能量释放完后,氦原子核周围的温度开始下降,当降到一定温度时,氦原子核中的两个中子放射出电子,这两个电子就成为氦原子核的核外电子.

同样,我们也可以得出以下结论.要想使原子核稳定,在不同的温度和密度条件下,核内的质子数和中子数的比例也应发生变化.温度越高,核能的中子/质子比必须很高,才能保持核子的相对稳定.中子/质子比的改变是通过吸收核外电子使其与质子结合成中子而完成的.这时原子核外电子数目也会相应减少.温度越低,原子核内质子就会裂变成质子和电子，使核内中子、质子比降低来达到保持核子的相对稳定，这时核的质子数增加了，核外的电子数也就增加了。因此可以说，原子的核质子数、中子数、电子数是温度、核密度的函数。只有三者有机的配比结合才能保持整个原子的相对稳定性。温度升高，质子数减少，原子序数降低，中子数增加，核外电子数随质子数的变化而变化。

低温超导现象。不同的物质其低温超导的临界温度不同。这跟原子核中子数和质子数有关。有些原子核中的中子放射出电子后，原子的电离降低明显，这样的原子的超导临界温度就较高；有些原子核的中子放射出电子后，原子的电离能降低不多，这时超导临界温度就会较低，它有可能要等到原子核中的中子放射出第二个电子后才使得原子的电离能降低明显，自由电子的自由能力才加强。因此，要出现超导现象，必须使核外自由电子数目多且自由能力很强。也就是在小的电场作用下，就有极为活跃的自由电子和足够的自由电子数目。

7．电子和电磁力的产生

宇宙大爆炸开始前的一瞬间，整个宇宙为一个大的原子，核外没有电子，核内也没有质子，全由中子组成，宇宙的温度极其极其高。随着原子核的不断裂变演化，原子核越来越小，在其初期温度仍极其高，原子核仍处于剧烈的裂变过程中，核外仍然没有电子存在，整个原子核呈电中性；当温度降到一定程度时，原子核的纯中子的分裂减少，于是中子就开始分裂成质子和电子，诞生了电子和质子，同时也出现了电磁相互作用。电子在质子电场作用下绕核子运动，这时核外的电子数还是相当少，仅一、两个或四、五个；随着宇宙的进一步膨胀，温度密度进一步降低，核内中子分裂为质子和核外电子的数目增加，直到现在这种状况。现在，仍有许多核在裂变，核内的中子、质子比仍在进一步降低。从以上讨论得出，在电子诞生之前，质子和电子不存在，整个宇宙中没有电磁相互作用，直到核裂变到足以产生电子时，才出现电磁相互作用，电磁相互作用是核裂变到一定时期的产物。在电磁相互作用出现之前，只存在核力和斥力（或引力）相互作用，弱相互作用是电磁相互作用的前提和基础。有弱相互作用，核子就存在放射性。放射性是核裂变的一种特殊形式，是较为温和的核裂变，是产生电子束及带电粒子的根源。因此，超导现象又可以说是弱相互作用和电磁相互作用通力合作的典范。

8．恒星内部的大核裂变和外表的氢核聚变

现今宇宙中的恒星，均是宇宙大爆炸时遗留下来的大的正在裂变的碎片，是未能充分裂变的较大的原子核的集合体，其中正在发生作核的裂变和聚变，既有大质量的核子也有小质量的核子，大的原子核可能有几万公斤，甚至更大，小的核子就是氢核了。大质量的核聚集在恒星的中心区域，人类无法探测到大核的存在，因为大核裂变时产生的大量极小的碎片（如氢、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，从恒星中心到表面，形成了由重到轻的核子梯级分布。对大质量的核子的裂变是一种链式裂变，其蕴含的能量比仅一分为二时大得多。

同样，在地球的中心位置，也存在较大的核子，比人类已发现的核子要大得多，仍在裂解释放出巨大的能量。形成地球内部的高温、地球表面的火山爆发。地球表面放射性元素的唯一来源就是地球核心大原子核的裂变产生的较大的原子核。距地表越深，温度越高，抗放射背背景压力就越高，核子的放射性受到抑制，所以核子的质量就越大，小质量的核子数就越少。

9．原子核的结构与原子核周期表

一般认为，原子由原子核和核外电子组成，原子核是由质子和中子组成的，中子和质子的组成比必须在一定的范围内才能保持核子的相对稳定，才不具有放射性。

如果认为原子是由质子和核外电子组成，核内不存在中子，核内的中子由质子和核内电子组成。则核内质子数即为核子数，核内电子数即为中子数。核内的所有电子不属于某些核子独有，核内电子好象核外电子一样围绕着所有质子运动，核内的电子属于每一个核子，就好象核外的电子属于整个原子核一样。

因为核子都是质子，都带正电，核内电子带负电，核内电子在电磁力作用下绕核子作环绕运动。由于核内电子更接近核子，所受到的电磁作用力更强烈，这就是为什么核外电子容易电离而核内电子难以电离、离核远的电子容易电离而离核近的电子难以电离的原因。

同核外电子的情况一样，核内电子也是分层运动的，离核较近的电子受到的约束较强，电离所需的能量就较大；不同的原子核，核内电子逃逸出来所需的能量大不一样，就象元素周期表中元素的排列顺序，金属原子核外电子的电离能低，而非金属原子核外电子的电离能高。所以金属原子具有自由电子，是电的良导体，而非金属原子核外电子束缚的很紧，没有自由电子，是绝缘体。对核内的电子同样也有相似的规律，不同的是原子核的排列顺序不同于化学元素周期表的顺序。需根据原子核的性质来重新排列，按原子核的性质周期性变化排列出来的表叫做原子核周期表。

原子核周期表是根据原子核内中子数（或核子数）的多少作为顺序来排列的，因为中子数（或核子数）的多少决定了核（或核外电子）的性质。

根据以上讨论，得出如下结论。

（1）质子是中子失去电子后的裸体。

（2）中子是由质子和电子组成，但要和氢区别开来。中子的电子的电离能比氢中的电子的电离能高得多，电子离核的远近也大不一样。中子中的电子一般不参与化学反应，只参与高能量级的核反应，而氢中的电子参与化学反应，电子容易电离成为自由电子。

（3）超导的产生与核内电子的运动和能级有关。核内电子逃逸能低的核，产生超导所需的温度就高，可以通过原子核周期表中不同的位置来寻找超导温度高的元素。对应有些核内电子在低温下极易发射出低能电子，使得该电子成为原子外的束缚电子。这样，原子半径增加了，核外电子束缚力下降了，自由电子更容易在电场作用下运动，因而出现超导现象。当温度升高，开始发射出的电子又回到核内，该原子又恢复原来性质。

（4）多中子原子核，核内电子层的结构较为复杂，根据以前的原子能级图可知，核外电子的跃迁，将以吸收或发射电磁波的形式表现出来，同样原子核的能级图也是通过原子核内电子的跃迁，同样也以吸收或发射高能电磁波的形式表现出来。当极高能量的电磁波照射原子核时，与之相同能级的原子核激发到高能级（亚稳态），处于亚稳态的核子极不稳定，又会跃迁发出高能电磁波。具有放射性的核都处于一种极不稳定的高能态。根据不同原子核的结构和不同的高能态，可产生α粒子、β射线、γ射线等等多种核放射反应。有些处于稳态的核，当受到外界中子辐射等作用后，可使其激发跃迁到亚稳态，核子受激发的能量必须与核能级的能量相吻合。能量太低只能使核外电子受激跃迁。不能使核内的电子受激跃迁。对于氢核，核内没有电子，则它的核就不存在能级。核内中子数越多的元素的核能级图就越复杂。能发射出来的电磁波的种类就越多。

（5）核内电子数与质子数的数量关系。一般情况下电子数少于质子数。核内电子数达到一定程度就会饱和，再增加电子，核的半径将增加，质子对核内外层电子的吸引力下降，甚至不足以保持电子在核内绕核运动而发生跃迁成为β射线。

α粒子（氦原子核）是基本粒子中最稳定的核子之一，稳定的原因是其中的4个基本粒子是类似金刚石的正四面体结构，它的“硬度”最高，在一般外力作用下难以分裂。类α粒子（核子数为4的倍数）都是类似金刚石的正四面体结构，因而是相对稳定的粒子

（6）化学元素周期表

一个原子的核内和核外电子的物理空间没有绝对界限。核内的电子和核外的电子一样，只是处于不同的运动轨道、离核远近不同、能级上有差别，所以很难说哪个能级是核内电子所具有的哪个能级是核外电子的。对核外有多个电子的原子，很难将最里层的核外电子电离出来。原子核内电子和核外电子没有绝对界限。原子由质子和绕质子着高速运动的电子组成，原子内部不存在中子。所谓中子，是最简单的原子。氕也是最简单的原子，它们的组成形式十分相似，是一种同一种物质处于两种不同能级状态。中子中的电子处于极低的能级状态，离核较近；而氕原子中的电子则处于较高的能级状态，离核较远，电离能较小，能参与化学反应。如果给中子以极高能量的电磁辐射，核外的电子也可以跃迁到氕的高能级状态。

10．同位素

同位素是具有相同质子数而中子数不同的一类元素的总称。根据以上结论，同位素应为，在化学元素周期表中处于同一位置而核内电子数（即核内中子数）不同的一类元素的总称。核子数减去核内电子数的差相同的一类元素。同位素是根据化学元素周期表来定义的。

对于原子核周期表，核内不存在中子，只有质子和电子。当核内质子周围电子处于不同能级时，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质，但核的性质是炯然不同的，因为原子核周期表是按原子核的性质来排列的，在不同的位置核的性质不同。

同位素具有相同的化学性质。在化学元素周期表中是同位素，处于同一位置，但在原子核周期表中就不在同一位置了，虽说它们的化学性质相同，但它们的核性质不同。对于核子数不同而化学性质相同的一类元素，如果核子数每增加一个，相当于核外又增加了一个电子，此电子离核很近，完全不会影响到核外层电子的化学、电离等性质，这样的电子处于极低的能级轨道上，可以近似一个质子与一个电子结合在一起成了一个不带电的中子。所以化学元素周期表中的中子都可以看成是一些离核太近、能级太低、不能参与化学反应的电子，认为这些电子已和质子结合成为不带电的中子。这只是一种习惯看法，事实上它们并没有核质子结合，而只是在离核子很近的轨道上绕核运动罢了，它们对核外电子的性质还是有一定的影响。

11．电子与质子的关系

在宇宙大爆炸的初期，原子核外的电子处于离核较近的轨道上运动，电子的能级较低；宇宙继续膨胀，核子数越来越多，核外电子吸收大爆炸释放出来的能量跃迁到高能级，就这样，电子所获得的能量越来越高，慢慢成为自由电子，在脱离核之前，电子和核子的结合力相当大，以至人们都认为它们是中子，不显电性。随着电子逐步激活，慢慢摆脱核子的束缚，中子也就理顺地变成了质子。随着核的继续分裂，核能进一步释放，电子也就继续获得能量而远离核子，也就是说随着时间的流失，化学元素周期表中的元素，其原子核中的中子数就会越来越少，离核子较近轨道上运动的电子数也会越来越少，直到最后核子周围的电子都变成了自由电子，这时整个宇宙将会弥漫着无数的电子幽灵。如果将成为自由电子后的电子仍然看成是该原子的组成部分，这时原子的体积就会相当大。从某种程度来说，原子体积的变化规律，也在一定程度上反应了宇宙的膨胀规律。如同全息技术，一个原子也是一个小小的宇宙，可由局部变化的现象及规律推演到整个宇宙变化的现象及规律。

12．放射性的指数衰变规律

原子核的放射性衰变规律是，核的衰变数量呈指数规律递减。说明抗裂变背景压力也在呈某一种规律（可能也是呈指数规律）减少，显然这就是宇宙的膨胀速率正以指数规律递减的缘故。宇宙正在膨胀，但其膨胀的加速度是负数，体积仍在不断增加。

宇宙的膨胀导致抗裂变背景压力下降，也必然导致核的裂变将不断进行下去。随着时间的推移，物质的放射性规律是：放射期－稳定期－放射期－稳定期……，这样交替变更的，新的放射性物质会不断产生出来，而这些新的放射性物质正好是前一段时间内没有放射性的较重的元素。物质的放射性按此规律延续下去，直到宇宙膨胀到极点为止。

13．宇宙膨胀过程中光的传播速度

光是物质从高能态向低能态跃迁时的能量释放。光的传播速度随着宇宙的不断膨胀发生相应的变化。在宇宙膨胀的早期，由于抗裂变背景压力太高，光的传播速度也就较低；随着宇宙的继续膨胀，抗裂变背景压力的下降，光受到的约束减小，传播速度也就增加。

如同容器内的水从小孔喷出一样，水的压力越高，喷射的速度越快高，如果保持容器内部压力不变，改变容器外部环境压力，若内、外压差小，水从小孔喷出的速度就小；压差相等时，水也就不能从小孔喷出；若进一步改变内、外压差，并使得外部压力高于内部压力，外界环境中的水或其它物质将会受外界背景压力的作用进入容器内。光的传播速度也是这个道理，原子核的裂变和聚变同样也是这个道理。在宇宙膨胀的不同区域，抗核裂变的背景压力不同，有可能使得某些跃迁不能发生，甚至产生逆转，因而光的传播速度也不相同。

14．太阳系的起源

太阳系的起源理论必须能合理的回答下面所列的几个主要问题：太阳系物质的来源，行星的形成过程，行星轨道特性（共面性、同向性、近园性），提丢斯－波特（Titius-Bode）定则，太阳系的角动量分布，三类行星（类地、巨行、远日行星）的大小、质量、密度方面的差别，行星的自转特性，彗星的起源，地－月系统的起源。

太阳相对于它的公转银河中心运行时约带一点扭矩，所以太阳的自转赤道与黄道（星盘）面有7度多的夹角，所形成的行星自转轴，也不垂直于黄道面。（黄道面：地球绕太阳公转的轨道面。黄道带：黄道两旁各宽8度的范围，日、月、行星都在带内运行）

原初太阳系，不是由太阳和绕太阳运行的行星组成，而是仅为一个原初太阳球。绕银河高速旋转，同时自身也在高速自旋。

处于高速自旋的太阳球外表面的物体，由于受太阳自转的作用，与太阳外表面的太阳大气一同绕太阳高速转动，产生极大的离心力，同时，太阳外表的物体和太阳大气受太阳引力的作用，使物体和大气都束缚在太阳周围。当物体受到的引力和离心力相等时，物体悬浮在太阳大气中既不上升也不下降。

由于处于太阳中心的巨大的原子核在不断进行核裂变，放出巨大的核能。能量和射线穿透太阳大气火焰层进入茫茫宇宙，这时太阳质量慢慢减少，太阳对外表物体的吸引力也随之慢慢减小。从而使得悬浮在太阳大气中的物体慢慢远离太阳，形成在低轨道上绕太阳运行的行星。最早从太阳表面分离出来的行星就是现在离太阳最远的行星。随着时间的推移，太阳将继续演化，有可能还会从太阳表面形成新的行星。

太阳产生新的行星的条件主要有两点：

第一，太阳必须保持高速自转。在太阳外表的物体受到的离心力必须等于或大于太阳对它的引力。

第二，太阳内部必须继续发生核反应。反应产生的能量和射线能透过太阳大气进入茫茫宇宙。使太阳的质量逐渐减小，从而使太阳对其外表的物体的吸引力逐渐减小。

从原初太阳球转化成太阳系的过程，是一个极其漫长的天体演变的过程。太阳最初的产物是冥王星，其次是海王星、天王星、土星、木星、火星、地球、金星和水星，以后可能还有新的行星从太阳中诞生，加入到太阳系行星大家族。

随着宇宙体积不断膨胀，太阳系的体积也随之膨胀，太阳对其周围行星的吸引力将随着太阳的质量的减小和体积的膨胀而逐渐减弱，使得行星慢慢远离太阳，但这个过程极为缓慢。随着太阳与行星的距离增大，行星受到的太阳辐射减弱，行星表面的温度将会下降，下降到一定程度将会破坏行星表面生物的生存环境，也会影响到人类的生存。由于太阳系轻微的天体演变，将会在很大程度上改变人类赖以生存行星环境，使得整个人类社会消亡。

刚刚从太阳表面分离出来的行星，是由太阳内部剧烈的核爆炸喷发出来的带有大量的较重的原子核的集合体组成的，和太阳一样也发生着剧烈的核裂变和核聚变，但行星中心的原子核的质量要比太阳中心的小得多。由于上面所说的原因，随着时间的推移，行星离太阳距离逐渐增大，行星受到的抗核裂变的背景压力下降，有助于行星中心核的裂变，同时行星受到的太阳的辐射热也大大减少。所以，相对太阳中心的原子核来说，行星中心的核裂变很快减弱，行星表面的温度很快下降。从以上的分析容易得出，太阳和行星中心的温度肯定要比其表面温度高。

刚从太阳表面诞生的行星，在绕太阳运转的同时，受到太阳表面强烈的太阳风的扰动，使行星产生一定程度的自转。由于产生的行星大小、时间，以及受到太阳风扰动情况不同，行星自转频率不同。

绕行星运转的卫星的产生与绕太阳运转的行星的产生的情形和条件一样，也就是行星具有自转和行星中心发生着核裂变这两个条件。由此类推，卫星也可以有围绕其运转的更小的卫星。所以，可以推断，质量越大、自转频率越快、核裂变越剧烈的太阳、行星和卫星，产生其子星的可能性就越大、数量也越多，我们从现代天文观测数据可以得到很好的证明。

产生行星条件的计算。设太阳表面的重力加速度为g1，离心加速度为g2，所以有

式中G=6.67*10-11

M=1.989*1030kg

R=6.98*108m

w=2.865*10-61/s

则

现将太阳系行星及卫星的数据列表如下

表－1太阳系行星参数表

从以上计算和表－1知，g1/g2越小的天体，所具有的行星或卫星数就多，从某一个方面说明了行星或卫星是天体高速自转产生出来的。太阳表面引力远大于离心力，说明在近一段时间内太阳将不会产生行星。在保持太阳半径不变的情况下，太阳质量必须减少到一定程度时，太阳才有可能产生新行星。但是，随太阳质量的减少，将会伴随太阳半径和自转角频率发生变化，所以，可以通过计算，得出太阳再次产生行星的时间，以及产生行星时的角速度、质量和半径。

计算得出，只有在太阳赤道附近的物质所获得的离心力最大，所以行星总是在太阳直道附近诞生，在太阳的两极不可能诞生行星。

刚刚诞生的行星由于受太阳风的剧烈扰动，行星的公转轨道面与太阳赤道面有一定的夹角。

我们所在的银河系属旋涡星系，漩涡星系的诞生与与太阳系类似。原初银河系没有旋臂，仅为银河核球。由于核球高速自转和发生剧烈的核裂变，核球逐渐分裂和质量减轻。处于赤道附近的原初恒星开始形成。随着银河核球的质量减少，原初恒星慢慢远离银河核球，在远离过程中，恒星公转周期增加、速度减慢。由于恒星的诞生的先后顺序，从而形成离银核近的比离银核远的公转周期快，形成按先后顺序排列的角频率逐渐变慢的渐开式恒星排布。

设银核质量为M，原初恒星质量为m，银核表面半径为Ro银核自转角速度为Wo。

当原初恒星所受的引力和离心力平衡时，

上式为原初恒星绕银核的公转角频率。

由于核反应，银核质量减少了M1，因引力的减小而使原初恒星逐渐离开银核，重新寻找新的平衡轨道，设新的平衡轨道半径为r，公转角频率为W，这时有

显然，恒星绕银核的角频率随着它离开银核的距离的增大而减小。由于银核产生了数以千万计的恒星群，形成有连续的按一定规律排开的渐开式旋涡星系。

依此类推，对于太阳系、行星系以及卫星系，也存在相似的渐开式旋涡星系。但由于它们所具有的行星和卫星数极少，不能排成相对连续的渐开式旋涡星系图，如果仔细分析仍不难发现，太阳系内的行星以及具有较多卫星的行星同样具有旋臂式旋涡星系结构图的痕迹。

如果某天体内的核裂变终止了，其质量不再减少，该天体的卫星也将在一个固定的轨道上运行，而不会逐渐远离该天体。

本文关键词：物理学