由物理前沿所想到的
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作者: 林 萍
[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、物质的结构形式、原子核的放射性、低温超导现象等之间有着内在的必然的联系。合理地解释了时间的不可逆性、原子结构、原子核放射性规律等。
[关键词] 万有引力 万有斥力 宇宙 低温超导 原子结构
一、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(宇宙在膨胀是科学界公认的),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。
二、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,这也正符合爱因斯坦的相对论。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,对宇宙中的观察者来说,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。
三、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。
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,逐渐演变形成各种不同的原子核。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等或前者小于后者时,原子核停止了自发分裂,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原子核的稳定时期,暂时不再分裂,因而就失去了放射性。但有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。
四、低温超导现象和原子的特性
低温超导现象的幕后幽灵极有可能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,并放出一定的热能。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电子结合成中子的过程中,伴随有能量的放射和吸收。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便。
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,核内的中子/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,原子核内中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。只有三者有机地配比结合,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。
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