物理前沿問題探索論文

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摘要：從簡單的自然規(guī)律出發(fā)，推導(dǎo)出了宇宙的誕生、萬有引力、萬有斥力的、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。合理的解釋了時間的不可逆性、電磁力的產(chǎn)生、太陽系的起源、原子結(jié)構(gòu)、原子核放射性規(guī)律、重核元素結(jié)構(gòu)等。其中有許多的新觀點和新思維，對拓寬視野，推進(jìn)物理學(xué)的發(fā)展很有好處。

關(guān)鍵詞：萬有引力萬有斥力宇宙低溫超導(dǎo)原子結(jié)構(gòu)同位素放射性太陽系的起源

1．萬有引力和萬有斥力

彈簧振子作往復(fù)振動，壓縮時,彈簧產(chǎn)生一個向外伸展的彈力；拉長時,產(chǎn)生一個向內(nèi)拉伸的彈力；平衡位置時,彈簧不產(chǎn)生彈力。如同彈簧振子,對于宇宙,也具有類似的特性。現(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發(fā)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后再向內(nèi)收縮.這就是為什么現(xiàn)在存在萬有引力的原因。

根據(jù)對稱性原理,宇宙在特定的條件下會產(chǎn)生萬有斥力,當(dāng)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開始相互排斥.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)間的萬有斥力繼續(xù)收縮,直到所有宏觀宇宙動能轉(zhuǎn)換為物質(zhì)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(zhuǎn)換.當(dāng)宇宙收縮到極點時,宇宙的引力勢能釋放殆盡,這時宇宙的萬有斥力勢能積蓄到最大值,物質(zhì)間的萬有排斥力達(dá)到頂峰,宇宙瞬時靜止.緊接著宇宙又開始反方向?qū)⒂钪嫒f有斥力勢能逐步釋放轉(zhuǎn)變?yōu)橛钪鎰幽?當(dāng)達(dá)到平衡位置時,其斥力勢能釋放完畢,引力勢能開始誕生并發(fā)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(zhì)不受斥力和引力的作用,這時宇宙的膨脹速度達(dá)到最大值,通過平衡位置后,宇宙引力勢能的逐漸積累,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,宇宙動能慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)橛钪嬉菽?當(dāng)宇宙動能完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐菽軙r,宇宙將停止膨脹,這時宇宙膨脹體積達(dá)到最大,其引力勢能的積累也達(dá)到最大,宇宙將有一個瞬間的靜止.緊接著,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(zhuǎn)變?yōu)橛钪鎰幽?如此往復(fù),以至無窮.

在宇宙膨脹（或收縮）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.人類歷史與宇宙運動周期相比,僅相當(dāng)于其中的一個極小極小極小的點.所以人類無法用實驗或觀察的方法進(jìn)行驗證。

2．宇宙膨脹（或收縮）過程中的時間和時間矢

對于一個假想的處于宇宙外的觀察者看來,在宇宙運動過程中,時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發(fā)生變化,當(dāng)其生理周期發(fā)生了變化時,用來測量時間的時鐘的運行速度也將發(fā)生同樣的變化,所以,對觀察者來說,他并不能發(fā)現(xiàn)其生理周期發(fā)生了變化.對宇宙外的觀察者來說,這種變化是十分明顯的。

無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出現(xiàn)“破鏡重圓”的時間倒流現(xiàn)象，宇宙中的時間矢永遠(yuǎn)是不可逆的，對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)不可能逆過來進(jìn)行，這就是宇宙的時間矢和宇宙中的萬物一樣，永遠(yuǎn)不可逆。

宇宙運動的周期是多少?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?在平衡位置時宇宙運動的最大速度是多少?宇宙的總的引力勢能和斥力勢能是多少?等等一切宇宙學(xué)方面的問題有待探討

如果人們能計算出現(xiàn)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(zhì)從宇宙中心到宇宙邊緣.處于宇宙中不同位置的物質(zhì)具有不同的動能和勢能,另外,人類現(xiàn)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(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平下,還很難進(jìn)行這樣的計算。既使計算出了宇宙的機械能,宇宙還具有宇宙內(nèi)能和場能。

3．原子核的放射性與宇宙的周期性運動

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(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期,宇宙中的所有物質(zhì)都聚集在一個相當(dāng)小的球形體積內(nèi),成為一個巨大的唯一的原始原子核,也是宇宙中最大的原子核.

由于能量的高度集中,在聚集在核內(nèi)的強大的萬有斥力作用下,巨大的原子核難以保持穩(wěn)定.在極其短的時間內(nèi),發(fā)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(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(fā)生核裂變一個較短的時期內(nèi),所有受斥力能作用而破裂的原子核，其核內(nèi)蘊含的斥力能遠(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，斥力勢能的進(jìn)一步降低，在這個較短的時間過去后，有少部分破裂后體積較小的原子核，其斥力勢能與其核子的結(jié)合能大小相比擬或更小時，核停止了自發(fā)分裂，暫時處于相對穩(wěn)定時期，但是，大部分原子核內(nèi)的斥力勢仍十分巨大，原子核的結(jié)合能抵擋不了斥力能的作用而自發(fā)裂變。再過一段較長的時間，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潛在能力,有潛在的放射性。

隨著時間的推移,放射性逐漸減弱,能繼續(xù)分裂的核越來越少,當(dāng)宇宙膨脹到最大時,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,以往某一時期失去了放射性的原子核,這時又會進(jìn)入一個新的不穩(wěn)定時期,核子又重新活躍起來產(chǎn)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(zhì)的密度下降,核子外部“抗放射性的背景壓力”（簡稱：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,在某階段沒有放射性的核子,過一段時間后,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)過一次或多次放射后,核子又進(jìn)入一個新的相對穩(wěn)定期，須再經(jīng)一段時間的相對穩(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。

在同一時刻和宇宙中的不同位置,對于具有相同結(jié)構(gòu)的核，其放射性能也會大不一樣.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,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定.

在宇宙的整個膨脹過程中,宇宙中的核子相對地越變越小,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(yīng)的另一時期核子必定具有結(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(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)會逐漸減少,核子的單個體積增大,最后形成一個巨大的原子核.這時宇宙的所有動能全都轉(zhuǎn)換為宇宙勢能,宇宙的斥力勢能達(dá)到最大,一個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)在正生活在一個膨脹的宇宙中,總的趨勢是,核的裂變占優(yōu)勢,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(huán)境,我們就可以將實驗室制造出來的重核儲存起來.但合成大的核子必須消耗相當(dāng)多的能量，這個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，因為這個過程正好是核裂變的逆過程,核裂變后放出多少能量,則核結(jié)合時必須付給它相對應(yīng)的能量.

對于核的放射性,正是一個由高的抗裂變背景壓力環(huán)境過度到低的抗裂變背景壓力環(huán)境的演變.因為,在原子核這個環(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,將會產(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(jìn)行放射演變.就相當(dāng)于儲存了核能.由于沒有核放射性,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(chǎn)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(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某種特殊裝置,將其節(jié)流后釋放出來,將會放射出大量的核裂變能量.其裂變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(dāng)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,也將會發(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)量且無放射性的核通過節(jié)流裝置讓其進(jìn)入,則它就會發(fā)生裂變反應(yīng),放射出核能，但是,如果這樣的容器被破壞,將會發(fā)生核聚變反應(yīng)。

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(zhì)量的元素(如氕、氘等)通過節(jié)流裝置注入其中,這時小質(zhì)量的元素就會源源不斷地發(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.這樣的容器可以儲存大質(zhì)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(jié)合背景壓力的容器,可以儲存具有核聚變性的輕核元素,也可以作為中等質(zhì)量且無放射性的核的核裂變裝置,或者作為較大質(zhì)量同時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動(膨脹或收縮)的不同時期、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隨之減小.當(dāng)達(dá)到宇宙平衡位置時.斥力降到零,引力開始由零慢慢增加.此時抗裂變背景壓力達(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,抗裂變背景壓力仍在進(jìn)一步下降;當(dāng)宇宙膨脹達(dá)到極點時,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.但并不意味著此時裂變就會終止,部分大核將繼續(xù)分裂,仍具有放射性.但比以往要弱得多.此時宇宙的引力勢能達(dá)到最大,但靜止是相對的,