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科学原创-我的物理发现(9-12)

已有 2566 次阅读 2023-1-17 16:07 |个人分类:物理新视点|系统分类:论文交流

                           晏成和

 发现九、  人为什么要呼吸?

人为什么要呼吸?教科书回答——人体需要氧。

然而人体吸入氧、又呼出了氧,撇开呼吸空气中不变的成分,变化的部分是:吸入氧(气)、呼出了氧(二氧化碳)。

从体积上看,吸入的和呼出的气体体积相等。从原子数量上看:吸入两个氧,呼出两个氧,还搭上一个碳,呼吸的意义何在?

大自然给我们人类和动物有限的体内安置这么大的肺和完善的呼吸系统,在全身遍布着输送和回收氧的动脉、静脉,难道就是要做这赔本的事?我们确信大自然的作为是精确、精细的,是效率极高的。 

呼吸表面上看是个生物学现象,然而这个现象背后的推手、始作俑者是物理、是能量、是核外电子的速率。从能量上分析,呼吸是有着重要、积极的意义的。我们吸入的是核外电子速率极高的氧气、还要从体内拿出碳,与氧进行氧化反应,形成核外电子的速率最慢的二氧化碳,被我们呼出体外。这样,我们吸入的氧气是高速率电子的分子、呼出的是低速电子的分子。

我们吸入氧气的核外电子的速率比二氧化碳的速率要高得多。人类和动物在呼吸中所得到的就是这高、低的核外电子速率之差——能量。

 外表上、猎豹追逐羚羊比的是速度,实质上比的是供氧量、肺活量,是看谁获取了更多的高速率的核外电子。

  发现十、能量是什么?

飞驰的火车具有动能、瀑布上游的水携带势能,游乐场上的过山车是势能、动能转换的绝佳体现。由此我们发现:动能是物体(质)运动所蕴含的能量;势能则是蓄势待发、将要运动,我们能明确知道势能物质将要运动的方向,二者在运动中相互转换,宏观能量告诉我们:能量与运动及运动趋势密切相关。 

在微观,能量也与运动密切相关,最明显的是电能。电能来自电流——电子的(宏观)运动。电压——电动势、确立了电子将要运动的方向,在电压作用下,电子运动形成电流、形成了电能。很明显,电子的运动携带了电能,电子的运动是电能的载体。电能可以与热能、化学能、光能等相互转化,那么,这各种微观能量也应该与电子运动相关。

我们知道,物质内最活跃、最明显运动的是核外电子,那么“物质内电子的运动会不会是这各种微观能量的载体?”这是一个逻辑明析的思维方向,我们的探索当然应该由此深入。 

 由此论证:温度——电子的运动速度;热能——核外电子的动能。回答了热是什么,把热与核外电子运动之间建立关联。高温物质向外辐射电磁波(光线、红外线)并降低自身温度;低温物质接受辐射加快核外电子速率——提升温度。在事实的基础上把热能与核外电子相应的运动建立了逻辑联系,顺带也论证了热力学第二定理。

 亿万年来,太阳的辐射(光能)加速了地球上的核外电子,通过光合作用,形成了核外电子速率较高的碳氢化合物——植物、动物(生物能)、还有氧气。亿万年后形成了煤炭、石油,这些物质的核外电子速率仍然很高(富含化学能)。今天,我们开采了这些碳氢化合物,利用它们核外电子的部分速率,与氧化合、燃烧,推动了汽车、火箭。由-化学能-热能-机械能-动能,自然的法则就是这么和谐简单。 

核外电子本来就在绕核运转着,电子质量不大、速率却很高,大自然用电子的运动速率携带能量,用电子的运动方式的不同实现能量转换(见下表)。因为转换前后的能量都是电子的运动,由一种电子运动形式传递、转换成另外的运动形式,所以总量不变——能量守恒。

 

热能

核外电子运转速率的动能

化学能

物质内具有较高速率的核外电子的动能

光能

核外电子跃迁辐射的电磁波

电能

电子在电压作用下宏观运动的动能

机械能

核外电子的动能转换的宏观表现

生物能

核外电子的动能在生物体内的体现

核能   

   核内高速运转微结构所携带的巨大的动能

 

 思想冲破“电子云、测不准”的禁锢,关注核外电子的规律运动,能量问题迎刃而解,能量的天问就有了回答:物质能量是电子规则运动的动能,常规能量蕴含在电子规律运动的速率之中。核爆炸能量巨大,比常规能量大十万倍,核能来自哪里?成为科学之谜。理解核内结构之后,才知道核内能量遵循普适的能量转换,与那个著名的质能公式没有什么关系。

 

发现十一、核内结构与核能量

现代科技难以观察到原子核。要探讨原子核,就必须全力关注核内的信息,来自核内最显著的信息是核放射现象-从放射性元素的核内辐射出的三种射线,这是自然提供的来自原子核内的蛛丝马迹。

α射线-氦原子核的粒子流。由4个质子2个电子组成,也叫氦核。2个电子以极高速率环绕4个质子旋转,稳固、结合能极大。α射线说明原子核内的质子、电子是以非常稳固的动态整体的结构存在着。现代物理学认为氦核是两个质子、两个中子稀松结合的观点显然是不符合α射线稳固存在的事实。

β射线-高速的电子流。说明原子核内也存在着高速运转的电子。在放射性辐射中某些电子运转的结构解体,电子被高速放射出来。 

γ射线-核内电子振动发出的频率极高的电磁波。电磁波说明原子核内存在运转速率极高的电子。核内电子运转半径极小、速率极高,频率高达3X10^18赫兹,因而跃迁时辐射出γ射线。[1]

百年前的幻数实验,标识核内微结构的首选是氦核,原子核是以氦核为主体构建的壳层结构,少量的核元、中子分布在氦核外壳层的间隙之中。

综合核内发出的信息,根据自然界没有发现单个质子的事实,我发现:核内的粒子不可能是质子、中子的混合,必须是在伴生场的作用下形成有机的组合。首先由质子、电子有机结合成为:质子数分别是1,2,4的中子、核元、氦核三种微结构。如图11.1

  image.png

             图11.1 核内三种微结构 

核内微结构明确了核内质子、电子首先构成了氦核,氦核是简单的四面体,是表面兼有电子斥力、质子的引力的自组织体。我发现:核内不是质子、中子杂乱的混合;不会呈现红豆、黄豆那样简单的堆积。而是自组织,形成规律排布、规律运动。按照氦核四面体形体,组合的最简结构是,一个氦核在中心,四面体的4个面、每个面向外吸引1个氦核,形成四个氦核的围绕,然后依据氦核数量向外扩展。形成核内氦核的1/4/9的壳层分布结构,如图11.2。一个氦核联系着两个核外电子,构成了核外电子的2/8/18能级结构,简单的数字显示了核内外的关联逻辑,展现了自然结构的理性天成。

      image.png 

          图11.2  核内氦核结构(中,氖原子核示意图)

一个氦核需吸引2个核外电子方能达到电平衡,这正好与核外电子能级电子数2/8/18…内外呼应,证明了核内氦核结构模型的有效性和合理性,是第一次为原子的核内结构与核外能级结构的紧密关联找到了逻辑依据;氦核核内结构能够解读重核元素易于发生核裂变、衰变的原因;能解释原子核稳固元素呈现的幻数;能解读放射性元素所发射的三种射线、能解读不同的元素半衰期巨大不同的原因;该原子核结构模型为物质微观结构的认识提供了一个可以信赖的新理念。

 

  发现十二、发现核能量的来源  讨论E=MC2

70年来,学界对核内结构有过很多的猜想:一个原子核分裂成为两个不同的原子核、于是猜想,(一滴水能够分成两个小水滴)原子核或是液态或是双黄蛋;原子核蕴含巨大能量,那么原子核是质子、中子搅合的能量包……

以上论文让我们知道了,原子核是以氦核1/4/9壳层排布为主体的核结构,超重原子因核内的氦核多、层数多,有较多的中子、核元等微结构夹杂在外壳层附近,超重原子核质量大(离心力大)、容易造成核的不稳定,容易形成衰变或核裂变,所以自然界难以形成更大的原子核以及更大原子。  

 

12.1核裂变、问题的提出

核裂变是对重核元素加入中子,造成核外层微结构的混乱,形成新的核心-形成两个新原子核,原来重核失去外几层微结构,瘦身成为新的原子,释放出了巨大的能量;新核心吸引原重核外围的氦核,组合成为新原子,达到稳定平衡。一个重核原子、裂变成为两个新的原子。

如,一个铀235+中子,裂变成为:钡 + 氪 +几个中子,释放巨大的能量。

原子弹巨大威力一直在威嚇着世界人类,同时还有两个谜团困惑着物理人:1、核爆炸的巨大能量来自哪里?2、裂变后两个原子的原子量之和小于原来原子,物质不灭的理论遇到挑战!这少量的原子质量哪里去了?

70年前的物理学者认为核内就是质子、中子挤成的一团,原子核是否运动、怎样运动?一无所知。对核内巨大能量来自哪里,确实是百思不解。

这时候,爱因斯坦拿出了E=MC2质能公式,镇住了世界!质量变成了能量,既回答了质量的去向、又解释了原子弹巨大能量来源。质能方程令全世界科学家顶礼膜拜、又深陷迷茫…没有细节、没有物理,没有质-能转换的过程和道理;不知道核能存在、核辐射的细节,不可能囊括、描述能量转换的全部物理机制。然而原子弹的爆炸惊天动地,巨大的动能、升腾的蘑菇云成为公式最好的诠释,仅此一个公式足以威震四方!先生的学术权威令学界高山仰止。几十年人们停止了对核能物理机理的缜探深究。

 

12.2核能量来自哪里?

物理学理论应该由物理过程和逻辑构建,仅仅是数学公式,没有表述质量是如何转变成为能量,转变的机理是什么?所以,物质中失去的质量去了哪里?是物理学应该深究的问题。

核能具有强大的威力,能够发热、发光、发电,提供能量;核爆炸能量巨大、震惊四方。在科学界不知道能量究竟是什么的时代,这巨大的核能量来自哪里?确实是科学之谜。能量守恒定律是物理学的根本之一,物理人是不会轻易放弃。当然最希望的还是能找到核爆炸能量来历和质量的去向,希望能解读其中细节。

前面的文章讨论了普通能量,电能、热能、光能、化学能……所有的能量都是核外电子运动的宏观表现,各种能量的存在和转换都与核外电子运动密切相关。能量蕴含在运动粒子-电子规律运动的速率之中,可以用通用的动能公式来计算物质的能量。

 动能公式:E=1/2MV2

动能与速度(率)的平方成正比、与运动体的质量成正比。这是个普适公式,适用于计算所有运动体蕴含的能量,当然也适用于核内。铀是放射性重金属材料,上文对核内微结构的壳层存在和运动有了初步的认识;对高速运动中核内微结构的质量不容小觑。正好核内巨大质量和高速运动均已具备,由此探究巨大的能量来源、是个逻辑明晰的探索方向。

高速率运动:上面核内结构文章分析:在核内存在着两种运动:一种是电子围绕质子形成微结构的运动;二是氦核及所有微结构按1/4/9形成壳层高速运转。核内氦核的运转牵动核外电子、所以微结构运转速率肯定是等于或高于核外电子(速率:运转次数/每秒),只是半径较小。

运动着的质量:微结构以氦核为主体,一个氦核有4个质子、质子的质量是电子的1836倍,还有两个极高速的电子环绕,简略地算下来(4个质子,2个电子的微结构运转+ 氦核公转),一个氦核的动能接近于一个核外电子的一万倍!此外还有核元、中子结合能量。一个铀235原子核内微结构蕴含的能量是其核外电子运动能量的十万倍,这个简略计算与核爆炸的实际与TNT炸药当量接近。

通过以上分析,核爆炸巨大能量的来源就很清楚了、并且有据可查:是核内部分大质量微结构的高速运动所蕴含巨大能量的释放,并不是所有的质量都能够在核裂变中贡献能量;部分微结构解体,大质量、高速率!这个能量是实实在在的动能,与E=MC2的公式、与光速没有任何关系,与全部质量没有关系。

大自然是简约的,已经对核内微结构的运动赋予了能量,不会再去用质量和光速去再造能量,人们也用不着去追究质能公式的质-能转换的过程和道理了。

不过,那个在核裂变中失去的质量还是必须查找,对物理学应该有个交代。


 12.3  核裂变部分质量(质子)去了哪里?

一、我们知道原子的质量主要是由质子贡献,质量损失,质子是调查重点,以上裂变过程中,直接数据是质量消失-推断质子不见了。有可能发生的情况是:质子破碎、质子场-质量没有了,在之前的第三章质量来自哪里,我们讨论过:在粒子加速器强力的轰击中,这些粒子中除了电子、质子、中子(质子+电子)外,其它粒子竟然都没有质量。即质子破碎失去了质量。

我们之前的研讨结论:质量来自质子场。有质子就有质量!这个质量的消失,要么是质子消失,在核爆炸的巨大冲击中质子解体,形成没有质量的夸克,这些夸克只是质子消亡过程中的短暂存在,记录着质子的消亡过程。这是质量消失的一个方向。但是质子破碎得有巨大粒子加速器的冲击力度,核爆炸过程中有没有如此的力度,需要进一步探讨。还有一个可能-质子化妆潜逃。 

二、质子没有消失,逃出来了,可是,在哪里呢?

二百年来,科学确认了质子、电子。单独的电子到处都是,可是自然界从来没有发现单独存在的质子!质子周围必须有电子,没有电子的质子不能够存在——自行消亡!但是消亡没有事实证明。

质子不见了,最有可能是质子“化妆”躲起来了,要到哪里找?不要忽略百年前物理泰斗卢瑟福的一个实验。

这个实验起因于一个小小的“意外”,当年,人类刚刚发现放射性α射线,卢瑟福发现:当α射线-氦核粒子打到空气时,探测器上出现了氢离子的迹象,他认为这个氢离子的来源应该是氮气(因为空气中以氮气为主)。于是把α粒子直接入射到纯的氮气里,结果产生的氢气变得更多了。卢瑟福解释这个结果说,这是氮气里一个质子被α粒子打了出来,吸纳了附近的电子形成了氢离子。

实验中,单个质子是不能独立存在,质子场就近环境中俘获一个电子,构成氢离子-化妆了,进一步结合成为氢气。所以卢瑟福的实验告诉我们,核实验中,质子去了哪里?-就是周围氢气。这个百年实验有非常重要的意义,告诉我们,物质守恒、质量也是守恒,质子可能自组织成为氢气,质子不会消失、质量也不会消失。

卢瑟福实验提示我们:如果有质子逸出,质子立即俘获身边电子构成了氢气;或是有氦核逸出俘获2个电子构成氦气(希望相关实验室能够作出精细实验)。质子不会消失、质子的质量也不会变成能量, E=MC2质能公式值得商榷。

E=MC2 公式,写在教科书里、刻在科研所、大学的石碑上,人人顶礼膜拜。
可是至今,没人能够解读质量是如何-怎样转变成了能量;没有文献解释核能量与光速的关系;也没有一个科学家能够解释能量是怎样变成了质量?

质能公式把质量、能量混为一谈,造成了质量能够造就能量、质量就是能量的荒唐;事实上90%的元素不能发生核反应,其质量如何能够变成能量?不探究物理机制、倒果成因,造成一个世纪物理思维的紊乱。

                2023/1/6

 




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