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        原子之重力應(yīng)為合力

        2018-01-25 17:24:03陳偉
        科教導(dǎo)刊·電子版 2017年36期
        關(guān)鍵詞:核外電子分力原子核

        摘 要 關(guān)于不同元素原子的整體重量值小于部分之和(氫原子除外,全文同),目前科學(xué)的解釋是原子核出現(xiàn)質(zhì)量虧損,虧損的質(zhì)量被轉(zhuǎn)化成能量。但作者對(duì)此持不同觀點(diǎn),認(rèn)為這是由原子重力為合力造成的。因?yàn)樵谠觾?nèi)部由于能量作用于質(zhì)量,會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與引力相抗衡的微小分力,使原子重力形成合力,導(dǎo)致原子整體重量值小于部分之和,而對(duì)此分力的形成原因正是本文探討的目的。

        關(guān)鍵詞 原子核通常具有極高的溫度 原子重力應(yīng)為(內(nèi))合力 原子幔空間 形成于原子內(nèi)部的亞爾科夫斯基效應(yīng)

        中圖分類號(hào):P22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        1炙熱的原子核

        原子核具有強(qiáng)大的能量,但能量以什么形式存在呢?作者認(rèn)為核能主要是以熱能和動(dòng)能形式存在,因?yàn)闊釀?dòng)能是能量的本質(zhì)。再者原子核帶正電質(zhì)子之間具有強(qiáng)大的(庫(kù)侖)斥力,而原子核之所以緊密不崩潰,是因?yàn)樵雍耸`能(強(qiáng)力)做“功”,把相互排斥的質(zhì)子以及中子緊緊捆綁在一起,從而保持了原子核以及整個(gè)原子的穩(wěn)定性。按照熱力學(xué)第二定律,強(qiáng)力在束縛帶正電質(zhì)子之間斥力的過程中,亦會(huì)產(chǎn)生能量消耗,畢竟原子能量不是永恒的。而能量守恒定律揭示,消耗的能量會(huì)轉(zhuǎn)化成熱能或其它。因此具有強(qiáng)大能量和強(qiáng)相互運(yùn)動(dòng)的原子核,在通常狀態(tài)下就具有極高的溫度。

        就是說原子的溫度具有層次性,原子核有很高的溫度,與核外電子之間差異巨大。我們平時(shí)感覺到、或者測(cè)量到物體的溫度,這只是原子表面電子層溫度而非核溫度。

        物體只要不為絕對(duì)零度,都會(huì)向外界熱輻射能量。而具有極高溫度的原子核,同樣會(huì)向外界熱輻射能量。因?yàn)楹伺c核外電子之間的空間應(yīng)為真空態(tài),則原子核是以電磁波形式向外界熱輻射能量。

        為方便對(duì)事物的描述,本文將原子核與核外電子之間的空間稱之為原子幔,原子??臻g是原子核熱輻射能量的輻射帶區(qū)域。

        由于在常態(tài)下原子核溫度值目前科學(xué)界尚無定論,還是個(gè)未知數(shù)。但作者在豆丁網(wǎng)上讀到一篇《關(guān)于原子核溫度的探索》的文章,該文以中子星表面溫度1000萬℃為參照,推測(cè)并計(jì)算出原子核溫度為1000萬℃。

        有極高溫度的原子核對(duì)核外電子影響幾何呢?現(xiàn)假設(shè)原子核溫度1000萬℃作為操作標(biāo)準(zhǔn),來作如下計(jì)算分析:

        設(shè)原子核熱輻射力為E,E=E( ,T) 為波長(zhǎng)、T為溫度(1000萬℃);核外電子受原子核熱輻射力為Z、電子吸收比a;原子核與核外電子之間的距離為S,以熱輻射強(qiáng)度與源距離的平方成反比為依據(jù),則:核外電子受原子的核熱輻射強(qiáng)度為: Z= a·E/S2

        已知原子直徑為10-10m、原子核直徑10-15m ,核與核外電子的距離為1/2·(10-10m—10-15m),核的單位面積功率(W/M2),則:

        Z= a·E【 ,1000萬℃(W/M2)】/ 0.5·(10-10m—10-15m)2

        雖有不確定因素,但初步測(cè)算原子核熱輻射能量經(jīng)過相對(duì)廣闊的原子幔至核外電子層面時(shí),其強(qiáng)度會(huì)斷崖式遞減。因此若原子核溫度在1000萬℃以內(nèi),或者高一些,這都對(duì)核外電子層溫度影響甚微。

        2形成于原子內(nèi)部的亞爾科夫斯基(Yarkovsky effect)效應(yīng)

        亞爾科夫斯基效應(yīng),是指當(dāng)小行星吸收陽(yáng)光和釋放熱量時(shí)對(duì)小行星產(chǎn)生的微小的推動(dòng)力。準(zhǔn)確說,即是一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體由于受在太空中帶有動(dòng)量的熱量光子的各向異性放射而產(chǎn)生的力(動(dòng)能),它會(huì)使小行星運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生變化。

        在這里小行星吸收和釋放帶有動(dòng)量的熱量光子,實(shí)際上是指原子的核外電子吸收和釋放太陽(yáng)的電磁波熱輻射能。因此亞爾科夫斯基效應(yīng)揭示:核外電子在吸收或者釋放電磁波熱輻射能量過程中,會(huì)獲得一個(gè)動(dòng)能,進(jìn)而對(duì)其質(zhì)量產(chǎn)生一個(gè)微小的推動(dòng)力。

        同樣原子核熱輻射至原子幔的電磁波能量,會(huì)被核外電子所吸收并轉(zhuǎn)化成熱能,但一般不會(huì)直接穿過核外電子到達(dá)原子外界。因?yàn)殡娮右怨馑倮@核旋轉(zhuǎn),每秒可達(dá)數(shù)萬億次,會(huì)形成一個(gè)縝密無隙、完整的“電子殼”。并且按照核外電子排布規(guī)律,能量較低的基態(tài)電子靠近原子核?;鶓B(tài)電子通過持續(xù)的吸收原子幔能量,當(dāng)其能量超過激發(fā)態(tài)電子能量時(shí),則躍遷至激發(fā)態(tài),并與原子外界交換能量;而其它層序電子替而代之基態(tài)電子…。此過程循環(huán)往復(fù),使原子核熱輻射能量通過核外電子向原子外界釋放(交換)。

        參照亞爾科夫斯基效應(yīng),在原子內(nèi)部,有極高溫度的原子核向原子幔熱輻射的電磁波能量亦具有動(dòng)量,以光速繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子,從原子幔吸收并向原子外界釋放電磁波能量的過程中,也會(huì)由內(nèi)向外對(duì)核外電子層整體各項(xiàng)異產(chǎn)生一個(gè)微小推動(dòng)力。因?yàn)樵淤|(zhì)量由核和核外電子組成,這是一個(gè)不可分割的整體,故而此推動(dòng)力會(huì)使包括原子核在內(nèi)的整個(gè)原子,獲得一個(gè)與其引力方向相反的分力,從而抵消了原子的部分引力,使原子重力形成合力(如圖1所示),造成原子整體重量值比其應(yīng)有的重量要輕一些。當(dāng)然這個(gè)推動(dòng)力比引力小得多,原子處于靜止?fàn)顟B(tài)。

        原子重力為合力的數(shù)學(xué)表達(dá)式:

        設(shè)m為原子質(zhì)量、F(m)為原子質(zhì)量的引力、G為原子重力、Y為原子內(nèi)部形成的亞爾科夫斯基效應(yīng)分力,則:

        原子質(zhì)量的重力=引力-分力,數(shù)學(xué)表達(dá)式:G=F(m)-Y。

        同理:原子引力=原子重力+分力,數(shù)學(xué)表達(dá)式:F(m)=G+Y

        3對(duì)原子重力為合力的幾項(xiàng)說明

        就原子整體重量值小于部分之和,是質(zhì)量虧損、還是重力為合力?二者必居其一。作者認(rèn)為對(duì)此除考慮質(zhì)量虧損的原因外,還要考慮到原子內(nèi)部能量作用于質(zhì)量的因素,也就是把質(zhì)量和能量這兩個(gè)因素相互結(jié)合起來思考之,以求得正確答案。

        譬如一個(gè)充滿大氣的球囊,其引力(重量)應(yīng)該是球囊質(zhì)量加上球囊內(nèi)大氣質(zhì)量之和。但如果球囊內(nèi)大氣溫度高于外界,則它的整體重量會(huì)比應(yīng)有的重量要輕一些,且溫度越高,重量越輕。簡(jiǎn)言之,這就是因?yàn)榍蚰覂?nèi)熱能作用于質(zhì)量,從而產(chǎn)生一個(gè)分力,使整個(gè)球囊的重力形成合力而變輕,這當(dāng)然不是“質(zhì)量虧損”造成。

        而原子集質(zhì)量和能量于一體,原子重力為合力,這是由原子的結(jié)構(gòu)、原子內(nèi)部能量與質(zhì)量相互聯(lián)系,共同作用的結(jié)果。并且由于原子內(nèi)部這種質(zhì)能運(yùn)動(dòng)形式與過程的穩(wěn)定性和持續(xù)性,決定了原子重力為合力具常態(tài)化。因此除氫原子外,不同元素原子的重力都各有不同的合力值。

        本文把原子(或其它物體)這種由于內(nèi)部質(zhì)能運(yùn)動(dòng)對(duì)引力產(chǎn)生干擾和影響,使其重力發(fā)生變化而形成的合力稱之為內(nèi)合力。內(nèi)合力一般不易被直接觀察到,原子重力亦如此。

        對(duì)于原子核能量從何而來,作者認(rèn)為生而具有,因?yàn)橘|(zhì)量和能量是宇宙最基本的存在要素,二者缺一不可。按照宇宙大爆炸理論,宇宙起源于一個(gè)質(zhì)量和能量都無窮大、溫度無比高的質(zhì)能奇點(diǎn)。在這里能量與質(zhì)量是并存的,并非先有質(zhì)量,然后部分質(zhì)量經(jīng)轉(zhuǎn)換才有了能量。

        而就愛因斯坦質(zhì)能方程E=MC2,本文觀點(diǎn)可將其理解為原子所包括質(zhì)量和能量的正比例關(guān)系,即原子的質(zhì)能比。

        設(shè)K為原子所包括質(zhì)量和能量的比值、M為原子質(zhì)量、E是原子能量,則原子質(zhì)能比的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 :

        K=M/E,(其中E=MC2,C為光速) 同理: E=M/K。

        它說明在很少的原子質(zhì)量中亦包含了極大的能量。

        作者簡(jiǎn)介:陳偉,男,1961年6月生,自由職業(yè)者,戶籍所在地:江蘇省南京市。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 熱力學(xué)第二定律,熱力學(xué)基本定律之一[DB/OL].https://baike.so.com/doc/2322281-2456384.html.

        [2] 韓永全.關(guān)于原子核溫度的探索[DB/OL].http://www.docin.com/p-773056090.html.

        [3] 亞爾科夫斯基效應(yīng)(Yarkovsky effect)[DB/OL].https://baike.so.com/doc/4391286-4597900.html.

        [4] 宇宙產(chǎn)生于大爆炸的理論[DB/OL].https://baike.so.com/doc/6613545-6827338.html.

        [5] 阿爾伯納·愛因斯坦質(zhì)能方程[DB/OL].https://baike.so.com/doc/5721625-5934355.html.endprint

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