重慶市長壽第一中學校 重慶 401220

我在三篇文章中相繼探究了黑洞、類星體、穩(wěn)定宇宙等大尺度天體問題并建立了科學模型?，F(xiàn)在我將從微觀粒子角度來探究有關(guān)的科學問題。而這些問題的徹底解決,有助于我們從更高的層次來重建理論物理學,初步形成科學的從夸克到穩(wěn)定宇宙23-36層級的物質(zhì)圈層分布結(jié)構(gòu),認清宇宙的本質(zhì)規(guī)律,包括暗物質(zhì)、黑洞、類星體等若干重大宇宙問題,極大地促進人類文明的飛躍!

1 質(zhì)子的精細結(jié)構(gòu)

1.1 質(zhì)子夸克質(zhì)量分析 對于質(zhì)子,傳統(tǒng)物理理論認為質(zhì)子里兩個上夸克和一個下夸克的質(zhì)量貢獻約1%,其它的質(zhì)量貢獻是膠子,它們主要借助強相互作用約束內(nèi)部的夸克,以能量形式表現(xiàn)出來。具體推算如下:

上夸克靜止質(zhì)量為2.01MeV/c2,對應(yīng)靜止質(zhì)量3.5832×10-30kg,下夸克靜止質(zhì)量為4.79MeV/c2,對應(yīng)靜止質(zhì)量8.5309×10-30kg,質(zhì)子的兩個上夸克和一個下夸克的靜止質(zhì)量為1.56973×10-29kg,而質(zhì)子質(zhì)量為1.67262163783×10-27kg,夸克組團靜止質(zhì)量約占質(zhì)子質(zhì)量的0.94%。

而實際科學測定質(zhì)子中夸克組的質(zhì)量占比為7%,相當于夸克組動質(zhì)量m=7.4468m0,m=m0/(1-v2/c2)0.5,可以進一步推算出v=0.99094c。

1.2 氫原子核外電子速度 由牛頓第二定律知,對氫原子核外電子有ke2/r2=mev2/r,這里靜電力恒量k=8.98755178799791×109Nm2/C2,e=1.60217648740×10-19C,me=9.1093821545×10-31kg,r=0.52917×10-10m,解得v=2.1862410479×106m/s。取c=2.99792458×108m/s,則v=0.007292515c。

1.3 質(zhì)子的分層數(shù)估算 我們把穩(wěn)定宇宙模型反轉(zhuǎn)估算質(zhì)子的膠子圈層分層數(shù),v1=0.99094c≈c,而vn=2-(n-1)/2c=0.007292515c,兩邊取自然對數(shù)解得n=15.1987357。考慮到去除r=0.52917×10-10m的電子軌道,取n=15。

早些年,科學家認為質(zhì)子半徑為rp=1.128644848×10-15m,最近的科學測試結(jié)果為rp=0.831×10-15m。而夸克平均間距L=0.43×10-18m,我們忽略夸克的大小,取r=Lcos30°×2/3=0.2482606158×10-18m。認為r～rp為質(zhì)子的15個膠子圈層。

1.4 質(zhì)子膠子圈層的精細軌道半徑估算 在這里我們認為強相互作用力是庫侖力與磁場力(安培力)的合力,忽略弱相互作用,并把四種相互作用簡單看成是與距離r成平方反比,與r軌道內(nèi)物質(zhì)動質(zhì)量M成正比的關(guān)系。進一步設(shè)定r1=0.2482606158×10-18m,約定r1～√2r1區(qū)域內(nèi)的膠子線速度為c,緊接著其外的較小區(qū)域為虛空區(qū),以后按照等比數(shù)列依次向外遞推到rp。

類似于穩(wěn)定宇宙模型的分層分布半徑公式調(diào)整為rn=xn-1r1,令rn=0.831×10-15m,n=15。代入r1方程兩邊取自然對數(shù)解得x=1.78551625。換句話說膠子圈層間的各級虛空區(qū)厚度為(x-√2)rn=0.37138063rn。

2 中子精細結(jié)構(gòu)

2.1 中子夸克質(zhì)量分析 中子由一個上夸克和兩個下夸克組成,上夸克靜止質(zhì)量為2.01MeV/c2,對應(yīng)靜止質(zhì)量3.5832×10-30kg,下夸克靜止質(zhì)量為4.79MeV/c2,對應(yīng)靜止質(zhì)量8.5309×10-30kg,中子的一個上夸克和兩個下夸克的靜止質(zhì)量為2.0645×10-29kg,而中子質(zhì)量為1.674921184×10-27kg,夸克組團靜止質(zhì)量約占中子質(zhì)量的1.23%。

而實際科學測定中子中夸克組的質(zhì)量占比為7%,相當于夸克組動質(zhì)量m=5.691m0,m=m0/(1-v2/c2)0.5,可以進一步推算出v=0.98444c。

2.2 中子分層膠子圈層數(shù) 類比于質(zhì)子,我們認為中子的分層數(shù)為n=15層。早些年,科學家認為中子半徑為rn=1.1133755748×10-15m,最近的科學測試結(jié)果為rn=0.833×10-15m。而夸克平均間距L=0.43×10-18m,我們忽略夸克的大小,取r=Lcos30°×2/3=0.2482606158×10-18m。認為r～rn為質(zhì)子的15個膠子圈層。近似取v1=0.99844c≈c,由于rn與rp相當接近,可以直接引用質(zhì)子的膠子分層半徑數(shù)據(jù)。

3 四種基本相互作用力的量化

3.1 在核子膠子圈層的四種基本相互作用力的量化 為便于問題研討,我們僅僅基于質(zhì)子進行相關(guān)研究。

基于上面的與穩(wěn)定宇宙模型的類比假設(shè),我們設(shè)在核子膠子圈層區(qū)域的四種基本相互作用力F=k Mm/r2。我們設(shè)定r1=0.2482606158×10-18m,m是膠子的質(zhì)量,Mn是第n膠子圈層內(nèi)部的所有物質(zhì)的動質(zhì)量,rn是第n膠子圈層的軌道半徑,為便于計算,取v1=c,n=15,則對第n膠子圈層外側(cè)膠子有F=k Mnm/r2n=mv2n/rn,Mn=rnv2n/k,rn=xn-1r1,取rn=rp=0.831×10-15m,而vn=2-(n-1)/2c=0.007292515c=2.1862410479×106m/s,Mn=mp=1.67262163783×10-27kg。

經(jīng)過公式變形得k=rnv2n/Mn,即k=rpv2n/mp=0.831×10-15m×(2.1862410479×106m/s)2/

(1.67262163783×10-27kg)=2.37464887×1024Nm2/kg2。

3.2 核子膠子圈層的四種基本相互作用力的精準量化 考慮到弱相互作用力主要作用于10-18m量級,強相互作用力主要作用于10-15m量級,而在10-10m量級主要取決于庫倫力,該處萬有引力極小完全可以忽略。我們設(shè)在r=0.52917×10-10m處的氫原子的核外電子所受到得四種基本相互作用的合力F=kmpme/r2=kee2/r2,得到

k=kee2/(mpme)=8.975517879979×109×(1.60217648740×10-19)2/(1.67262163783×10-27×9.1093821545×10-31)Nm2/kg2=1.51214554×1029Nm2/kg2。

3.3 核子精細結(jié)構(gòu)建模重構(gòu)

3.3.1 前面的建模中存在幾個重大問題

(1)在建模中我直接把氫原子核外電子的線速度當成質(zhì)子半徑處最外膠子圈層的線速度;

(2)我分層計算了在膠子圈層中四大基本相互作用力對應(yīng)的k值是明顯變化的;

(3)如果把核子膠子圈層以及夸克組團的作用力視為是有心力,基于氫原子核外電子的線速度用角動量守恒界定質(zhì)子半徑處的膠子的線速度將達到400倍真空光速(視為運動粒子質(zhì)量不變,未考慮粒子的相對論效應(yīng))。這充分說明前面的建模是徹底失敗的。

3.3.2 質(zhì)子精細結(jié)構(gòu)的科學建模

(1)建模假設(shè)。質(zhì)子由高速自轉(zhuǎn)夸克組團附加膠子球核和外部的膠子光障區(qū)組成。并且限定飛米級及以下尺度內(nèi)的四大基本相互作用力F=k Mm/r2=mc2/r,認為這個區(qū)域的k值恒定。

(2)參數(shù)計算。對質(zhì)子半徑rp處的膠子kmpm/r2p=mc2/rp得k=rpc2/mp=0.831×10-15×(2.99792458×108)2/

(1.67262163783×10-27)Nm2/kg2=4.4652391×1028Nm2/kg2。

由F=k Mm/r2=mc2/r得r軌道半徑內(nèi)的球體物質(zhì)動質(zhì)量M=rc2/k∝r。我們知道,科學實驗測定質(zhì)子中夸克膠子組團形成的夸克膠球的動質(zhì)量為7%mp。由此確定質(zhì)子中的夸克膠球的半徑為rk=0.07rp,對應(yīng)的周期近似為T=2πrk/c=2×3.14159265×0.07×0.831×10-15/(2.99792458×108)s=1.219153×10-23s,轉(zhuǎn)速n=1/T=8.2024159×1022r/s。

3.3.3 核力公式的改進

(1)1935年日本著名核物理學家湯川秀樹提出介子理論界定了核力,基于核力存在于所有核子之間通過交換介子發(fā)生相互作用,給出了核力公式。我把這個公式變形為F=km1m2(L-r)/[r3e(L/r)],L為飛米級的核力作用范圍的常數(shù)。

(2)基于精準實驗表明,把核力視為質(zhì)子+e電子的庫侖力與+e電子環(huán)流的安培力的合力,在飛米級距離范圍內(nèi)吻合度相當?shù)母?在0.72rp和3.2rp處F=0,rp=0.831×10-15m。

核力F=km1m2(3.2rp-r)(0.72rp-r)/[r4e(3.2rp/r)],F>0為斥力,F<0為引力。k為比例系數(shù)。我們把rp簡化為單位1,把r簡化為x,得出簡化核力y=(3.2-x)(0.72-x)/[x4e(3.2/x)],得出以下函數(shù)圖像。

在上述公式中,我們基本統(tǒng)一了強弱相互作用力。我們認為在r＜0.497934rp的時候,力作用表現(xiàn)為弱相互作用;在0.72rp-3.2rp的時候,力作用表現(xiàn)為強相互作用;在r＞25.6rp的時候核力消失;在更大的區(qū)域則帶電物體表現(xiàn)為庫侖力或安培力,中性宏觀物體則表現(xiàn)為萬有引力。

4 推論

基于r=5.67825rp處有較大的核斥力,考慮到在較小距離區(qū)間有強相互作用力,由球體積公式V=4πr3/3,5.678253=183,考慮到球狀核內(nèi)部的質(zhì)子填充和中子填充時的夸克膠子團的存在,根據(jù)化學核外電子殼層分布規(guī)律,可以大膽推斷元素周期表的封頂號為9層電子殼層對應(yīng)的170號元素。

5 核力公式

核力F=km1m2(0.72rp-r)(3.2rp-r)/[r4e(3.2rp/r)],F＞0為斥力,F＜0為引力。

假設(shè)我們把兩個質(zhì)子從間距是2rp處移動到無窮遠處,把核力做功視為庫倫斥力做功。即r2)dr(k0是靜電力恒量)。而

故k0e2/(2rp)=0.0980102,這里k0=8.98755178799791×109Nm2/C2,e=1.60217648740×10-19C,mp=1.67262163783×10-27kg,代入數(shù)據(jù)解得k=4.2069008×1026Nm2/kg2。

6 四種基本相互作用的關(guān)聯(lián)關(guān)系

弱相互作用力和強相互作用力都是短程力,嚴格說來合稱核力。弱相互作用力作用范圍為0～0.5rp(rp=0.831×10-5m),為弱斥力。強相互作用力作用范圍主要是0.72rp～3.2rp,,為引力。在0.5rp～0.72rp以及3.2rp-25.6rp核力為斥力。廣義的核力被認為作用到10-10m,其實已經(jīng)十分微小,早已可以被忽略掉。電磁相互作用力和萬有引力都是長程力,一般認為電磁力作用范圍是0.5×10-10m～∞,萬有引力作用范圍是10-6m～∞。電磁力表現(xiàn)為帶電物體、帶電粒子及電流與磁場之間,萬有引力表現(xiàn)為中性物體之間,從本質(zhì)上看萬有引力是極弱磁化后中性物體之間的電磁力的合力。

7 理論驗證及應(yīng)用

7.1 理論驗證

7.1.1 核聚變等離子態(tài)的高溫條件 假設(shè)我們把兩個質(zhì)子從間距是2rp處移動到無窮遠處,把核力做功視為庫倫斥力做功。即-r)(3.2rp-r)/[r4e(3.2rp/r)]dr=(e2/r2)dr(k0是靜電力恒量)。令該式子為△E=2×3/2KT(K是玻爾茲曼常數(shù),K=1.380650524×10-23J/K),即△E=k0e2/(2rp)=3KT,而k0=8.98755178799791×109Nm2/kg2,e=1.60217648740×109C,rp=0.831×10-15m,代入數(shù)據(jù)解得T=2.785×109K?？紤]到核力作用的有效范圍可以把上述溫度下降2-3個數(shù)量級,輕核聚變?nèi)匀荒軌蛴行У匕l(fā)生。

7.1.2 輕核聚變的能量驗證 氫彈核反應(yīng)的一般性方程式為+17.6MeV。17.6MeV=2.816×10-12J。我們用球體積公式V=4πr3/3,估算原子核半徑r的長度系數(shù)21/3=1.26,31/3=1.44,41/3=1.59,11/3=1。

取積分限1.5～∞,簡化核力y=f(x)的積分約為0.085,5個核子參與約為0.435,則△E=0.435=0.435×4.2069008×1026×(1.67262163783×10-27)2/(0.831×10-15)J=6.16×10-13J約等于前者的22%。如此看來核反應(yīng)中除核力做功以外,膠子介子參與,直接導致靜止質(zhì)量虧損是主要因素。

7.2 應(yīng)用

7.2.1 常溫超導材料原理研究 考慮核力為零的中間穩(wěn)定點r=3.2rp,用球體積公式V=4πr3/3估算原子核對應(yīng)的原子序數(shù)3.23=32.77,一般地我們認為32號元素的鍺的核力為零,因此常溫超導材料的主體是鍺,可以適度摻雜銅鋅硒等微量元素。

7.2.2 宇宙大爆炸理論的否定 考慮核力公式F=km1m2(0.72rp-r)(3.2rp-r)/[r4e(3.2rp/r)]對應(yīng)的圖像,我們可以確定r→0,弱斥力F→0。所以距今約138億年前的從一個極小極高溫超高密度的奇點開始的宇宙大爆炸根本不存在,而宇宙觀察中的紅移實際上在于傳播過程中的能量的衰減,頻率減小,波長變大出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。

8 核子精細結(jié)構(gòu)的確定

我們考慮到前面的若干假設(shè)中在不同力的公式中的k值有明顯的變化,且差距甚大。這充分說明我們的建模是不成功的。為了讓我們的建模更加貼近實際的情形,我提出以下的核子精細結(jié)構(gòu)模型。

我們假定在0～0.72rp區(qū)域是一個由膠子與核子內(nèi)三個夸克組成的一個相對穩(wěn)定的膠團,三個夸克在其中心區(qū)域在間距為0.43×10-18m的正三角形分布,它們與彌漫的膠子組成的膠團在r=0.72rp的赤道處的自轉(zhuǎn)線速度為v,在0.72rp～rp區(qū)域存在單純的膠子層,且以恒定速率c球?qū)ΨQ分布環(huán)繞。

基于上述假設(shè)大幅度簡化核子精細結(jié)構(gòu),極大地消除了大量不同力的公式的k值的巨大差距,也同時彌補了輕核聚變驗證中存在的巨大能量相對誤差,這個相對誤差的消除可以解釋為在0.72rp～rp區(qū)域存在的膠子層參與了核反應(yīng)并出現(xiàn)質(zhì)量虧損現(xiàn)象。

對質(zhì)子半徑rp處的膠子F=kmpm(0.72rp-r)(3.2rp-r)/[r4e(3.2rp/r)]=mv2/r,而k=4.2069008×1026Nm2/kg2,r=rp=0.831×10-15m,mp=1.67262163783×10-27。代入數(shù)據(jù)解得v=9.40030684×107m/s。略為c/3。膠團對應(yīng)的周期 T=2πrp/v=5.5544219×10-23s,轉(zhuǎn)速n=1/T=1.80036738×1022r/s。這個區(qū)域?qū)儆诮]場區(qū)域。在0.72rp～rp區(qū)域存在單純的膠子層,且以恒定速率c球?qū)ΨQ分布環(huán)繞,但是這個區(qū)域的膠子層的動質(zhì)量較小,我們前面的計算中沒有考慮這部分的質(zhì)量貢獻。

9 展望

考慮到在研究過程的艱辛過程以及獲得我國幾個科學家的相繼幫助,我還是保留了科研過程的絕大部分全景內(nèi)容,即便少數(shù)部分內(nèi)容是錯誤的我也保留下來了。我想這對于全球核科學家繼續(xù)深入精準探究科學理論是有極大地幫助的。

我深信在全球理論物理學家的共同努力下,我們在完善核力理論,推進新物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)構(gòu)建中,必將迎來一輪新的理論革命,比如暗物質(zhì)就是膠子和黑洞光障區(qū)物質(zhì),因為在核子里面膠子的質(zhì)量占比與宇宙中暗物質(zhì)暗能量的質(zhì)量占比相同。我們只有徹底破解了電子、夸克、介子和光子的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系,才能更進一步向暗物質(zhì)暗能量研究領(lǐng)域挺近。我為重構(gòu)基礎(chǔ)物理理論做出重大的推進作用,繼而掀起新一輪的偉大的科技革命的浪潮。

在這里我感謝民科吧里的陳彼方、達瓦里希、木葉蝶等學者的大力幫助,謝謝您們!