物理前沿問題探索論文

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摘要：從簡單的自然規律出發，推導出了宇宙的誕生、萬有引力、萬有斥力的、物質的結構形式、原子核的放射性、低溫超導現象、同位素等之間有著內在的必然的聯系。合理的解釋了時間的不可逆性、電磁力的產生、太陽系的起源、原子結構、原子核放射性規律、重核元素結構等。其中有許多的新觀點和新思維，對拓寬視野，推進物理學的發展很有好處。

關鍵詞：萬有引力萬有斥力宇宙低溫超導原子結構同位素放射性太陽系的起源

1．萬有引力和萬有斥力

彈簧振子作往復振動，壓縮時,彈簧產生一個向外伸展的彈力；拉長時,產生一個向內拉伸的彈力；平衡位置時,彈簧不產生彈力。如同彈簧振子,對于宇宙,也具有類似的特性。現代天文學發現,當今宇宙正好處在“拉伸”的狀態,正在向著要收縮的趨勢發展.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收縮.這就是為什么現在存在萬有引力的原因。

根據對稱性原理,宇宙在特定的條件下會產生萬有斥力,當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間的萬有斥力繼續收縮,直到所有宏觀宇宙動能轉換為物質間的萬有斥力為止.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）相互轉換.當宇宙收縮到極點時,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,物質間的萬有排斥力達到頂峰,宇宙瞬時靜止.緊接著宇宙又開始反方向將宇宙萬有斥力勢能逐步釋放轉變為宇宙動能,當達到平衡位置時,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,宇宙中的物質不受斥力和引力的作用,這時宇宙的膨脹速度達到最大值,通過平衡位置后,宇宙引力勢能的逐漸積累,導致宇宙的膨脹速度緩慢降低.由于宇宙巨大的慣性作用,將繼續膨脹,宇宙動能慢慢轉變為宇宙引力勢能,當宇宙動能完全轉變為引力勢能時,宇宙將停止膨脹,這時宇宙膨脹體積達到最大,其引力勢能的積累也達到最大,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變為宇宙動能.如此往復,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生變化,當其生理周期發生了變化時,用來測量時間的時鐘的運行速度也將發生同樣的變化,所以,對觀察者來說,他并不能發現其生理周期發生了變化.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，在其階段內生存的所有物體都不會出現“破鏡重圓”的時間倒流現象，宇宙中的時間矢永遠是不可逆的，對于生存在其間的生物，始終是由誕生－發育－衰老－死亡進行的，永遠不可能逆過來進行，這就是宇宙的時間矢和宇宙中的萬物一樣，永遠不可逆。

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?等等一切宇宙學方面的問題有待探討

如果人們能計算出現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。宇宙中的物質從宇宙中心到宇宙邊緣.處于宇宙中不同位置的物質具有不同的動能和勢能,另外,人類現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，人類在現代科學技術水平下,還很難進行這樣的計算。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.

現今宇宙中,到處都存在原子核的放射性,從原子核的內部不斷發射出各種粒子和能量.宇宙在其膨脹的最初時期,宇宙中的所有物質都聚集在一個相當小的球形體積內,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,在聚集在核內的強大的萬有斥力作用下,巨大的原子核難以保持穩定.在極其短的時間內,發生了宇宙大爆炸,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，核子的鏈式裂變極其迅速，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。在發生核裂變一個較短的時期內,所有受斥力能作用而破裂的原子核，其核內蘊含的斥力能遠大于核子的結合能，都能自發分裂成小的原子核。

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合能大小相比擬或更小時，核停止了自發分裂，暫時處于相對穩定時期，但是，大部分原子核內的斥力勢仍十分巨大，原子核的結合能抵擋不了斥力能的作用而自發裂變。再過一段較長的時間，隨著原子核的體積的進一步變小，斥力能的進一步釋放，越來越多原子核的斥力能小于核的結合能而進入核的穩定時期，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,能繼續分裂的核越來越少,當宇宙膨脹到最大時,仍有極少數核具有放射性.這就是為什么現在宇宙中仍有數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,這時又會進入一個新的不穩定時期,核子又重新活躍起來產生新的放射性.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,核子內部的結合力抵抗不住外界背景壓力的降低而產生放射性.經過一次或多次放射后,核子又進入一個新的相對穩定期，須再經一段時間的相對穩定期,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行下去。

在同一時刻和宇宙中的不同位置,對于具有相同結構的核，其放射性能也會大不一樣.在宇宙中的某一區域具有放射性的核子,在宇宙中的另一區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,才能表現出其放射性.也就是說,物質是否具有放射性,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,在其相對應的另一時期核子必定具有結合性。

當宇宙膨脹到極限，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合性，慢慢地，隨著宇宙的進一步收縮,核子的不斷收縮，宇宙中的核子數會逐漸減少,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換為宇宙勢能,宇宙的斥力勢能達到最大,一個新的宇宙大爆炸的條件又已具備,并又進入新的一輪宇宙膨。.

值得一提的是,在宇宙的同一區域內，在同一個放射背景壓力的情況下，核子放射性和結合性是矛盾的統一體。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生核的結合,所以在當今世界上核的裂變和聚變反應同時存在.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

我們現在正生活在一個膨脹的宇宙中,總的趨勢是,核的裂變占優勢,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多的能量，這個能力大于或等于在合成該核的環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,則核結合時必須付給它相對應的能量.

對于核的放射性,正是一個由高的抗裂變背景壓力環境過度到低的抗裂變背景壓力環境的演變.因為,在原子核這個環境中,核的密度比核外物質的密度要高出許多倍。這是一個在一定溫度的情況下,物質由高密度(即高抗核裂變背景壓力環境)向低密度(低抗裂變背景壓力環境)的節流裂變過程.

上面談到的抗高放射背景壓力的容器或環境,如果能制造出來,將會產生極其巨大的作用.我們可以將當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行放射演變.就相當于儲存了核能.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量很大的單個的原子核,或許這樣的原子核重量能達到100kg以上.這種大的原子核通過某種特殊裝置,將其節流后釋放出來,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,也將會發生巨大的核裂變反應.

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產生放射性.那么,我們將中等質量且無放射性的核通過節流裝置讓其進入,則它就會發生裂變反應,放射出核能，但是,如果這樣的容器被破壞,將會發生核聚變反應。

上面所說的兩種容器,對具有較高抗裂變背景壓力的容器,我們可以將小質量的元素(如氕、氘等)通過節流裝置注入其中,這時小質量的元素就會源源不斷地發生核聚變反應釋放出結合能,這種設施叫低溫核聚變裝置.這樣的容器可以儲存大質量的核,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,也可以作為中等質量且無放射性的核的核裂變裝置,或者作為較大質量同時又具有放射性元素發生核裂變(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、不同區域密切相關的.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.隨著宇宙的進一步膨脹,宇宙中的物質的平均密度與溫度也進一步降低,斥力逐漸減小,抗裂變背景壓力也會隨之減小.當達到宇宙平衡位置時.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,宇宙中物質的密度和溫度將繼續下降,這時,抗裂變背景壓力仍在進一步下降;當宇宙膨脹達到極點時,物質的密度和溫度降到最低,體積達到最大.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到最大,但靜止是相對的,