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对原子核,原子结构的物理分析和解释

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对原子核及原子结构的物理分析和解释
作者,尚运成
我们知道,原子核是由质子中子构成的。但是,我们不知道质子中子的构成所形成原子核内部的结构问题。
我们知道,所有物质都在运动着,没有运动的物质是不存在的,所谓静止只是物质之间相对同步运动的一种关系,所以,静止属于运动关系的范畴。但是,我们还不知道质子中子是如何运动的?
我们知道,物质存在两种最基本的运动形式,一种是物质的近直线运动形式,另一种是物质的旋转运动形式。根据这种认识,我们就能够判断质子中子应该处在高速度自转的运动中。
我们知道,一个自转的物体或物质在没有外力的作用中,会保持永恒不变的自转运动状态。所以,自转的物体或物质也应该属于惯性运动的范畴。
我们知道,物质世界中所有具体的物质运动都是在物质之间的相互作用中产生或形成的,而牛顿力学由于把物体看成质点和质点之间的作用,所以,作用后,物质只能按照直线运动形式运动。然而现实是,物质之间非质点作用或非中心力作用才是物质世界中物质之间最普遍的相互作用形式。而物质之间的非质点或非中心力作用是物质作用后产生旋转运动的直接原因,所以,现实物质世界中最基本,最普遍的物质运动形式,应该是物质的旋转运动形式而非直线运动形式。旋转运动形式包括物质在轨道上的旋转运动形式以及物质自转的运动形式。
我们知道,任何形式的力都是在物质之间的相互作用中表现出来的,那么,离心力向心力是在什么物质之间的相互作用中表现出来的呢?其实,离心力是在外力的非中心力作用中表现出来的,其运动形式表现为,物体的外螺旋运动形式,但是,这种外螺旋运动形式不会永远保持着,在外力的作用耗尽后,物体会渐渐向内螺旋运动形式转变。向心力在向内螺旋运动形式的转变中起到了这种力的作用,所谓向心力其实就是,在旋转的物体内部,由于不同部位的物质存在旋转的线速度差,所以,线速度快的外部物质会给线速度慢的内部物质一个微弱的压力,这个压力就是向心力。向心力就是一个旋转物体的内部,一部分物质与另一部分物质之间的一种相互作用力。另外,所有在轨道上运动的物体或天体,其轨道不是一成不变的,在轨道上运动的物体或天体都会在向心力的作用中,慢慢向轨道的中心收缩,最后也会形成自转的惯性运动形式,这个问题我在其他文章中有比较详细的探讨。这里就不多说了。
龙卷风是如何产生的?显然是两股运动方向相反的气流碰撞或作用形成的,同样道理,我们应该认为,质子中子也是在某种高压,高温和高动能环境中,相反方向运动的粒子之间相互碰撞或作用中产生或形成的。
龙卷风之所以不可能长期存在,是因为龙卷风构成的物质是空气,而空气分子之间在压缩到一定程度时,空气分子之间会产生排斥力,而质子中子构成的基本物质粒子可能是不能进一步分割的粒子,而这种粒子之间不存在相互吸引或排斥作用,因为越基本的物质或粒子其结构或性能越简单,所以,质子中子这种龙卷风式的存在形式,是可以永恒保持其自转不变的惯性运动状态。质子中子其实就是,靠旋转的向心力聚合了许多可能不能进一步分割的粒子,形成了一种高速度自转的惯性模样。
我们知道,龙卷风是一种旋转式的线形或棒体形式的模样,同理,我们应该相信,质子中子也应该是一种旋转式棒体形式的存在模样。
我们知道,棒体是存在长短,粗细和质量不同的问题,同样道理,质子中子也可能存在长短,粗细或质量不同的问题。
我们知道,物体的转动是存在方向性的,顺时针转动或逆时针转动等等不同的转动方向,质子中子其实就是一种粒子的两种不同转动方向的粒子。如果说,质子是顺时针转动的粒子,那么中子就是逆时针转动的粒子。因为,在转动物体的组合排列中,只有两个转动方向相反的物体才能靠在一起转动,所以,不难推测,原子核中的质子中子就是利用转动方向相反的道理而靠在一起转动着,所以,原子核的运动结构就像类似卷板机的运动结构。
我们知道,卷板机主要构件是转动的棍杠,那么,质子中子的模样是否也类似转动棍杠的模样呢?我们应该这样认为,如此这般,原子核应该就像一台永恒转动工作中的卷板机模样。
目前科学界一般认为,绕核电子是被质子吸引到原子核周围的。这种认识应该是错误的,根据上述的物理分析,我们有理由认为,绕核电子应该是由原子核这种卷板机式的结构加工和卷曲形成的。就是说,外来粒子一旦闯入原子核这种卷板机式的入口处,那么,这些粒子就被原子核中高速度转动的质子中子加工和卷曲成围绕原子核转动的绕核电子,这应该就是绕核电子形成或产生的原因,
原子核就像一台永远工作中的卷板机,可以不断把外来碰撞进来的粒子卷曲成绕核电子。如此这般,原子核周围的绕核电子就会越来越多,由于绕核电子与原子核之间是两个独立存在的物质,所以,尤其在热运动的环境中,这些绕核电子会与原子核发生碰撞,而碰撞后绕核电子就会被原子核碰撞出绕核轨道或碰撞出物体之外。所以说,原子应该是,一个不断吸收外来粒子又不断向外抛射粒子的一种机械工作性质的存在状态。
我们知道,卷板机的棍杠存在不同的质量,大小,长短和粗细的问题。所以,不同粗细滚杠的卷板机会卷曲成不同直径或半径的圆形钢板。那么,质子中子是否也存在不同的大小,长短和粗细的问题呢?是否也能把外来粒子卷曲成不同直径或半径的绕核电子轨道呢?当然,我们应该这样认为,所以说,构成原子核中的质子中子由于存在质量,大小不同,长短和粗细不同的问题。所以,原子核或原子一般的模样不是转动的球模样而是转动的棒模样。
我们知道,棒模样存在棒的两端和棒体,而绕核电子不可能在棒的两端方向存在,或者,不能在原子核上下左右的四周方向随意转动,而只能在围绕原子核的棒体面周围有规律和有方向性的转动着。
我们知道,卷板机卷曲成的钢板存在一定的旋转方向性。所以,在每一个原子中,其绕核电子都会向一个方向转动着,都是在原子核棒体腰的部位转动着,形象一点说,就像一个人在腰部转动呼啦圈那样,人就像原子核,呼啦圈就像绕核电子。
我们知道,卷板机棍杠由于粗细不同,卷曲形成的圆桶钢板直径大小也不同,同理,在原子核中,棒体越细的质子中子,围绕原子核转动的绕核电子的轨道直径就越小,反之就越大,所以,不同元素的原子由于其原子核中的质子中子粗细不同,其原子直径或半径的大小也是不相同的。
元素周期表虽然揭示了,同族元素从上到下原子的半径不断扩大,同一周期的主族元素其原子半径与原子序数的增加而减少,但是,元素周期表只是揭示出是什么?没有解释出为什么?而以上的这种物理分析,推理或假说却能够很好地说明或解释为什么不同的元素原子存在不同的直径或半径问题。
我们知道,原子核中的质子中子由于存在长短,所以,原子核吸收外来粒子的数量也就会有所不同,一般来说,质子中子棒体的长度与吸收外来粒子的数量成正比,就是说,原子核中质子中子的长度越长,原子核周围绕核电子的数量就越多,或者说,绕核电子的轨道厚度就越厚,当然,众多电子在同一轨道上的数量就越多。就像一个人可以转动一个呼啦圈,同时还可以转动许多个呼啦圈一样,所以,原子核中质子中子的棒体长度与绕核电子或呼啦圈的数量成正比。另外,由于不同元素原子核中质子中子的长短不同,所以,不同元素的原子核或原子的厚薄也不同,就是说,把同一种元素的原子单个有序的组合排列在一起,其厚薄是不同的或绕核电子轨道的宽窄是不同的。
我们知道,相同元素的原子组合排列在一起,还会存在不同的密度,一般来说,原子核中质子中子的棒体越细或聚合在一起的数量越多,原子相互结合起来的物质密度就越大,这是因为,质子中子的棒体越细,原子核加工或卷曲出来的绕核电子轨道的半径就越小,这样众原子靠在一起或组合排列在一起之间的距离就越短,所以,原子之间的密度就越大。这里说的密度是指,众原子靠在一起的密度,而目前科学界认知的密度是,在相同的单位体积中,物体的重量越重,其密度越大。这是两种不同的密度概念,一个是从微观的角度,一个是从宏观的角度认识的。
我们知道,不同元素的原子存在不同的溶沸度,这种不同与原子的厚薄或原子棒体的长短,粗细有关,一般来说,原子的厚度越厚或原子核中质子中子的棒体越细,其元素原子的溶沸度就越高,这是因为,原子越厚其周围绕核电子的数量就越多,原子核中质子中子的棒体越细,绕核电子的轨道半径就越小,这样原子之间组合排列在一起的紧密度就越牢靠,当然,热分解时需要的温度就越高,从而显示出不同的溶沸度。一般来说,原子核中质子中子的细长度与其构成原子的溶沸度成正比。
我们知道,不同元素原子从宏观的角度看,存在不同的金属性或非金属性,所谓金属性是指,众多同一元素的单个原子之间靠在或组合排列在一起能形成宏观意义上的物体。而非金属性元素的原子是因为,原子的厚度薄,原子中绕核电子相对稀少或绕核电子的轨道过大,所以,在热运动的环境中,同一元素原子不容易较大规模的靠在一起形成宏观意义上的物体。而那些在常温下呈现气体的元素原子,其原子厚度更薄或原子中的绕核电子更稀少或绕核电子的轨道更大,所以,原子之间更难大数量靠在或组合排列在一起形成宏观意义上的物体,这就好比,金属性强的原子就像火柴棒,在某种力或热力的作用下很容易整齐划一组合排列在一起,从而形成宏观意义上的物体,而那些厚度薄的原子即,棒体短的原子或火柴棒,很难在热运动的环境中,单质的元素原子大数量组合排列在一起,形成或构成宏观意义上的物体。这些厚度薄的原子大都只能与不同元素的原子组合排列在一起,以化合物的形式存在。
其实,所谓金属性与非金属性的区别不是多大,关键是,是否同一元素的原子可以大数量组合排列在一起形成宏观意义上的物体。当然,一些原子厚度薄的原子,如果在某种条件下也能大数量的组合排列在一起,形成宏观意义上的物体,也可以呈现金属性。比如,金属氢,金属硅等元素原子。
我们知道,不同元素的原子核中,质子中子的数量是不同的,由于这种不同导致元素原子的化合价数也不同,就是说,同等数量的质子中子构成的原子核才能显示相同的原子化学性质。或者说,化合价是显示原子之间结合或组合在一起的一种功能性表现,所以,一价的元素原子,其原子核中的质子中子数量是相同的,二价,三价,四价等等相同化合价的元素原子,其原子核内部的质子中子的数量都是相同的,就是说,原子序数的增加并不一定是,原子核中质子中子的数量增加,有时只能表明原子核中单个质子中子的质量不同。当然,价数越高的元素原子其含有的质子中子数量就越多。或者具体说,钌,锇等元素原子,其原子核中含有的质子中子数量最多。
什么是化合价呢?如何从直观物质或粒子运动的角度认识化合价呢?
首先我们应该理解原子或物质是如何结合或组合在一起的?
我们知道,物质世界中只是存在物质和它们的运动,所以,物质之间的结合或组合只能从物质运动的形式中去分析和认识。
我们知道,原子是由原子核与围绕其转动的绕核电子构成的。这种原子结构如何使两个原子结合或组合在一起呢?根据物质运动是物质之间结合或组合在一起的认识,我们只能从绕核电子的运动形式中去分析或认识。
绕核电子其实就像一个运动的围栏,可以把原子核围在其中,绕核电子可以把一个原子核围在其中,那么在某种情况下是否可以把两个原子核围在其中呢?当然有这种可能,如果两个原子或原子的绕核电子转动方向一致,在某种力的作用下就可以把两个原子的绕核电子和电子轨道叠加在一起,形成围绕两个原子核转动的新结合体或组合体,目前科学界把这种结合体或组合体称之为,分子。
所以,围绕一个原子核转动的绕核电子,称之为,绕核电子,围绕两个原子核转动,电子轨道又叠加在一起的绕核电子,可以称之为,键或原子键,键其实就是电子运动的一种轨道形式,而键力却表示,两个原子核或原子要想分离就必然与围绕它们叠加在一起的绕核电子发生碰撞,而这种碰撞或相互作用力,就是所谓的键力。所有力的行为或现象都是在物质之间的相互作用中表现出来的。
我们知道,一价的元素原子只有一个可以叠加在一起的绕核电子轨道,两价元素原子就存在两个不同方向位置的绕核电子轨道,三价四价的元素原子就存在不同方位的三个四个绕核电子轨道,等等。所以,两价元素原子可以同时与两个不同的元素原子结合或组合在一起,三价四价的元素原子就可以同时与三个四个不同元素原子结合或组合在一起,如此等等,众多不同的元素原子可以结合或组合成一个比较大的分子。所以,所谓化合价其实就是一个元素原子存在几个不同位置的绕核电子轨道的问题。
我们知道,原子核与绕核电子是两个独立的物质或粒子,所以,在某种热运动中,原子核可以把绕核电子碰撞出绕核轨道,碰撞出绕核轨道的电子,我们一般称之为,自由电子。自由电子的运动轨道也是环形轨道,只是运动的轨道比较大而已,而这种比较大的运动轨道可以把更多的原子分子围绕在其中,形成宏观意义上的物体。我们可以把这种由自由电子形成的键,称之为,分子键。
原子键与分子键的不同在于,原子键形成的物质或分子与构成其内部的原子在性质或功能方面是有所不同的,而分子键形成的物质或物体与构成其内部的原子或分子在性质或功能方面是相同的,或者说,分子键只是把原子,分子或物质笼络在一起的一种形式或力的行为。
我们知道,如果绕核电子与原子核发生的碰撞比较强烈,那么,绕核电子就可能被碰撞出物体之外,这样,在物体周围空间就会形成有群粒子运动的行为或现象,这种在物体周围有群粒子运动的空间,目前科学界称之为,场。所谓场其实就是,物体或场源物体周围空间由于存在不断的粒子运动,所以就形成了具有某种作用力行为或现象的空间特征。一般来说,场源物体的质量越大,场源物体周围空间运动的自由电子或粒子就越多,距离场源物体周围越近的空间,其运动的自由电子或粒子就越多,当然,运动越多的粒子作用能力就越大,所以,牛顿的万有引力认为,引力的大小与两个物体的质量成正比,与两个物体的距离平方成反比。
一般来说,所有由原子或分子构成的物体周围都存在场,这种场称之为,物质场或引力场,而所谓的磁场,电场只是场源物体向外发射粒子的方式不同,或群粒子在物体周围整体运动的形式不同而已。关于键或场我在其他文章中有这方面比较详细的探讨或论述。这里就不多说了。
我们知道,一种理论或假说的正确性与其解释相关问题或物质行为,现象的数量成正比。上述关于对原子核,原子结构的物理分析或假说还能解释物质世界中哪些问题或物质的行为或现象呢?
一,可以解释或说明能量的问题。
什么是能量?能量其实就是,运动的物质在与其他物质发生作用时所表现出一种力行为大小的量。上述关于原子核,原子结构的物理分析或假说使我们了解到,能量存在两种不同的形式,一种是物质在转运动时表现出来的能量形式,即,转动物质在与其他物质发生作用时所表现出一种力的行为大小的量。我们可以把这种能量形式,称之为,物质的转动能或微观世界中物质的内能或暗能量。另一种是,物质在平运动时表现出来的能量形式,即,平运动物质在与其他物质发生作用时所表现出的一种力行为大小的量。我们可以把这种能量形式,称之为,物质的平动能量或宏观世界中表现出来的一种显能量。
目前科学界对能量的产生有一种错误的认识,认为,物质可以转化为能量。其实所有爆炸产生的能量都是微观物质的转动能量转换成宏观物质的平动能量的一种过程或结果。
物质世界中物质的动能量是守恒的,即,物质的运动量是守恒的,同样道理,物质在相互作用中其表现出的能量也是守恒的。不过这种守恒是两种不同能量形式的整体守恒,而不是物质和能量的混合守恒。
一般来说,物质的转动能量转换为物质的平动能量,称之为,能量的释放。物质的平动能量转换为物质的转动能量,称之为,能量的吸收。物质只有吸收了能量即,转动能量,才能释放出能量即,平动能量。所以,目前科学界一些人认为,核裂变可以释放能量,核聚变也能释放能量,这种认知是错误的。关于核能或普通爆炸能产生或形成的原因,我在其他文章中有比较详细的探讨和论述,这里就不多说了。
二,还可以说明或解释吸引力问题。
我们知道,物质不接触是不可能发生物质之间相互作用的,所以,所谓引力作用或电磁相互作用都是通过第三方物质与对方发生相互作用的,就像两只军队可以通过发射子弹,炮弹或导弹远距离发生相互作用那样。前面说过,原子核可以把绕核电子碰撞出物体之外,从而在物体周围空间形成或表现出有某种力作用的场,
我们知道,碰撞出物体之外的电子仍然以环形轨道运动。物质的或粒子的环形轨道运动至少与其他物质会发生两种不同力的作用方向,就像我们抛回旋镖那样,刚出去的镖碰撞到一个物质,这个物质就会远离我们,从宏观的角度看,好像是两个物体之间发生了排斥力,如果镖在回程中碰撞到一个物质,这个物质就会靠近我们,从宏观角度看,好像是两个物体之间发生了吸引力,所以,单从两个宏观物质的角度看,我们会误认为,两个物质之间发生了相互排斥或吸引作用。其实,物质世界中根本不存在什么吸引力作用,所谓吸引力只是物质之间通过相互发射粒子所产生的作用而出现一种反方向排斥作用力。所以,吸引力属于反方向排斥力的范畴。关于吸引力方面的问题,我在其他文章中有比较详细的说明或解释,这里就不多说了。
三,还可以说明或解释电是什么的问题。
前面说过,原子可以整体看成是一个高速度转动的粒子,因此,原子本身存在转动能或转动能量。由于,不同元素原子的原子核中,质子中子存在质量,粗细和长短不同,所以,在相同外力作用下,不同元素原子其原子核中质子中子的转动速度是不相同的。由于转动速度不同,因此,被原子核卷曲出来的绕核电子在轨道上的运动速度也是不相同,就是说,不同元素原子其本身存在的转动能或转动能量是不同的。当然,一部分原子在外力如,摩擦力或磁力的不断作用中,会增加自己的转动能量,当这部分高速度转动能的原子与低速度转动能的原子接触时,原子之间就会发生转动能量的传递或转移。传递或转移的那一部分转动能量,我们应该称之为,电。而原子之间转动能量的传递或转移过程,我们应该称之为,电流。电力不是什么电子在导体中定向运动的力,而是原子之间动能量传递或传输的一种力的表现。关于电的问题,我在其他文章中有比较详细的论述,这里就不多说了。
四,还可以说明或解释物体的硬度问题,
前面说过,转动棒体的原子,其绕核电子只是在棒面的方向转动,棒的两端方向是没有绕核电子的。如果原子之间的组合排列,让原子棒的一端面统一向外,这样,组合排列在一起的物体表面就非常硬,因为,其他物体碰撞这个物体的表面是众多原子的原子核,而不是围绕在其周围的绕核电子或其他电子。比如,都是碳原子组合的物体,金刚石为什么表面如此硬,而石墨为什么如此软?原因就是,金刚石物体的碳原子组合排列一起就像一张张叠加起来报纸,表面都显示着原子核棒体一端的面,而原子核具有很强的硬度。而石墨就像一堆碎屑的报纸,当然石墨就不存在什么硬度了。物体的硬度与物体单位表面露出原子核一端面的数量和密度成正比。所以,物体的硬度就是原子在不同的组合排列形式中形成物体的一种整体特性。
当然,还可以说明或解释许多相关的许多物理,化学或材料结构等方面的问题,由于篇幅问题,这里就不多说了。
总之,我们应该认为,物质世界中物质的存在和物质运动的规律是统一的,无论是宇观,宏观还是微观。所以,我们有理由相信,依靠人类理性的分析和已知的宏观物质的存在和物质运动规律,去直观,形象地探讨或认识宇观世界或微观世界中物质的存在,行为或现象。


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