敢来挑战么？（五）（原子的核结构和质子衰减）

                                                   晏成和

《SCIENCE》杂志，发表了全世界最前沿的125个科学问题 。《科学前沿》在转载时扔下一句话：敢来挑战么？

关于核物理及质子问题有4个，以下按原题号进行阐释，摘要如下。

33.质子会衰减吗?

质子有可能会衰减。但是在大量的水中寻找衰减质子，是缘木求鱼。

问题来自于质子，但是自然界的质子基本上是蜗居在原子核里，由原子核来表达其存在和作用功能。那么，就先来探讨原子核的基本构成、结构、场和运动，然后再解读以上问题。 

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放射现象-从放射性元素原子核内放射出的三种射线：

α射线，氦原子核的粒子流。

β射线，高速的电子流。

γ射线，频率极高的电磁波。

这是大自然提供原子核内的蛛丝马迹。

α射线，由4个质子2个电子组成，2电子以极高速率环绕4个质子旋转，稳固、结合能极大。质量是氢原子的4倍，与氦元素原子核相同，所以也叫氦核。α射线说明在原子核内的质子、电子是以一定的结构动态存在着，结构极为稳固，甚至是在核爆炸时氦核也不分离。

除氢气外，所有核内质子、电子首先是结合成氦核结构，再组合成原子核。

β射线，是电子流，说明原子核内也存在着高速运转的电子。在放射性辐射中被高速放射出来。

γ射线，是核内电子振动发出的频率极高的电磁波。高频电磁波告诉我们，原子核内存在着运转速率极高的电子，是电子跃迁辐射的电磁波。原子核是原子直径的万分之一，所以核内电子运转半径极小、速率极高，达到每秒3X10^18转，因而跃迁时辐射出γ射线。

（电磁波形成：参看博文 光来自哪里？）[1]

三种射线，标识着核内部分结构解体，带出来核内信息。正是因为核内电子速率极高，所以原子核结合能很大。按平方反比计算，原子核的内聚力比核心的核外电子的作用力要大一亿倍！所以显现为强力。

除氦核结构之外，物理学还发现了1个电子绕1个质子旋转结合而成的中子。单个的中子是不稳定的。常常结构是1个电子环绕两个质子，形式有点像结构元，[2]或者叫核元，两个核元结合成一个氦核。核结构的组成和运动，将是核物理研讨的重要课题。

（结构元：参看博文3、核外电子的运动与物质结构） 

一百年前，人们探索到了原子核内有中子、质子，直至今天都认为这些粒子是像红豆、黄豆一样混合成团地挤在一起（图一），这种认识是粗浅的。

           图一  现在物理学中的原子核 （图片来自百度）

放射现象揭示了原子核内发出的秘密，这是大自然提供的蛛丝马迹。可是总有研究者对大自然提供的重要线索浅尝辄止、未能深入探讨氦核与原子核结构。一味用巨大昂贵的粒子加速器轰击原子核，找寻支离破碎的粒子。坐失了研讨核内结构和探讨核能的良机。

科学前辈研发、制作了元素周期表，让我们知道了所有元素有序的周期存在，核外电子分层按2,8,18…规律排列的原子结构。之后，核物理学也精确地测定了所有元素的原子量（标明在周期表内），于是我们就能够了解核内质子数和氦核、核元的数量，能够大致判断该原子核的基本性质及稳定性。如：铀235中有一个中子落单，不能组合成核元，所以铀235不稳定，容易形成裂变，铀238的质子全部组成氦核和核元，因而很稳定。铀238吸收中子变成铀239，就又不稳定了。

（非放射性元素另题讨论）

质子、电子是构成原子核的基材，百年来，物理人认为质子带正电荷、电子带负电荷，核内正电荷吸引核外电子构成了原子。科学对质子和电子的探索止步于早年权威的结论。

可是在原子核内，质子相距很近、只有核外电子距离的万分之一，如何能够相安无事的挤下几十个携带正电荷的质子，同性相斥的巨大斥力哪里去了？面对质疑，日本的汤川秀树提出介子理论，尽管该理论得了诺贝尔奖，还是不敢恭维。大自然不会先让质子带上正电荷，产生了很大的斥力，再去搞一些神奇的介子在其中调和，巨大的斥力怎么调和？

可见质子携带正电不是自然真实，是早年错误的猜想、是比照生物学产生的错误的联想。之后的介子是一个臆想的胡说，其作用是去掩盖前面的胡说-质子携带正电荷。

事实上质子根本没有携带电荷，质子对电子不是异性相吸，而是大自然赋予质子伴生着专门的质子场，这个质子场是多功能的：1、能够定量地吸引电子、平衡电子的场；2、对所有的场粒子（电子、质子）都有吸引力——质子场力，简称质子力；3、质子场力没有边界，只能有聚合功能、因而质子的引力场不能屏蔽而只能叠加，由此才有万有引力、才有自然界的万物相聚。

核内质子对电子存在巨大的引力，导致了核内电子以极高的速率环绕质子运转，这才构成了氦核、构成了核元和中子，构成了核内部巨大的核能。

同理，在核内多个氦核之间：存在着质子之间、质子与相邻电子的吸引力，存在着相邻电子之间的斥力。在这么多动态力的作用下，核内的多个氦核必定是相互作用动态的高速旋转运动着，也就是核内氦核、核元、中子，必然蕴含巨大的能、力。

我在自组织文章中说到：物质所具备的这种“能、力”， 是物质分子的化学存在和化学自组织的基础和根、是活力、是实施自组织行为中运动变化的动力。那么蕴含巨大“能力”的氦核，当然有着极强的核内自组织能力。核内的几个、几十个氦核绝不会像红豆、黄豆一样的挤在一起。必然会在相互作用中相互调适，形成和谐、合理的动态的自组织。[3]

首先，氦核是4个质子紧密结合的四面体。这个氦核周围可以均匀环绕稳定旋转最少的立体是4个氦核，并分布在一个较大的四面体的顶点。在这四个氦核的外层球面可以均布9个氦核，这样就形成了原子核内氦核1,4,9,…几何分布。因为有“能力”，这些均匀分布的氦核是在高速运转的。（图二）

由于每个氦核还有吸引2个核外电子，于是成就了核外电子的分层的排布是核内氦核的两倍，就是核外电子的按能级2,8,18…的几何分布，以及高速的运转，这也是说元素周期表中的核外电子的“能级”和排布是核内氦核自组织的展现。核内一个氦核牵动着两个核外电子，核外电子是氦核手里的风筝，核内核外存在着严格的系统性，核外电子的分布、旋转运动是氦核在核内早就就已经决定了。

       图二  中子 核元 氦核以及在核内的分布

了解了原子核的结构，质子就存在、运动在核内，再来讨论质子会不会衰减。质子是基本粒子，衰减之后不能形成别的什么，衰减就是活力消失-消亡，衰减的过程是先衰、后消亡。那么，我们找寻衰减的质子就应该在活力消失的分子-原子-原子核-质子中去探索。

有文献记载：70年代，理论物理学家认识到“大一统理论”的理论暗示：质子必须是不稳定的．只要有足够长的时间，质子是会分裂的。办法是捕捉到正在死去的质子，许多年来，实验人员一直在地下实验室中密切注视大型的水槽，等待着原子内部质子的死去。但迄今为止质子的死亡率是零，这意味着要么质子十分稳定、要么实验自身有问题。

活力消失、老态龙钟的原子在哪里？显然核外电子的速率越高、该物质的活力越大。我在《物质的相变》文章里说到：温度高核外电子速率高-物质呈气态，温度降低核外电子速率下降-物质呈液态，温度最低核外电子速率很低、活力最小-物质呈固态。

可怜的实验人员不知道液态的水活力正健，在大型水槽中等待原子内部质子的死去，无异于在中学生中寻找老年痴呆，一来是耗费了年华，二来是得到错误的结论。要寻找质子的衰减只能在古老的冰层、岩石、沙漠之中。

文章开头说了氦核结构极为稳固，甚至是在核爆炸时氦核也不分离。氦核是不会衰减的，核元也不会衰减。质子会不会衰减，结论应该在正确的实验的结果之后。

                                         2018/11/18

[1]晏成和，科学网博客《光来自哪里？》

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1116906.html

[2] 晏成和，科学网博客《物质是怎样构成的？》

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1094685.html

[3] 晏成和，科学网博客《化学自组织怎样形成？》

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1138278.html