原子核结构和原子能   

                                                              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？

关于核物理的问题有4个，以下按原题号进行阐释，摘要如下。

37.中微子是其自己的反粒子吗?

科学巨匠猜想是中微子带走了原子核衰变部分能量。可是直到今天物理学都没能够回答能量是什么，能量蕴含在哪里？凭什么说是粒子（中微子）携带走了能量？

先来说说中微子。一百年前对放射性的研究中发现，β衰变过程中，电子带走了总能量的一部分，还有一部分能量失踪了。1930年，物理学家泡利提出了假说，认为在β衰变过程中，除了电子之外，同时还有一种静止质量为零、电中性的新粒子放射出去，带走了另一部分能量。这种粒子与物质的相互作用极弱，以至仪器很难探测得到。之后，泡利预言的这个窃走能量的“小偷”就命名为中微子。

显然，现在讨论的中微子，涉及到来自原子核的能量藏在哪里、如何被盗。

上一篇文章，讨论质子衰减，研讨了核内最显著的信息-核内放射出的三种射线，揭示了原子核的结构，并不涉及中微子。现在依据原子核的结构来探讨其能量、探索中微子就比较顺理成章。

确实，原子核蕴含着巨大的能量，核裂变-原子弹人人皆知，所以核物理也叫做高能物理。

要探讨核的能量，首先就应该探索能量是什么，以什么形式隐藏、呈现？知道了原子核的结构，探讨核内巨大的能量蕴含-隐藏在哪里、如何衰变、之后以怎样的形式释放出来？这个来历不明的中微子是怎样隐藏和逃跑。

能量是什么？在我之前的文章做了讨论，现在把其中部分结果摘录如下：（之前看过《能量是什么？》的朋友这一段可以跳过）

在中学我们就学了各种形式的能量-动能、势能，电能、化学能、太阳能；学习了能量转换、能量守恒。但是能量是什么，能量是怎样转换？能量为什么会守恒？一直是困惑科学界的自然之谜。

我们在火光中发现：物质温度高时核外电子速率高、跃迁发出高频光波；反之，温度降低时电子速率下降、跃迁发出光波的频率随之下降。核外电子的运动速率随温度有规律地变化，物质吸热温度高——核外电子速率升高。这是一个被当今物理忽略的重要细节。[1]

 由此论证：温度——电子的运动速度；热能——核外电子的动能。回答了热是什么，在热能与核外电子运动之间建立关联。

在近代，人类发现发明了电能。电能来自电流——电子的（宏观）运动。在电动势-电压的作用下，电子运动形成电流。很明显是电子的运动携带了电能，电子运动是电能的载体。

电能可以与热能、化学能、光能等相互转化，那么，这各种微观的能量也应该与电子运动相关。

我们知道，物质内最活跃、最明显运动的是核外电子，那么“物质内运转的电子会不会是这各种微观能量的载体？”这是一个逻辑明析的思维方向，我们的探索之门当然应该由此打开。

核外电子本来就在绕核运转着，电子质量不大、速率却很高，大自然用电子的运动速率携带能量，用电子的运动方式的不同实现能量转换（见下表）。因为转换前后的能量都是电子的运动，由一种电子运动形式传递、转换成另外的运动形式，所以总量不变——能量守恒。

 关注核外电子的规律运动，能量问题迎刃而解，能量的天问就有了回答：物质能量是电子规则运动的动能，能量蕴含在电子规律运动的速率之中，能量蕴含在电子跃迁辐射的电磁波之中，能量由电子的运动进行传递、转换。

  （回顾到此）

综上所述，物质的能量蕴含在核外电子运动及其辐射的电磁波之中，可以形成宏观的热、光、电、化学能、生物能、机械能等各种能量并且相互转换，常规能量都与核外电子的运动密切相关。联想到核能-来自核内的能量，应该是与核内质子、电子的运动密切相关——逻辑明晰。

上一篇文章谈到了核结构，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，那么这些核内环绕质子极速运转的电子的动能就构成了巨大的核能。 

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，核内的氦核、核元、中子，也是在高速旋转运动着，在这些运动中必然蕴含巨大的能、力。

可见，核内能量存在于1.核内电子以极高的速率环绕质子运转、构成氦核、核元、中子的运动之中；存在于2.核内的多个氦核、核元、中子的高速旋转的运动之中。

当放射性物质发生裂变时，部分氦核发射出来-形成α射线-氦核的粒子流；中子解体、质子与环绕的电子散伙，电子跃迁辐射频率极高的电磁波-γ射线；发射出的电子流-形成β射线。所以，裂变的能量就是来自这些粒子之前的运动、来自跃迁所辐射的射线、高频电磁波。

再来看中微子理论：β衰变是核内一个中子衰变成一个电子、一个质子，和一个中微子，是中微子带走了能量。可是中微子1、不是电子、质子的运动；2、不是辐射的电磁波；3、没有发现中微子能量守恒、转换，谁也不知道中微子把能量“偷”到了哪里？看来猜想的中微子携带能量的理由不充分。

如果没有中微子，β衰变的能量“迷失”到了哪里？

物质在β衰变辐射电子的同时辐射出X射线，X射线是电子跃迁辐射的高频率电磁波，是正统的能量携带者。那么β衰变中并没有能量丢失，而是转换成为X射线辐射。大自然让电子跃迁辐射出X射线携带能量，绝不会再弄一个中微子携带能量。中微子并不存在、只是一个猜想。当然，也就没有必要讨论中微子是其自己的反粒子了。

β衰变，中子解体、电子逃逸。因为在核内有众多的质子，电子还是比较受欢迎，在核内有一个挽留缓存的过程，然后在β衰变的大趋势下从整体材料中均匀释放，所以β射线能谱连续，跃迁的韧致辐射X射线产生连续谱，β衰变半衰期规律。

重核裂变导致原子核重组，所以氦核是随机地从放射性材料核内中发射，同时辐射伽马射线，所以裂变中α射线、γ射线是不连续的。氦核运转伴生的高频电磁波以X射线频率发射，所以也是不连续的。

综合物质核内、核外能量存在和转换得知：自然界的能量是存在于电子、质子的运动中、以及辐射的电磁波中，能量守恒、能够相互转换。

原子核半径比原子半径小数百万倍，核内电子速率比价电子大数百万倍，所以跃迁的γ射线频率比一般核外电子跃迁（红外线）频率高数百万倍。所以原子核的结合力（强力）很大、结合能很大，核能比一般化学能的能量密度要大数百万倍。一旦发生核爆炸，这些蕴含的能量瞬间、大量、连锁地涌现，释放出巨大的原子能。

原子能是以上核内结构和核内电子极速运动的总合，都是有具体的来源的。那个质能方程 E=MC²  只是对核能量的数字估算，并没有解读核能形成的机理和准确的来源。

到此，有朋友会问：人家中微子已经找到，前前后后得了几个诺贝尔奖，你凭什么说中微子不存在？看到那么多学者那么努力地日以继夜地寻找中微子，我真希望他们的付出会有收获。

但是文献介绍：中微子 是一种基本粒子，不带电，质量极小，与其他物质的相互作用十分微弱，在自然界广泛存在。太阳内部核反应产生大量中微子，每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计。

中微子的这些普遍与寻找中微子的稀罕，形成巨大反差，令人疑窦丛生。既然中微子在自然界如此广泛存在，那么就应该俯拾皆是，为什么全世界探索中微子的过程是如此艰难？中微子既然携带能量，那么就应该在自然界进行能量转换，中微子究竟把能量带到了哪里？

还有，中微子神通广大、能够瞬间穿越地球，也是过于神奇。所有粒子都应该有其约束，服从一定的场。中微子由核内发射还能够进入其它有强力场的核内自由穿越，没有逻辑。

自然物质的能量存储在电子、质子的运动和辐射的电磁波之中，不会另外为β衰变的能量设立携带能量的粒子。对β衰变的再分析，大自然已经让电子跃迁辐射出X射线-电磁波携带能量，绝不会再弄一个中微子。

2018/12/6

 [1]晏成和，热是什么，科学网

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1110189.html