从化学与物理的交叉入手，探讨核子结构
吴家荣
内容摘要
教科书上给出的原子核结构多为球形结构。如下图所示：
这种球形结构的质子和中子，不可能做到和元素周期表中的元素原子以及它们的同位素相互对应。为什么惰性元素都是稳定的？上述核子结构回答不了。
笔者在《二十世纪物理学批判》（科学技术文献出版社，2013年6月），续集《冷聚变宇宙的探讨》第四章“元素原子形成的冷聚变机理”中，从电子、质子和中子形状都具有类似银河系的铁饼形状入手，探讨核子结构，发展创新核子物理学。完美解释了元素原子，同位素及惰性元素稳定结构的力学机制。
关键词 冷聚变 磁力塌缩 电力塌缩 引力塌缩 核子结构 中子质子串
第一章 冷聚变的宇宙假设
§１.1 对宇宙大爆炸理论的质疑
我们探讨的宇宙，应该是整体而不是局部。宇宙大爆炸理论认为爆炸产生于奇点，奇点是什么？传统主流专家们从来没有说清楚过。一个小小的奇点竟然能爆炸出整个宇宙的物质和能量，这威力多么巨大。
如此巨大的爆炸威力，那么爆炸出来的细碎多呢？还是大块头多呢？经验告诉人们爆炸威力越大，爆炸的碎片越细小。但传统主流专家却说，轻元素是重元素裂变、衰变来的，是在告诉我们小是从大变来的。宇宙大爆炸竟然是首先爆炸出大块头，这不值得质疑吗？
假说、理论都不能反经验、违理性。假设一个莫名其妙的奇点，爆炸出一个热宇宙再来冷却。不如假设一个原本就充满着光子的冷宇宙海洋（3K背景辐射），一切元素、物质、星球、星系都是由光子冷聚变而来。磁力塌缩电子形成；电力塌缩原子形成；引力塌缩宇宙形成。大块头是由细小聚变形成的，形成后的大块头再裂变、衰变回去就理所当然了。细小产生了巨大，局部组成了全局，简单构成了复杂，这才符合逻辑。
首先有冷聚变，然后才能有冷裂变，首先有形成，然后才能有瓦解。宇宙的形成就是个冷核逐步聚变的过程。
宇宙没有中心，宇宙的地心论、日心论、银心论都是错误的，宇宙大爆炸的奇点中心论也必然是错误的。
§１.２ 我们的宇宙是怎样形成的？
任何一门学科都有公理，公理是无需证明，也无法证明的。
数学有公理（特别是几何学），哲学有公理，物理学当然也有公理。
物质、运动、空间、电荷是客观存在的。“带有电荷的物质在空间中运动”，这就是我们这个世界的公理。
光子是我们这个宇宙的物源，基本粒子是由光子冷聚变形成的，我们的宇宙是由基本粒子冷聚变形成的。
磁力塌缩基本粒子形成，电力塌缩元素原子形成，引力塌缩太阳系、银河系、河外星系，整个宇宙形成。
当光子通过磁力塌缩，冷聚变形成电子后，电子就成了宇宙的主角。
当电子通过磁力塌缩，冷聚变形成中子、质子后，中子、质子就成了宇宙的主角。
当中子、质子通过磁力塌缩，冷聚变形成氢（氕、氘、氚）核和氦核（α粒子）后，氢核和氦核就成了宇宙的主角。
中子、氢（氕、氘、氚）核和氦核（α粒子）再通过磁力塌缩，冷聚变成形形色色的同位素核子。
核子通过电力塌缩捕获电子，冷聚变成形形色色的元素原子。
磁力塌缩基本粒子形成，中微子、电子、介子、质子、中子等等都是由光子冷聚变逐步形成的；所有原子核也是由磁力塌缩冷聚变形成的；电力塌缩元素原子形成，所有元素原子都是由核子捕获电子，通过电力塌缩冷聚变形成的；引力塌缩太阳系、银河系、河外星系、整个宇宙形成。
今天的宇宙就是个冷热裂变聚变时代，化学时代和万有引力时代的共存时代。
§１.２.１ 宇宙初始是个光子的海洋
正电光子和负电光子示意图
初始宇宙中充满正电光子、负电光子；以及正电光子对、负电光子对；异荷光子对。光子有自旋，而光子是带电粒子，所以正荷光子，负荷光子，正荷光子对，负荷光子对，异荷光子对都具有磁矩。光子运动产生运流磁场，光子自旋产生自旋磁场。
一、正电光子：
磁矩：
二、负电光子：
质量：
电荷：
磁矩：
三、正荷光子对：
质量：
电荷：
磁矩： 自旋磁矩＋轨道磁矩
半径：
磁电平衡势力范围：
四、负荷光子对：
质量：
电荷：
磁矩：自旋磁矩+轨道磁矩
半径：
磁电平衡势力范围：
五、异荷光子对（中性光子、γ 粒子、最小质量光中微子）：
质量： 2m γ＝1.4745282×10－50［公斤］
电荷： e ＝0
磁矩：（磁力）
半径：
这里所说的光子是根据“普朗克能量子”理论和物理学公理“带有电荷的物质在空间中运动”，提出的具有质量、电荷、自旋和磁矩的单个光子。（参见笔者《二十世纪物理学批判》P135，P136，P137。科学技术文献出版社，2013年6月）
这种单个光子，能量是量子化的，质量是量子化的，电荷同样也是量子化的。
这种单个光子，质量、电荷和磁矩都非常小，现有探测设备对它进行探测时，必然会改变它的运动状态，所以微观粒子无论是直接探测还是间接换算，基本上都是测不准的。
通常我们所说的不同频率光子，应该是个系列概念，属于具有不同质量的光子集团大家庭。磁力塌缩首先形成同荷（正、负）光子对，异荷（中性）光子对，以及形形色色的光子集团（包括中微子，无线电，微波，红外线，可见光，紫外线，X射线，伽马射线等等），直到形成电子。从无线电波到可见光，再到伽马射线，波长覆盖范围几千米到
§１.２.2 磁力塌缩电子形成
电子（光子团）形状示意图：
电子就是光子在自旋磁矩和轨道磁矩的作用下，通过冷聚变而形成的，光子就是我们这个世界的物源。电子就是个光子集团，电子中包含光子总数为：
个。
一、正电子：
质量： m e＝9.10956×10－31［公斤］(0.51 MeV/c2)
电荷： e ＝1.602192×10－19［库仑］
磁矩： μe ＝2μB ＝1.85482×10－23［安］［米］2
含光子个数：1.2355899×10 20 个
半径：远小于10-18
二、负电子（β粒子）：
质量： m e＝9.10956×10－31［公斤］(0.51 MeV/c2)
电荷： e ＝1.602192×10－19［库仑］
磁矩： μe ＝2μB ＝1.85482×10－23［安］［米］2
含光子个数：1.2355899×10 20 个
半径：远小于10-16
三、正荷电子对：
质量： 2m e＝1.821912×10－30［公斤］
电荷： 2e ＝3.204384×10－19［库仑］
磁矩： 自旋磁矩＋轨道磁矩
含光子个数：2.4711798×10 20 个
半径： 由磁电平衡和高速旋转的离心力平衡确定。
磁电平衡势力范围：
四、负荷电子对：
质量： 2m e＝1.821912×10－30［公斤］
电荷： 2e ＝3.204384×10－19［库仑］
磁矩： 自旋磁矩＋轨道磁矩
含光子个数：2.4711798×10 20 个
半径：由磁电平衡和高速旋转的离心力平衡确定。
磁电平衡势力范围：
五、异荷电子对（中性 最小质量电中微子）：
质量：2m e＝1.821912×10－30［公斤］
电荷：e ＝0
磁矩：自旋磁矩+轨道磁矩
含光子个数：2.4711798×10 20 个
半径：由磁电平衡和高速旋转的离心力平衡确定。
磁电平衡势力范围应该远小于：
§１.２.3 磁力塌缩介子形成
质量介于电子和质子之间的所有微观粒子，统称为介子。介子就是个电子集团，而电子是个光子集团，所以归根结底介子也都是光子集团。磁力塌缩介子形成，它们都是电子在自旋磁矩和轨道磁矩的作用下，通过冷聚变而形成的。
一、介质子：
仿效元素原子的组成，我们从介质子开始研究。异荷电子对形成回转中心，在短程磁力的作用下，与一个正电子构成介质子。如图所示：
电荷：e ＝1.602192×10－19［库仑］
磁矩：μp ＝2μN ＝1.010250545×10－26［安］［米］2
含电子数：３个
半径：R＝0.8×10 -15 m
介氕1 H：
“介质子”中的正电子在磁场中运动，构成核的一部分。核外负电子在离介质子磁场很远的电场中，作轨道运动。距离的远近由电子的运动速度决定。
质量：m P ＝4个电子质量
电荷：e ＝０
磁矩：
含电子数：4个
半径：R＝0.8×10 -15 m
二、介中子：
质量：m P ＝4个电子质量
电荷：e ＝０
磁矩：－1.91304275 核磁子
含电子数：４个
半径：R＝0.8×10 -15 m
三、介氘核：
质量：m P ＝7个电子质量
电荷：e ＝1.602192×10－19［库仑］
磁矩：
含电子数：７个
半径：R＝0.8×10 -15 m
四、介氚核：
质量：m P ＝11个电子质量
电荷：e ＝1.602192×10－19［库仑］
磁矩：
含电子数：１１个
半径：R＝0.8×10 -15 m
五：介氦核（介α粒子）：
质量：m P ＝14个电子质量
电荷：2e ＝2.5934042×10－39［库仑］
磁矩：
含电子数：１４个
半径：R＝0.8×10 -15 m
§１.２.４ 磁力塌缩质子、中子、核子形成
磁力塌缩质子、中子形成；质子、中子又在磁力的作用下形成了各种核子。质子、中子、核子都是个电子集团。它们都是在自旋磁矩和轨道磁矩的作用下，通过冷聚变而形成的。
一、质子：
质量：m P ＝1.672621637（83）×10-27 [千克]
电荷：e ＝1.602192×10－19［库仑］
磁矩：μp ＝2μN ＝1.010250545×10－26［安］［米］2
含电子数：1837个；含光子数1837×1.2355899×10 20 个＝2.2697786×1023个。
半径：R＝0.8×10 -15 m
磁电平衡势力范围：
（一）、质子模型一
面包圈或者涡旋星系型，一个正电子位于涡旋中心。如图所示：
（二）、质子模型二（质子构造更倾向于模型二）
铁饼型或者银河系型，一个正电子位于外侧磁场中。
因为质子和电子的磁电平衡距离为：
这个正电子理论上应该在这个距离上绕中心旋转。这和实验测得的质子半径基本相符。所以质子的内部结构更倾向于“质子模型二”，铁饼型或者银河系型。如图所示：
而氢原子的电子绕核旋转的轨道半径
正电子在内侧磁场中运动速度大，负电子在外侧电场中运动速度相对较小，正负电子在轨道上时而接近，时而远离，在电力的作用下，就造成了轨道振荡。轨道振荡加上原子回转体系能量不守恒，原子回转体系对外做功（参见《二十世纪物理学批判》P133，P173，科学技术文献出版社，2013年6月）。这是原子辐射形成光谱的真正原因。
所谓壳层理论，电子跃迁，没有说清楚力学的因果关系，都是值得商榷的。
（三）、两个质子为什么难以结合
1、在电场范围内，电斥力大于磁吸力，两质子不能结合
两个质子结合时，在电场范围内，由于正电荷相斥，磁力是短程力，电力作用大于磁力作用，不能形成稳定的“双星体系”核子。
2、在磁场范围内，质子半径或者厚度过大，两质子不能结合
两个质子结合时，在磁场范围内，由于质子的半径大于磁场作用范围，不能形成稳定的“双星体系”核子。或者质子的“铁饼状星系盘”的厚度大于磁场作用范围地，两质子也将发生“星系碰撞”，不能形成稳定的“二质子串”核子。
二、中子：
质量：m P ＝1.674927211（84）×10-27 [千克]
电荷：e ＝０
磁矩：μn＝ －1.91304275 核磁子
含电子数：1838个；含光子数1838×1.2355899×10 20 个＝2.2710142×1023个。
半径：R＝0.8×10 -15 m
磁电平衡势力范围：
（因中子与质子的质量和磁矩数值上相差不多，我们用质子代替）
中子在核内是稳定的，在核外自由中子不稳定，衰变期只有10分钟左右。中子的核内结构模型，我们先放一下。先看看氘核。
三、氘核：
这是氘核的简化画法。
质量：m P ＝3.34743×10－27［公斤］
电荷：e ＝1.602192×10－19［库仑］
磁矩：为0.857406核磁子。
含电子数：3675个。
半径：R＝0.8×10 -15 m
磁电平衡势力范围：
两个质子结合时，由于正电荷相斥，电力作用大于磁力作用，不能形成稳定的二质子串。如果这时同时捕获一个电子，这个被捕获的电子，在两个质子电荷的吸引下，加速进入“某个质子”轨道，高速运转。形成稳定的氘核。如图所示：
（一）、氘核结构模型
在冷聚变稳定氘核的过程中，负电子从核外电场中加速进入核内磁场中，并伴随着辐射能的释放。
（二）、中子衰变
当氘核中的中子从核子中分离出来，由于负电子在磁场中，失去两个正电子电力的束缚，而磁力是相斥的，高速轨道运动的负电子，将沿着轨道切线方向加速飞离，并伴随辐射光子（中微子也是个光子集团）的现象。如图所示：
上述图片，是目前资料提供的自由中子β衰变的过程。明示存在质量不守恒的问题，那个中微子是哪儿的？显然不是中子内部的。五花八门的假说和实验，都脱不了无中生有的干系。有说中微子没有质量的，光子都有质量，中微子作为光子集团，怎么会没有质量？有说能量变成质量的，能量只是物质运动的属性之一，没有物质运动哪来的能量？
笔者在论著《二十世纪物理学批判》（科学技术文献出版社，2013年6月）中详尽的论述了，在回转体系中能量不守恒，系统对外作功。伴随着核和核子的衰变所生成的所有中微子（最小质量的中微子其实就是异荷光子对），都不过是因为系统对外作功，使所有靠近回转体系的微观粒子（例如中微子），“反射”回去的结果，并非无中生有的从核子内部放出个中微子。
四、氚核：
质量：m P ＝5.02225×10－27［公斤］
电荷：e ＝1.602192×10－19［库仑］
磁矩：2.97885核磁子
含电子数：5513个；含光子数5513×1.2355899×10 20 个＝6.8118071×1023个。
半径：R＝0.8×10 -15 m
五、氦核（α粒子）：
质量：m P ＝6.69486×10－27［公斤］
电荷：e ＝2.5934042×10－39［库仑］
磁矩：约1.81496核磁子
含电子数：7350个；含光子数7350×1.2355899×10 20 个＝9.0815857×1023个。
半径：R＝0.8×10 -15 m
§１.２.5 引力塌缩宇宙形成
一、太阳系
二、双星系
光子对、电子对的形成与这些星系相似。
质子不行，因为质子半径R＝0.8×10 -15 m，磁电平衡势力范围
质子的形状像个薄薄的圆饼，质子侧面的电斥力减小了磁吸力，侧面的磁力远小于上下面的磁力。质子要通过中子，减小质子间的电斥力，结合成上下结构的中质串。如氘核、氚核、氦核（α粒子）。
三、银河系
四、宇宙
第二章 质子中子串
质子和中子是原子核的重要成分，是构成元素原子的零件之一。质子被认为是一种稳定的、不衰变的粒子。物理学家至今没有获得任何可以理解为质子衰变的实验数据。中子不带电，但中子具有磁矩，自由中子是不稳定的粒子，通过β衰变可以衰变为质子，放出一个电子和一个反中微子，平均寿命为896秒。
§2.1 质子的质量、电荷、自旋和磁矩
质子和中子是由所谓的夸克以及介子组成的，而所谓的夸克以及介子是由电子组成的，而电子又是由光子组成的，归根结底质子和中子也是由光子组成的。
质子的质量为：
(938MeV/c2)
质子的电荷为：
质子电量与光子电量比为
和电子电量与光子电量比相同。
质子质量与电子质量比为
质子带有一个正电荷，由此可见，质子中应该包含相当于918个正负旋转电子对和一个正电子。
质子质量与光子质量比为
由此可见，质子中包含有
个光子。
质子的自旋方向量子数为：
质子的自旋磁矩为：
或者仿效电子自旋磁矩的推导为：
式中
也是表示质子的自旋磁矩。
电子的反粒子是正电子，那么质子的反粒子就是负质子，负质子应该包含相当于918个正负旋转电子对和一个负电子。
质子的自旋磁矩，顺着磁场的为正，反着磁场的为负。所以电荷相反或自旋相反的，磁矩也相反。即带电粒子在磁场中的表现与两个因素有关。其一是电荷的正负；其二是自旋的转向。
中子的质量为
（939.56563MeV/c2）
中子质量与电子质量比为
中子不带电荷，由此可见，中子应该包含相当于919对正负旋转电子对。
中子质量与光子质量比为
由此可见，中子中包含有
个光子。
中子的自旋方向量子数为：
中子的自旋磁矩为：
§２.2 质子的三种相互作用力
§2.2.1 质子具有质量，因而质子间有万有引力作用
（3.1）
式中 G为万有引力常数，
§2.2.2 质子具有电量，因而质子间有电性力作用
（3.2）
式中
为质子电量；
为真空介电系数。
§2.2.3 质子具有磁矩，因而质子间有磁力作用
（3.3）
式中
为质子的磁矩；
为磁导率。
§2.3 质子间相互作用力的比较
§ 2.3.1 电性力和万有引力的比较
（3.4）
由式（3.4）知，电性力比万有引力大
数量级，质子间的万有引力是很小的，可忽略不计。
§ 2.3.2 电性力和磁性力的比较
因为质子间的电力与
成反比，而质子间的磁力与
成反比。磁力比电力的变化快，所以在某个距离上，质子间的电力可以等于磁力，由
，则有
（3.5）
解得
（3.6）
由式（2.6）我们看出，当两个质子间的距离小于
§2.4 质子的基本组态
和电子一样，质子间的万有引力太小了可以忽略。因为质子所带电荷有正、负之分，而质子的自旋有两个方向，所以两个质子间也应该和电子一样，可能有四种基本组态。
但这是不可能的。
因为质子带有正电荷，带负电荷的反质子基本上是理论上的猜测，并不多见。而质子的形状像个“星系盘”，两个质子间的磁电平衡距离是
，大于这个距离是电力起主要作用，两个质子正电相斥，不可能形成“双星系”。小于这个距离是磁力起主要作用，但质子的直径是d＝1.68368×10−15 米，两个质子就会发生碰撞，也不可能形成“双星系”。
那两个质子还可能形成怎样的组合形态呢？最有可能的就是形成串接形态。如下图：
这就是实际上并不存在的氦2的核。为什么这种结构不能存在呢？
因为两个质子间的磁电平衡距离是
，大于这个距离是电力起主要作用，两个质子正电相斥，不可能形成“串”。小于这个距离是磁力起主要作用，两个质子相互接近就会发生碰撞，也不可能形成“串”。
这时候如果中间加上个中子，中子不带电却带有反向磁矩，使两个质子在接近磁电平衡的距离上，既不能靠近，也不能脱离。只能结串旋转。如下图：
这就是氦3的核。
同理，氘，氚，氦4的核子都是这样形成的。如下图：
第三章 元素原子形成的冷聚变机理
宇宙初始，宇宙空间充满正负光子，在磁力的作用下形成了电子、质子、中子以及形形色色的介子等基本粒子。这是宇宙形成冷聚变的第一阶段，磁力塌缩阶段。
宇宙形成的第二阶段，电力塌缩阶段。在电力塌缩阶段形成了形形色色的元素原子以及形形色色的同位素，当然所有核子的形成仍然是个磁力塌缩的过程。
§3.1 惰性气体原子核形成的规律
这里我们研究的是惰性气体原子核的理论标准结构。
第一周期惰性气体氦4的原子核就是一个α粒子，含两个质子，两个中子，也可看成是由两个氘核组成的串。
第二周期惰性气体氖20的原子核由5个α粒子构成。一个在中间，另4个前、后、左、右围绕在旁边，组成一个旋转体系。中间的氦核磁N极向上，周围的4个氦核磁S极向上。它们之间的相互作用是磁力。
第三周期惰性气体氩36的原子核由9个α粒子构成。一个在中间，另8个围绕在旁边，组成一个旋转体系。中间的氦核磁N极向上，周围的8个氦核，磁极N和S相间向上。
第四周期惰性气体氪72的原子核由18个α粒子构成。每9个组成一层，共两层。也可以看成是由两个氩核组成的串。
第五周期惰性气体氙108的原子核由27个α粒子构成。每9个组成一层，共三层。也可以看成是由三个氩核组成的串。
第六周期惰性气体氡172的原子核由43个α粒子构成。中间三层就是氙108的核，27个α粒子。在最上面一层，向外再排两圈，每圈8个，两圈共16个α粒子。
第七周期惰性气体236的原子核由59个α粒子构成。是在172核的基础上（43个α粒子）。最下面一层向外再排两圈，每圈八个，两圈共16个α粒子。
第八周期惰性气体336的原子核由84个α粒子构成。是在236核的基础上（59个α粒子），最上面一层再加一层，共25个α粒子。
第九周期惰性气体（假设它还是惰性气体的话）436的原子核由109个α粒子构成。是在第八同期惰性气体336核的基础上（84个α粒子），最下面一层再加一层，共25个α粒子。
表3－1 A8 族（惰性气体） 核基本结构示意图
§ 3.2 第一周期元素的形成
第一周期包括两个元素，氢和氦以及它们的同位素。质子通过捕获电子成为氢，这是个电力作用的过程。氘核、氚核、氦3、氦4等等同位素核的形成仍然是个磁力作用过程。
电子、质子、中子是构成元素原子的零件；氘核、氚核、氢4核、4中子串以及氦核是构成元素原子的部件。虽然氢4核、4中子串单独存在时容易衰变，但在核内时还算稳定，是经常出现的。
在冷核聚变形成元素原子的过程中，随着质子数量的增加，电斥力和离心力增大，必须增加中子，增大磁力。因为中子电中性，却具有磁矩。
中子填充原则：质子优先；串连优先；对称平衡；首选层间；对应占位。
质子优先：中子和质子结合磁力较大，中子和中子结合磁力较小。
串连优先：能稳定串连时，首先串连。
对称平衡：在核内串连以四中子串为限，超过的中子则对称平衡占位。
首选层间；随着质子数量的增加电斥力增大，必须增加中子增大层间和层面的磁力，首选层间。
对应占位。一二两层的核子（例如两个氦4）质子对应中子。中子层间占位时，首选一、二两层粒子相同的（例如两个氦4）对应占位。
根据笔者论著《二十世纪物理学批判》第二篇第六章（参见《二十世纪物理学批判》P157—P173。科学技术文献出版社，2013年6月）的内容，我们知道形成原子轨道时，服从以下量子关系：
电子轨道的空间取向角为：
空间取向角
，轨道磁矩与原子核磁矩平行。
第一周期只有2条圆形轨道。
§ 3.2.1 氢（1 H）
图一
图二
图三
§3.2.2氦（4He）
图一
图二
图三
§3.3第二周期元素的形成
第二周期包括8个元素。
电子、质子、中子是构成元素原子的零件；氘核、氚核、氦核是构成元素原子的部件。
在冷核聚变形成元素原子的过程中，随着质子数量的增加，电斥力和离心力增大，必须增加中子，增大磁力。中子填充原则：对称原则；对应原则；首选层间；优先质子。
根据笔者论著《二十世纪物理学批判》第二篇第六章的内容，我们知道形成原子轨道时，服从以下量子关系：
电子轨道的空间取向角为：
§3.3.1 锂（7Li）
图一
图二
图三
§3.3.2 铍（9Be）
图一
图二
图三
§3.3.3 硼（11B）
§3.3.4 碳（12C）
§3.3.5 氮（14N）
§3.3.6 氧（16O）
§3.3.7 氟（19 F）
§3.3.8 氖（20Ne）