日期：2017-09-07 20:22:51
　　第五十四回：神奇的中子
　　在量子物理中，我们一直都是以光子、电子、和原子核（其中的质子）作为研究的对象。因为在1932年以前，人类确实只认为这些例子的存在。
　　1910年，卢瑟福用α粒子轰击原子，得出了原子=原子核+电子的结论。到了1914年，他又如法炮制，他用阴极射线（高速电子）轰击氢原子，得到带正电的阳离子，这就是氢原子的原子核，带电为1个单位，质量也是1个单位。他认为这就是与阴极射线对应的阳极射线，并命名为“质子”。质子出自希腊语，意思为第一。1924年，他用实验证明了质子的存在。
　　那么一个最基本的问题来了，电子只有质子质量的千分之一，所以在考虑原子的质量时，应该为质子质量的总和，比如氮核有14个单位的质子组成。但是稳定状态下，它的电子数只有7个，这样的话原子就不能呈中性的了。如果这都成立的话，一切宇宙万物都无从谈起了。

　　那时候正值量子理论的发展高峰时期，那些反对量子力学的物理学家以此为突破口攻击，但是没有人对原子核构造进行更多的探问。再次探问的人正是卢瑟福，他认为假设一个质子和电子组合在一块，就能成为了一种新的不带电的粒子，其质量和质子差不多，因为不带电所以无法将它密封在磁场中，从而有很强的穿透力。1920年卢瑟福在美国贝克利演讲中提到了这点。
　　1930年，德国物理学家博特（Bothe）和贝克（Becker），用α粒子轰击较轻的原子时，得到一种很强的射线，这种射线在磁场中不偏转，并且再通过很厚铅原子时，数量并未减少，说明有很强的穿透力，而这种穿透力是α和β射线做不到的，所以他们认为这是另外一种类似γ的射线。1932年，居里夫人的儿子和儿媳妇约里奥居里夫妇，重复了博特和贝克的实验，不同的是，他们把产生的射线通过石蜡，测算出速度比博特和贝克估计的速度大很多，但是他们同样延续了博特和贝克的思考方式。他们认为产生的粒子是质子的一种效应。

　　卢瑟福的学生查德威克（Chadwick，1891—1974）在看到小居里夫妇的论文后咨询卢瑟福，卢瑟福对小居里夫妇的论断表示质疑，他认为这极有可能就是当年在贝克利演讲中想要寻找的粒子。
　　由于这种例子不带电，所以很难在磁场中测量其速度，查德威克将这种粒子撞击原子核，测量被撞击后的原子核的速度，从而确定了其粒子的质量和质子相当。在结合1920年卢瑟福的预言，他们认为这是就卢瑟福当年要找的粒子。由于不带电，故而命名为“中子”。1935年，查德威克获得诺贝尔奖，而小居里夫妇则遗憾地感慨道：“要是我们夫妻俩听过卢瑟福的贝克利演讲的话，就不会让查德威克捷足先登了。”人生往往如此，最大的遗憾并不我是输了，而是我差一点赢了。

　　至此时，原子核的内部可以描述为：有质子和中子组成，质子带一个单位正电荷、中子不带电，质子与中子的质量差不多（不是相等）。中子不带电，库仑力就完全失效。质子和中子又是什么和平相处的呢？在中子之前，人类已经认识了引力和电磁力这两种力，它们目前都有很好的理论基础，引力有万有引力公式和爱因斯坦的相对论，而电磁力有麦克斯韦方程和新建立起的量子力学。引力与电磁力都是远程作用，现在原子核内部，有一种“排斥力”显然要大于万有引力的，否则原子核也坍缩了，所以人类认为还有一种叫“强作用力”存在于原子核中。与之对应的还有“弱作用力”，比如常说的电子与核之间的作用力、中子衰变成质子加中微子等等。

　　强核力范围很小，大约只有一个核子的直径那么大，事实上，把核子聚集在一起的强核力，只在相邻核子间起作用。中子有核吸引力，没有电排斥力，从而缓和了质子之间排斥力的影响。质子越多，就需要有更多中子来保持原子核的稳定。因此，在大而稳定的原子核中，中子的数量多于质子。在已知的92中基本元素中，超过83号元素铋，原子核就开始不稳定，会自动衰减更成更小的原子核，超过第92号元素的铀原子核十分不稳定，无法在自然状态下存在。如第94号元素钚是人工制造出来的，主要用于核能和核武器，在宇宙中无法找到。

　　（核裂变反应图）
　　一个中子点火，重元素原子核发生裂变，裂变成小而稳定的原子核和多个中子，这些中子又激发其他的原子核，同时原子核产生质量亏损，根据质能方程，在亏损过程中会释放出大量的能量。除了核裂变还有核聚变。
　　（核聚变反应图）
　　两个氢的同位素（与氢质子相等，中子不等）氕、氘，在高温情况下发生聚变，聚变成氦原子和一个中子，同样产生质量亏损，释放出比裂变更大的能量。氢弹的基本上就是依据这样的原理制成的。
　　核反应释放能量的原理源于爱因斯坦的质能方程，人们往往将爱因斯坦和核武器挂钩，实际上，爱因斯坦也就写过信给罗斯福总统提到过，他本人并没有参加“曼哈顿计划”。
　　日期：2017-09-07 20:51:03
　　第五十六回：稳恒态宇宙vs“大爆炸”
　　恒星的演化的过程实际也是宇宙元素演化的过程，这个过程由霍伊尔和他的合作者进行了详细的阐述了。