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gf861030
| 未知
谢邀。本题是超现代物理的。研究太阳的物态分布及其运动方式，对于天文物理、高能物理乃至等离子态物理，无疑是至关重要的。
利用光学仪器与光谱分析获得太阳观测数据，太阳动力学还在猜想阶段，比较权威的是太阳吸积盘学说。
读者可以查阅现成文献，笔者不再重复。本身侧重谈等离子体与太阳核心层的看法。
1. 目前较流行的太阳模型，即太阳的内外层的七层物态分布说，具有一定参考价值：
①核心区→②辐射层→③对流层→④光球层→⑤色球层→⑥日冕层→⑦太阳风。
太阳的天文学参数，诸如质量M、半径R、密度、表面温度、日冕温度、太阳风速，可暂且作为基本计算依据。
显然，我们可以认为，太阳的辐射层、对流层、光球层、色球层、日冕层与太阳风，都是有不同分布密度的等离子体与场量子（即光量子）构成。
例如，到达地球附近的太阳风速度，其实也可以理解为等离子体气体的运动速度。
2 但是，有以下几个疑难问题：
难点1：太阳核心密度高达160t/m³，而密度最大的锇22.6t/m³。白矮星是锇的10⁶倍， 中子星密度10¹³t/m³，脉冲星是10¹⁵t/m³，黑洞密度可超5×10¹⁶t/m³。
思考：超高密度是指什么物态？据说是「中子态」。中子半径是多少？若不知，咋有密度呢？中子紧挨着吗？紧挨着，还能动弹吗？
那么160t/m³是指什么物态？不久前有科学家说太阳中心是空洞（黑洞），暗示通向高维宇宙么。这是指什么逻辑？是科幻？
难点2：在太阳本体的内空间与外空间，最主要的两种等离子体——电子与质子，到底是如何产生的？
它俩是太空固有的？或是固有的真空场缩聚而来？质子内部有高能电子吗？为啥夸克不能像电子一样独立存在？为啥中子不能像质子一样独立存在？
难点3：为啥远离太阳光球数百万千米的日冕层，温度反而高达数百万度？而对流层到光球层到色球层的温度只有6000度左右？
难点4：如何合理预测与计算从日冕层到核心层的等离子体的分布密度与活动方式？
曾买南大凝聚态物理学与美国固体物理两个版本研读，觉得其等离子体物理章节有「g因子」等假说缺乏说服力，在此另辟蹊径，提出个人观点分享。
3. 离子态、等离子态的定义与分类
等离子态，是可独立存在的物态，是极为重要的基本范畴，其必须弄清它的定义与分类。
离子态(ion state)，特指有多余电荷的非原子核束缚态的亚原子，如核衰变释放的α粒子与β粒子。
气相里飘荡的离子有：自由电子、自由质子、α粒子(氦核)。它们大量分布在地球大气层的电离层与地球的辐射带。
液相里游离的离子有：氢离子、锂离子、氢氧根粒子、碳酸根离子等电解质离子。
等离子态(plasma,字面是血浆)，特指彼此相距不很远的有一定约束作用的正负电荷相等的带电粒子之存在形式。
搞清等离子态的分类，或者叫不同环境下的存在形式，对于理解与推测太阳内外空间的等离子分部状态，是尤为重要的。
等离子态的分类，可以按它们所在空间的真空场密度为线索来划分，而真空场密度与场温度成正比。初步分类如下：
①极高温等离子体，是质子所含的一对等离子体，是高能正电子与繆核负电子；
②超高温等离子体，是中子衰变释放的一对等离子体，是高能负电子与质子正电子。
③高温等离子体，是氕原子所含的一对等离子体，是核外负电子与核内正电子。
④低温等离子体，是高温等离子体渐渐减速，导致其激发的电磁波渐渐降频红移。
4. 核子内部的【极高温等离子体】
这部分内容，与太阳内部的等离子态一样，是鲜为人知的，本节的奥卡姆剃刀是建设性的。
4.1 核子结构的奥卡姆剃刀
在质子内部，有夸克环电子（其实就是高能电子e⁺）、缪电子(μ⁻或e⁻)。在中子内部，有高能负电子(e⁻)与质子(p⁺)。
由于假想的夸克，不能像电子一样独立存在，又有诸多不自洽问题，不够资格作为物态。
不妨用Occam's razor简化：核子内部只有以光速震荡的高能电子与高密度的电磁场介质。
核衰变释放的β电子的初速度是准光速，因此可以假设，核内正电子以光速在震荡。
4.2 质子的定义与本性：
质子，是正负两个电子在超高压场密度环境中聚合的显示正电荷的复合等离子体。
质子的超稳定存在，是因为内含正负电子之间的超强库仑力与高密度场质增效应(m')。
p⁺(1836m₀)→±e(2m₀,½m₀c²)+m'...(1)
质子表现为正电荷，是因为高能正电子(e⁺)以光速绕缪核电子(μ⁻)震荡的边际效应。
电荷的边际效应，很像显性基因占主导地位的遗传效应，而繆核负电子如同隐形基因。
4.3 估算质子内场的高温
可按场量子密度估计，核内正电子以光速震荡，急遽挤压真空场激发极高频光子，并导致真空场的质增效应：质子的质量方程与质增效应方程如下
mₚ(1836m₀)=e⁺(m₀)+e⁻(m₀)+m'...(2)
m'=m₀(rₚ/r)³=1834m₀...(2)
(rₚ/r)³=n，r=rₚ/³√n...(3)
质子本体的实验半径：
rₚ=0.84fm...(4)
质子内场的光子半径：
r=rₚ/³√n=0.84fm÷³√1834
=0.84fm÷12.2=0.07fm
质子内场的光子波长：
λ=2πr=6.28×0.07fm=0.44fm...(5)
质子内场的光子温度：
T=hc/1.5kλ...(6)
=6.63×10⁻³⁴c÷(1.5×1.38×10⁻²³×4.4×10⁻¹⁶)
=2.18×10¹³[K]=21.8万亿开度
4.4 中子的定义与本性：
中子，是氕原子在超高压场密度环境中聚合的有剩余负电子的但不显示电性的非等离子体。
n(1840m₀)→e⁻(m₀)+p⁺(1836m₀)+m'(3m₀)
中子不表现电性，是因为正负两个高能电子都绕缪核电子(μ⁻)以光速震荡的对冲效应。
中子的不稳定性，是因为有过剩的负电荷，遵从泡利不相容原理，有正电子的排斥效应。
中子的受束缚性，是因为原子核的质子正电子与中子负电子有较强的库仑力或弱力作用。
4.5 正负电子的本质区别
显然，我们无法通直接测量电子自旋方向，但可以依据正负电子对撞机的实验原理，按右手螺旋法则，来规定正负电子：
①任何场合的电子都是按逆时针自旋
②把核电荷固有的磁场叫正向磁场⊕B
③把⊕B中北极朝上的电子叫负电子e↑
④把⊙B中北极朝下的电子叫正电子e↓
这个规定，也可以解释安德森云室实验所发现的正电子。换句话说，狄拉克假想的反向自旋的反物质电子是不存在的。正负电子湮灭，也不能充要的证明它俩就是互为反自旋。
由此可得以下的结论：
在原子核内部结构里，只有质子的内部拥有高能正电子与繆核负电子构成的一对等离子体。
等离子体，具有同样的质量、电量与自旋方向，只是二者的南北极取向是相反相成的。
以上这部分内容，是鲜为人知的，但对于等离子态物理学而言，也是不可或缺的。
5. 原子内部的【高温等离子体】
此类等离子体，比较简单。我们似乎相信，原子呈中性，其内部的正负电荷是相等的。即：
核外电子电数(ne⁻)≡核电荷数(nZe⁺)
这样，似乎可以说：原子内部的等离子体，就是成对的核外电子与核电荷。
5.1 解释核外电子与核电荷是对等关系
问题是，1个核外电子与1个质子是对等的等离子体，而质子质量是电子质量的1836倍，它俩如何是对等关系呢？
这需要2.2节提出的【电荷的边际效应】来解释：核电荷(Ze)的有效电荷是具有边际效应的高能正电子(e⁺)，与核电荷的其它部分无关。
这就好比，两个原子之间化学反应，只取决于各自外层的价电子有关，而与其它电子无关。
对于多核原子而言，根据最近与最小作用量原理，笔者认为，质子分布在原子核的边际带，而不是被中子裹挟在中心区域。
这样我们可以说，原子内部的等离子体，就是成对的核外电子与高能正电子。
5.2 计算原子内部的光子温度
可以利用电子激发光子的光电效应原理，先求出光子波长，然后在根据热力学第一定律，求出光子温度。
设核外电子的平均速度v=αc=2.2×10⁶m/s，由于电子速度平方对频率极其敏感，可以将光电效应方程
½m₀△v²=h△f...(7)
近似处理为
½m₀v²=hf=hc/λ...(8)
λ=2hc/m₀v²...(9)
=9.0×10⁻⁸[m]=90nm（远紫外线光子）
则可以计算原子内的场介质温度
T=m₀v²/3k...(10)
=9.1×10⁻³¹×4.84×10¹²÷(3×1.38×10⁻²³)
=1.06×10⁴≈1万开。
这与电焊激发8000度的近紫外线是协调的。
6. 中子释放的高温等离子体
前文已交代，中子就是一台缩聚的氕原子。中子的核心是质子，被一台具有边际效应的高能负电子包裹着。这里的难点是求中子的半径。
6.1 计算中子的半径
根据中子质量方程与场效应质增方程，
n(1840m₀)=p(1836m₀)+e(m₀)+m'...(11)
m'=m₀(rₙ/r)³=3m₀...(12)
(rₙ/r)³=n，r=rₙ/³√n...(13)
根据中子衰变释放β线粒子的速度几乎为光速，可假设高能负电子的震荡速度就是光速，它的动能由它与质子之间的电磁力提供。
½m₀c²=ke²/r
r=2ke²/m₀c²
=2×9×10⁹×1.6²×10⁻³⁸÷(9.1×10⁻³¹×9×10¹⁶)
=5.63×10⁻¹⁵=5.63fm
r=λ/2π=2hc/2πm₀c²
进而可求中子的半径
rₙ=r·³√n=5.63fm׳√3
=5.63fm×1.44
=8.1fm（大约是质子0.84fm的10倍）
6.2 中子衰变激发的初始光子温度
T=½m₀c²/1.5k
=9.1×10⁻³¹×9×10¹⁶÷(3×1.38×10⁻²³)
=1.98×10⁹[K]≈20亿开
此值，就是中子内场的温度，是原子核衰变刚释放（场氛围尚未膨胀）的等离子体温度。
中子衰变释放等离子体后，场体积急遽膨胀，能密大大降低，温度也要大大降低。
6.3 可见，如果把所有中子凝聚在一起叫中子态，显然是违背物理逻辑的。
中子态，可以看成一台氕原子的缩聚产物，但中子的边际电子(e⁻)之间具有巨大的抗简并压与泡利不相容，理当有较大的场空间。
这个机制，可作为预测太阳核心层物态分布及其温度场梯度的基本依据。
如果相信核心温度为有1500万度，则可按库仑力估算中子边际电子之间的平均间距rₙₙ：
1.5kT=(1/4πε₀)e²/rₙₙ...(14)
rₙₙ=(1/4πε₀)e²/1.5kT...(15)
=9×10⁹×(1.6×10⁻¹⁹)²
÷(1.5×1.38×10⁻²³×1.5×10⁷)
=7.42×10⁻¹⁵[m]=7.42fm
即：在太阳中心巨大引力约束条件下，中子被压缩到间距只有一台中子半径的空隙。
由此，该温度对应的广义中子态密度，考虑面心体堆积空隙为24%，可按下式预算：
ρ=mₙ/(76%(4π/3)(rₙₙ+rₙ)³...(16)
=1.674×10⁻²⁷÷(0.76×4.2×15.2³×10⁻⁴⁵)
=1.46×10¹⁴kg/m³=1.46×10¹¹t/m³
这个密度，可以代表太阳核心层的密度，因为在所有热核反应中，只有中子边际的高能负电子才是参与核裂变与核聚变的关键角色。
可见，太阳核心层占据0.25倍太阳半径或者说密度为160t/m³，显然是不可靠的。因为与相应的1500万度温度不一致。目前，我们可以调整这个核心层的半径。
●吸积盘理论的太阳本体模型是：
【太阳本体】=【对流层+辐射层+核心层】
致命瑕疵：密度160t/m³无法对应1500万超高温度。况且，辐射层本来就含对流粒子。
●笔者的内嵌中子星本体模型是
【太阳本体】=【等离子对流层+内嵌中子星】
假设内嵌中子星的半径为Rₙₙ，等离子对流层的质量占比1%。有
4.2×Rₙₙ³×1.46×10¹⁴=1.98×10³⁰
Rₙₙ=³√(1.98×10³⁰÷4.2÷1.46÷10¹⁴)
=³√(3.23×10¹⁵)
=1.48×10⁵m=148千米
故，等离子对流层的平均密度与电荷间距
ρ₊₋=2×10²⁸÷(4.2×6.958³×10²⁴)
=14.1kg/m³
质子个数密度（=电子个数）：
n=14÷(1.67×10⁻²⁷)=8.38×10²⁷/m³
等离子体的间距
2n/V=16.76×10²⁷÷10²⁷nm³
=16.76个/nm³→0.06nm³/个=60×10⁶pm³/个
d=10²pm׳√60=3.9×10⁻¹⁰米。
相当于高温高密度的分子气体态。这样的等离子体结合态，相当于氢气与氦气。
由于受到正负电荷之间的吸引作用，大大降低了电子运动速度，按v=αc=2.2×10⁶m/s，计算等离子体对流层的平均温度
T=m₀v²/3k
=9.1×10⁻³¹×(2.2×10⁶)²÷(3×1.38×10⁻²³)
=1.06×10⁵K≈10万开
等离子对流层的密度，大约是地球附近空气密度的11倍。这部分等离子体的特点是：速度都是准光速(0.1~0.99c)、浓度高，
根据中子态的温度与密度的对应关系简称【温密关系】，我们似乎完全有理由，把太阳核心层看成与太阳质量相应的内嵌中子星。
我们可以把太阳作为基准恒星，就好比把日地距作为基本天文单位，把本星系团326万秒差距做为宇观世界的天文单位一样。
中子星的最大密度，不可突破边际电子抗简并压半径(rₙₙ)，进而，把rₙₙ叫内嵌中子态的临界间距，把1500万度作为内嵌中子星的临界温度，把太阳核心层半径作为内嵌中子星的临界半径，即有：
rₙₙ≥7.42fm...(17)
Tₙₙ≤1.5×10⁸K...(18)
Rₙₙ≥148km...(19)
显然，由于内嵌中子态的边际电子，可以认为是【完全均质化】的并以光速游离于所有中子态的高密度场空间。
因为，如果不是均质化，就必然破坏边际电子的抗简并压与泡利不相容原理，尤其是会导致质心密度无穷大的荒谬演绎。
而且，更为重要的是，在内嵌中子态的临界带，电磁辐射的是最高频率的伽玛光子：
fₙₙ=1.5kTₙₙ/h...(20)
=1.5×1.38×10⁻²³×1.5×10⁸÷(6.63×10⁻³⁴)
=4.68×10¹⁸Hz
这个频率，比正负电子湮灭的伽玛光子，约低一台数量级，
f₊₋=½m₀c²/h...(21)
=0.5×9.11×10⁻³¹×9×10¹⁶÷(6.63×10⁻³⁴)
=6.5×10¹⁹Hz
笔者认为，宇宙中的最高频率，应该是质子的彻底毁灭而释放出1834倍的伽玛光子频率，
f*=1834·f₊₋...(22)
=1834×6.5×10¹⁹=1.19×10²³Hz
7. 分析太阳内外等离子体的分布情况
本节重点解释核心层、日冕层与太阳风的等离子体所在的分布密度与对应温度。另外，探讨两个超难问题：
①电子与质子两种等离子体到底如何产生的，并且它们俩又何以汇聚造就了太阳。可参考吸积盘理论，不在话下。
②为啥日冕层远离太阳本体约百万千米，反而有数百万超高温问题。
7.1 目前已有的观测数据有：
▲这张表中所列核心层的参数，显然是不可靠的，应按本文第6.3节调整为临界参数集。
7.2 作为参考，计算氕原子的凝聚态密度
ρʜ¹=1.67×10⁻²⁷÷(4.2×5.3³×10⁻³³)
=2670kg/m³
这显然大大超出太阳的平均密度，这就意味着，太阳从等离子对流层起直到日冕层的密度梯度是比较陡峭的。
7.4 太阳核心层的等离子体分布情况
据6.3节【温度与密度的对应关系】与【边际电子抗简并压】的，回答如下：
其一：由于太阳质量巨大带来的超大约束力，核心层的等离子体均质化分布，处于临界半径为38千米的内嵌中子星状态。
所有的氕原子态被缩聚为中子态，中子间的最小距离7.42费米，也就意味着，内嵌中子星完全是有质子与电子两种等离子体之间的距离统一为7.42费米，全然分别不出中子态。
与此同时，该临界中子态处于热力学动态平衡态，其平衡恒温为1500万度。其临界光子的极限频率为4.68×10¹⁸赫兹。
7.5 等离子对流层的分布情况
太阳，由于超大质量，周围有超强引力场，会不断大量吸积附近的等离子体，导致核心层吸积有超临界质量，进而在边际电子的抗简并压作用下，大量释放等离子体，进入辐射层。
其初始速度可以看成原子核裂变时的释放速度。大致为：β线电子为准光速(v≈c)，α线氦核速度为v≈0.1c，质子线为v≈0.3c。
上文第6.3节已经估算了对流层分子气态，密度14.1kg/m³是空气密度1.29kg/m³的11倍。大约在对流层的中部，温度约10万度。
7.6 为啥日冕层的温度高达数百万度？
对流层主要有高密度的气态分子，分子内的约束性等离子体震荡速度大大降低。
但是，还有不少等离子体，由于被内嵌中子星以准光速发射出来，极速穿越对流层，在经历100万千米左右到达日冕层时，速度也会因为大概率发生康普顿散射效应而大大衰减，
假设衰减到v=0.05c=1.5×10⁷米/秒，则其冲压附近的场介质，激发的光温度为：
T=m₀v²/3k
=9.1×10⁻³¹×2.25×10¹⁴÷(3×1.38×10⁻²³)
=4.9×10⁶K=490万开。
这里的难点是：不知道等离子体也会像核外电子一样冲压附近场介质而激发电磁波。尤其执迷于电子跃迁与势阱的驻波理论。
7.7 太阳风的本质是等离子体气流
地球附近太阳风速度为460千米/秒，其实这主要是自由的电子与质子两种离子的速度。
从太阳核心层释放的速度是0.3c~0.99c，而后渐渐减速到对流层外缘，速度降至0.05c为30000千米/秒，历经近1.5亿千米的长途跋涉，速度不断衰减，最后到达地球。
（完） |
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