白矮星的平衡條件研究
目 錄
課題……………………………………………………………………(1)
中文摘要、關鍵詞……………………………………………………(1)
前言……………………………………………………………………(1)
1 白矮星是1個復合系統(tǒng)……………………………………………(2)
2 白矮星的引力勢能…………………………………………………(2)
2.1 白矮星內部存在的引力勢能 ………………………………………(2)
2.2 氦離子子系的引力勢能……………………………………………(3)
3 白矮星的熱運動能…………………………………………………(4)
4 白矮星的簡并壓和相對論性………………………………………(5)
5 白矮星的中的電磁作用電磁輻射…………………………………(6)
6 氦離子間的核力 …………………………………………………(10)
結論與說明…………………………………………………………(11)
參考文獻 ……………………………………………………………(13)
英文課題 ……………………………………………………………(13)
致謝 …………………………………………………………………(14)
白矮星的平衡條件研究
摘要：白矮星的力學平衡1直以來都是人們非常感興趣的問題，原有理論認為是電子的簡并壓力抗衡著星體的自引力而阻止了其向中心塌縮維持穩(wěn)定狀態(tài)。近年來，有人根據(jù)白矮星的等離子特性提出了1種新的`模型——氦離子系統(tǒng)與電子系統(tǒng)的復合系統(tǒng)模型。本文根據(jù)這種復合系統(tǒng)的模型理論，分析了初期演化過程中的白矮星的基本特性，分別討論了白矮星內部的各種相互作用，并對其作用強度進行了定性和半定量的估算，得出了各種相互作用的強度之比，重新推導出白矮星的力學平衡條件，從而總結出：氦離子系統(tǒng)的自引力與電子系統(tǒng)的簡并壓力這1對平衡力是維持白矮星平衡的主要作用力。其他作用與這兩種作用相比較而言是可以忽略的。
關鍵詞：白矮星；復合系統(tǒng)；引力勢能；簡并壓；電磁屏蔽
前言
自1862年人們發(fā)現(xiàn)了第1顆白矮星——天狼B 以來，白矮星的理論經(jīng)歷了近1百510年的發(fā)展。到了今天，關于白矮星的研究還在繼續(xù)，因為探索宇宙是人類永恒的欲望！1924年，愛丁頓在《恒星的質光關系》1文中指出了天狼B 的特殊性質，并將這類恒星稱為“白矮星”（“白”是指溫度高，呈白色；“矮”是指“個兒小”），認為他們溫度高，體積小，密度大[1]。但當時的人們還無法接受這種高密度。1925年，W.S.亞當斯觀測到天狼B 的紅移現(xiàn)象，證實了天狼B的致密性[2]，消除了人們對白矮星存在的懷疑。然而白矮星的致密性引發(fā)了1個新的問題：恒星內部靠什么樣的“非熱壓力”與引力相平衡呢？就在這時，量子統(tǒng)計力學的1個新成果為天文學家提供了1個合理的解釋。1925年，物理學家泡利提出的不相容原理指出[3]，不能有兩個電子處在同1狀態(tài)。按量子力學理論，電子的運動狀態(tài)是充分量子化的，狀態(tài)的種數(shù)有1定的限制。如果在某1空間范圍已有足夠多的電子占滿了所有各種狀態(tài)，那么就不容許再多出1個電子去占據(jù)任何1種已被占據(jù)的狀態(tài)。這種不容許多余電子進入某1空間范圍的力就是簡并壓力。平常密度的物質，原子之間有很大的空間范圍，受到壓力時，空間縮小，密度就提高。如果壓力極強，空間已被壓縮到不能再小的程度，再壓縮就會出現(xiàn)1個原子的電子闖入相鄰原子，去侵犯所有位置已經(jīng)占滿了的原子。這時泡利不相容原理即刻發(fā)出警示說：不！——所有原子已經(jīng)“簡單”的“并”在1起了，不允許再被壓縮了。這就是電子的簡并壓力。于是福勒將這1理論應用于解釋白矮星這種“致密物質”狀態(tài)[1]，再后來他的研究生錢德拉塞卡討論了白矮星中簡并壓力與引力之間的平衡細節(jié)，計算出了低質量、低密度白矮星的結構，然后又研究了高密度、大質量、高溫的白矮星，考慮到電子的相對論性簡并，得出了白矮星的質量上限為1.44 M⊙（錢德拉塞卡極限，“⊙”表示為太陽的數(shù)據(jù)）�，F(xiàn)有的研究很少有給出白矮星內部各種作用力的全面解釋的，白矮星內部存在各種作用力，原來的理論忽略了其他力的效果，只考慮簡并壓力與引力之間的平衡，但并沒有詳細的說明理由。所以對白矮星內部各種作用力進行計算，對其力學平衡進行更詳細的分析顯得非常重要。本文旨在討論白矮星內部的各種相互作用，并對其作用強度進行定性和半定量的估算，得出各種相互作用的強度之比，從而推導出白矮星的力學平衡條件。
Research of Equilibrium Condition of White dwarf
Abstract: The mechanical balance of white dwarf has always attracted people’s extremely interests. The original theory thought that it’s the electronic degeneration pressure that contends with the attraction of the stars and prevent it from collapsing to the center, so that a steady state could be maintained. In recent years, based on the characteristic of white dwarf, some people proposed a kind of new model, that is, a multiplexed system model combined helium ion system with the electronic system. According to the model theory of this multiplexed system, the thesis has analyzed the basic characteristic of white dwarf in its interior mutual force separately, and made a qualitative and half quote estimate to the force intensity. As a result, the ratio of the mutual force intensity was obtained, the mechanical balance condition of white dwarf was reduced, and the conclusion could be like this: the pair of balance force produced by the helium ion system itself and electronic system degeneration pressure is the main force which keep the balance of white dwarf, other forces, compared with these two forces, could be neglected.
Keywords: White dwarf; Multiplexed system; Gravitational potential energy; Degeneration pressure; Electromagnetic screen
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