关于天体脉冲的量子解释

脉冲是一种有周期性变化的电流，在我们的认知中，交变电流就是一种脉冲，这种以脉冲的形式放出的信号叫作脉冲信号。宇宙中有两种天体能够发射出脉冲信号，一类叫造父变星，还有一类叫中子星。虽然它们都能够放出脉冲，但作用机理却不同，相对于造父变星而言，中子星释放的能量更强大。本文主要从量子力学的角度探讨造父变星和中子星的作用机理，以便更准确地解释这两种天体辐射出脉冲信号的原因。

脉冲，指的是在电学中，一种像脉搏一样呈周期性变化的电波，它们会以电磁辐射的形式表现出来。脉冲的本质是某个电路中的电流的电动势呈周期性的增大或减小，从而使电流或电压呈周期性变化。我们在中学时期接触的正弦式交变电流，就是脉冲的一种，这也是最基本的一种脉冲电波。

對造父变星的光变周期的理解

从造父变星的周光关系的图像来看它的亮度变化在一个光变周期内会有一个极大值和极小值。根据光电效应，光子内部蕴含着大量的电子，称为光电子，若干光电子定向移动，就形成了光电流。这种光电流的大小由光子的频率来决定，并且也会有电动势，称为“光生电动势”。光生电动势主要决定造父变星的发光强度，根据造父变星的光变周期的计算公式以及发光强度与电流的关系，我们能够计算得到光生电动势的大小。由造父变星的光变图像可以看出，在造父变星半个光变周期内，光生电动势也经历了一个最大值和一个最小值，如果我们知道造父变星的光变规律，并用数学形式表达出来，我们能够通过求导的方式计算得到光生电动势的最大值和最小值。我们会发现，造父变星的光变周期的导函数也是一个周期函数，用数学形式表达为）（）（xfTxf=+。由公式可知，在相等的时间间隔内，造父变星的发光强度相等。

光的本质是高速运动的电磁场。在父变星上，这种电磁场会随着光度的变化而变化，通过公式

在量子力学中，有一种现象叫作“量子自旋”，这种现象是由粒子的内禀角动量引起的。在造父变星上，也会存在这种现象，并且产生电动势，称为“自旋电动势”，上述的Em就是光生电动势与自旋电动势的总和。并且也会产生光子，所以造父变星上的光变也会由这两个因素决定。

对中子星能够产生脉冲信号的理解

与造父变星不同，不能将中子星看作一个容器，因为其表面大气分子会被中子星放出的x射线照射发生电离，并随着x射线一起辐射到宇宙空间中，因此我们不能利用阿伏加德罗定律来研究中子星。但只要知道中子星的半径，我们可以用上述的公式vnQB=ω来研究，由于x射线会以光速传播，所以，在这里公式变为cnQB=ω，此处n表示x射线所带的电子数，Q为x射线的总电量。

如果我们要衡量中子星的自转，就要用到很小的时间单位：毫秒，根据公式可知，n只能够取正数，这样一来，ω就会很大，即它的自转频率很高。并以这种频率精确的放出电磁辐射，成为宇宙中最精确的时钟。中子星分为三层，内层由超子组成，中间层是自由中子，最外层是质子、电子和中微子。质子和电子会在静电力及表面压力作用下结合，形成新的中子，中子会发生一系列的能量变化并且会十分稳定，并驱动中子星自转，并且随着中子星旋转会间歇地放出辐射，所以在宇宙空间中接收到的能量也十分稳定。中间层是自由中子，在那样强的压力下，自由中子移动的空间就很受限制，从而有很大的几率会相互撞击。中子内部蕴含着巨大的能量，当中子相撞时，一部分能量会以光能的形式表现出来，与电子自旋一起使得中子星能够发光。另一部分能量则控制着中子星的自转，使中子星以稳定的速率自转。最内层则是由超子组成，也是中子星的核心。超子是一类比质子和中子都要重的粒子，所以中子星的内部会比外面两层重得多。关于中子星的内核是什么，至今尚无定论。有人认为是固态核，也有人认为是液态核。

虽然造父变星与中子星都能够产生脉冲信号，但因为性质的不同，导致其作用机理有了很大的差别。

参考文献

[1]宇宙八大最强磁体：中子星磁场强度是地球100万亿倍[J].黑龙江科技信息，2013（13）：I0003-I0003.

（作者简介：何泊杉，重庆市松树桥中学，研究方向为空间物理学。）endprint