關于天體脈沖的量子解釋

脈沖是一種有周期性變化的電流，在我們的認知中，交變電流就是一種脈沖，這種以脈沖的形式放出的信號叫作脈沖信號。宇宙中有兩種天體能夠發射出脈沖信號，一類叫造父變星，還有一類叫中子星。雖然它們都能夠放出脈沖，但作用機理卻不同，相對于造父變星而言，中子星釋放的能量更強大。本文主要從量子力學的角度探討造父變星和中子星的作用機理，以便更準確地解釋這兩種天體輻射出脈沖信號的原因。

脈沖，指的是在電學中，一種像脈搏一樣呈周期性變化的電波，它們會以電磁輻射的形式表現出來。脈沖的本質是某個電路中的電流的電動勢呈周期性的增大或減小，從而使電流或電壓呈周期性變化。我們在中學時期接觸的正弦式交變電流，就是脈沖的一種，這也是最基本的一種脈沖電波。

對造父變星的光變周期的理解

從造父變星的周光關系的圖像來看它的亮度變化在一個光變周期內會有一個極大值和極小值。根據光電效應，光子內部蘊含著大量的電子，稱為光電子，若干光電子定向移動，就形成了光電流。這種光電流的大小由光子的頻率來決定，并且也會有電動勢，稱為“光生電動勢”。光生電動勢主要決定造父變星的發光強度，根據造父變星的光變周期的計算公式以及發光強度與電流的關系，我們能夠計算得到光生電動勢的大小。由造父變星的光變圖像可以看出，在造父變星半個光變周期內，光生電動勢也經歷了一個最大值和一個最小值，如果我們知道造父變星的光變規律，并用數學形式表達出來，我們能夠通過求導的方式計算得到光生電動勢的最大值和最小值。我們會發現，造父變星的光變周期的導函數也是一個周期函數，用數學形式表達為）（）（xfTxf=+。由公式可知，在相等的時間間隔內，造父變星的發光強度相等。

光的本質是高速運動的電磁場。在父變星上，這種電磁場會隨著光度的變化而變化，通過公式

在量子力學中，有一種現象叫作“量子自旋”，這種現象是由粒子的內稟角動量引起的。在造父變星上，也會存在這種現象，并且產生電動勢，稱為“自旋電動勢”，上述的Em就是光生電動勢與自旋電動勢的總和。并且也會產生光子，所以造父變星上的光變也會由這兩個因素決定。

對中子星能夠產生脈沖信號的理解

與造父變星不同，不能將中子星看作一個容器，因為其表面大氣分子會被中子星放出的x射線照射發生電離，并隨著x射線一起輻射到宇宙空間中，因此我們不能利用阿伏加德羅定律來研究中子星。但只要知道中子星的半徑，我們可以用上述的公式vnQB=ω來研究，由于x射線會以光速傳播，所以，在這里公式變為cnQB=ω，此處n表示x射線所帶的電子數，Q為x射線的總電量。

如果我們要衡量中子星的自轉，就要用到很小的時間單位：毫秒，根據公式可知，n只能夠取正數，這樣一來，ω就會很大，即它的自轉頻率很高。并以這種頻率精確的放出電磁輻射，成為宇宙中最精確的時鐘。中子星分為三層，內層由超子組成，中間層是自由中子，最外層是質子、電子和中微子。質子和電子會在靜電力及表面壓力作用下結合，形成新的中子，中子會發生一系列的能量變化并且會十分穩定，并驅動中子星自轉，并且隨著中子星旋轉會間歇地放出輻射，所以在宇宙空間中接收到的能量也十分穩定。中間層是自由中子，在那樣強的壓力下，自由中子移動的空間就很受限制，從而有很大的幾率會相互撞擊。中子內部蘊含著巨大的能量，當中子相撞時，一部分能量會以光能的形式表現出來，與電子自旋一起使得中子星能夠發光。另一部分能量則控制著中子星的自轉，使中子星以穩定的速率自轉。最內層則是由超子組成，也是中子星的核心。超子是一類比質子和中子都要重的粒子，所以中子星的內部會比外面兩層重得多。關于中子星的內核是什么，至今尚無定論。有人認為是固態核，也有人認為是液態核。

雖然造父變星與中子星都能夠產生脈沖信號，但因為性質的不同，導致其作用機理有了很大的差別。

參考文獻

[1]宇宙八大最強磁體：中子星磁場強度是地球100萬億倍[J].黑龍江科技信息，2013（13）：I0003-I0003.

（作者簡介：何泊杉，重慶市松樹橋中學，研究方向為空間物理學。）endprint