丁荣培超弦理论的新盟友

论粒子能量、质量、电荷的本质联系及其引申意义--以电子、质子为例丁荣培[e-mail]13973117916摘要：本文从γ射线在重原子核附近可产生正负电子对这一物理现象出发，分析了电子经典半径的由来及其存在的问题，提出电子、质子内部本质上就是量子化涡旋闭合电磁场的假设。再由麦克斯韦方程组导出的电磁场能量密度公式以及爱因斯坦的质能公式、电磁学中的电磁强度公式三个公式结合推导出粒子能量来源公式、粒子质量来源公式、粒子电荷来源公式和粒子质量半径关系常数及电子、质子半径公式等系列新公式并说明其物理意义。据此对现有一些疑难物理现象作出新的解释，并根据系列新的计算公式，计算出描述电子、质子有关物理特征的系列新参数，从全新的角度统一地解释物质的微观世界和宏观世界，并初步分析了可能由此对物理学带来的影响。目录1.引言2.电子与质子的本质就是量子化的涡旋闭合电磁场3．麦克斯韦方程组与斯托克斯公式结合的启示：电子、质子外部的电位移通量必然对应电子、质子内禀涡旋电磁场的存在4．电子、质子半径的新计算公式5.关于电子、质子的能量、质量、电荷的本质与联系6.电子、质子半径的新计算结果7.对黑洞物理学和宇宙物理学的影响8.关于电子、质子性质的部分新公式及其物理意义9.描述电子、质子的有关物理参数估算表10.引申意义：有效解释此前难以理解的一些物理现象11.20个推论（或科学问题）12.关于开展质子显微镜和新型介入式可控核裂变研究的建议摘要：本文从γ射线在重原子核附近可产生正负电子对这一物理现象出发，分析了电子经典半径的由来及其存在的问题，提出电子与质子内部本质上就是量子化涡旋闭合电磁场的观点。再由麦克斯韦方程组导出的电磁场能量密度公式以及爱因斯坦的质能公式、电磁学中的电磁强度公式三个公式结合推导出粒子能量来源公式、粒子质量来源公式、粒子电荷来源公式和粒子质量半径关系常数及电子、质子半径公式等系列新公式并说明其物理意义。据此对现有一些疑难物理现象作出新的解释，并根据系列新的计算公式，计算出描述电子、质子有关物理特征的系列新参数，从全新的角度统一地解释物质的微观世界和宏观世界，并初步分析了可能由此对物理学带来的影响。关键词：量子化涡旋闭合电磁场粒子能量来源公式粒子质量来源公式粒子电荷来源公式粒子质量半径关系常数黑洞物理宇宙物理1.1.电子对的产生与湮灭中国物理学家赵忠尧首先发现了能量大于两倍电子静质量能（2m0c2=1.02MeV）的γ射线在重原子核附近可产生正负电子对。[1]物理教科书上估算的电子经典半径re≈2.8×10-15m，[2]质子半径rｐ≈1.2×10-15m。[3]质子质量约是电子质量的1836倍，按我们通常理解质子直径比电子直径大得多，事实恰恰相反；现有物理框架对此仍然无法作出合理解释。1.2.目前电子的经典半径的由来[4]及其存在的问题估算电子经典半径re≈2.8×10-15m基于以下设想：（1）设想电子是一个半径为re均匀带电球；（2）设想电子静止质量对应的能量由静电自能提供。1.3.存在的主要问题（1）如果电子电荷是一个半径为re均匀带电球，为什么球内的点电荷不会因排斥而分开，那么这个球的内部结构是怎样的？（2）为什么电子和质子所携带的电量恰好相等、电性相反？这有什么深层次原因？（3）电荷的本质是什么，电荷从何而来？电子的质量、能量本质是什么，或者说电子是以什么方式表现自己的能量和质量的。(4)目前，这种假定电子能量由静电自能提供的图景给我们看到的是一幅静态的电子图画，但是，我们所看到宇宙中的一切都在运动，大到星系、日月、星辰，小到分子、原子，连电子都在绕原子核不停运转。由此可见，电子内部也应当是处于不停运动之中，而不是静止不变的。1.引言2.电子、质子的本质就是量子化的涡旋闭合电磁场2.1.光子不可能有无限可分的结构，这样，由并非无限可分的γ光子对在经过重原子核附近时产生出的正、负电子同样不可能具有无限可分的结构。否则这一过程就如“幽灵的作用”一样神秘。物质每分到一个层次，则该层次粒子间必然存在未知的相互作用，随着粒子分层的深入，未知的力（相互作用）及未知的粒子也会越来越多。我们将永远不能搞清楚物质相互作用的规律，即会陷入“不可知论”的漩涡。2.2.《论微观局域时空弯曲状态下闭合弦量子振动形成基本粒子的动力学机制》[5]一文论证电子、质子内在本质就是携带能量的涡旋闭合电磁场。其中主要观点归纳如下：2.2.1.从电子对的产生与湮灭的过程看，电子内部的本质就是携带能量的涡旋闭合电磁场。2.2.2.电子、质子就是以一定频率在高速旋转运动并相互感生激发的涡旋电场和涡旋磁场形成的闭合弦。能量子运动具有“趋肤效应”，就象一个皮球，相对来讲里面是真正的“真空”。闭合弦振动的弯曲与闭合是由于高能量密度下空间自然弯曲的必然结果。2.2.3.γ光子对从电场角度看是两个旋向相反的涡旋电场。当光子对经过铅原子核附近时，在铅原子核（质子组成的带正电的核子团）的电场作用下，产生相斥、相吸这两个相反的作用效果，因而相互分离、发生实物化的突变生成为正、负电子对飞离出去。可以看出，正是因为涡旋电场方向的不同，形成的实物粒子有了正、负电荷之分。2.2.4.电子、质子内部不是静电场，而是涡旋电磁场。既然如此，那么可以得出结论：电子、质子内部运动规律、物理参数可以用麦克斯韦方程组、质能公式及其延伸出来的计算公式进行描述。物质的本质就是场显然，在这里爱因斯坦把场看成是基本的物质实体，粒子只是场在局域空间的凝聚。电位移极矩的存在以及电位移极矩所对应的环量（即电子、质子内部的涡旋闭合电磁场）是爱因斯坦上述思想的最好的注解，如果爱因斯坦当初的思想是一种哲学的思考，本文对电位移极矩的存在以及电位移极矩所对应的环量的数学推导则是对上述哲学思想的深化，揭示了爱因斯坦“物质是由场强很大的空间组成，在这种新物理学中并非既有场又有物质，因为场才是唯一的实在”这一哲学思想的数学原理。爱因斯坦认为:“物质是由场强很大的空间组成，在这种新物理学中并非既有场又有物质，因为场才是唯一的实在”。。。。。。()()LSVAdlAdSAdV从高斯公式、斯托克斯公式出发，对麦克斯韦方程组有进一步理解：()SSLqDdSEdSAdlADE()A3．麦克斯韦方程组与斯托克斯公式结合的启示：电子、质子外部的电位移通量必然对应电子、质子内禀涡旋电磁场的存在电磁场是物质的一种形态麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场（也是电磁波的形成原理）。静电场是有源无旋场，稳恒磁场是无源有旋场。非静电电场是无源的旋度场。当电流流过导体（以金属为例）时，金属导体呈现电中性，但由于电感应效应，它两端可认为非别带了等量的正负电荷，此时端电荷激发的电场，从正端回到负端，这部分电场就是无源有旋电场。涡旋电场是指（vortexelectricfield）变化的磁场在其周围空间激发的电场，即感生电场。涡旋电场是一种非保守场，其电场线是无始无终的闭合曲线。所以说，电场得依据情况来分别它是否有源。磁场，就目前而言它是无源的旋度场，但是如果找到了磁单极子，那么它激发出来的磁场又是有源的了。一个场的旋度和散度，其实并非场的固有属性，它不是由这个场的名称决定，而是由它被激发的原因决定的。电磁学理论表明电磁场具有能量和动量，证明它是与实物一样的物质的一种存在形态。场和物质是物质存在的两种不同形态。随着科学技术的发展，发现“场”与“实物”之间的界限日益消失。电磁波的频率越低，波的特性越显著，电磁波的频率越高，物质的“粒子”特性越显著。γ射线在重原子核附近可产生正负电子对即是这种特性的生动反映。根据麦克斯韦方程组可知，交变的磁场产生交变的电场，交变的电场产生交变的磁场，两者犹如一个硬币的两个面，二者又互为因果，相辅相成。电子、质子内部的涡旋磁场可用类似涡旋电场的原理加以描述，在此不作深入探讨。就涡旋电场与涡旋磁场的关系而言，因为稳恒磁场的有旋无源性和静电场的有源无旋性，所以涡旋磁场比涡放电场更本质，也就是说涡旋磁场是本质，涡旋电场是伴随涡旋磁场产生的现象。在电磁学中，我们所看到的是电产生磁，但是更深入一层，到物质微观世界的内部，涡旋磁场比涡旋电场更基本，或者说在宇宙、在物质世界的终极层面，磁场比电场更基本。4．电子、质子半径的新计算公式电磁场能量密度表达式2211112222wEDHBEH电子、质子内部质量能表达式23243VVWwdVdVErE电场强度表达式24qr电子、质子的半径计算公式2212rmcq5.关于电子、质子的能量、质量、电荷的本质与联系5.1.电子、质子能量来源公式22VmdVc5.2.电子、质子质量来源公式5.4.电子、质子体外电场能量公式（可能是暗物质来源之一）5.5.电荷量子化与粒子稳定条件常数（或称“上帝”常数）5.3.电子、质子电荷来源公式2VmdVBSqdS22222322211342()224882oooorrrroSqqqWdSdrrErrmcrrrE2212odmrcqG理论应用：6.电子、质子半径的新计算结果1根据以上公式，产生的电子、质子半径计算值自然要接受实验的检验，无论如何，毕竟这是我们人类第一次用自己总结出的纯理论模型、推导出相应公式计算出来的结果。如果结论正确，将对原子核物理、高能物理、黑洞物理、宇宙物理等带来影响。比如，对质子、中子、夸克、胶子以及核力本质、核能来源、黑洞本质、宇宙大爆炸等将会有新的理解。6.1.电子半径的新计算结果6.1.1.查常用物理常数，电子质量为：9.1096×10-31㎏，代入（DRP-1）式，得：电子半径re＝9.37×10-16ｍ（0.937飞米）新的计算结果是原有数据（经典电子半径2.8×10-15m）的约1，即原先估计的电子半径是新计算结果的3倍。6.2.质子半径的新计算结果将质子质量代入公式（DRP-1），得：质子半径rp＝5.1×10-19ｍ（0.51阿米）6.2.1.质子半径新的计算结果远远超过原先的估计，原来的估计质子半径是新计算结果的2353倍。6.2.2.质子质量是电子质量的1800多倍，原来，人们以为质子体积比电子体积要大得多，现在计算结果却恰恰相反，电子的体积比质子体积大得多。6.2.3.太阳直径约是地球直径的100倍，而电子半径却是质子半径的1800多倍。6.2.6.如果把电子的大小比喻成首都北京的鸟巢体育馆，则质子的大小不到一个篮球那么大，大概和一个排球大小差不多。6.3.粒子内部涡旋电场旋转方向不同，则电荷变号。一般规定顺时针方向带负电，逆时针方向带正电。电子内部闭合涡旋电场强度：（即电子体内涡旋电场强度达到16万亿亿伏每米，其强度之高远超想象）。理论应用：宇宙诞生时可以理解为一个超级大黑洞，这个质量非常之大、半径非常之小的超级大黑洞（或者说是超级粒子）的粒子半径估算为：4699538.5432.5013.416101010odKgmrmmKgG7.对黑洞物理学和宇宙物理学的影响理论应用：8.电子、质子性质的部分新公式及其物理意义2322241343VSdVrEmErqrEEdSc能量电荷比公式与康普顿效应、德布罗意波、精细结构常数的关系211(6)()(6)2eeeohrrqmchc康普顿波长与粒子相对论性变频常数及电子半径的关系161222411.479.37102.4310eehkrmmc2(6)2eoerhchmcq电子、质子的旋转有三个层次以电子为例：一是电子围绕原子核的运动，与之相对应有电子轨道角动量和轨道磁矩（第三层次旋转）；二是电子有与自身德