丁荣培：电子、质子的内在本质是涡旋闭合电磁场

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1、论电子.质子半任的荷计算方法及其延伸起义丁荣培湖南省长沙市白沙路255号(410002)E m a i 1: drp2004sina. com摘要：本文从Y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的涡旋闭合电磁场的观点。 再由麦克斯书方程组导岀的电磁场能量密度公式以及质能公式、电磁强度公式三个公式结合推导 出电子、丿贡子半径公式及电荷量子化与粒子稳定条件常数God = im等系列新公式并说明其物理 意义。根据系列新的计算公式，计算岀描述电子、质子的有关物理特征的新参数，从全新的角度 统一地解释物丿贡的微观世

2、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：电子、质子半径电荷量子化与粒子稳定条件常数=1111黑洞物理 宇宙物理中图分类号：041, 057文献标志码：A1.引言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(2moC2=1.02MeV)的丫射线在重 原子核附近可产生正负电子对。物理教科书上估算的电子经典半径r.2.8X10-15 m, w质子半径rP .2X10%。质子 丿贡量约是电子丿贡量的1836倍，按我们通常理解丿页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及其存

3、在的问题估算电子经典半径r.2, 8X10-15m基于以下设想：(1) 设想电子是一个半径为“均匀带电球：(2) 设想电子静止质量对应的能量1认由静电自能提供。1.3. 存在的主要问题(1) 如果电子电荷由一个半径为叭均匀带电球，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(2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

4、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。2、电子、质子半径的新计算公式2. 1.电子、质子半径的新计算公式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。从麦克斯韦方程组岀发，可以得到适用于电磁学中的电磁场能量密度的表达式。假设电子、 丿贡子内在本质就是携带能量的涡旋闭合电磁场，则这个表达式完全适用于描述电子、质子内部的 涡旋闭合电磁场，电磁场能量密度的表达式如下：w=1e*D + 1h*B = 1E2+-/zJ2(1

5、)2 2 2 2公式中：W为构成电子内部闭合运动电磁场的能量密度，W为介电常数，电子内部取值等于 真空介电常数&854X1012 F. m-1, j.i磁导率，电子内部取值等于真空磁导率(4x 10-7 H. m-1), E为电场强度，D为电位移矢量，H为磁场强度，B为磁场感应强度，在线性介质中,将E与H的比例关系代入上式，可得w = sE2 = pH2?1(2)那么，推导岀电子的内部以电磁场形式存在的总能量即是以能量密度为被积函数、以为半 径的球体体积(电子)为积分区域的重积分运算，得出电子内部质能的电磁场积分法表达式为：w =訂Ae* =討 3E2其中，用w表示电子内部丿贡能（一般习惯用E

6、表示能量，因另一些场合习惯用E表示电场强 度，为免混淆，本文用W表示能量，E表示电场强度），扌”1为稳定粒子（如电子、质子）球 体体积，龙为圆周率，为粒子球体的半径；又，电场强度表达式为：(4)其中，q表示电荷所对应的电量为1.602x1 Q19c （此处C不是光速，为电量单位库仑）。根据狭义相对论质能公式，电子的质能还可以表达为:W = nic210(5)其中，c在此处代表光速。将式（4）代入（3）得：(6)将式（6）与（5）式联立，得2 2(7)（公式：DRP-1）W = 1I1Q2= 7tr 3R2 = -7Tr （） =乜3】匕3匸冷乃刁_2丿12御 由此，得出电子、质子的半径计算公式

7、为： 亠2. 2.电子、质子的半径计算公式的意义2. 2. 1.电荷电量q、真空介电常数$、光速c均为常数，只要知道粒子质量m就能算出粒子半径；2. 2. 2.粒子质量与粒子半径成反比关系，粒子质量m越大，粒子半径r越小。3. 关于粒子性质的三个新公式及其物理意义从电子与丿贡子的本质就是质能量子化的涡旋闭合电磁场和电磁能量能量密度公式、电荷量子 化与粒子稳定条件常数God = im出发，推导出关于电子、质子性质的系列新公式，由于篇幅所 限，推导过程从略，暂列出三个重要公式如下：3. 1.粒子能量来源公式3 = fE2dv(DRP-2)公式意义：3. 1. 1.公式左边是对应粒子质量的质量能；3

8、.1. 2.公式右边反映的是对应粒子的质量能来源于粒子体内的涡旋电场，粒子质量能与粒 子体内电场强度E的平方成正比，数值上等于以衣作为被积函数，以粒子球体体积V作为积分 区域的三重积分运算。3. 2.粒子电荷来源公式q = JJ iEdS(DRP-3 )公式意义：3. 2. 1.公式左边是对应粒子电量，与(DRP-2)式在数学形式上有很好的对称性；3. 2. 2.公式右边反映的是对应粒子的电量来源于粒子体内的涡旋电场，粒子电量与粒子体 内电场强度E成正比，数值上等于以坯作为被积函数，以粒子球体表而积S作为积分区域的二 重积分运算。3.3.电荷量子化与粒子稳定条件常数God = im (或称“上

9、帝”常数)2Q, = im = _5(DRP-4)612 亦&公式(DRP-1)现在可以用粒子半径i丛等价描述。111我们用一个新的符号God代表(God隐含“上帝”之义)，这是一个反映宇宙根本规 律的常数。我们将q、才、& C代入得到nw =8.543 xlQ.m （千克.米），其意义为：3.3.1. mr等于一个常数8.543x。矩,这是电荷量子化条件；3. 3. 2.满足电荷量子化条件的粒子才是稳定的粒子，也可以称为粒子稳定条件；3.3.3.普遍反映从电子、质子到黑洞、宇宙的质量与半径反比关系，稳定粒子（或称稳定 质量单元）质量m与粒子半径1成反比关系，即粒子质量越大、粒子半径越小。4.

10、 电子、质子半径的新计算结果根据以上公式，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岀来的结果。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 子以及核力本丿贡、核能来源、黑洞本质、宇宙大爆炸等将会有新的理解。4. 1.电子半径的新计算结果4. 1. 1.查常用物理常数，电子质量m为：9. 1096X100kg,代入（DRP-1）式，得：电子半径为：r.=9. 37X10_16m （0.937 费米）新的计算结果是原有数据（经典电子半径2.8X10-15m）

11、的约1/3,即原先估计的电子半径是 新计算结果的3倍。4. 2.质子半径的新计算结果将质子质量代入公式（DRP-1）,得：质子半径为：r=5. 1X10 （51阿米）4. 2.1.质子半径新的计算结果远远超过原先的估计，原来的估计丿贡子半径是新计算结果的 2353 倍。4. 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，电子的体积比丿贡子体积大得多。4. 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。4. 2. 4.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

12、概和一个排球大小差不多。4. 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：E = 1.638xO2V m_1 （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）。5. 对黑洞物理学和宇宙物理学的影响一个世纪以来，物理学家们一直在思考这个问题：支配着无限小规律似乎难以理解。然而,电荷量子化与粒子稳定条件常数Goa =告诉我们情况不是这样,公式似乎告诉人们,黑洞也好、宇宙也罢，都将遵守这一公式和从这一公式中得到新的认识，这一认识将掀起一场黑 洞物理学和宇宙物理学的变革。5.1. 从上述分析得岀结论：宇宙本质上

13、就是超级黑洞，黑洞就是超级粒子。黑洞和宇宙都遵 2守能量守恒、动量守恒定律和电荷量子化与粒子稳定条件常数（公式God = nn=3_） o黑 12 亦 &洞和宇宙的质量能本质上同样来源于强大的的涡旋电场。5.2以10倍于太阳质量的黑洞为例,太阳质量为1.99X1O50 kg,则此黑洞质量为1.99X10%,其半径由公式生111= 4.293x1 07m (米)。1.99x10 Kg53暂时估计我们生活其中的宇宙中约有近2000亿个星系，小的星系有几十亿颗恒星，大的星系约有近4000亿颗恒星，每个星系平均约有2000亿颗恒星，恒星大约总共有:3-4百万亿 亿颗即（3-4）X1022颗。取值3 X

14、 1022我们所处的太阳系中的太阳为中等大小的恒星，太阳的质量为1. 98892X10対克。据上，我们可以得到，我们生活其中的 宇宙中可见物质的质量：Ml二0. 596676X 1053kg.其它物质质量（可能是暗物质质量）:M2=2. 819112X 1053kg而我们可以看到的 物质只占宇宙总物质量的17. 46%左右。其它物质质量（可能是暗物质质量）占宇宙总物质量82. 54%:得宇宙的总质 M二 3. 415788X1053kgo根据以上分析，则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08.543x10X0 111m

15、3.416xl()5aKg=2.501x 0m5. 4.宇宙诞生的可能方式之一是2个涡旋电场方向相反、质量相同的超级黑洞相遇发生爆炸。 比如：其中1个是带1正电荷的超级黑洞和另1个是带1负电荷的超级黑洞，因引力作用相遇， 就如正负电子相遇一样，两个黑洞的内的涡旋电场能量顿时释放出来，这就是宇宙大爆炸。5. 5.宇宙诞生的方式还有可能是2个涡旋电场方向相反、丿贡量不同的超级黑洞相遇发生爆炸。 比如：其中1个是带1正电荷的超级黑洞和另1个是带1负电荷的超级黑洞，因引力作用相遇， 同样会发生宇宙大爆炸。只是相遇到爆炸的时间间隔比上而所说的2个质量相同的超级黑洞相遇 发生宇宙爆炸的时间间隔要长一点点。

16、5. 6.两个涡旋电场方向相反的超级黑洞相遇发生爆炸本质上可以理解为白洞（黑洞吸纳物质 和能量，白洞抛岀物质和能量）。5.7.质子半径的改变还会影响到中子星的体积等，因为按照原来估计的丿贡子半径估算的质 子质量密度地血 网数量级，根据新的质子半径估算的质子质量密度是01 6念fn，相差非常之大。1吴知非，参考文献原子核物理学，北京，高等教育岀版社，1983年第5月第3版，p52页2 张玉民、戚伯云，电磁学，合肥，中国科技大学出版社，1997, P139页3 吴知非，原子核物理学，北京，高等教育岀版社，1983年5月第3版，p5页4 张玉民、戚伯云，电磁学，合肥，中国科技大学出版社，1997,

17、p 131-p 139页5 丁荣培，发现杂志论微观局域时空弯1111状态下闭合弦量子振动形成基本粒子的动 力学机制，北京，发现杂志社，2000年，P49-51页6 张玉民、戚伯云，7 张玉民、戚伯云，8 同济大学教研室，电磁学，合肥，中国科技大学岀版社，1997, p 509-p 512页电磁学，合肥，中国科技大学岀版社，1997, P513页高等数学，高等教育出版社，1988年9月第三版，p 134-138页9 张玉民、戚伯云，10 马文蔚、柯景凤，229-p231 页电磁学，合肥，中国科技大学岀版社，1997, P14页物理学下册，南京，高等教育出版社，1982年10月第2版，p11吴知非

18、，原子核物理学,北京，高等教育出版社，1983年5月第3版，p5页On the new calculation method of electron and protonradius and its extensionDing RongpeiThe work of science and Technology Committee of Chinese Changsha party peasants and V/orkers Democrat ic Party，Hunan province Changsha Baisha Road No. 255 (410002)Emai 1: drp2004s

19、ina comAbstractThis article from the gamma ray can produce electron positron on the physical phenomenon of the heavy at om near the core, analyses the origin of classical electron radius and the existing problems, put forward a closed vortex of electrons and protons within the electromagnetic field

20、is essentially a quantized point of view. The Maxwe11 equations of the electromagnetic energy density formula and mass energy formula, electromagnetic intensity formula three formula combines derived electron, proton radius formula and charge quantization and part icle stability constants of G& = M

21、series of new formula and its physical meaning According to the new formula, calculate the new parameters of the physical description of electron and proton, a unified account of the microscopic world of material and the macroscopic world from a new perspective, and analyzes the possible influence of the physicsKeywords:Electron and proton radiusThe charge quantization and stabilityconstants of u = nT particlesBlack hole physicsCosmology