摘要：本文從γ射線在重原子核附近可產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì)這一物理現(xiàn)象出發(fā)，分析了電子經(jīng)典半徑的由來(lái)及其存在的問題，提出電子與質(zhì)子內(nèi)部本質(zhì)上就是量子化渦旋閉合電磁場(chǎng)的觀點(diǎn)。再由麥克斯韋方程組導(dǎo)出的電磁場(chǎng)能量密度公式以及愛因斯坦的質(zhì)能公式、電磁學(xué)中的電磁強(qiáng)度公式三個(gè)公式結(jié)合推導(dǎo)出粒子能量來(lái)源公式、粒子質(zhì)量來(lái)源公式、粒子電荷來(lái)源公式和粒子質(zhì)量半徑關(guān)系常數(shù)及電子、質(zhì)子半徑公式等系列新公式并說(shuō)明其物理意義。據(jù)此對(duì)現(xiàn)有一些疑難物理現(xiàn)象作出新的解釋，并根據(jù)系列新的計(jì)算公式，計(jì)算出描述電子、質(zhì)子有關(guān)物理特征的系列新參數(shù)，從全新的角度統(tǒng)一地解釋物質(zhì)的微觀世界和宏觀世界，并初步分析了可能由此對(duì)物理學(xué)帶來(lái)的影響。

關(guān)鍵詞：量子化渦旋閉合電磁場(chǎng)   粒子能量來(lái)源公式    粒子質(zhì)量來(lái)源公式    粒子電荷來(lái)源公式    粒子質(zhì)量半徑關(guān)系常數(shù)   黑洞物理   宇宙物理

中圖分類號(hào)：O41，O57        文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1.引言

1.1.電子對(duì)的產(chǎn)生與湮滅

中國(guó)物理學(xué)家趙忠堯首先發(fā)現(xiàn)了能量大于兩倍電子靜質(zhì)量能（2m0c2=1.02MeV）的γ射線在重原子核附近可產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì)。[1]

物理教科書上估算的電子經(jīng)典半徑re≈2.8×10-15 m，[2]質(zhì)子半徑rｐ ≈1.2×10-15m。[3]質(zhì)子質(zhì)量約是電子質(zhì)量的1836倍，按我們通常理解質(zhì)子直徑比電子直徑大得多，事實(shí)恰恰相反；現(xiàn)有物理框架對(duì)此仍然無(wú)法作出合理解釋。

1.2.目前電子的經(jīng)典半徑的由來(lái)[4]及其存在的問題

估算電子經(jīng)典半徑re≈2.8×10-15m基于以下設(shè)想：

（1）設(shè)想電子是一個(gè)半徑為re均勻帶電球；

（2）設(shè)想電子靜止質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量由靜電自能提供。

1.3.存在的主要問題

（1）如果電子電荷是一個(gè)半徑為re均勻帶電球，為什么球內(nèi)的點(diǎn)電荷不會(huì)因排斥而分開，那么這個(gè)球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的？

（2）為什么電子和質(zhì)子所攜帶的電量恰好相等、電性相反？這有什么深層次原因？

（3）電荷的本質(zhì)是什么，電荷從何而來(lái)？電子的質(zhì)量、能量本質(zhì)是什么，或者說(shuō)電子是以什么方式表現(xiàn)自己的能量和質(zhì)量的。

(4) 目前，這種假定電子能量由靜電自能提供的圖景給我們看到的是一幅靜態(tài)的電子圖畫，但是，我們所看到宇宙中的一切都在運(yùn)動(dòng)，大到星系、日月、星辰，小到分子、原子，連電子都在繞原子核不停運(yùn)轉(zhuǎn)。由此可見，電子內(nèi)部也應(yīng)當(dāng)是處于不停運(yùn)動(dòng)之中，而不是靜止不變的。

2.電子與質(zhì)子的本質(zhì)就是量子化的渦旋閉合電磁場(chǎng)

2.1.光子不可能有無(wú)限可分的結(jié)構(gòu)，這樣，由并非無(wú)限可分的γ光子對(duì)在經(jīng)過(guò)重原子核附近時(shí)產(chǎn)生出的正、負(fù)電子同樣不可能具有無(wú)限可分的結(jié)構(gòu)。否則這一過(guò)程就如“幽靈的作用”一樣神秘。物質(zhì)每分到一個(gè)層次，則該層次粒子間必然存在未知的相互作用，隨著粒子分層的深入，未知的力（相互作用）及未知的粒子也會(huì)越來(lái)越多。我們將永遠(yuǎn)不能搞清楚物質(zhì)相互作用的規(guī)律，即會(huì)陷入“不可知論”的漩渦。

2.2. 《論微觀局域時(shí)空彎曲狀態(tài)下閉合弦量子振動(dòng)形成基本粒子的動(dòng)力學(xué)機(jī)制》[5]一文論證電子、質(zhì)子內(nèi)在本質(zhì)就是攜帶能量的渦旋閉合電磁場(chǎng)。其中主要觀點(diǎn)歸納如下：

2.2.1.從電子對(duì)的產(chǎn)生與湮滅的過(guò)程看，電子內(nèi)部的本質(zhì)就是攜帶能量的渦旋閉合電磁場(chǎng)。

2.2.2.電子、質(zhì)子就是以一定頻率在高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并相互感生激發(fā)的渦旋電場(chǎng)和渦旋磁場(chǎng)形成的閉合弦。能量子運(yùn)動(dòng)具有“趨膚效應(yīng)”，就象一個(gè)皮球，相對(duì)來(lái)講里面是真正的“真空”。閉合弦振動(dòng)的彎曲與閉合是由于高能量密度下空間自然彎曲的必然結(jié)果。

2.2.3.γ光子對(duì)從電場(chǎng)角度看是兩個(gè)旋向相反的渦旋電場(chǎng)。當(dāng)光子對(duì)經(jīng)過(guò)鉛原子核附近時(shí)，在鉛原子核（質(zhì)子組成的帶正電的核子團(tuán)）的電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生相斥、相吸這兩個(gè)相反的作用效果，因而相互分離、發(fā)生實(shí)物化的突變生成為正、負(fù)電子對(duì)飛離出去?？梢钥闯?，正是因?yàn)闇u旋電場(chǎng)方向的不同，形成的實(shí)物粒子有了正、負(fù)電荷之分。

2.2.4.電子、質(zhì)子內(nèi)部不是靜電場(chǎng)，而是渦旋電磁場(chǎng)。

既然如此，那么可以得出結(jié)論：電子、質(zhì)子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律、物理參數(shù)可以用麥克斯韋方程組、質(zhì)能公式及其延伸出來(lái)的計(jì)算公式進(jìn)行描述。

3．麥克斯韋方程組與斯托克斯公式結(jié)合的啟示：電子、質(zhì)子外部的電位移通量必然對(duì)應(yīng)電子、質(zhì)子內(nèi)稟渦旋電磁場(chǎng)的存在

3.1. 麥克斯韋方程組【6】及其意義

3.1.1.麥克斯韋方程組是英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋在19世紀(jì)建立的描述電場(chǎng)與磁場(chǎng)的四個(gè)基本方程。方程組的微分形式，通常稱為麥克斯韋方程。 在麥克斯韋方程組中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)已經(jīng)成為一個(gè)不可分割的整體。該方程組系統(tǒng)而完整地概括了電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，并預(yù)言了電磁波的存在。

3.1.2.麥克斯韋提出的渦旋電場(chǎng)和位移電流假說(shuō)的核心思想是：變化的磁場(chǎng)可以激發(fā)渦旋電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)可以激發(fā)渦旋磁場(chǎng)；電場(chǎng)和磁場(chǎng)不是彼此孤立的，它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)（也是電磁波的形成原理）。麥克斯韋進(jìn)一步將電場(chǎng)和磁場(chǎng)的所有規(guī)律綜合起來(lái)，建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系。這個(gè)電磁場(chǎng)理論體系的核心就是麥克斯韋方程組。

3.1.3.麥克斯韋方程組（Maxwell's equations），是描述電場(chǎng)、磁場(chǎng)與電荷密度、電流密度之間關(guān)系的偏微分方程。它由四個(gè)方程組成：描述電荷如何產(chǎn)生電場(chǎng)的高斯定律、論述磁單極子不存在的高斯磁定律、描述電流和時(shí)變電場(chǎng)怎樣產(chǎn)生磁場(chǎng)的麥克斯韋-安培定律、描述時(shí)變磁場(chǎng)如何產(chǎn)生電場(chǎng)的法拉第感應(yīng)定律。

從麥克斯韋方程組，可以推論出光波是電磁波。麥克斯韋方程組和洛倫茲力方程是經(jīng)典電磁學(xué)的基礎(chǔ)方程。從這些基礎(chǔ)方程的相關(guān)理論，發(fā)展出現(xiàn)代的電力科技與電子科技。

3.1.4.麥克斯韋方程組在電磁學(xué)中的地位，如同牛頓運(yùn)動(dòng)定律在力學(xué)中的地位一樣。以麥克斯韋方程組為核心的電磁理論，是物理學(xué)最引以自豪的成就之一。它所揭示出的電磁相互作用的完美統(tǒng)一，為物理學(xué)家樹立了這樣一種信念：物質(zhì)的各種相互作用在更高層次上應(yīng)該是統(tǒng)一的。

3.1.5. 麥克斯韋方程組的積分形式：

這是1873年前后，麥克斯韋提出的表述電磁場(chǎng)普遍規(guī)律的四個(gè)方程。其中：

（1）描述了電場(chǎng)的性質(zhì)。在一般情況下，電場(chǎng)可以是庫(kù)侖電場(chǎng)也可以是變化磁場(chǎng)激發(fā)的感應(yīng)電場(chǎng)，而感應(yīng)電場(chǎng)是渦旋場(chǎng)，它的電位移線是閉合的，對(duì)封閉曲面的通量無(wú)貢獻(xiàn)。

（2）描述了磁場(chǎng)的性質(zhì)。磁場(chǎng)可以由傳導(dǎo)電流激發(fā)，也可以由變化電場(chǎng)的位移電流所激發(fā)，它們的磁場(chǎng)都是渦旋場(chǎng)，磁感應(yīng)線都是閉合線，對(duì)封閉曲面的通量無(wú)貢獻(xiàn)。

（3）描述了變化的磁場(chǎng)激發(fā)電場(chǎng)的規(guī)律。

（4）描述了變化的電場(chǎng)激發(fā)磁場(chǎng)的規(guī)律。

變化場(chǎng)與穩(wěn)恒場(chǎng)的關(guān)系：

當(dāng)時(shí)，方程組就還原為靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒磁場(chǎng)的方程：(in matter)在沒有場(chǎng)源的自由空間，

麥克斯韋方程組的積分形式反映了空間某區(qū)域的電磁場(chǎng)量(D、E、B、H)和場(chǎng)源(電荷q、電流I)之間的關(guān)系。

3.1.6. 麥克斯韋方程組微分形式：在電磁場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常要知道空間逐點(diǎn)的電磁場(chǎng)量和電荷、電流之間的關(guān)系。從數(shù)學(xué)形式上，就是將麥克斯韋方程組的積分形式化為微分形式。利用矢量分析方法，可得：                   （1）

注：(1)在不同的慣性參照系中，麥克斯韋方程有同樣的形式。

(2) 應(yīng)用麥克斯韋方程組解決實(shí)際問題，還要考慮介質(zhì)對(duì)電磁場(chǎng)的影響。例如在各向同性介質(zhì)中，電磁場(chǎng)量與介質(zhì)特性量有下列關(guān)系：

在非均勻介質(zhì)中，還要考慮電磁場(chǎng)量在界面上的邊值關(guān)系。在利用t=0時(shí)場(chǎng)量的初值條件，原則上可以求出任一時(shí)刻空間任一點(diǎn)的電磁場(chǎng)，即E(x,y,z,t)和B(x,y,z,t)。

3.1.7. 麥克斯韋方程組的主要意義：

3.1.7.1.經(jīng)典場(chǎng)論是19世紀(jì)后期麥克斯韋在總結(jié)電磁學(xué)三大實(shí)驗(yàn)定律并把它與力學(xué)模型進(jìn)行類比的基礎(chǔ)上創(chuàng)立起來(lái)的。但麥克斯韋的主要功績(jī)恰恰是他能夠跳出經(jīng)典力學(xué)框架的束縛：在物理上以"場(chǎng)"而不是以"力"作為基本的研究對(duì)象，在數(shù)學(xué)上引入了有別于經(jīng)典數(shù)學(xué)的矢量偏微分運(yùn)算符。這兩條是發(fā)現(xiàn)電磁波方程的基礎(chǔ)。        

3.1.7.2.我們從麥克斯韋方程組的產(chǎn)生,形式,內(nèi)容和它的歷史過(guò)程中可以看到：第一，物理對(duì)象是在更深的層次上發(fā)展成為新的公理表達(dá)方式而被人類所掌握，所以科學(xué)的進(jìn)步不會(huì)是在既定的前提下演進(jìn)的，一種新的具有認(rèn)識(shí)意義的公理體系的建立才是科學(xué)理論進(jìn)步的標(biāo)志。第二，物理對(duì)象與對(duì)它的表達(dá)方式雖然是不同的東西，但如果不依靠合適的表達(dá)方法就無(wú)法認(rèn)識(shí)到這個(gè)對(duì) 象的"存在"。由此，第三，我們正在建立的理論將決定到我們?cè)诤畏N層次的意義上使我們的對(duì)象成為物理事實(shí),，這正是現(xiàn)代最前沿的物理學(xué)所給我們帶來(lái)的困惑。

3.1.7.3.麥克斯韋方程組揭示了電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互轉(zhuǎn)化中產(chǎn)生的對(duì)稱性優(yōu)美，這種優(yōu)美以現(xiàn)代數(shù)學(xué)形式得到充分的表達(dá)。但是，我們一方面應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式才能充分展示經(jīng)驗(yàn)方法中看不到的整體性(電磁對(duì)稱性)，但另一方面，我們也不應(yīng)當(dāng)忘記，這種對(duì)稱性的優(yōu)美是以數(shù)學(xué)形式反映出來(lái)的電磁場(chǎng)的統(tǒng)一本質(zhì)。因此我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到應(yīng)在數(shù)學(xué)的表達(dá)方式中"發(fā)現(xiàn)"或"看出" 了這種對(duì)稱性，而不是從物理數(shù)學(xué)公式中直接推演出這種本質(zhì)。

3.1.7.4.靜電場(chǎng)是有源無(wú)旋場(chǎng)，穩(wěn)恒磁場(chǎng)是無(wú)源有旋場(chǎng)。非靜電電場(chǎng)是無(wú)源的旋度場(chǎng)。當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)體（以金屬為例）時(shí)，金屬導(dǎo)體呈現(xiàn)電中性，但由于電感應(yīng)效應(yīng)，它兩端可認(rèn)為非別帶了等量的正負(fù)電荷，此時(shí)端電荷激發(fā)的電場(chǎng)，從正端回到負(fù)端，這部分電場(chǎng)就是無(wú)源有旋電場(chǎng)。渦旋電場(chǎng)是指（vortex electric field） 變化的磁場(chǎng)在其周圍空間激發(fā)的電場(chǎng)，即感生電場(chǎng)。渦旋電場(chǎng)是一種非保守場(chǎng)，其電場(chǎng)線是無(wú)始無(wú)終的閉合曲線。所以說(shuō)，電場(chǎng)得依據(jù)情況來(lái)分別它是否有源。磁場(chǎng)，就目前而言它是無(wú)源的旋度場(chǎng)，但是如果找到了磁單極子，那么它激發(fā)出來(lái)的磁場(chǎng)又是有源的了。一個(gè)場(chǎng)的旋度和散度，其實(shí)并非場(chǎng)的固有屬性，它不是由這個(gè)場(chǎng)的名稱決定，而是由它被激發(fā)的原因決定的。