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电子电荷与内禀自旋

(2017-05-13 16:00:16)
标签:

物理学

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教育

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分类: 文化,教育,情感

                                            电子电荷与内禀自旋
                                                         胡  良  
                                            深圳市宏源清实业有限公司                                      
摘要:内禀自旋,体现为体旋,产生电荷,而电荷产生库仑力,即内禀自旋是产生磁力的内因。内禀自旋有正反方向,体现为正负电荷。
 因为电子具有内禀的自旋频率(或速度)非常大,故电子的质量非常大;同样地,因为质子具有内禀的自旋频率(或速度)也非常大,故质子的质量也非常大。从而导致正负电荷之间的引力大。这就是电磁力大于万有引力的本质原因。
  电子的质量分为两部分,内禀自旋质量及惯性质量组成。质子的质量也分为两部分,内禀自旋质量及惯性质量组成。内禀自旋质量与惯性质量有所不同,内禀自旋质量有正负质量之分(或正负动能属性之分),体现为正负电荷。
  电磁力是内禀自旋质量之间的万有引力(同性电荷则是万有斥力);而万有引力是惯性质量之间的万有引力。
关键词:电子,自旋,弦论,能量,量子理论,相对论,光速,普朗克常数。
分类号:O412,O413
作者简介:总工,高工,专家,董事.QQ:2320051422@qq.com
                  
                   Energy constants theory
                           Hu Liang
  Shenzhen Hongyuanqing Industrial Co., Ltd, Shenzhen 518004, China
Abstract:  Energy constant
 Energy constant(with Hu expressed)
Dimension is L^(3)[L^(3)T^(-3)], is a physical constant, equivalent to the size of Vp *C^(3).Energy constants(Hu) is the smallest unit of energy, which is equivalent to the energy of elementary particles.
Key words:String theory, Energy, quantum theory, relativity, light velocity,
 Planck 's constant, photon, symmetry breaking。           
1引言
  电荷是带正负电的基本粒子;带正电的粒子叫正电荷;带负电的粒子叫负电荷。在电磁学里,称带有电荷的物质为带电物质。电荷质之间会互相施加作用力于对方,所涉及的作用力遵守库仑定律。电荷的量称为电荷量(用Q表达),单位是库伦(C)。电荷具有量子性质,由基本电荷组成(用e表达)。
 库仑定律表达了,在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与其距离平方成反比,而与电量乘积成正比,作用力的方向沿连线。此外,同号电荷相斥,异号电荷相吸。电荷在粒子物理学中,是一个具有相加性量子数。万有引力定律和库仑定律具有类比性。万有引力定律和库仑定律分别适用于质点和点电荷。库仑定律本质上是万有引力定理在一定边界条下的应用。
2精细结构常数的本质
  精细结构常数体现了电子内禀属性与光子内禀属性的区别,体现了电子内禀属时钟与光子内禀时钟的比值。是基态轨道上电子的速度与光速之比。正是由于光子的对称性破缺,而产生电子,从而使电子产生内禀的自旋,使得光子与电子完全不同了。
精细结构常数,是物理学中一个重要的无量纲数,常用α表示。
精细结构常数表示电子运动速度和光速的比值,计算公式为 α=(e^2)/(2ε0*h*c)
其中 e 表达电子的电荷,其量纲是[L^(3)T^(-1)];ε0 表达真空介电常数,其量纲是[L^(0)T^(1)]; h 表达普朗克常数,其量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]; c 表达真空中的光速,其量纲是,[L^(1)T^(-1)]。
精细结构常数是一个数字,其大小是:α^(-1)=137
玻尔大胆地假设,电子只在一些具有特定能量的轨道上绕核作圆周运动,这些特定的能量称为电子的能级。当电子从一个能级跳到另一个能级时,会吸收或发射与能级差相对应的光量子。玻尔从这两个假设出发,成功地解释了氢原子光谱线的分布规律。
 在玻尔之后,索末斐对他的氢原子模型作了几方面的改进。首先,索末斐认为原子核的质量并非无究大,所以电子并不是绕固定不动的原子核转动,而应该是原子核和电子绕着他们的共同质心转动。其次,电子绕核运行的轨道与行星绕日运行的轨道相似,不必是一个正圆,也可以是椭圆。最后,因为核外电子的运动速度很快,有必要计及质量随速度变化的相对论效应。在经过这样改进之后,索末斐发现电子的轨道能级除了跟原来玻尔模型中的轨道主量子数n有关外,还跟另一个角量子数k有关。对于某个主量子数n,可以取n个不同的角量子数。这些具有相同主量子数但不同角量子数的轨道之间的能级有一个微小的差别。索末斐认为,正是这个微小的差别造成了原子光谱的精细结构。
  另外,考虑了电子与原子核的相对运动之后,轨道能级的数值也变成了与原子核的质量有关,这也解释了氢原子光谱与氘原子光谱之间的细微差别。
 在索末斐模型中,不同角量子数的轨道之间的能级差正比于某个无量纲常数的平方。这个常数来源于电子的质量随速度变化的相对论效应。事实上,它就是基态轨道上电子的线速度与光速之比。根据玻尔模型,很容易推算出基态轨道上电子的速度为 v=e^2/ 2ε0h.它与光速之比,正是我们前面看到的精细结构常数的公式。因为它首先由索末斐在解释原子光谱的精细结构时出现,所以这个常数被称为(索末斐)精细结构常数。
  从表面看来,精细结构常数(α)只不过是另外一些物理常数的简单组合。实际上,精细结构常数具有深刻的物理意义。狄拉克方程认为它是电子的自旋磁矩与电子绕核运行形成的磁场耦合的结果。量子电动力学认为,两个带电粒子(比如两个电子)是通过互相交换光子而相互作用的。这种交换可以有很多种不同的方式。量子电动力学表明,不同复杂程度的交换方式,对最终作用的贡献是不一样的。它们的贡献随着过程中光子的吸收或发射次数呈指数式下降,而这个指数的底,正好就是精细结构常数。或者说,在量子电动力学中,任何电磁现象都可以用精细结构常数的幂级数来表达。这样一来,精细结构常数就具有了全新的含义:它是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量。在量子电动力学之后的量子色动力,也有着类似于精细结构常数的东西。强相互作用的精细结构常数比电磁精细结构常数大得多,因此强相互作用也比电磁相互作用大得多。
3光子与电子的区别
   由于光子的对称性破缺,产生了正负电子,从而使电子具有了内禀自旋的属性,这就是说,光子在对称性破缺成正负电子时,其中,光子的部分动能转化为电子的内禀自旋。电子的内禀自旋使得电子与光子的属性具有了本质的区别.
  对于光子来说,其量纲是:
{[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]}*{[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]}*{[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]}。其大小是:Hu=Vp*C^(3)。
等价于:{[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]}*{[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]}*[Lp*C].
等价于:{[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]}*{[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]}*[Lp*f*λ].
等价于:[L^(2)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[Lp*f*λ].
等价于:Lp^(2)*C^(2)*[Lp*f*λ].
等价于:λ^(2)*{[Lp^(2)/λ^(2)]*C^(2)}*[Lp*f*λ].
等价于:[λ^(2)*Lp*f]*{[Lp^(2)/λ^(2)]*C^(2)}*λ.
等价于:[λ^(1)*Lp*C]*{[Lp^(2)/λ^(2)]*C^(2)}*λ.
可见,其中,光子的质量是:[λ^(1)*Lp*C];
光子的动能是:[λ^(1)*Lp*C]*{[Lp^(2)/λ^(2)]*C^(2)},
等价于:[Vp* C^(3)]/λ。
其中:C=fp*λp=f*λ。而λp(又可用Lp表达)表达最小的普朗克长度;fp表达光子的最大频率。
  对于电子来说,电子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]*Lp}。其中,普朗克长度(Lp)的量纲是[L^(1)T^(0)]。电子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]*[Lp]},体现电子电荷属性。
电子的量纲又可表达为:[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-1)]*Lp}*[L^(1)T^(-1)],或[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-1)]*Lp}*[f*λ]。其中量纲[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-1)]*Lp}体现了电子的自旋(体现了电子具有内禀角动量),而电子的自旋标志其微观态的一个新的自由度,是电子在空间转动状态下特性的体现。由于电子的自旋,使得电子的运行速度小于光子。也就是说,电子的惯性空间:V>Vp,电子的三维空间速度:S^(3)< C^(3)。对于基态的电子来说,V*S^(3)=Vp* C^(3)。
其中:S^(1)=fe*λe=f*λ。而λe(又可用Le表达)表达电子最小长度;fe表达电子的最大频率。
电子的自旋是电子的内禀运动。与电子自旋相联系的是电子的自旋磁矩。基本粒子是不可分割的,与物体自转(自旋角动量)的属性有所不同。基本粒子的自旋是一种内在的属性(内在的角动量),而其量值是量子化的。换句话说,对称性破缺是电子具有内禀自旋的原因,电荷的本质与电子内禀自旋相关.正是电子的内禀自旋使得电子与光子的属性具有了本质的区别.
  从另一个角度来看,电子(能量)大小是: [L^(3)T^(0)]*[L^(3)T^(-3)],
  即:Vn * S^(3)= [Vp* C^(3)]。
而:S^(1)=fe*Le,即, S^(1)=f*λ,其中,S^(1)表达电子在真空中的最大一维空间速度;fe表达电子惯性体系的最大频率(内禀属性);λe表达电子惯性体系的最小波长(内禀属性);Vn*S^(2)表达了该电子惯性体系的内禀的普朗克常数(用he表达),是电子惯性体系内在的惯性时钟,是一个常数.f表达电子惯性体系的频率;λ表达电子惯性体系的波长。
 由于光子的对称性破缺,产生了正负电子,而使电子具有了内禀自旋的属性,这就是说,光子在对称性破缺成正负电子后,其中,光子的部分动能转化为电子的内禀自旋。电子的内禀自旋使得电子与光子的属性具有了本质的区别.
 而精细结构常数体现了电子内禀属性与光子内禀属性的区别,体现了电子内禀属时钟与光子内禀时钟的比值。是基态轨道上电子的速度与光速之比。正是由于光子的对称性破缺,而产生电子,从而使电子产生内禀的自旋,使得光子与电子完全不同了。
精细结构常数,是物理学中一个重要的无量纲数,常用α表示。
精细结构常数表示电子运动速度和光速的比值,计算公式为 α=(e^2)/(2ε0*h*c)
其中 e 表达电子的电荷,其量纲是[L^(3)T^(-1)];ε0 表达真空介电常数,其量纲是[L^(0)T^(1)]; h 表达普朗克常数,其量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]; c 表达真空中的光速,其量纲是,[L^(1)T^(-1)]。
精细结构常数是一个数字,其大小是:α^(-1)=137。
从另一个角度来说,精细结构常数与光子的最大频率(fp)及电子的最大频率(fn)相关。
4电子电荷与能量常数  
 内禀自旋,体现为体旋,产生电荷,而电荷产生库仑力,即内禀自旋是产生磁力的内因。内禀自旋有正反方向,体现为正负电荷。
 因为电子具有内禀的自旋频率(或速度)非常大,故电子的质量非常大;同样地,因为质子具有内禀的自旋频率(或速度)也非常大,故质子的质量也非常大。从而导致正负电荷之间的引力大。这就是电磁力大于万有引力的本质原因。
  电子的质量分为两部分,内禀自旋质量及惯性质量组成。质子的质量也分为两部分,内禀自旋质量及惯性质量组成。内禀自旋质量与惯性质量有所不同,内禀自旋质量有正负质量之分(或正负动能属性之分),体现为正负电荷。
  电磁力是内禀自旋质量之间的万有引力(同性电荷则是万有斥力);而万有引力是惯性质量之间的万有引力。
 线旋,如果用一系列体旋轴与面旋轴构成的截面去切一个作自旋的物体,则每个截面能显现闭封同心线的旋转(线旋),而每个截面内同心的不动点组成的圈线(线旋轴)。
 面旋,如果用一系列平行的截面来切一个作自旋的物体,如果能在每个截面内找到一个且仅有一个不动的转点的旋转(面旋)。由这些不动点组成的转轴与截面正交,这些截面就称为面旋正面,而这条转轴就称为面旋轴(也称面旋Z轴)。
 体旋,如果物体作面旋,面旋轴只有一条,而面旋正面却有很多个,并且物体还可以绕其中一个面旋正面内的一条轴作旋转(体旋)。而这个面旋正面就称为体旋面,这根转轴称为体旋轴。但过这个面旋正面不动点的体旋轴还可以有许多条,因此在体旋面内选定一条作体旋X轴,那么体旋面内过不动点与它垂直的另一条轴就称为体旋Y轴。绕体旋X轴转90度,体旋面就与原先的位置相垂直,体旋Y轴这时也与原先的位置相垂直。如果体旋围绕X轴再转90度,体旋面就翻了个面。其次,前面体旋面从开始位置转90度垂直起来时,还可以停下来绕体旋Y轴旋转若干圈,再停下来绕体旋X轴继续转90度从而回到开先的水平位置。体旋比面旋复杂很多。
  电荷是带正负电的基本粒子;带正电的粒子叫正电荷;带负电的粒子叫负电荷。在电磁学里,称带有电荷的物质为带电物质。电荷质之间会互相施加作用力于对方,所涉及的作用力遵守库仑定律。电荷的量称为电荷量(用Q表达),单位是库伦(C)。电荷具有量子性质,由基本电荷组成(用e表达)。
 库仑定律表达了,在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与其距离平方成反比,而与电量乘积成正比,作用力的方向沿连线。此外,同号电荷相斥,异号电荷相吸。电荷在粒子物理学中,是一个具有相加性量子数。万有引力定律和库仑定律具有类比性。万有引力定律和库仑定律分别适用于质点和点电荷。库仑定律本质上是万有引力定理在一定边界条下的应用。
 由于光子的对称性破缺,产生了正负电子,从而使电子具有了内禀自旋的属性,这就是说,光子在对称性破缺成正负电子时,其中,光子的部分动能转化为电子的内禀自旋。电子的内禀自旋使得电子与光子的属性具有了本质的区别.
5结论
  内禀自旋,体现为体旋,产生电荷,而电荷产生库仑力,即内禀自旋是产生磁力的内因。内禀自旋有正反方向,体现为正负电荷。
 因为电子具有内禀的自旋频率(或速度)非常大,故电子的质量非常大;同样地,因为质子具有内禀的自旋频率(或速度)也非常大,故质子的质量也非常大。从而导致正负电荷之间的引力大。这就是电磁力大于万有引力的本质原因。
  电子的质量分为两部分,内禀自旋质量及惯性质量组成。质子的质量也分为两部分,内禀自旋质量及惯性质量组成。内禀自旋质量与惯性质量有所不同,内禀自旋质量有正负质量之分(或正负动能属性之分),体现为正负电荷。
  电磁力是内禀自旋质量之间的万有引力(同性电荷则是万有斥力);而万有引力是惯性质量之间的万有引力。
 线旋,如果用一系列体旋轴与面旋轴构成的截面去切一个作自旋的物体,则每个截面能显现闭封同心线的旋转(线旋),而每个截面内同心的不动点组成的圈线(线旋轴)。
 面旋,如果用一系列平行的截面来切一个作自旋的物体,如果能在每个截面内找到一个且仅有一个不动的转点的旋转(面旋)。由这些不动点组成的转轴与截面正交,这些截面就称为面旋正面,而这条转轴就称为面旋轴(也称面旋Z轴)。
 体旋,如果物体作面旋,面旋轴只有一条,而面旋正面却有很多个,并且物体还可以绕其中一个面旋正面内的一条轴作旋转(体旋)。而这个面旋正面就称为体旋面,这根转轴称为体旋轴。但过这个面旋正面不动点的体旋轴还可以有许多条,因此在体旋面内选定一条作体旋X轴,那么体旋面内过不动点与它垂直的另一条轴就称为体旋Y轴。绕体旋X轴转90度,体旋面就与原先的位置相垂直,体旋Y轴这时也与原先的位置相垂直。如果体旋围绕X轴再转90度,体旋面就翻了个面。其次,前面体旋面从开始位置转90度垂直起来时,还可以停下来绕体旋Y轴旋转若干圈,再停下来绕体旋X轴继续转90度从而回到开先的水平位置。体旋比面旋复杂很多。
  电荷是带正负电的基本粒子;带正电的粒子叫正电荷;带负电的粒子叫负电荷。在电磁学里,称带有电荷的物质为带电物质。电荷质之间会互相施加作用力于对方,所涉及的作用力遵守库仑定律。电荷的量称为电荷量(用Q表达),单位是库伦(C)。电荷具有量子性质,由基本电荷组成(用e表达)。
 库仑定律表达了,在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与其距离平方成反比,而与电量乘积成正比,作用力的方向沿连线。此外,同号电荷相斥,异号电荷相吸。电荷在粒子物理学中,是一个具有相加性量子数。万有引力定律和库仑定律具有类比性。万有引力定律和库仑定律分别适用于质点和点电荷。库仑定律本质上是万有引力定理在一定边界条下的应用。
  由于光子的对称性破缺,产生了正负电子,从而使电子具有了内禀自旋的属性,这就是说,光子在对称性破缺成正负电子时,其中,光子的部分动能转化为电子的内禀自旋。电子的内禀自旋使得电子与光子的属性具有了本质的区别.
根据弦理论,可分析其在三维空间条件下,在光速(C)约束下及普朗克长度(Lp)约束下,能量的定性及定量属性.
弦理论( M理论)包含振动弦,还包含,振动的二维薄膜、涨落的三维膜等。振动弦实质上是指一维弦(一维空间)的运动; 振动的二维薄膜实质上是指二维弦(二维空间)的运动; 涨落的三维膜实质上是指三维弦(三维空间)的运动.根据弦论,基本粒子可由长度(L)及时间(T)表达。弦的长度量纲可表达为:[L^(1)T^(0)];弦的运动的量纲可表达为:[L^(1)T^(-1)]。
  从定性的角度来看,
从一维空间的角度,一维弦的量纲可表达为:[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]。
从二维空间的角度:二维弦的量纲可表达为:{[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]}*{[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]];
即:[L^(2)T^(-1)]*[L^(2)T^(-1)];即:[L^(2)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]}。
  从三维空间的角度:三维弦的量纲可表达为:{[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]}*{[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]}*
{[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]};
即:[L^(2)T^(-1)]*[L^(2)T^(-1)]*[L^(2)T^(-1)];
即:[L^(3)T^(0)]*[L^(3)T^(-3)],三维弦本质上就是能量,体现了弦论的能量属性,体现基本粒子的属性.
三维弦(涨落的三维膜)可用通用式表达为:
 [L^(3)T^(0)]*[L^(3)T^(-3)],
即, [L^(m1)T^(-n1)]*[L^(m2)T^(-n2)] *[L^(m3)T^(-n3)],其中;m1+m2+m3=6,n1+n2+n3=3.
 从定量的角度来看,
  由于在宇宙中,能量是量子化的,因此一定有约束边界条件.这就是,最小的尺度,普朗克长度(Lp),量纲是: [L^(1)T^(0)],即, 最小的空间是普朗克空间(Vp),量纲是[L^(3)T^(0)] ; 最大的速度是真空中的光速(用C表达),量纲是L^(1)T^(-1), 最大的速度是真空中的光速(用C表达),量纲是[L^(1)T^(-1)],可见最大的三维空间速度是,C^(3), 量纲是L^(3)T^(-3).可见,最小的能量单元是Vp* C^(3),等价于基本粒子的能量.
精细结构常数,是物理学中一个重要的无量纲数,常用α表示。
精细结构常数表示电子运动速度和光速的比值,计算公式为 α=(e^2)/(2ε0*h*c)
其中 e 表达电子的电荷,ε0 表达真空介电常数, h 表达普朗克常数, c 表达真空中的光速。精细结构常数是一个数字,单位为1(或说是没有单位)
            α^(-1)=137
玻尔大胆地假设,电子只在一些具有特定能量的轨道上绕核作圆周运动,这些特定的能量称为电子的能级。当电子从一个能级跳到另一个能级时,会吸收或发射与能级差相对应的光量子。玻尔从这两个假设出发,成功地解释了氢原子光谱线的分布规律。
  在玻尔之后,索末斐对他的氢原子模型作了几方面的改进。首先,索末斐认为原子核的质量并非无究大,所以电子并不是绕固定不动的原子核转动,而应该是原子核和电子绕着他们的共同质心转动。其次,电子绕核运行的轨道与行星绕日运行的轨道相似,不必是一个正圆,也可以是椭圆。最后,因为核外电子的运动速度很快,有必要计及质量随速度变化的相对论效应。在经过这样改进之后,索末斐发现电子的轨道能级除了跟原来玻尔模型中的轨道主量子数n有关外,还跟另一个角量子数k有关。对于某个主量子数n,可以取n个不同的角量子数。这些具有相同主量子数但不同角量子数的轨道之间的能级有一个微小的差别。索末斐认为,正是这个微小的差别造成了原子光谱的精细结构。
  另外,考虑了电子与原子核的相对运动之后,轨道能级的数值也变成了与原子核的质量有关,这也解释了氢原子光谱与氘原子光谱之间的细微差别。
  在索末斐模型中,不同角量子数的轨道之间的能级差正比于某个无量纲常数的平方。这个常数来源于电子的质量随速度变化的相对论效应。事实上,它就是基态轨道上电子的线速度与光速之比。根据玻尔模型,很容易推算出基态轨道上电子的速度为 v=e^2/ 2ε0h.它与光速之比,正是我们前面看到的精细结构常数的公式。因为它首先由索末斐在解释原子光谱的精细结构时出现,所以这个常数被称为(索末斐)精细结构常数。
  从表面看来,精细结构常数(α)只不过是另外一些物理常数的简单组合。实际上,精细结构常数具有深刻的物理意义。狄拉克方程认为它是电子的自旋磁矩与电子绕核运行形成的磁场耦合的结果。量子电动力学认为,两个带电粒子(比如两个电子)是通过互相交换光子而相互作用的。这种交换可以有很多种不同的方式。量子电动力学表明,不同复杂程度的交换方式,对最终作用的贡献是不一样的。它们的贡献随着过程中光子的吸收或发射次数呈指数式下降,而这个指数的底,正好就是精细结构常数。或者说,在量子电动力学中,任何电磁现象都可以用精细结构常数的幂级数来表达。这样一来,精细结构常数就具有了全新的含义:它是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量。在量子电动力学之后的量子色动力,也有着类似于精细结构常数的东西。强相互作用的精细结构常数比电磁精细结构常数大得多,因此强相互作用也比电磁相互作用大得多。
  

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