本文已发表在《科技传播》2021年03月下期，请有关老师指正。

 

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           探索质子质量定态和磁矩系数的形成机制

皮可慰

 

摘要  文章提出波粒统一观，认为粒子的定态性质源于与波有关的同步共振，质子的质量定态是可以通过计算得到的。文章运用余波效应和磁场叠加解释质子的自旋磁矩系数形成机制。

关键词 发展的物质实在观；波粒统一观；量子波设想；MSae单位制；同步共振定态原理；余波效应

中图分类号 04  文献标识码 A  文章编号1674-6708（2021）279-0169-04

 

质子、电子等粒子的质量为什么具有稳定性，为什么是这样的数值而不是别的数值，一定是有原因的，是可以通过计算得到解释的。建立波与粒子统一的观点，建立与波有关的同步共振机制，为粒子的质量定量计算提供了新的思路。质子的自旋磁矩（以下简称磁矩）系数2.7927也是一个稳定的数值，与质子的质量定态密切相关，本文提出余波效应概念和磁场叠加观点，能较好地解释质子的磁矩系数形成机制。

1   中性π介子的质量定态

1.1 中性π介子的质量实测值

资料显示，中性π介子的质量为134.976Mev（兆电子伏）。

可以利用普朗克常数h = 6.626075×10^－34焦·秒，1库仑电量 = 6.241506363×10¹⁸e，将相关的物理单位简化，简化单位中只有米秒次e四个符号，可称为MSae（米秒次e）单位制。MSae单位制与国际单位制完全吻合。

1焦 = 1.509189075 × 10³³次/秒

1 ev（电子伏）能量为1.60217733× 10^-19 焦

        1 Mev（兆电子伏）= 2.41798852× 10²⁰ ( 次/秒)

        中性π介子的频率 = 134.976×2.41798852× 10²⁰

 = 3.263704× 10²² ( 次/秒)

1.2 建立π部分子概念

实验证明，中性π介子寿命很短，很快就会堙灭为两个光子，因此中性π介子是正反粒子偶。

将组成中性π介子偶的正或者反粒子称为π部分子。

π部分子的频率 = 3.263704× 10²² / 2 = 1.631852× 10²² ( 次/秒)

π部分子的波长 = 光速/频率

= 2.99792458× 10⁸/ 1.631852× 10²²

              = 1.8371302× 10^-14 米

1.3中性π介子的质量稳定态与电场共振有关

正反π部分子在间距等于波长1.8371302× 10^-14时，υ/c = 0.034079463125，与电场发生共振，出现稳定态。

正反π部分子在间距等于波长时的电场作用力：

 F = 2ac /(4πr²)

            = 2×0.007297353×2.99792458×10⁸

/（4×3.1415926×1.8371302×10^-14×1.8371302× 10^-14）

        = 1.0316356× 10³³( 次/秒)/米

a为精细结构常数：0.0072973（因公式省略了电量e，此处精细结构常数未带单位）。根据惯性力与电场力的平衡，计算正反π部分子在间距等于波长时的π部分子速率（与光速之比）：

     惯性力 = 质量×速率²/距离

            = （频率v/光速c²）×速率υ²/距离r

    （υ/c）² = 力F×距离r/频率v

             = 1.0316356× 10³³( 次/秒) × 1.8371302× 10^-14

                     / 1.631852× 10²²

             = 11.614098069× 10^-4

υ/c = 0.034079463125

注意到在MSae单位制中，精细结构常数a的值为：0.00729735308次/e²，（由于文本印刷原因，有时精细结构常数显示为小写a。）

将[a/(π/2)]开平方得到磁通常数 p,

p  = 0.0681589 单位次/e ，

恰为上述速率的两倍，这是正反π部分子偶运动时的相对性形成的。由此可见，中性π介子的质量稳定态与电场共振有关。

关于使用磁通常数 p解释电场作用的论文《探索物理基础结构及相互作用机制的新思路》，已发表在北京：科技传播，2020-02 (上)。

2   电子的质量定态

2.1 中性π介子的堙灭距离

按照库仑定律，正反π部分子吸引到一定距离时，可以释放出几乎全部能量（频率，暂忽略不完全堙灭剩余质量）：

2ac /(4πr)= 1.631852× 10²²次/秒

r = 2×0.007297353×2.99792458×10⁸

/(4×3.1415926×1.631852× 10²²)

      = 2.133661×10^-17米

这是暗物质系统正反基础粒子偶之间平均间距，是电子质量定态的基础。

2.2电子的质量定态

任何波动现象都存在波幅物理量，量子波动也不例外。假设当电子的波幅与暗物质系统正反基础粒子偶平均间距2.133661×10^-17米相等时，形成强烈的共振，挣脱原有库仑力的束缚，自由电子的质量定态由此产生。

此时电子频率实测值为0.511Mev，即　1.235593× 10²⁰ ( 次/秒)。

3频率波幅平方系数

任何波的波幅物理量平方与频率（能量）成正比。根据前述电子的波幅和频率计算量子层面的频率波幅平方系数：

Q =（2.133661×10^-17）^２／1.235593× 10²⁰

  = 3.684473×10^-54米²/（次/秒）

上述对电子质量定态的假设是否正确，由此计算得到的频率波幅平方系数：Q = 3.684473×10^-54米²/（次/秒）是否真实，需要在后文质子的质量定态计算时验证。

当电子的波幅为2.133661×10^-17米时是最稳定的电子。当电子的波幅为2.133661×10^-17米2倍时是能量为4倍的亚稳定态超电子，这是计算中子质量的基础。当电子的波幅为2.133661×10^-17米3倍时是能量为9倍的亚稳定态超电子，这是计算正反π介子和μ子质量的基础。

（详见笔者：探索质子、电子、中子 、π 介子、 μ 子、Z0玻色子和希格斯玻色子的质量生成机制，北京：科学家杂志，2016年笫13期。其中质子、电子的质量定态模式有修订）

4电子、质子磁矩系数的理论计算和实测值，

4.1电子的磁矩

实验证实电子磁矩为928.477x10^-26 J/T

焦耳J=1.509189x10³³次/秒

特拉斯T=2.41798852×10¹⁴次/(e米²)

电子磁矩换算为MSae单位制：

928.477×10^-26×1.509189×10³³/2.41798852×10¹⁴

= 5.79509×10^-5单位:e (米/秒)米

依据波粒统一观（即量子波设想）可以写出电子磁矩的计算公式

= [电子康普顿波长/(4丌)]×c×e

= [2.42631×10^-12/(4×3.1415926)]×2.99792458×10⁸

= 5.78838×10^-5e(米/秒)米

对比电子磁矩实测值5.79509×10^-5，二者误差千分之二以下。（与电子的磁矩系数1.001159有关）

这就进一步证实了波粒统一观（量子波设想）的正确性: 一切粒子就是波，即使在静止的电子内部也存在光速的一致性。

4.2 质子的磁矩

但按上述方式计算质子磁矩时出现了2.792847系数

实验证实质子磁矩为1.410607×10^-26 J/T

质子磁矩换算为MSae单位制：

1.410607×10^-26×1.509189×10³³/2.41798852×10¹⁴

= 8.804312×10^-8单位: e(米/秒)米

参照上述电子磁矩的计算公式

质子磁矩 = [质子康普顿波长/(4丌)]×c×e

= [1.32141×10^-15/(4×3.1415926)]×2.99792458×10⁸

= 3.15245×10^-8 e(米/秒)米

     对比质子磁矩实测值， 二者误差2.792847倍。

说明质子的能量大，曲率大，波动中心运动时出现了类似磁场的自干扰。这个性质极大地影响了质子的质量定态机制。

5质子的质量定态

质子与电子一样，是最稳定的粒子，具有全同一致性，宇宙间任何地方的质子几乎完全一致，这一定是有原因的，一定与系统的某些均匀化因素和同步共振因素有关。

质子的静能938.272341Mev（兆电子伏）

      换算成频率2.2687317× 10²³ ( 次/秒)

质子的波长 = 光速/频率

             = 1.32141×10^-15米

考虑到质子的自旋为1/2，且波幅与力臂的半程有关：

质子的半程自旋力臂 = 1.32141×10^-15/2/2

 = 3.303525×10^-16米

假设质子的质量定态机制是质子波幅等于质子的半程自旋力臂时的同步共振。

计算质子的波幅：

上文由电子实测值计算得到频率波幅平方系数Q =3.684473×10^-54 米²/（次/秒）

质子波幅平方 = 2.2687317×10²³×3.684473×10^-54

                 = 83.5908×10^-32米²

质子波幅 = 9.1428×10^-16米

而质子的半程自旋力臂为3.303525×10^-16米，上述波幅计算值是实测的2.7676倍。注意到质子磁矩的理论计算值也出现了与实测值差异的2.792847系数，这个因素必将影响质子的质量定态的同步共振。

至于上述波幅计算值是实测值的2.7676倍，与质子磁矩系数2.792847存在差异，是因为前文计算中性π介子的堙灭距离时，取了“完全堙灭”假设，实际上是存在“不完全堙灭”剩余质量的。不完全堙灭距离将会大于2.133661×10^-17米，电子和质子的波幅将会略大一些，与质子磁矩系数2.792847的差异将会自然消除。

质子的质量定态机制为什么会与质子磁矩系数发生联系，这是因为根据各自的公式，二者都与质子波长有关，都是正向关系，只要质子的波长（与有效质量相关的波长）扩大2.792847倍，质子的质量定态和磁矩系数问题都能得到解决。现在需要研究的是如何合理地解释质子磁矩系数2.792847的问题。

6  解释质子磁矩系数的结构方案

不少学者利用标准模型理论中的某些观点，设计了对质子磁矩系数的计算方案，这些方案都是从质子内部结构角度出发，分析计算质子中对磁矩有影响的“有效质量”，从而得到质子磁矩系数。笔者称这种方案为结构方案。

作者（圣子）2015年10月4日在豆丁网上发表论文《大统释义篇质子的结构和磁矩》，从质子结构角度计算得到质子的磁矩系数。要点如下：（对少量计算数据误差和表述方式有订正）

6.1质子的结构：

质子由两个u夸克和一个d夸克组成，从动态质量（所谓夸克海）考虑，u夸克是d夸克质量的二倍。于是两个u夸克各自质量为质子质量938.2723Mev的40%，即375.30892 Mev。另一个d夸克的质量为质子质量938.2723Mev的20%，即187.65446 Mev

6.2计算夸克的静态质量

A、设Ee /Eu=1/ (e^(E’u/Ee)-1) ，由于对数值影响很小，公式中的-1可以忽略，即为：Ee /Eu=1/ (e^(E’u/Ee))

Eu即u夸克动态质量375.30892 Mev，Ee即电子静态质量0.511 Mev，e = 2.71828，（自然对数的底）Ee /Eu和1/ e^(E’u/Ee)均为在Eu条件下最小电性质量出现的概率。

计算得到u夸克静态质量E^，u=3.37216 Mev.

   B、设Ee /Ed=1/ (e^(E’d/Ee))

Ed即d夸克动态质量187.65446 Mev，Ee /Ed和1/ e^(E’d/Ee)均为在Ed条件下最小电性质量出现的概率。

计算得到d夸克静态质量E^，=3.017962 Mev.

6.3计算质子中的有效质量

E= 2×（Ed-4E^，u-2E^，d ）

= 2×（187.65446 Mev-4×3.37216 Mev-2×3.017962 Mev）

= 336.126Mev

6.4计算质子的磁矩系数

质子的磁矩系数=938.2723/336.126

=2.79143

与实测值2.7928误差小于千分之一。

 6.5对结构方案的评述：

  A、结构方案对质子中与电场有关的有效质量的解释使用了环流分析方式，很复杂，内在逻辑也存在某些自恰性的欠缺。

  B、夸克和分数电量的理论假设缺乏实验的直接支持。

  C、结构方案的立论基础有三个：一是质子质量的实测值。对此笔者是认同的。二是电子质量的实测值。对此笔者是认同的，但不认为质子内部存在电子，而只认为是一种最小电场质量，可为计算提供定态依据。三是质子存在内部结构，且分立部分分别为质子质量的0.4、0.4、0.2。笔者提出的波粒统一观认同质子内部有结构的观点，但不认为是夸克结构，而是波动方式结构。横波与纵波的共振态构成量子波。光量子波体现在X、Y轴平面方向，当增加Z方向时，出现立体状态并呈现正反电性，Y、Z方向波长为X方向的一半（即半自旋），强度为X方向的两倍，各自为总质量的40%。

  D、结构方案对有效质量与质子磁矩系数的内在联系，没有阐述清楚。

7   解释质子磁矩系数的余波效应

7.1  余波效应

笔者认为粒子就是波，是实实在在的介质波，基础的介质就是以太，暗物质是在以太基础上形成的与电场有关的上一层次介质。介质中的波，在传播过程中总会在其尾部遗留痕迹，正或者反粒子自旋时，相当于持续不断的通电线圈，下一圈将会叠加上一圈余留的磁场，称为余波效应。由于余波效应产生的叠加磁场，导致质子的磁矩系数由此产生。

余波效应为解释质子磁矩系数提供了新的思路。余波效应在很多物理实验中都有显现，例如，解释原子核外电子能级的驻波性共振理论，电子轨道运动时并没有固定端点，只有余波效应可以为产生驻波创造条件。

7.2余波衰减常量

余波强度是随传播距离衰减的，自旋时上一圈余留的磁场强度可用余波系数描述，粒子波长越短余波系数越大，极限为1。粒子波长越长余波系数越小，极限为0。存在一个空间物理常量，可暂称为余波衰减常量，是宇宙的自然特征值，意味着任何波行程到此长度时，波的强度减半，即系数为0.5。再继续，波的强度是波行程与此常量的反比。

前文结构方案中计算出的质子有效质量为 336.26 Mev，换算为波长

= 2.99792458×10⁸/（336.126×2.418×10²⁰）

= 3.68861×10^-15米

考虑到自旋波长1/2因素：

3.68861×10^-15/2= 1.844305×10^-15米

假设以此值作为余波衰减常量。

7.3余波系数公式

根据以上计算，设1.844305×10^-15米为余波衰减常量，则可建立余波系数公式：

A、粒子波长X小于1.844305×10^-15时：

余波系数Y=1-0.5X / 1.844305×10^-15

B、粒子波长X大于1.844305×10^-15时：

余波系数Y=0.5 ×1.844305×10^-15 / X

（说明：此公式及以下公式计算电子磁矩系数得到1.00038，与电子磁矩系数实测值1.001159相比，误差在千分之二以下）

4）根据质子波长1.32141×10^-15米计算质子的余波系数：

Y=1-0.5×1.32141×10^-15 / 1.844305×10^-15

 = 0.641759

5）根据质子的余波系数计算质子磁矩系数

利用上述公式，计算得到质子的余波系数0.641759，按等比数列求和公式计算质子磁矩系数：

Sn = a1(1-qⁿ)/(1-q)

  a1为首列，取1可忽略。q = 0.641759，当n足够大，即自旋圈数足够多时，可计算得到Sn的极限值为2.79142，与质子的磁矩系数实测值2.792828相比，误差小于千分之一。

其实，当n不是太小时，直接使用质子波长和余波常量就能计算得到质子磁矩系数。

质子磁矩系数 = 2×1.844305×10^-15/1.32141×10^-15

            = 2.79142

使用余波效应解释质子磁矩系数，可以避免使用假设性太强的夸克概念和分数电量概念，对质子磁矩系数的解释更具合理性和直观性。

6）使用余波效应解释质子磁矩系数的逻辑自恰性

以上分析是以结构方案中计算出的有效质量336.26 Mev，换算为波长计算得到空间物理常量——余波衰减常量，然后展开了分析计算。其实这只是为了阐述便利做的文字处理。

正确的描述应当是：余波衰减常量是大自然的客观存在，并不需要计算出来，质子的质量实测值和质子磁矩系数的实测值验证了余波衰减常量的真实存在。为什么不能反向分析，认为是结构方案发现了余波衰减常量呢？因为余波效应和叠加磁场方式对质子磁矩系数的解释力度，远远强于结构方案中的有效质量方式。

7）结构方案为什么能够得到“巧合”数值

如果说结构方案不是质子磁矩系数产生机制的源头，那么为什么结构方案能够准确地得到某些“巧合”数值呢？理由如下：

由于质子磁矩系数的本质是磁场通过余波效应产生的叠加，这种整体性质的改变必然引起质子内部结构形式变化，对质子的结构进行分析时，必然能够得到体现质子磁矩系数增加的结果：与磁矩有关的有效质量减少，相应的波长增大。由此可见，结构方案之所以能够得到某些“巧合”数值，并不是方案揭示了质子磁矩系数或者大自然某个常数的奥秘，而是如实地描述了质子的本来面目。而这恰好也为余波效应和余波衰减常量的正确性，提供了有效验证。

细心的读者可能发现，结构方案剖析质子磁矩系数时，用上了质子的质量作为变量。余波效应剖析质子磁矩系数时，也用上了质子的质量作为变量。而前文第5点，认为质子的质量定态又与质子的磁矩系数有关，这是否会是一种循环论证？笔者认为，这不是循环论证，而是大自然通过波的同步共振实现定态时的相互关联形式,需要通过关联寻找到平衡状态。大自然就是这样，一环扣一环，相互关联地、巧妙地构筑了自己的稳定体系。

 

 

 

 

 

 

参考书目

 

[1] 桂起权.沈健.物理学哲学研究.武汉：武汉大学出版社.2012.

[2] 倪光炯、李洪芳.近代物理.上海：上海科学技术出版社，1979.   

[3] 喀兴林. 量子力学与原子世界.太原： 山西科学技术出版社，2005.

[4] 周一平、唐英、蔡建国、罗益民.实用大学物理手册.

长沙：湖南科学技术出版社，2005.

[5] 林强、于敏.原子核理论讲义.北京：北京大学出版社，2014.

[6] 霍炳海、贾洛武、曹文斗.大学物理概论.天津大学出版社， 2000.

[7] 赵凯华、陈熙谋.电磁学. 北京：高等教育出版社.2003

[8] 张三慧.大学物理学（第三册）电磁学（第二版）.北京：清华大学出版社， 1999.

[9] 肖振军、吕才典.粒子物理学导论.北京：科学出版社，2016.

[10] 圣子，大统释义篇质子的结构和磁矩，2015年10月4日在豆丁网上发表