摘要：本文從γ射線在重原子核附近可產(chǎn)生正負(fù)電子對這一物理現(xiàn)象出發(fā)，分析了電子經(jīng)典半徑的由來及其存在的問題，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的觀點(diǎn)。再由麥克斯韋方程組導(dǎo)出的電磁場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)出粒子能量來源公式、粒子質(zhì)量來源公式、粒子電荷來源公式和粒子質(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明其物理意義。據(jù)此對現(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物理學(xué)帶來的影響。
關(guān)鍵詞：量子化渦旋閉合電磁場 粒子能量來源公式 粒子質(zhì)量來源公式 粒子電荷來源公式 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：O41，O57 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
1.引言
1.1.電子對的產(chǎn)生與湮滅
中國物理學(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。[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)有物理框架對此仍然無法作出合理解釋。
1.2.目前電子的經(jīng)典半徑的由來[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？電子的質(zhì)量、能量本質(zhì)是什么，或者說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，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
2.1.光子不可能有無限可分的結(jié)構(gòu)，這樣，由并非無限可分的γ光子對在經(jīng)過重原子核附近時(shí)產(chǎn)生出的正、負(fù)電子同樣不可能具有無限可分的結(jié)構(gòu)。否則這一過程就如“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）及未知的粒子也會越來越多。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)下閉合弦量子振動形成基本粒子的動力學(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。其中主要觀點(diǎn)歸納如下：
2.2.1.從電子對的產(chǎn)生與湮滅的過程看，電子內(nèi)部的本質(zhì)就是攜帶能量的渦旋閉合電磁場。
2.2.2.電子、質(zhì)子就是以一定頻率在高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并相互感生激發(fā)的渦旋電場和渦旋磁場形成的閉合弦。能量子運(yùn)動具有“趨膚效應(yīng)”，就象一個(gè)皮球，相對來講里面是真正的“真空”。閉合弦振動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光子對從電場角度看是兩個(gè)旋向相反的渦旋電場。當(dāng)光子對經(jīng)過鉛原子核附近時(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)電子對飛離出去。可以看出，正是因?yàn)闇u旋電場方向的不同，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，而是渦旋電磁場。
既然如此，那么可以得出結(jié)論：電子、質(zhì)子內(nèi)部運(yùn)動規(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應(yīng)電子、質(zhì)子內(nèi)稟渦旋電磁場的存在
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物理學(xué)家麥克斯韋在19世紀(jì)建立的描述電場與磁場的四個(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，電場和磁場已經(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和位移電流假說的核心思想是：變化的磁場可以激發(fā)渦旋電場，變化的電場可以激發(fā)渦旋磁場；電場和磁場不是彼此孤立的，它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場（也是電磁波的形成原理）。麥克斯韋進(jìn)一步將電場和磁場的所有規(guī)律綜合起來，建立了完整的電磁場理論體系。這個(gè)電磁場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、磁場與電荷密度、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)變電場怎樣產(chǎn)生磁場的麥克斯韋-安培定律、描述時(shí)變磁場如何產(chǎn)生電場的法拉第感應(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普遍規(guī)律的四個(gè)方程。其中：
（1）描述了電場的性質(zhì)。在一般情況下，電場可以是庫侖電場也可以是變化磁場激發(fā)的感應(yīng)電場，而感應(yīng)電場是渦旋場，它的電位移線是閉合的，對封閉曲面的通量無貢獻(xiàn)。
（2）描述了磁場的性質(zhì)。磁場可以由傳導(dǎo)電流激發(fā)，也可以由變化電場的位移電流所激發(fā)，它們的磁場都是渦旋場，磁感應(yīng)線都是閉合線，對封閉曲面的通量無貢獻(xiàn)。
（3）描述了變化的磁場激發(fā)電場的規(guī)律。
（4）描述了變化的電場激發(fā)磁場的規(guī)律。
變化場與穩(wěn)恒場的關(guān)系：
當(dāng)時(shí)，方程組就還原為靜電場和穩(wěn)恒磁場的方程：(in matter)在沒有場源的自由空間，
麥克斯韋方程組的積分形式反映了空間某區(qū)域的電磁場量(D、E、B、H)和場源(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：在電磁場的實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常要知道空間逐點(diǎn)的電磁場量和電荷、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)對電磁場的影響。例如在各向同性介質(zhì)中，電磁場量與介質(zhì)特性量有下列關(guān)系：
在非均勻介質(zhì)中，還要考慮電磁場量在界面上的邊值關(guān)系。在利用t=0時(shí)場量的初值條件，原則上可以求出任一時(shí)刻空間任一點(diǎn)的電磁場，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)立起來的。但麥克斯韋的主要功績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"而不是以"力"作為基本的研究對象，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)容和它的歷史過程中可以看到：第一，物理對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)步不會是在既定的前提下演進(jìn)的，一種新的具有認(rèn)識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，物理對象與對它的表達(dá)方式雖然是不同的東西，但如果不依靠合適的表達(dá)方法就無法認(rèn)識到這個(gè)對 象的"存在"。由此，第三，我們正在建立的理論將決定到我們在何種層次的意義上使我們的對象成為物理事實(shí),，這正是現(xiàn)代最前沿的物理學(xué)所給我們帶來的困惑。
3.1.7.3.麥克斯韋方程組揭示了電場與磁場相互轉(zhuǎn)化中產(chǎn)生的對稱性優(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(電磁對稱性)，但另一方面，我們也不應(yīng)當(dāng)忘記，這種對稱性的優(yōu)美是以數(shù)學(xué)形式反映出來的電磁場的統(tǒng)一本質(zhì)。因此我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到應(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.靜電場是有源無旋場，穩(wěn)恒磁場是無源有旋場。非靜電電場是無源的旋度場。當(dāng)電流流過導(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，從正端回到負(fù)端，這部分電場就是無源有旋電場。渦旋電場是指（vortex electric field） 變化的磁場在其周圍空間激發(fā)的電場，即感生電場。渦旋電場是一種非保守場，其電場線是無始無終的閉合曲線。所以說，電場得依據(jù)情況來分別它是否有源。磁場，就目前而言它是無源的旋度場，但是如果找到了磁單極子，那么它激發(fā)出來的磁場又是有源的了。一個(gè)場的旋度和散度，其實(shí)并非場的固有屬性，它不是由這個(gè)場的名稱決定，而是由它被激發(fā)的原因決定的。
