最基本的粒子——元电荷

摘要：元电荷的质量是可变的，其质量的大小和元电荷相互绕转的速度成正比，数学描述：m=kv，K是比例常数。自然界密度最大的粒子就是高速相互绕转的元电荷。元电荷相互绕转的环的半径和相互绕转的速度的平方的乘积是一个常数，数学描述：Rv^2=T，T是常数。由前两个常数，还可以推出第三个常数：Rm^2=Z，Z是常数，即元电荷相互绕转的环的半径和质量的平方的乘积是一个常数。任何两个元电荷都是相互吸引的，质量是由于相互吸引产生的。现在所说的基本粒子，都是正、负电子相互绕转的组合。光子就是一对正、负电子相互绕转组成的（单个的光子的几何图形是一个圆形或球形），光子直线运动不形成质量，这三个常数是光子变化的制约规律。光子的形状类似于宏观物体类似相互绕转的双星。

关键词：元电荷，电子，光子环，密度

2019版高中物理课本这样叙述：近代物理实验发现，在一定条件下，带电粒子可以产生或湮灭。例如，一个高能光子在一定条件下可以产生一个正电子和一个负电子；一对正、负电子可以同时湮灭，转化为光子。和我前十年的理论论述完全一致。也就是说，光子是由元电荷组成的，而通常情况下，光子的质量又远远小于元电荷的质量，如何解决这一悖论呢？

一、关于光子三个常数的推算

我在2015年科学智慧火花栏目发表的《 关于光量子模型的猜想》这样论述光子的结构：现代物理学对光量子的理解，它是一种基本粒子，被认为是物质的一种最基本的单元，不再有更小的组成单元。我猜想，光量子是一个环，环的直径就是光量子表现为波动性的波长。这样的环直线运动——即光的传播，体现为光的粒子性。多个光量子相互作用或通过极窄的缝隙，光量子的形状会暂时被改变，运动的光子能发生干涉、衍射现象也是由光量子的结构决定的，光量子环的半径与光量子内部相互绕转的速度平方的乘积是一个常数。解析如下：开普勒第三定律的数学表达式：R^3/T^2=A，其中，R是绕转的轨道半径如果是椭圆是指长轴的半径、T是绕转周期、A是常数。开普勒第三定律是实际观测、计算的结果，并且数学描述中也没有质量的参与，即质量变化也是适用的。在光量子内部，相互绕转的元电荷也是适用的，应该也适用于高速运动（甚至是超光速）的运动情况，在自然界具有普遍性，不仅适用于宏观，也一定适用于微观。改写开普勒第三定律：R3/(2ΠR/v)^2=A，进一步推导可得，4π2^A=Rv^2=T，T是一个常数。

其实，光子就是正、负元电荷相互吸引，相互绕转形成的。静止的元电荷本身没有质量，元电荷相互绕转，形成质量，这就是质量的起源，并且直线传播不形成质量。元电荷的质量和相互绕转的速度成正比，也就是说，元电荷的质量是可变的。按照现有理论数据，我们用红光粒子研究微观世界元电荷的变化规律。我们推算一下红光粒子的运动质量。根据爱因斯坦质能方程：一个红光粒子E=mc^2，其中，m是红光粒子运动的质量，因为一个红光粒子E=hγ。可见红光的频率约4.6×10^14, 可见红光的波长约6.5×10^-7，所以红光粒子环的半径（红光波长的一半）R=3.25×10^-7。将m=kv及红光粒子的频率代入等式mc^2= hγ得：kv c^2= hγ=3.05×10^-19焦耳。变化表达式（1）得：v（k c^2）=hγ，普朗克常数是光速的平方和质量变化常数的乘积。我们可以看出，v的数值等于光子的频率，k=h/c^2。我们代入红光粒子的数值：可见红光的频率约4.6×10^14, 可见红光的波长约6.5×10^-7，则绕转半径R=3.25×10^-7,红光粒子的绕转速度4.6×10^14米/秒，我们可以求出k=h/c2=6.62×10^-34/(3×108)^2=7.36×10^-51，所以这种状态下，红光粒子质量是m=kv=7.36×10^-51×4.6×10^14=3.39×10^-36千克。元电荷粒子形成质量的运动和形成能量的运动不同的，质量是由相互绕转的元电荷形成的，和直线运动的速度没有关系，能量是直线运动形成的。

我们根据红光粒子的现有数据，推算一下这三个常数的数值，T=Rv^2=(3.25×10-7)（4.6×1014）^2=1.5×10^22 ;k=h/c2=6.62×10-34/(3×108)2=7.36×10^-51；Q= Rm2=Tk2=8.13×10^-80。

Q= Rm2=Tk2=8.13×10^-80，这就是元电荷对的质量的平方和绕转半径乘积的常数。辐射的速度是光速常数，所以辐射粒子的能量决定于辐射粒子内部绕转的元电荷的绕转形成的质量。这样就统一了，光子能量的表达方式：mc^2、hγ。由于光子环的质量和绕转速度成正比。中子、质子以及所有的基本粒子都是由这样的绕转的环组成的。由于两个元电荷绕转遵循的规律是：Q= Rm^2=8.13×10^-80——（1），其中，Q是常数、R相互绕转的半径，m是两个元电荷的质量。在原子内部，准确地说，在质子、中子内部，两个元电荷的质量一定不小于两个电子的质量（现代科学家测量的电子的质量是：0.91×10-^30千克，电子在原子核内部，不小于这个数值），即在中子、质子内部，两个相互绕转的元电荷的质量不小于：1.8×10^-30千克，代入（1）得：R=Q/m^2=8.13×10^-80/（1.8×10^-30）2=2.51×10^-20米，这个数值（2.51×10-20米）是两个元电荷在质子、中子内部的绕转半径。所以元电荷的半径绝对不大于2.51×10^-20。所以相关资料显示：丁肇中测量电子半径的结果是：不大于10^-18米（10-18米是个试验观察数据，2.51×10^-20米是我理论推算的；说明我的理论推算是科学的），是正确的（其实，两个独立的电子也可形成如此半径的环）。所以中子、质子就是由这样的光子环（环的半径不大于6×10^-18米）组成的，质子和中子大约存在900多对这样的粒子对。其它的基本粒子都是这样的光子环组合而成的。所以我们可以得出结论：高速绕转的电子是密度最大的粒子。粒子带电是由于该粒子存在正电子或负电子绕光子环运动的结果。我们粗略推算一下电子的密度：两个电子的绕转半径是2.51×10^-20米，所以电子的半径应该不大于10^-20米，粗略计算2.3×10^29千克/米3，即电子的密度不小于2.3×10^29千克/米3，是目前求解所有物质的最大密度。电子的密度或远远大于这个数值，所以高速绕转的电子是自然界密度最大的粒子。

各种辐射就是原子核内部组成中子、质子的光子环能量变化、环的半径变化辐射到外部空间的结果，中微子这种变化的一种情形。

Q= Rm2=Tk2=8.13×10^-80。这一结论也充分说明，光子环的半径越小，光子的质量越大。其实，中微子的运动质量不小于电子的质量，所以中微子的绕转半径不大于两个电子的绕转半径（2.51×10^-20米），中微子波长不大于2.51×10^-20次方。中微子成为宇宙的隐身人，不是因为它的质量小的原因，而是绕转半径小，即波长小的原因。

二、物质世界伽马射线暴单个粒子的能量极限的推算

用这个常数: Q= Rm^2=Tk^2=8.13×10^-80,我们推算一下伽马射线暴射线的波长，现有理论认为一个伽马射线粒子的能量：其发射的单个光子能量通常是典型太阳光的几十万倍，为了方便我们认为是40万倍。辐射的传播速度都是光速，那么伽马粒子的质量是普通光子的运动质量的40万倍，再假设是红光粒子运动质量的40万倍，R= Q/ m^2=8.13×10-80/(3.4×10^-36×4×10^5)2=4.4×10^-20,所以伽马射线暴的爆波长约是：2R=8.8×10^-20(米)。

其实，组成中子、质子相互绕转的对（元电荷对）并不确定，多数是900多对，所以质子、中子的质量基本恒定。其它基本粒子内部绕转的粒子对（元电荷对），偏离900对这个数值，这就形成了被发现的其它基本粒子，不过最少的肯定是一对相互绕转的元电荷。我们假设一个中子就是由一对相互绕转的元电荷组成，它的质量就是中子的质量——1.67×10^-27千克，根据爱因斯坦质能方程可得，它的能量应该是E=mc2=1.67×10^-27（3×10^8）=1.5×10^-10（焦耳），这就是伽马射线暴单个粒子的能量极限，换成电子伏特：1.5×10-10/1.6×10-19=9.4×109eV=9400MeV。现在观察到的伽马射线单个粒子的能量级——辐射主要集中在0.1-100MeV的能段,没有超过这个极限，物质世界也永远不会超过这个极限。物质世界伽马射线暴来自于恒星、超信、黑洞的特别变化而来的。

我们再推算一下这种情况下，伽马射线暴粒子的波长，Q= Rm2=Tk^2=8.13×10^-80，R=8.13×10-80/(1.67×10-27)2=2.9×10^-26(米)，所以元电荷的半径不大于2.9×10^-26米，也就是说，我上面推测电子的半径不大于10-20米是正确的，推算的电子的密度或远远大于这个数值——2.3×10^29千克/米3也是正确的。假设电子的半径是2.9×10^-26米，那么电子的密度约6.79×10^46。所以说，电子密度的极限不小于6.79×10^46（千克/立方米）。

特别指出：黑洞再塌缩形成极特殊的“物质”（或是暗物质或宇宙开始不久的物质），有这种特殊“物质”参与合并、碰撞产生的伽马射线暴粒子的最高能量会超过这个极限——9400MeV。能量超过这一极限（9400MeV），伽马射线暴粒子不仅是质量或超过中子的质量，传播速度也可能超过光速，对这样的伽马射线暴粒子深入研究，或对宇宙的起源有新的鉴戒意义。

在微观世界两个质子是相互吸引的。其实，在微观世界两个电子也是相互吸引的，除去氢原子外，核外的电子至少是成对（即至少是两个电子相互绕转）绕原子核旋转，原子核外电子排布显现不同的形状都是电子相互绕转、组合的结果。在原子核内部研究电子之间的引力时，静电力小到可以忽略。

光子是质量和引力起源。组成光子的元电荷（至少是两个元电荷也可以是多个元电荷）相互绕转产生质量，两个物体辐射到外部空间的光子相互作用形成两个物体之间的引力。

三、光子是如何形成的——质、能守恒新解

上面我们论述了相互绕转的元电荷组成光子，并且光子的质量是由组成光子元电荷的相互绕转的速度决定的，光子的质量和光子整体运动的速度没有关系，即和我们通常所指的光速没有关系。即不论在原子内部，还是辐射到外部空间都遵循这一规律。所以光子的能量在原子内部可以写成：E=mv^2，其中，m是质量、v是速度，两者都是可变的，表达式的速度是相互绕转的元电荷整体运动的速度，即传播速度。质、能之所以能相互转化，是因为质、能是一体的，其表达式就是质、能方程的表达形式：E=mv^2。一个相互绕转的元电荷能否转化为光子，要考察这对相互绕转的元电荷的能量——E=mv2是否大于或等于辐射到外部光子所具有的能量。根据能量守恒定律，质量和传播速度的变化关系是：m1v21=m2v22在原子内部，当v2等于光速时，原子内部的一对相互绕转的元电荷即转化为光子。所以说，如果光速不可超越，那么光子光速运动时质量最小；反过来，光子（在原子内部，准确地说，在核子内部）速度最小，质量最大，反映在原子的特性上，原子的质量集中在原子核上。即使在原子内部光子的运动速度都不可能是零，一个光子不论组成它的相互绕转的元电荷（光子）的运动状态怎样变化，其能量始终是：E=mv^2。

其实，这个规律对于宏观物体也是适用的。例如两个相互绕转的双星，绕转半径变大（按照现有理论也必须是质量变小，才能使绕转的双星半径变大），我们可以理解为两颗双星的质量减小的结果。绕转半径变大（不就是，绕转速度变小，传播速度变大吗？是的！），难道不是向外扩散——传播速度变大吗？是的！即质量变小、传播速度变快，系统质、能是守恒的。所以说，光速传播，不是质量变得无穷大，而是质量变得无穷小（无穷小也不等于零），反之亦然。半径无穷大的曲线运动就是直线传播，自然界绝对的直线运动是不存在的！

四、元电荷的半径和奇点探索

光子趋于零的运动，质量趋于无穷大，光子光速运动质量趋于零。根据上面分析我们知道：对于同类光子有：E=m1v21=m2v22，当v2=c是光速时，m2的质量趋于零。每一类的光子的能量是不同的，上面我们推算过此时红光粒子m2的质量大约是3.4×10^-36千克数量级。我们仍然以红光粒子为例研究可以推出E=3.4×10^-36×(3×10^8)^2=3.1×10^-20(焦耳)。由质、能方程可知，如果绕转的元电荷的传播速度，即原子内部光子的传播速度极小，同类光子如红光粒子的质量会很大，我们在上面还推出，Rm2=Tk2=7.3×109（5.1×10-44）^2=1.89×10-^78，当m较大时，R会很小，当达到10-60米时，元电荷的半径不会大于它们的绕转半径，所以元电荷的半径一定会小于10-60米时，有这些绕转的元电荷组成的宇宙起点，难道不是奇点吗（此时组成宇宙奇点绕转的粒子对的密度应该在10150数量级）？

五、宇宙能量特点的发现及质、能守恒解析宇宙的变化规律

我们分析宇宙能量的特点。对于宇宙来说，它是一个独立的整体，没有任何物质和它作用，即宇宙不可能存在势能。所以可以肯定地说，宇宙只有动能，即宇宙的总能量可以表示为E=1/2（mv^2），我们可以看出，宇宙开始状态是，v趋于零，m必然趋于无穷大，密度当然趋于无穷大。按照几何学点动形成直线，线运动成面、面运动成体，宇宙未开始时质量极大，静止不运动。不能成“线”，更不能成“面”，更不用说成“体”，不动，不就是一个“点”吗？是的！并且质量极其巨大，密度自然也是极其巨大的，难道不就是一个“奇点“吗？是的！

我们研究宇宙的能量变化，从宇宙即将开始状态研究：宇宙的总能量，E=1/2（mv2），此状态v趋近于零，远远小于光速，则m是宇宙的静止质量。 当宇宙的质量逐渐都变成能量——辐射时，此时宇宙都是光速运动的光子，即速度是光速。那么宇宙的能量E=m1c^2，根据爱因斯坦质能方程的含义我们知道，m1是宇宙损失的质量，c是光速。即宇宙损失质量是m1时，产生的能量能使宇宙所有的剩余质量的运动加速到光速——转化为光子，成为无静止质量的宇宙，即辐射形式的能量宇宙。此时宇宙仍然只有动能，没有势能，即宇宙的能量也可表示成：E=1/2(m-m1)c2，则有：1/2（mv^2）=1/2(m-m1)c^2，解得：m1=m（1-v^2/c^2）。当v1趋近于0时，宇宙开始的状态，即大爆炸即将开始，宇宙从静止开始膨胀（开始运动），质量逐渐变小，能量逐渐变大，质、能仍然守恒，即质、能“总和”不变；当v=c光速时，宇宙的质量全部变成能量。宇宙未开始时是静止的，宇宙的能量表现为质量；宇宙结束时光速运动，即只有能量没有静止质量——表现为能量。宇宙未开始时没有运动（注意这里的运动指向外扩张运动，即传播速度，绕转或称自转的速度极其巨大，这个速度是质量的来源。即自转或绕转形成质量，直线运动不论速度多大，都不形成质量。自转或绕转和直线运动相结合产生能量，二者缺一不可。），所占空间最小，所以密度极其巨大；宇宙结束时，光速运动空间最大，所以密度最小。很好地诠释了宇宙的变化规律。

其实，宇宙总能量E=1/2（mv^2）中的v就是宇宙的膨胀速度。我们在分析宇宙损失质量的表达式：m1=m（1-v^2/c^2），当宇宙的膨胀速度为光速的倍时，宇宙质量损失一半。

宇宙是膨胀、收缩对立统一的整体，某个时期宇宙膨胀是宇宙膨胀、收缩矛盾的主要方面，宇宙变现为膨胀，另一个时期宇宙收缩是宇宙膨胀、收缩矛盾的主要方面，宇宙变现为收缩。辐射促成宇宙的膨胀，例如普通的物质都表现为辐射，吸收辐射促成宇宙的收缩，例如黑洞表现为吸收辐射。现阶段的宇宙膨胀是宇宙膨胀、收缩矛盾的主要方面，所以宇宙呈现膨胀现象。由上述分析可以看出：运动的宇宙的质量是可变的，质量越小空间也大，质量越大空间越小，宇宙的质、能始终是守恒的。宇宙的通常状态是：E=1/2（mv^2）这个表达式的v的取值范围：0

8(米/秒)，在这个区间的正态分布状态中。