語境思維2019-12-21 01:06:23

謝邀。

本題暗示：氫原子（¹₁H）與中子（n）皆由質子與電子（p⁺+e⁻）構成。

但筆者猜，以下幾個參量是不同的：①質量構成，②能量構成，③密度分佈特徵，④電子行為，⑤場量子行為。

本題值得探討，但沒有很好理論支撐。故筆者將一如既往給出原創的新視野。

▲氫原子的兩種精細結構。

1。 關於粒子的質量守恆問題

若按標準粒子模型，由於：①中子（n）=質子（p）+電子（e）+反中微子（ve‘），②質子（938M）=夸克環（9。6M）+膠子（g，0）+繆子（105。7M），

其中，M是質量單位MeV/c²的簡寫，質子質量938M，夸克環質量9。6M，膠子質量為0，繆子質量為105。7M。

顯然，有三個“質量方程不守恆”：質子的不守恆，中子的不守恆，氫原子的也不守恆。

據說，這涉及W±/Z0乃至H希格斯玻色子，這些需要大型強子對撞機（LHC）撞出來。

可是，即使這樣也依然解釋不了質量守恆的困惑。有人說，微觀世界不服從守恆定律。

2。 新視野：場介質也要參與密度分佈

新視野認為，實體的內外空間，不是絕對虛無的，而是有特定密度的場介質（簡稱場）。

無論內場還是外場，都是

吸能·載波·傳力

的載體。內空間是高密場，外空間是低密場。

實體的內場密度，簡稱

內密度

，對應

內質量

。實體的外場密度，簡稱

外密度

，對應

外質量

。

較近的外密度，簡稱

近密度

，對應

近質量

。較遠的外密度，簡稱

遠密度

，對應

遠質量

。

通常，大粒子的內密度比小粒子的小很多，例如，原子的內密度遠遠小於核子內密度。

通常，大天體的近密度比小天體的大很多。例如，太陽的近密度遠遠大於地球近密度。

通常，微觀粒子的內密度遠大於宏觀實體的內密度。例如，電子內密度>>地球內密度。電子內密度<<質子內密度。

由於核子的內密度很大，遠遠大於繆子質量。在微觀世界，場介質（或玻色子）的質量貢獻遠大於夸克與繆子等費米子的質量貢獻。

3。 兩類指標：場介質密度、場量子參量

研究表明：電子的內部沒有更小的粒子，電子是純淨的場介質。電子質量≡電子內質量。

定理1

：電子的內質量=1個場量子的固有質量，即：電子質量（m₀）≡場量子質量。

按電子的經典半徑r=2。82費米，可計算：電子密度=電子內密度，即：

ρ（e）=m₀/4。2r³。。。（1）

定理2

：電子光速自旋而超穩定，固有的電子自旋勢能≡場量子自旋勢能：

m₀c²=hc/λ*。。。（2）

λ*=2。42皮米，是場量子最短波長。普朗克常數可定義為：

h=m₀cλ*。。。（3）

=6。63×10⁻³⁴J/Hz

定理3

：正負電子，分別加速到光速即碰撞，就急遽膨脹為正負場量子：

½m₀c²=hc/λ₀。。。（4）

λ₀=4。85皮米，是場量子被激發為光子的最短波長。光子最小半徑為：

r₀=λ₀/2π=0。39皮米。。。（5）

定理4

：場量子自旋勢能是固有的，只考慮被電子激發的光子輻射能：

eU=½m₀v²=hc/λ。。。（6）

其中，① U是對電子的加速電壓，有：電子被加速到速度：

v=√（2eU/m₀）。。。（7）

② 電子擾動場量子，場量子被激發的光子波長：

λ=hc/eU=2hc/m₀v²。。。（8）

4。 氫原子與中子內空間的場介質參量

只有分別列出氫原子、中子與質子的內部結構參量，才能比較出氫原子與中子的本質區別。

4。1 氫原子的質量方程

定義：實體動能（½mv²）總要擾動真空場，進而產生的質量增量簡稱

質增量

（m’），場介質的相關引數，本文用撇號“

‘

”加以區別。

依據實量子激發的場效應方程：

½mv²=（m/m₀）hc/λ。。。（9）

可求：

①光子半徑：r’=λ/2π=2hc/m₀v²

②光子體積：V‘=4。2r’³=4。2（2hc/m₀v²）³

③光子密度：ρ‘=m₀/4。2r’³

④場體積：V=4。2R‘³，

⑤質增量：

m’=Vρ‘=（R’³/r‘³）m₀。。。（10）

氫原子的質量方程

，是指氫原子質量（m）=亞原子質量（e，p）+內空間的質增量（m’），即：

m=e［m₀］+p［1836m₀］+m‘［m₀R’/r‘³］。。。（11）

=（1837+R’³/r³）m₀

說明：方程（11）中的質增量m‘的推導過程有點複雜，詳見本文

第5章 氫原子的質增方程。

4。2 為什麼要提出“質增量”這個新概念？

理由1：根據萬有引力定律，F=GMm/R²，當引力不變時，質量乘積效應（Mm）與場半徑乘積效應（RR）成正比。

這意味著：實介質的慣性質量與場介質的引力質量是超對稱的對等關係，由此可估算場半徑。

理由2：大體積粒子如原子，質增量可以忽略。但是，對於小體積如核子，質增量比較突出。

4。3 氫原子的已知參量

：

① 核外電子繞核的平均速度，也叫核外電子基態速度或主控速度：

v=αc=2。2×10⁶m/s。

② 氫原子的經典半徑，也是核外電子的平均軌道半徑：

R=5。29×10⁻¹¹m。

③ 以電子質量單位表示的亞原子質量

電子質量：m₀=9。11×10⁻³¹kg，

質子質量：m（p）=1836m₀，

中子質量：m（n）=1840m₀

5 氫原子的質增方程

這裡的質增方程，特指氫原子的亞原子動能激發場效應疊加的質增量。

氫原子內部亞原子動能引起的質增量包括三個部分：核外電子的、原子核的、核內電子的。

5。1 核外電子軌道動能（Ek₁）的相關參量

電子軌道動能：Ek₁=½m₀v₁²=hc/λ₁，

電子的質增量：m’₁=m₀R‘³/r’₁³，

電子軌道速度：v₁≈2200km/s，

電子激發光子的波長：λ₁=2hc/m₀v₁²

=1。98×10⁻⁷［m］=19。8nm

電子激發的光子半徑：r‘₁=λ₁/2π

=3。15×10⁻⁸［m］=0。315nm

5。2 原子核震盪動能（Ek₂）的相關參量

核子震盪動能：Ek₂=½m₂v₂²=（m₂/m₀）hc/λ₂

核子的質增量：m’₂=m₀R‘³/r’₂³，

核子震盪速度：v₂≈1。2km/s，

核子激發的光子波長：λ₂=2hc/m₀v₂²

=2。9×10⁻²［m］=29［mm］

核子激發的光子半徑：r‘₁=λ₁/2π=4。6［mm］

5。3 核內電子軌道動能（Ek₃）的相關參量：

核內電子軌道動能：½m₀c²=hc/λ₃，

核內電子的質增量：m’₃=m₀R‘³/r’₃³，

核內電子震盪速度：v₃=c

核內電子激發的光子波長：λ₃=2h/m₀c

=4。85×10⁻¹²［m］=4。85［pm］

核內電子激發的光子半徑：r‘₃=λ₃/2π

=0。39×10⁻¹²［m］=0。39［pm］

5。4 氫原子內部亞原子疊加的質增方程

① 完整的質增方程：

m’=m‘₁+m’₂+m‘₃

=（1/r’₁³+1/r‘₂³+1/r’₃³）R‘³m₀。。。（12）

≈m₀R’³/r‘₃³

② 簡化的質增方程（去掉複雜上下標）

m’=m₀R³/r³。。。（13）

=9。11×10⁻³¹×（5。29×10⁻¹¹）³/（0。39×10⁻¹²）³

=2。3×10⁻²⁴［kg］=1。29×10⁶M=1290［G］

此值接近希格斯子質量H=125~1250G（早期公佈的定義域），誤差有兩個可能：要麼氫原子半徑R偏小，要麼質子半徑r偏小。

希格斯玻色子在‘希格斯場能’中充當能量的載體，希格斯粒子的‘波動’它的玻色子行為可以是‘波動的載力’，可以是‘耦合粒子的能值’，可以是‘超對稱粒子’的質能攜帶，希格斯的質量場‘希格斯機制’是在極端粒子物理的環境反應出‘空間時間’的粒子質量可測量的存在，希格斯新粒子需要‘各種對撞機’從新探索發現，希格斯實粒子也是未來‘新材料’的基礎應用，如-光粒子量子計算機的硬體芯製備。

5。5 調整氫原子的核子半徑

如果實驗結果所依據的理論沒毛病（權且退讓一步），可令質增方程（13）的m‘=125G，反求核外電子的軌道半徑（R）或質子半徑（r）：

令：m’=m₀R³/r³=125GeV/c²

若r不錯，則調整R，有：

R=³√（244。6×10⁶）·r

=624×（0。39×10⁻¹²）

=2。43×10⁻¹⁰［m］=243pm

此值是經典半徑53pm的4。6倍。

若R不錯，則調整r，有：

r=R/³√（244。6×10⁶）

=5。29×10⁻¹¹÷624=8。5fm

據有關資料稱，質子實驗半徑為8。3~8。7fm。

看來，質子理論半徑r=8。5費米，滿足氫原子的經典半徑53pm，貼近質子實驗半徑8。4fm，還滿足希格斯子實驗質量125G。

調整核內電子所適用的庫侖定律

筆者本以為，庫侖定律既適合核外電子與核電荷之間的相互作用，也適合核內電子與繆核之間的相互作用，而且尤其根據原子核的β衰變所釋放的光電子速度為光速，推定核內電子的震盪速度也是光速，進而推算出質子的理論半徑為5。63費米，推導過程如下：

由於高能電子的向心力，來自核子內部電荷之間的電磁力，有：½m₀c²=ke²/r，可求質子半徑：r=2ke²/m₀c²=5。63費米。

但是，直接用庫侖定律推導質子的理論半徑與質子的實驗半徑、希格斯子的實驗質量出入較大。

因此不妨賦予庫侖定律修正係數k‘。k’也叫質子的無量綱質增係數。可令R=8。5費米，則有：

½m₀c²=k‘ke²/r。。。（14）

k’=8。5÷5。63≈1。5。。。（15）

根據中子衰變方程n→e+p+νe可以認為，中子內部的電子電荷與質子電荷之間的作用力，適合帶質增係數的庫侖定律：

中子內部的庫侖力，不妨是弱核力：

F‘=k’ke²/r²。。。（16）

相應的電磁輻射能：

E‘=k’ke²/r=½m₀c²=hc/λ‘。。。（17）

結語

氫原子與中子的聯絡與區別如下：

聯絡：

各自的亞原子成分大體上是一致的。在超高溫高壓條件下，氫原子可以縮聚成中子。各自的質量方程如下：

氫原子=核外電子+約束質子+質增量，即：

¹₁H≈e（m₀）+p（1836m₀）+m’（125G）

中子=核內電子+約束質子+質增量，即：

¹₀n≈e±（2m₀）+p（1836m₀）+m‘（125G）

區別：

氫原子非常穩定，核外電子的主控速度是v=αc，服從庫侖定律，場效應方程是

½m₀v²=ke²/R=hc/λ

中子很不穩定，核內電子的主控速度v=c，庫侖定律質增係數k’=1。5，場效應方程是

½m₀c²=k‘ke²/r=hc/λ

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譚宏212019-12-16 13:01:14

氫原子有幾種：氫、氘、氚。氫原子是氫原子核，只有一個質子的氫核，外加一個電子繞其運動。氘是一箇中子和一個質子組成的原子核，外加一個電子繞其運動。氚是二箇中子和一個質子組成的原子核，外加一個電子繞其運動。

中子是比質子質量大一個電子的核子。目前觀點認為，中子是一個質子吸收了一個電子變成的。質子、電子自由狀態下幾乎不衰變，有人測量後估計質子的半衰期是10^35年，電子沒人測過，但應該更穩定，半衰期更長，但中子在自由狀態（不在原子核裡，也不是中子堆壘成中子星物質），其半衰期只有十幾分鍾。

從質量上講，一箇中子與一個氫原子質量一樣大。但兩者時空拓撲結構完全不同。氫原子是一個電子圍繞質子運動，形成氫原子能級結構；而一箇中子也是電子圍繞質子運動，但形成的是核子能級結構。

一個氫原子進行拓撲變換，發生的是化學反應，放出的是可見光能量級別的化學能；一箇中子進行拓撲變換，發生的是核反應，放出的是伽瑪射線能量級別的核能。

由此可見，同樣質量的實物粒子，可以形成不同的時空拓撲結構，所“裹挾”的時空能量不同、資訊量也不一樣。所以，從某種意義上講，物質與時空不可分離；能量是物質所“裹挾”的“時空拓撲含量”的多少；光子就是“時空拓撲含量”的“換運算元”。

目前看，同質量物質可形成不同的完備、自洽、守恆的時空拓撲子集，明顯的有幾個拓撲子集：夸克拓撲子集、核子（質子、中子）拓撲子集、原子拓撲子集、星系拓撲子集、中子星、黑洞拓撲子集。這裡由原子到星系這個跨度的時空不能形成完備的時空拓撲。

未來製造新材料的一個方向，就是在原子拓撲子集上，使其能級寬度壓縮一個數量級，這樣將構造出新的、密度更大的時空拓撲子集，將使物質密度提升1000倍。物質的強度將自然提升1000倍以上。這樣才能滿足未來的星際探索要求。

李志勇LZY2019-12-16 09:22:17

一種氫氣體提取物質最小單位；

宇宙各種元素條件具備皆中子。

自然風577784013062019-12-16 10:24:48

論其質量，不同的是差別不在一個重量級。