一種新的原子模型

摘 要：根據(jù)人類從未觀察到自由夸克的事實，文章認(rèn)為夸克不存在，并提出一種新的原子模型。在新模型中，原子由若干個質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子都由許多正負(fù)電子組成。正負(fù)電子質(zhì)量相等，電性相反。電子電荷比正電子電荷微大。當(dāng)正負(fù)電子對湮滅時，正負(fù)電子并未被消滅，而是結(jié)合成了新粒子，庫侖力仍然存在。質(zhì)子、中子、原子的形成都是庫侖力作用的結(jié)果，強(qiáng)相互作用和弱相互作用實際上都是庫侖力的作用。

關(guān)鍵詞：原子模型；質(zhì)子模型；中子模型

1 原子構(gòu)成的疑惑

原子是一種元素能保持其化學(xué)性質(zhì)的最小單位。在盧瑟福原子模型中，一個原子包含一個原子核和若干圍繞在原子核周圍運動的電子，原子核由帶正電荷的質(zhì)子和電中性的中子組成；核外電子與原子核中帶正電荷的質(zhì)子共同保持原子的平衡，當(dāng)質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)相同時這個原子就是電中性的，否則就是帶有正電荷或負(fù)電荷的離子。

雖然物理學(xué)家玻爾提出了電子層理論解決了盧瑟福原子模型的原子坍塌問題，但電子層理論認(rèn)為：電子在電子層內(nèi)要吸收或釋放能量才能實現(xiàn)躍遷。因此，電子在一般情況下是很難進(jìn)到電子層的，那這些電子又是怎么進(jìn)到電子層的呢？圍繞原子核周圍運動的電子又是從哪來的呢？是什么力量使電子分層排布的呢？這些問題盧瑟福的原子模型和玻爾的電子層理論不能給出答案。

對質(zhì)子和中子的構(gòu)成，物理學(xué)家先后提出了夸克模型和部分子模型?？淇四Ｐ驼J(rèn)為，質(zhì)子由兩個上夸克和一個下夸克組成，中子由一個上夸克和兩個下夸克組成；上夸克帶2/3正電荷，下夸克帶1/3負(fù)電荷，使質(zhì)子帶一個正電荷，中子不顯電性。部分子模型認(rèn)為，質(zhì)子和中子由單一的無定形的部分子云組成。為統(tǒng)一夸克模型和部分子模型，物理學(xué)家費了很大功夫，“因為費恩曼的質(zhì)子和中子的基本圖像是包含大量部分子云，但理論界認(rèn)為這種云只含三個夸克是不符合現(xiàn)實的。于是人們對模型做了相應(yīng)的改進(jìn)，即將夸克-部分子云分成兩部分。一部分的夸克數(shù)目極少，稱為‘價夸克；一部分包含夸克-反夸克的‘夸克海，然而，即使理論上允許存在任意數(shù)量的?？淇?，他們?nèi)匀桓吖懒藢崪y的結(jié)構(gòu)函數(shù)。理論家們又進(jìn)一步改進(jìn)夸克-部分子模型，為此引入‘膠子到質(zhì)子的組分里。這么做的理由是，如果核子只是由無相互作用的夸克組成，它們必然會散架。因此應(yīng)當(dāng)有某種相互作用實體將夸克黏在一起，這種假設(shè)性的粒子就是‘膠子?！盵1]這樣，“粒子物理學(xué)家將部分子認(rèn)同為夸克，并由此產(chǎn)生一個不幸的后果。標(biāo)度無關(guān)性的夸克-部分子解釋要求在電子-質(zhì)子相互作用中受撞擊的夸克表現(xiàn)得像個自由粒子。如果這種夸克始終表現(xiàn)為自由粒子，那么人們會認(rèn)為它是從部分子內(nèi)部被打出來的，因此應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)在碰撞碎片里。但是如同其他類型反應(yīng)的情形下一樣，人們并沒有在電子散射的終態(tài)里觀察到夸克。電子散射的碎片只是一簇正常的強(qiáng)子，這種現(xiàn)象必須通過添加一些假設(shè)到部分子模型才能解釋?！@種假設(shè)是不可避免的，理論上也不盡合理。但是，隨著夸克-部分子模型成為越來越多的粒子物理學(xué)家實踐的中心內(nèi)容，高能物理學(xué)家也不得不學(xué)著與這種不令人滿意的狀態(tài)共處?！盵2]美國物理學(xué)家斯蒂芬·溫伯格寫到：“組成普通物質(zhì)的基本粒子和它們的同胞兄弟——輕子、光子、W粒子、Z粒子、夸克和膠子——都能很好地被標(biāo)準(zhǔn)模型所描述，這個模型是電弱理論和量子色動力學(xué)的綜合，但它還不是最終的理論，不能給出最終的答案。到目前為此，人們也沒有在所有實驗、核爆炸、自然界等找到夸克和膠子的蹤影。

從盧瑟福的原子模型和夸克-部分子模型可知：原子核內(nèi)沒有電子和正電子?？稍雍说乃プ円懦鲭娮踊蛘娮?，那放出的電子和正電子又是哪里來的呢？真是科學(xué)家所說的“受激”產(chǎn)生的嗎？如果是，那又是怎么受的激呢？為什么要受激呢？為什么“受激”要產(chǎn)生電子或正電子，而不產(chǎn)生夸克呢？

無論是盧瑟福的原子模型，還是夸克-部分子模型，都有許多問題不能解釋。這些問題不能正確回答就仍然沒有弄清楚原子的構(gòu)成。

2 原子構(gòu)成的推論

由于人類從未觀察到自由夸克和膠子，夸克和膠子也許存在，也許不存在。如果不存在夸克和膠子那我們的理論都將建立在空中樓閣上。我們能不能用哲學(xué)的思維來重新審視原子結(jié)構(gòu)的問題，研究原子構(gòu)成的成因呢？所以文章從正負(fù)電子的電荷入手，結(jié)合已有的實驗和自然規(guī)律進(jìn)行分析研究，認(rèn)為正負(fù)電子就是最小的基本粒子，不存在比基本電荷更小的分?jǐn)?shù)電荷粒子，質(zhì)子和中子不是由夸克組成的，而是由正負(fù)電子組成的，組成中子的正負(fù)電子數(shù)相等，質(zhì)子比中子多一個正電子。

也許有人會反駁說，正負(fù)電子相遇會發(fā)生湮滅，不可能形成質(zhì)子和中子。但是，湮滅不等于正負(fù)電子的消失，只是正負(fù)電子組合成為其他新粒子。電荷守恒定律告訴我們：在粒子的相互作用過程中，電荷是可以產(chǎn)生和消失的，然而電荷守恒并未因此而受到破壞。說明正負(fù)電子仍然存在，只是正負(fù)電子相遇結(jié)合后，正負(fù)電荷“基本平衡”而對外不顯“電性”，但庫侖力仍然存在。就象氧氣和氫氣在一定的條件下相遇湮滅產(chǎn)生水，變成了液體，氧原子和氫原子仍然存在，水在一定的條件下又還原成氧氣和氫氣。正負(fù)電子構(gòu)成質(zhì)子和中子的原理也應(yīng)如此。

3 構(gòu)成質(zhì)子和中子的電子模型

在日常生活中常見，正電子在宇宙中很少見，只是在宇宙射線和原子的衰變中能見到，但沒有見到是不是就沒有呢？科學(xué)發(fā)現(xiàn)，正負(fù)電子數(shù)量相等，總是成對出現(xiàn)或成對消失，為什么正電子就不見了呢？我認(rèn)為是有的，而且還很多，之所以少見，是我們忽視了一個粒子——光子。所以，我認(rèn)為組成質(zhì)子和中子的正負(fù)電子就是從“正負(fù)電子對”獲得的。

從理論上說正負(fù)電子對可以壘積成無窮大的粒子，為什么又只壘積到質(zhì)子和中子的大小就停止了呢？要解決這個問題，我們就必須要分析和研究正負(fù)電子的電量。物理學(xué)家告訴我們：正負(fù)電子質(zhì)量相同，電量相等，電性相反，這是科學(xué)界一直遵循的理論。我認(rèn)為恰恰是這一理論導(dǎo)致了我們對質(zhì)子、中子構(gòu)成的認(rèn)識發(fā)生了偏差。我認(rèn)為正負(fù)電子的電量是不相等的，電子比正電子的電量應(yīng)該要大一點點。這樣，當(dāng)正負(fù)電子壘積到中子大小時就成為一個基本成熟的粒子，因中子的正負(fù)電子數(shù)相等，所以中子總的負(fù)電荷比總的正電荷略大。由于庫侖力的作用，此時，中子就只能接收一個正電子，成為質(zhì)子，成為質(zhì)子后就再不能接收電子或正電子，也不能接收正負(fù)電子對。如果是一個中子與最后來的一個電子對（因為正負(fù)電子是成對出現(xiàn)和成對消失）結(jié)合時，則電子對被中子吸收，因總的負(fù)電荷比總的正電荷多，電子對中的正電子與中子結(jié)合成為質(zhì)子，電子就在庫侖力的作用下被中子的多余負(fù)電荷排斥到核外電子層，成為繞核運動的電子，組成了氫原子。如果是兩個中子與最后來的一個電子對結(jié)合時，電子對中的正電子被一個中子吸收，成為質(zhì)子，因為有正電子的出現(xiàn)，另一個中子與質(zhì)子結(jié)合成為原子核，共同擠出電子到電子層，組成了氫的同位素氘。如果是三個中子與最后一個電子對結(jié)合時，電子對的正電子被一個中子吸收，成為質(zhì)子，另兩個中子與質(zhì)子結(jié)合，共同擠出一個電子到電子層，成為氫的同位素氚。如果四個中子與兩個電子對結(jié)合，則生成氦。依此類推，所有的原子就這樣生成了，隨著原子序數(shù)的增加，原子核外的電子增多，斥力將核外電子一個一個地擠入更高電子層，形成了核外電子的分層排列。在元素周期表中，同周期的元素電子層相同，從左到右質(zhì)子數(shù)遞增，原子核中的正電荷也在遞增，對電子層的電子吸引力增大，所以原子的半徑減小。同一族元素，從上到下，電子層增加，所以原子的半徑增大。因庫侖力的作用，為了保持原子的穩(wěn)定，原子中如果質(zhì)子偏多時則正電荷偏多，質(zhì)子就會放出一個正電子成為中子；如果中子偏多則負(fù)電荷增多，中子則放出一個電子成為帶正電荷的粒子，也可能中子吸收一個電子對，放出一個電子成為質(zhì)子。endprint

組成質(zhì)子和中子的簡易模型為：圖1

組成反質(zhì)子與反中子的簡易模型：圖2

從模型可以看出，質(zhì)子和中子內(nèi)部充滿正負(fù)電子，相互之間產(chǎn)生庫侖力，構(gòu)成強(qiáng)相互作用。在正負(fù)電子的庫侖力失去平衡時，質(zhì)子或中子將發(fā)生衰變，強(qiáng)相互作用和弱相互作用實際上都是庫侖力的作用。

介子、？滋子等其它粒子應(yīng)為質(zhì)子或中子的碎片，或者是沒有成熟的質(zhì)子或中子，只是有的帶正電荷，有的帶負(fù)電荷，有的顯電中性，有的質(zhì)量大，有的質(zhì)量小。

根據(jù)電子模型，我們可以預(yù)言：在實驗中，如果條件相同的情況下，用粒子轟擊質(zhì)子或中子，會形成不同的質(zhì)子或中子和粒子的碎片粒子。我們可以發(fā)現(xiàn)，這些碎片的總電荷是守恒的，也就是所有碎片的正負(fù)電荷之和（包括粒子及碎片）與質(zhì)子或中子加粒子的電荷之和相同；碎片粒子衰變出的產(chǎn)物，電荷也同樣是守恒的。

電子模型認(rèn)為：原子內(nèi)部只有庫侖力的作用，因此，電子進(jìn)入電子層也只能是庫侖力的作用。這樣，我們還可以預(yù)言：在實驗中，可以觀測到兩個電子的相互排斥力比兩個正電子的相互排斥力要大。也可以觀察到中子帶少量的負(fù)電荷。

4 原子內(nèi)部的尺度探究

電子模型認(rèn)為：電子比正電子的電荷要大一點點，到底大多少呢？下面我們以氘為例來計算：根據(jù)目前科學(xué)家的測定數(shù)據(jù)：Q負(fù)=1.6021765×10-19庫侖，原子半徑r=5.292×10-11m，原子核半徑r核=1.5×10-15m，電子的質(zhì)量為9.109382×10-30kg，質(zhì)子質(zhì)量為938.272046×1.783179×10-30=1.673107×10-27kg。質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量之比為1836.8，約為1837。按照電子模型，就是質(zhì)子由1837個正負(fù)電子組成，質(zhì)子多一個正電子，有919個正電子和918個電子；中子有918個電子和918個正電子。因為電子的電荷比正電子大，所以原子內(nèi)部總的負(fù)電荷就大于總的正電荷。核外電子層的電子受核內(nèi)總的正電荷對其的引力和總的負(fù)電荷對其的斥力平衡。因為原子核總正電荷，表現(xiàn)的為引力，總負(fù)電荷表現(xiàn)的為斥力，所以引力的發(fā)力點應(yīng)在核心，斥力的發(fā)力點應(yīng)在核周邊。

則：■=■

Q正總=■

1837Q正=■

Q正=■

則：Q正=1.601395111×10-19庫侖

Q負(fù)-Q正=7.81×10-23庫侖

即：電子比正電子的電荷大7.81×10-23庫侖。但是考慮到在原子中，質(zhì)子主要表現(xiàn)的是引力，正負(fù)電子總的趨勢是向內(nèi)；中子主要表現(xiàn)的是斥力，正負(fù)電子總的趨勢是向外，因此中子的半徑應(yīng)比質(zhì)子的半徑大，原子核的半徑也應(yīng)比目前測得的半徑大，也就是實際比計算的每個電子的電量與正電子電量的差值還要小，估計電子的電量比正電子電量要大3～5×10-23庫侖。正負(fù)電子電量這樣小的差值，很容易造成人們對其重要性的忽視，在目前的運用中，都會被忽略不計。但是當(dāng)正負(fù)電子對壘積到中子大小時，這種特性和重要性就會顯露出來。

因為電子的電量比正電子的電量微大，結(jié)合成物質(zhì)后電子就顯得富余，所以自然界中就多見電子而很少見正電子。這也是質(zhì)子整體帶正電荷，中子內(nèi)部帶正電荷，外部帶負(fù)電荷，正負(fù)電子電荷基本相等顯電中性的原因。

5 證明與應(yīng)用

5.1 1967年，查理·泰勒、亨利肯德和杰羅姆弗里德曼領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合實驗小組利用美國斯坦福大學(xué)用20GeV的電子直線加速器，通過高能電子對質(zhì)子內(nèi)部進(jìn)行探測，實現(xiàn)了電子-質(zhì)子的深度非彈性散射，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子內(nèi)部有類似電子的散射中心[5]。美籍物理學(xué)家斯蒂芬·溫伯格寫到：“令人驚詫的是，有相當(dāng)大一部分高能電子作大角度散射?！蠼嵌壬⑸涞挠^察和綜合動量守恒定律，……人們相信，用這種方法在原子內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的小而重的粒子是夸克。”可是夸克帶的電荷比電子小很多，體積比電子大很多，電子是高速運動，當(dāng)碰到夸克時怎么會發(fā)生大角度散射呢？我們知道，高速運動的子彈碰到一定厚度的鋼板都可以穿透，這樣小而高速的電子碰到夸克應(yīng)該是射入或穿透。再說，動量守恒定律沒有考慮庫侖力的作用。如果不考慮庫侖力的作用，要么高能電子束幾乎會全部發(fā)生大角度散射；要么幾乎會全部射入或穿透夸克；也可以說就是碰到了質(zhì)子，其它什么都沒有。如果考慮庫侖力的作用，只能是質(zhì)子由正負(fù)電子組成，才會發(fā)生大部分高能電子束發(fā)生大角度散射。因此，電子-質(zhì)子深度散射應(yīng)該是高能電子束碰到了電子，而不是夸克。這個實驗實際上是證明了質(zhì)子內(nèi)部有很多電子存在，說明質(zhì)子和中子很可能是由正負(fù)電子組成的。

5.2 楊振寧和李政道提出K介子的衰變證明弱相互作用中宇稱不守恒，后經(jīng)吳健雄用實驗證實，K+介子衰變出現(xiàn)兩種情況，一種是衰變?yōu)橐粋€？仔+和一個？仔0，一種是衰變?yōu)閮蓚€？仔+和一個？仔-。即：

K+→？仔++？仔0

K+→？仔++？仔++？仔-

用電子模型來解釋：粒子衰變后電荷是守恒的。K+屬于質(zhì)子型介子，帶一個正電荷，根據(jù)電荷守恒定律，如果衰變?yōu)閮蓚€？仔介子則為一個？仔+和一個？仔0。如果衰變?yōu)槿齻€？仔介子則為兩個？仔+和一個？仔-（或者還可衰變?yōu)橐粋€？仔+和兩個？仔0）。

5.3 在原子核的衰變中，“富含中子的原子核的？茁衰變與電子一起發(fā)射出來的是反中微子，在富含質(zhì)子的原子核的？茁衰變中與正電子一起發(fā)射出來的是中微子?！蔽覀冎?，質(zhì)子比較穩(wěn)定，也就是中子在發(fā)生衰變。如果質(zhì)子、中子都是夸克組成的，那原子核的衰變怎么會發(fā)射出電子和正電子呢？為什么原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不同要發(fā)生相反的衰變結(jié)果呢？夸克-部分子模型又怎么解釋這種現(xiàn)象呢？用電子模型解釋為：強(qiáng)弱相互作用都是庫侖力的作用，因為原子有多少個質(zhì)子就有多少個正電荷，如果原子核中的中子多，說明負(fù)電荷就多，因此一個中子就要放出一個電子，成為與質(zhì)子一樣帶正電荷的粒子，原子內(nèi)部正電荷增加，以保持其原子內(nèi)部電荷的整體平衡；如果質(zhì)子多，則正電子就多，一個質(zhì)子就會放出一個正電子，成為一個中子，原子內(nèi)部負(fù)電荷增加，以保持其電荷的平衡。

6 結(jié)束語

文章提出了一種新的原子模型，原子由質(zhì)子、中子和核外電子組成，質(zhì)子和中子是由正負(fù)電子組成。電子比正電子的電量大。當(dāng)正負(fù)電子對湮滅時，正負(fù)電子并未被消滅，他們只是結(jié)合成了新粒子。因正負(fù)電荷基本平衡，所以新粒子顯電中性，但庫侖力仍然存在，并且強(qiáng)相互作用和弱相互作用實際上都是庫侖力的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]美國安得魯·皮克林.構(gòu)建夸克-粒子物理學(xué)的社會學(xué)史[M].湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2012：113-114.

[2]美國安得魯·皮克林.構(gòu)建夸克-粒子物理學(xué)的社會學(xué)史[M].王文浩譯.湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2012：112.

[3]美國斯蒂芬·溫伯格.亞原子粒子的發(fā)現(xiàn)[M].楊建鄴.肖明譯.湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2006：209.

[4]張三慧.大學(xué)物理學(xué)·電磁學(xué)（第二版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999：6.

[5]美國安得魯·皮克林著.王文浩譯.構(gòu)建夸克-粒子物理學(xué)的社會學(xué)史.湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2012：102-104.

作者簡介：張志全（1963-），男，四川大英縣人，本科學(xué)歷，主要研究領(lǐng)域為原子結(jié)構(gòu)。endprint

組成質(zhì)子和中子的簡易模型為：圖1

組成反質(zhì)子與反中子的簡易模型：圖2

從模型可以看出，質(zhì)子和中子內(nèi)部充滿正負(fù)電子，相互之間產(chǎn)生庫侖力，構(gòu)成強(qiáng)相互作用。在正負(fù)電子的庫侖力失去平衡時，質(zhì)子或中子將發(fā)生衰變，強(qiáng)相互作用和弱相互作用實際上都是庫侖力的作用。

介子、？滋子等其它粒子應(yīng)為質(zhì)子或中子的碎片，或者是沒有成熟的質(zhì)子或中子，只是有的帶正電荷，有的帶負(fù)電荷，有的顯電中性，有的質(zhì)量大，有的質(zhì)量小。

根據(jù)電子模型，我們可以預(yù)言：在實驗中，如果條件相同的情況下，用粒子轟擊質(zhì)子或中子，會形成不同的質(zhì)子或中子和粒子的碎片粒子。我們可以發(fā)現(xiàn)，這些碎片的總電荷是守恒的，也就是所有碎片的正負(fù)電荷之和（包括粒子及碎片）與質(zhì)子或中子加粒子的電荷之和相同；碎片粒子衰變出的產(chǎn)物，電荷也同樣是守恒的。

電子模型認(rèn)為：原子內(nèi)部只有庫侖力的作用，因此，電子進(jìn)入電子層也只能是庫侖力的作用。這樣，我們還可以預(yù)言：在實驗中，可以觀測到兩個電子的相互排斥力比兩個正電子的相互排斥力要大。也可以觀察到中子帶少量的負(fù)電荷。

4 原子內(nèi)部的尺度探究

電子模型認(rèn)為：電子比正電子的電荷要大一點點，到底大多少呢？下面我們以氘為例來計算：根據(jù)目前科學(xué)家的測定數(shù)據(jù)：Q負(fù)=1.6021765×10-19庫侖，原子半徑r=5.292×10-11m，原子核半徑r核=1.5×10-15m，電子的質(zhì)量為9.109382×10-30kg，質(zhì)子質(zhì)量為938.272046×1.783179×10-30=1.673107×10-27kg。質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量之比為1836.8，約為1837。按照電子模型，就是質(zhì)子由1837個正負(fù)電子組成，質(zhì)子多一個正電子，有919個正電子和918個電子；中子有918個電子和918個正電子。因為電子的電荷比正電子大，所以原子內(nèi)部總的負(fù)電荷就大于總的正電荷。核外電子層的電子受核內(nèi)總的正電荷對其的引力和總的負(fù)電荷對其的斥力平衡。因為原子核總正電荷，表現(xiàn)的為引力，總負(fù)電荷表現(xiàn)的為斥力，所以引力的發(fā)力點應(yīng)在核心，斥力的發(fā)力點應(yīng)在核周邊。

則：■=■

Q正總=■

1837Q正=■

Q正=■

則：Q正=1.601395111×10-19庫侖

Q負(fù)-Q正=7.81×10-23庫侖

即：電子比正電子的電荷大7.81×10-23庫侖。但是考慮到在原子中，質(zhì)子主要表現(xiàn)的是引力，正負(fù)電子總的趨勢是向內(nèi)；中子主要表現(xiàn)的是斥力，正負(fù)電子總的趨勢是向外，因此中子的半徑應(yīng)比質(zhì)子的半徑大，原子核的半徑也應(yīng)比目前測得的半徑大，也就是實際比計算的每個電子的電量與正電子電量的差值還要小，估計電子的電量比正電子電量要大3～5×10-23庫侖。正負(fù)電子電量這樣小的差值，很容易造成人們對其重要性的忽視，在目前的運用中，都會被忽略不計。但是當(dāng)正負(fù)電子對壘積到中子大小時，這種特性和重要性就會顯露出來。

因為電子的電量比正電子的電量微大，結(jié)合成物質(zhì)后電子就顯得富余，所以自然界中就多見電子而很少見正電子。這也是質(zhì)子整體帶正電荷，中子內(nèi)部帶正電荷，外部帶負(fù)電荷，正負(fù)電子電荷基本相等顯電中性的原因。

5 證明與應(yīng)用

5.1 1967年，查理·泰勒、亨利肯德和杰羅姆弗里德曼領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合實驗小組利用美國斯坦福大學(xué)用20GeV的電子直線加速器，通過高能電子對質(zhì)子內(nèi)部進(jìn)行探測，實現(xiàn)了電子-質(zhì)子的深度非彈性散射，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子內(nèi)部有類似電子的散射中心[5]。美籍物理學(xué)家斯蒂芬·溫伯格寫到：“令人驚詫的是，有相當(dāng)大一部分高能電子作大角度散射?！蠼嵌壬⑸涞挠^察和綜合動量守恒定律，……人們相信，用這種方法在原子內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的小而重的粒子是夸克。”可是夸克帶的電荷比電子小很多，體積比電子大很多，電子是高速運動，當(dāng)碰到夸克時怎么會發(fā)生大角度散射呢？我們知道，高速運動的子彈碰到一定厚度的鋼板都可以穿透，這樣小而高速的電子碰到夸克應(yīng)該是射入或穿透。再說，動量守恒定律沒有考慮庫侖力的作用。如果不考慮庫侖力的作用，要么高能電子束幾乎會全部發(fā)生大角度散射；要么幾乎會全部射入或穿透夸克；也可以說就是碰到了質(zhì)子，其它什么都沒有。如果考慮庫侖力的作用，只能是質(zhì)子由正負(fù)電子組成，才會發(fā)生大部分高能電子束發(fā)生大角度散射。因此，電子-質(zhì)子深度散射應(yīng)該是高能電子束碰到了電子，而不是夸克。這個實驗實際上是證明了質(zhì)子內(nèi)部有很多電子存在，說明質(zhì)子和中子很可能是由正負(fù)電子組成的。

5.2 楊振寧和李政道提出K介子的衰變證明弱相互作用中宇稱不守恒，后經(jīng)吳健雄用實驗證實，K+介子衰變出現(xiàn)兩種情況，一種是衰變?yōu)橐粋€？仔+和一個？仔0，一種是衰變?yōu)閮蓚€？仔+和一個？仔-。即：

K+→？仔++？仔0

K+→？仔++？仔++？仔-

用電子模型來解釋：粒子衰變后電荷是守恒的。K+屬于質(zhì)子型介子，帶一個正電荷，根據(jù)電荷守恒定律，如果衰變?yōu)閮蓚€？仔介子則為一個？仔+和一個？仔0。如果衰變?yōu)槿齻€？仔介子則為兩個？仔+和一個？仔-（或者還可衰變?yōu)橐粋€？仔+和兩個？仔0）。

5.3 在原子核的衰變中，“富含中子的原子核的？茁衰變與電子一起發(fā)射出來的是反中微子，在富含質(zhì)子的原子核的？茁衰變中與正電子一起發(fā)射出來的是中微子?！蔽覀冎?，質(zhì)子比較穩(wěn)定，也就是中子在發(fā)生衰變。如果質(zhì)子、中子都是夸克組成的，那原子核的衰變怎么會發(fā)射出電子和正電子呢？為什么原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不同要發(fā)生相反的衰變結(jié)果呢？夸克-部分子模型又怎么解釋這種現(xiàn)象呢？用電子模型解釋為：強(qiáng)弱相互作用都是庫侖力的作用，因為原子有多少個質(zhì)子就有多少個正電荷，如果原子核中的中子多，說明負(fù)電荷就多，因此一個中子就要放出一個電子，成為與質(zhì)子一樣帶正電荷的粒子，原子內(nèi)部正電荷增加，以保持其原子內(nèi)部電荷的整體平衡；如果質(zhì)子多，則正電子就多，一個質(zhì)子就會放出一個正電子，成為一個中子，原子內(nèi)部負(fù)電荷增加，以保持其電荷的平衡。

6 結(jié)束語

文章提出了一種新的原子模型，原子由質(zhì)子、中子和核外電子組成，質(zhì)子和中子是由正負(fù)電子組成。電子比正電子的電量大。當(dāng)正負(fù)電子對湮滅時，正負(fù)電子并未被消滅，他們只是結(jié)合成了新粒子。因正負(fù)電荷基本平衡，所以新粒子顯電中性，但庫侖力仍然存在，并且強(qiáng)相互作用和弱相互作用實際上都是庫侖力的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]美國安得魯·皮克林.構(gòu)建夸克-粒子物理學(xué)的社會學(xué)史[M].湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2012：113-114.

[2]美國安得魯·皮克林.構(gòu)建夸克-粒子物理學(xué)的社會學(xué)史[M].王文浩譯.湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2012：112.

[3]美國斯蒂芬·溫伯格.亞原子粒子的發(fā)現(xiàn)[M].楊建鄴.肖明譯.湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2006：209.

[4]張三慧.大學(xué)物理學(xué)·電磁學(xué)（第二版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999：6.

[5]美國安得魯·皮克林著.王文浩譯.構(gòu)建夸克-粒子物理學(xué)的社會學(xué)史.湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2012：102-104.

作者簡介：張志全（1963-），男，四川大英縣人，本科學(xué)歷，主要研究領(lǐng)域為原子結(jié)構(gòu)。endprint

組成質(zhì)子和中子的簡易模型為：圖1

組成反質(zhì)子與反中子的簡易模型：圖2

從模型可以看出，質(zhì)子和中子內(nèi)部充滿正負(fù)電子，相互之間產(chǎn)生庫侖力，構(gòu)成強(qiáng)相互作用。在正負(fù)電子的庫侖力失去平衡時，質(zhì)子或中子將發(fā)生衰變，強(qiáng)相互作用和弱相互作用實際上都是庫侖力的作用。

介子、？滋子等其它粒子應(yīng)為質(zhì)子或中子的碎片，或者是沒有成熟的質(zhì)子或中子，只是有的帶正電荷，有的帶負(fù)電荷，有的顯電中性，有的質(zhì)量大，有的質(zhì)量小。

根據(jù)電子模型，我們可以預(yù)言：在實驗中，如果條件相同的情況下，用粒子轟擊質(zhì)子或中子，會形成不同的質(zhì)子或中子和粒子的碎片粒子。我們可以發(fā)現(xiàn)，這些碎片的總電荷是守恒的，也就是所有碎片的正負(fù)電荷之和（包括粒子及碎片）與質(zhì)子或中子加粒子的電荷之和相同；碎片粒子衰變出的產(chǎn)物，電荷也同樣是守恒的。

電子模型認(rèn)為：原子內(nèi)部只有庫侖力的作用，因此，電子進(jìn)入電子層也只能是庫侖力的作用。這樣，我們還可以預(yù)言：在實驗中，可以觀測到兩個電子的相互排斥力比兩個正電子的相互排斥力要大。也可以觀察到中子帶少量的負(fù)電荷。

4 原子內(nèi)部的尺度探究

電子模型認(rèn)為：電子比正電子的電荷要大一點點，到底大多少呢？下面我們以氘為例來計算：根據(jù)目前科學(xué)家的測定數(shù)據(jù)：Q負(fù)=1.6021765×10-19庫侖，原子半徑r=5.292×10-11m，原子核半徑r核=1.5×10-15m，電子的質(zhì)量為9.109382×10-30kg，質(zhì)子質(zhì)量為938.272046×1.783179×10-30=1.673107×10-27kg。質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量之比為1836.8，約為1837。按照電子模型，就是質(zhì)子由1837個正負(fù)電子組成，質(zhì)子多一個正電子，有919個正電子和918個電子；中子有918個電子和918個正電子。因為電子的電荷比正電子大，所以原子內(nèi)部總的負(fù)電荷就大于總的正電荷。核外電子層的電子受核內(nèi)總的正電荷對其的引力和總的負(fù)電荷對其的斥力平衡。因為原子核總正電荷，表現(xiàn)的為引力，總負(fù)電荷表現(xiàn)的為斥力，所以引力的發(fā)力點應(yīng)在核心，斥力的發(fā)力點應(yīng)在核周邊。

則：■=■

Q正總=■

1837Q正=■

Q正=■

則：Q正=1.601395111×10-19庫侖

Q負(fù)-Q正=7.81×10-23庫侖

即：電子比正電子的電荷大7.81×10-23庫侖。但是考慮到在原子中，質(zhì)子主要表現(xiàn)的是引力，正負(fù)電子總的趨勢是向內(nèi)；中子主要表現(xiàn)的是斥力，正負(fù)電子總的趨勢是向外，因此中子的半徑應(yīng)比質(zhì)子的半徑大，原子核的半徑也應(yīng)比目前測得的半徑大，也就是實際比計算的每個電子的電量與正電子電量的差值還要小，估計電子的電量比正電子電量要大3～5×10-23庫侖。正負(fù)電子電量這樣小的差值，很容易造成人們對其重要性的忽視，在目前的運用中，都會被忽略不計。但是當(dāng)正負(fù)電子對壘積到中子大小時，這種特性和重要性就會顯露出來。

因為電子的電量比正電子的電量微大，結(jié)合成物質(zhì)后電子就顯得富余，所以自然界中就多見電子而很少見正電子。這也是質(zhì)子整體帶正電荷，中子內(nèi)部帶正電荷，外部帶負(fù)電荷，正負(fù)電子電荷基本相等顯電中性的原因。

5 證明與應(yīng)用

5.1 1967年，查理·泰勒、亨利肯德和杰羅姆弗里德曼領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合實驗小組利用美國斯坦福大學(xué)用20GeV的電子直線加速器，通過高能電子對質(zhì)子內(nèi)部進(jìn)行探測，實現(xiàn)了電子-質(zhì)子的深度非彈性散射，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子內(nèi)部有類似電子的散射中心[5]。美籍物理學(xué)家斯蒂芬·溫伯格寫到：“令人驚詫的是，有相當(dāng)大一部分高能電子作大角度散射?！蠼嵌壬⑸涞挠^察和綜合動量守恒定律，……人們相信，用這種方法在原子內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的小而重的粒子是夸克?！笨墒强淇藥У碾姾杀入娮有『芏?，體積比電子大很多，電子是高速運動，當(dāng)碰到夸克時怎么會發(fā)生大角度散射呢？我們知道，高速運動的子彈碰到一定厚度的鋼板都可以穿透，這樣小而高速的電子碰到夸克應(yīng)該是射入或穿透。再說，動量守恒定律沒有考慮庫侖力的作用。如果不考慮庫侖力的作用，要么高能電子束幾乎會全部發(fā)生大角度散射；要么幾乎會全部射入或穿透夸克；也可以說就是碰到了質(zhì)子，其它什么都沒有。如果考慮庫侖力的作用，只能是質(zhì)子由正負(fù)電子組成，才會發(fā)生大部分高能電子束發(fā)生大角度散射。因此，電子-質(zhì)子深度散射應(yīng)該是高能電子束碰到了電子，而不是夸克。這個實驗實際上是證明了質(zhì)子內(nèi)部有很多電子存在，說明質(zhì)子和中子很可能是由正負(fù)電子組成的。

5.2 楊振寧和李政道提出K介子的衰變證明弱相互作用中宇稱不守恒，后經(jīng)吳健雄用實驗證實，K+介子衰變出現(xiàn)兩種情況，一種是衰變?yōu)橐粋€？仔+和一個？仔0，一種是衰變?yōu)閮蓚€？仔+和一個？仔-。即：

K+→？仔++？仔0

K+→？仔++？仔++？仔-

用電子模型來解釋：粒子衰變后電荷是守恒的。K+屬于質(zhì)子型介子，帶一個正電荷，根據(jù)電荷守恒定律，如果衰變?yōu)閮蓚€？仔介子則為一個？仔+和一個？仔0。如果衰變?yōu)槿齻€？仔介子則為兩個？仔+和一個？仔-（或者還可衰變?yōu)橐粋€？仔+和兩個？仔0）。

5.3 在原子核的衰變中，“富含中子的原子核的？茁衰變與電子一起發(fā)射出來的是反中微子，在富含質(zhì)子的原子核的？茁衰變中與正電子一起發(fā)射出來的是中微子。”我們知道，質(zhì)子比較穩(wěn)定，也就是中子在發(fā)生衰變。如果質(zhì)子、中子都是夸克組成的，那原子核的衰變怎么會發(fā)射出電子和正電子呢？為什么原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不同要發(fā)生相反的衰變結(jié)果呢？夸克-部分子模型又怎么解釋這種現(xiàn)象呢？用電子模型解釋為：強(qiáng)弱相互作用都是庫侖力的作用，因為原子有多少個質(zhì)子就有多少個正電荷，如果原子核中的中子多，說明負(fù)電荷就多，因此一個中子就要放出一個電子，成為與質(zhì)子一樣帶正電荷的粒子，原子內(nèi)部正電荷增加，以保持其原子內(nèi)部電荷的整體平衡；如果質(zhì)子多，則正電子就多，一個質(zhì)子就會放出一個正電子，成為一個中子，原子內(nèi)部負(fù)電荷增加，以保持其電荷的平衡。

6 結(jié)束語

文章提出了一種新的原子模型，原子由質(zhì)子、中子和核外電子組成，質(zhì)子和中子是由正負(fù)電子組成。電子比正電子的電量大。當(dāng)正負(fù)電子對湮滅時，正負(fù)電子并未被消滅，他們只是結(jié)合成了新粒子。因正負(fù)電荷基本平衡，所以新粒子顯電中性，但庫侖力仍然存在，并且強(qiáng)相互作用和弱相互作用實際上都是庫侖力的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]美國安得魯·皮克林.構(gòu)建夸克-粒子物理學(xué)的社會學(xué)史[M].湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2012：113-114.

[2]美國安得魯·皮克林.構(gòu)建夸克-粒子物理學(xué)的社會學(xué)史[M].王文浩譯.湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2012：112.

[3]美國斯蒂芬·溫伯格.亞原子粒子的發(fā)現(xiàn)[M].楊建鄴.肖明譯.湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2006：209.

[4]張三慧.大學(xué)物理學(xué)·電磁學(xué)（第二版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999：6.

[5]美國安得魯·皮克林著.王文浩譯.構(gòu)建夸克-粒子物理學(xué)的社會學(xué)史.湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2012：102-104.

作者簡介：張志全（1963-），男，四川大英縣人，本科學(xué)歷，主要研究領(lǐng)域為原子結(jié)構(gòu)。endprint