中子是由质子和电子组成的吗

2024-09-13 18:11:12
刘暖暖教育专家

从事K12教育行业多年

我们的教科书中的答案:不是,这也是主流理论:它是由夸克组成的。

但是中子并不是稳定的,当中子单独存在时,在十几分钟内,它就将衰变为质子和电子,可能还有中微子,为什么中子在核内是稳定的呢?没有人给出答案。

如果跳出主流的思维,认为基本粒子只有电子和质子及它们的反粒子,那么很多的问题同样可以得到合理的解释,中子也可以认为是由质子与电子组成的。

假设中子是由质子与电子组成的复合体,电子静止在质子的赤道面上并随着质子一起旋转,由于电子的静止质量为9.1094x10-31kg、质子自旋时的质量为1.6726x10-27kg,中子的静止质量为1.6749x10-27kg。可以算出:电子的运动质量为2.3056x10-30kg(中子与质子的质量相减),根据相对论

,可以得出:电子的运动速度为v=2.75x108m/s(相当于光速的0.92倍)。假设电子所受的电磁力与离心力相等:

,可以计算出电子与质子的质心距为1.32x10-15m,这个距离是两者间的最大距离,如果电子所受的电磁力大于离心力,质子的表面将产生一定的压力,如果电子所受的电磁力小于离心力,电子将飞出,中子也就不存在了。

由于质子的自旋磁距为1.41x10-26J/T,而中子的自旋磁矩为-9.66x10-27J/T,二者之差就是电子的轨道磁矩μ=2.38x10-26J/T,由于已知电子的速度,可以求出二者的质心距L=2μ/qv

=1.077x10-15m(没有考虑电子的自旋),也可以求出中子的自旋角速度为ω=v/L=2.556x1023rad/s。

假设质子是表面均匀带电的球体,则它的磁矩可表示为

其中ω是质子的角速度,由于已知质子的自旋角速度(假设与中子相等)和磁矩,可以得出质子的半径为

=1.017x10-15m。

为什么质子半径的实验值为0.83x10-15m呢?估计这个值是质子的有效半径,相当于把质子的电荷集中在其赤道面的某个点上,可表示为

=0.83x10-15m。

长期以来科学界一直无法给出电子的半径,根据本文的假设,电子的半径为中子中的质子与电子的质心距与质子的半径之差,可以计算出其值为6.1x10-17m。中子与质子的体积几乎是一样的,只是质子的赤道面多出了一个小山包,中子的半径应该与质子是一样的。

本文在计算过程中运用了三个假设:

1、电子可视为点粒子,其自旋磁矩可以忽略;

2、质子是基本粒子,表面带有均匀的电荷而且具有自旋;

3、中子是由质子与电子组成的复合粒子。

第一个假设是合理的,也是自洽的,没有半径的粒子是不可能具有自旋磁矩,比量子理论中的假设更具合理性。

第二个假设与主流观点完全相反,虽然夸克模型已得到学界主流的承认,也获得了多个诺贝尔奖,但我们从来也没有发现过夸克和胶子。所以假设质子是基本粒子也具有一定的合理性,因为质子能够稳定地存在。假设质子是表面带有均匀的电荷,是因为如果质子所带的电荷为整体均匀分布时,计算的结果是:中子无法稳定地存在,而且宏观世界里的电荷也是分布在表面,假设质子自旋是因为质子具有自旋磁矩。

第三个假设也与主流观点不同,但却可以解释很多量子理论无法解释的现象:

1、中子衰变时能产生质子和电子,如果中子不是由质子和电子组成的,难道质子与电子能够无中生有?如果中子中没有电子存在,电子是不可能被创造出来的。中子的衰变很可能与以太有关,因为以太的波动能够引起电子在质子表面的振动,一旦电子的振动量超过2.5x10-17m,电子就会脱离质子表面飞出去。

2、可以自洽地解释中子的磁矩;

3、可以解释核力是什么,核力,也就是强相互作用,在量子理论中,它是束缚质子与中子的力,但它是怎样产生的?量子理论为了解释它,又引入了胶子,但是,胶子如何传递呢?没有人能够解释。如果中子真的是质子与电子组成的,那么原子核也是由质子与电子组成的,也就是说,原子核中没有中子存在的必要了,核力这种奇怪的作用力也可得到合理的解释:所谓的核力,其实也是电磁力,是电子负责把质子粘连在一起的,核力的所有性质都能用电磁力解释。例如一个电子就可以把三个质子束缚在一起,它就是氦3,两个电子能把四个质子束缚在一起,它就是氦4,两个电子把三个质子束缚在起,它就是氚,如图1所示。假设质子与电子都是球体,而且电荷的分布都可以等效到质心,由于质子与电子的带电量相等,以氦3核为例,可以计算出电子对任何一个质子产生的引力(假设为1)大于两个质子产生的斥力的矢量和(合力为0.58),所以原子核是稳定的,从图中也可以看出:氚核没有氦核稳定,在核自旋时,可以放出一个电子变成氦3。如果量子力学中的核力存在,两个质子组成的原子核也应该存在。

图1.原子核中质子与电子的结合方式

4、质子和电子的质量并不是固定的,与它所处的环境有关,我们都知道:质子的静止质量为1.6726x10-27kg,但这个质量实际上是质子自由时的质量,这时的质子是处于自旋状态的,正是质子的自旋,才使它的质量比完全静止时大,这时的质量应该称为自旋质量。假设质子是一个密度均匀的实心球体,根据前面的数据可以算出质子的自旋能量为

=2.5x10-11J,根据质能公式可以得出质子不自旋时的质量约为1.4x10-27kg。本文认为旋转能量是核能的根本,没有自旋就没有核能,也就是说,核能贮存在自旋中。质子在原子核内的质量降低,说明了质子在核内的自旋程度下降。电子也存在自旋,但其自旋能量可以忽略。

对于很多的物理实验,量子理论中的解释让人无法理解,实际上完全可以用经典理论进行解释,而且更为合理。