运用MSae单位制工具探索核力和核结构的电场作用模型

皮可慰

运用MSae单位制工具探索核力和核结构的电场作用模型

皮可慰

文章提出核力和核结构的电场作用模型。核力本质上是一种质子与电子之间的超近距离电场作用，与质子形成自旋性同步共振结构的电子，在核力和核结构中发挥主导作用。依据库仑定律公式计算可以得到核力，通过质子、电子的质量计算可以得到与实测值相符的中子质量。

核力；核结构；电场作用模型；量子波设想；MSae单位制

传统理论认为原子核中各核子（质子、中子）之间存在着强大的引力，称为核力。核力的形成机制是什么？理论对此提出的方案是引入负责传递核力的新粒子，让它们来解释核力，至于这些传递核力的粒子为什么能够以特定的方式存在，为什么能够传递核力，理论没有作更多解释。

本文研究电子与质子处于自旋性同步共振态时的超近距离电场作用，利用人们熟知的库仑定律计算核力，能够得到与实验事实基本吻合的结果。由于是重大的理论创新，涉及到思维观念和研究方法的转变，文章前部分用了较大篇幅阐述这些基础性问题。

1　新的观念：量子波设想

笔者认为，个别性、稳定性和波动性是量子理论的精髓，所有量子均表现为波动形式，定义为量子波。粒子就是量子波，量子波就是粒子。量子波有费米波和玻色波两种形式。玻色波的波动中心朝一个方向移动，速率是光速。费米波的波动中心在一定区间往返振动，平均速率也是光速。光子表现为纯粹的玻色波，静止的实物粒子（如质子、电子）表现为纯粹的费米波，运动的实物粒子同时含有玻色波分量和费米波分量。可以使用一个直角三角形描述量子的频率（次/秒，相当于能量、质量）、速率（米/秒）和波密度（次/米，波长的倒数，相当于不考虑矢量的动量）。上述观点可称为量子波设想。

如图1直角三角形DEO中，斜边OE方向表示量子总的波动，纵向直角边OD方向表示量子波动的费米波分量，横向直角边DE方向表示量子波动的玻色波分量。设静止频率即费米波分量频率为Fν，玻色波分量速度为Bυ，即一个静止频率为Fν的实物粒子以Bυ速率运动，总的速率为光速c表现在斜边OE方向。

可得到如下关系：

斜边OE方向，

总速率υZ=c （即真空光速）

总波密度

纵向直角边OD方向，费米波频率分量=Fν（相当于静止粒子能量、质量）

费米波速率分量

横向直角边DE方向，

（相当于运动粒子的动量）

上述对物理量的描述符合直角三角形的边角关系，费米子（如质子、电子）获得的动能越大，角DOE越大，DE方向速度就越大，但不能超过光速c。它们之间的关系计算完全符合狭义相对论变换公式的要求。用一个简单的直角三角形描述量子波，能够在频率（能量、质量）、速率、波密度（动量）方面得到与狭义相对论变换公式相似的形式，说明相对论与量子论有着天然的联系。上述最后一个公式的分母中根式外出现c2，是能量与质量相关公式及真空电容率与真空磁导率相关公式中出现c2的原始踪迹。

上世纪量子理论（含量子力学）和相对论（主要是狭义相对论）的创立和发展，在物理学理论和实践中取得了巨大成功。但是在进一步探索物质结构和相互作用深层次秘密时，遇到了困难。人类用了几百年弄清楚了分子初步结构，深度研究的对象由几千万种分子缩减到几百种原子（含常见同位素）。人类再用了不到一百年就基本弄清楚了原子由质子、电子组成，深度研究的对象由几百种原子缩减到几种基本粒子。然而又过了近百年，仍然没有弄清楚质子、电子的结构，于是创造出十几种不稳定的、甚至无法现身的新粒子来解释几种稳定的“基本粒子”，至于这些新粒子为什么能以特定方式存在，现在是不去考虑的。对质子（中子）之间强相互作用力（核力）的解释也不尽完备，需要创造出一些新的专门负责传递这种强相互作用的粒子，至于这些粒子为什么能够传递强相互作用，现在也是不去考虑的。由粒子解释粒子、由相互作用解释相互作用的研究路线，似乎走进了一条没有尽头的胡同。出现这些困难的原因并不是量子理论和相对论不能适应理论发展的要求，也不是科学实验揭示的事实不充分不清晰，而是回避了某些基础性问题：大自然究竟有没有一个从无序发展到有序的进程，物质的有序结构形式究竟有没有一个由简单向复杂发展的进程，量子究竟是粒子还是波，能否实在性地、确定性地描述个别量子的波动状态等问题。

传统理论中静止的粒子是不存在波动的，波只是粒子的某种属性，“粒子在波动”，而不是“波动就是粒子”。因此粒子与粒子之间无论多近，只要不“接触”都是“无限远”的，不会有“近距离”相互作用的可能，不得不假设能够传递相互作用的粒子。量子波设想否定了固化的粒子观念，实现了粒子性与波动性的统一，量子与量子之间的相互作用回归到波与波之间的直接联系。量子波设想认为粒子不存在明显的边界，电子突破“测不准原理”的限制向质子极近距离接近成为了可能，解除了核力回归电场力的禁区。

参与氢原子结构表演的主要角色只有一个质子和一个电子，参与自由中子结构表演的主要角色也只有一个质子和一个电子，参与氘核结构表演的主要角色仅仅在自由中子基础上增加了一个质子而已。这样的简单结构中已经蕴含了电场力和核力的丰富内容，只有对这些个别量子的波动状态进行实在性的描述，才能深入剖析核结构和核力的秘密。量子波设想为探索核力形成机制提供了新的思路。

2　新的研究工具：MSae（米秒次e）单位制

由于将任何个别量子，无论是光子、静止的实物粒子（如质子、电子），还是运动的实物粒子都理解为波，频率成为基本的物理量。可以利用普朗克常数h=6.626075×10－34焦·秒，1库仑电量 = 6.241506363×1018e，将相关的物理单位简化，简化单位中只有米秒次e四个符号，可称为MSae（米秒次e）单位制。MSae单位制与国际单位制完全吻合。

下面列出与本文有关的简化单位。

长度：米，m，与国际单位制相同。

时间：秒，s，与国际单位制相同。

波动（振动）周期：次，a，360度或者2π弧度，或者稳定个体、过程在特定时空中出现的个数。

基本电量：e，基本费米子个数。（特指区分正反性的质子与电子）

引入真空光速数值c=2.99792458×108（单位：米/秒）

真空电容率可以简化为：

即：倒数真空电容率等于二倍光速与精细结构常数的乘积。

电阻：次/e2。与精细结构常数有密切关系。

1欧姆=伏特/安

25812.807即克利青常数。克利青为1985年诺贝尔奖获得者，克利青常数是第18届国际计量大会（CGPM）及第77届国际计量委员会（CIPM）决议，从1990年1月1日起使用的常数。

克利青常数等于1库仑电量与基本电量之比的平方再与普朗克常数的乘积：

由于MSae单位制对同一量纲只设置唯一的单位，因此本文直接以基本单位（即米秒次e）表示量纲，以基本单位的组合作为推导的物理单位，且使用中文表示以便增加文章的可读性。如，力的量纲和单位均可表达为：（次/秒）/米。

运用MSae单位制工具在进行物理基础性研究时，淡化了能量、质量、动量、普朗克常数、库仑电量等人为规定的计量单位，代之以直接描述大自然有序结构特征的频率、波长、波速和基本费米子个数，在探索核力形成机制时，有助于显示看似无关的物理现象之间的联系。

3　新的相互作用形式：旋向相互作用和相对论效应

量子（如质子、电子和光子）的物理状态经常发生变动，是什么原因导致了量子的态变动呢？

3.1量子的态变动是由相互作用引起的

量子波设想认为：

A.任何宏观的物理状态变动都是以个别量子的态变动为基础的。虽然不能简单地将宏观的物理状态变动理解成个别量子的态变动的集合，但是如果出现了宏观的物理状态变动一定存在个别量子的态变动。例如：如果光束的状态发生了衍射、折射变动，那么一定存在个别光子的态变动。

B.任何个别量子的态变动都是一定形式相互作用的结果。量子的态变动可以分为频率（即能量）变动和频率不变动两种类型。频率变动类型有：质子与电子的吸引、质子与质子的排斥、光子的激发和吸收等等，量子的这类态变动一般是引力作用和电场作用的结果。频率不变动的量子态变动，一般表现为波动方向变动、介质中量子波动速率变动、相位变动和偏振角度变动等形式，需要研究它们是由什么相互作用引起的。

C.相互作用的内在机制是同步共振。在量子波设想中，量子之间的趋于同步是量子自始至终的基本特征。粒子既然是波，是呈现个别性、稳定性的一份一份的波，波与波之间存在着波动干扰即相互作用，这种波动干扰是趋于同步的，表现出相互作用的方向性。大自然随机无序的状态为什么能够形成统一大小的波动形式（如质子、电子），是趋于同步并实现共振的结果，符合同步特征的波动方式比不符合同步特征的波动方式享有更大的生存几率。粒子之间为什么存在相互作用，如引起能量转移（即频率变动）的引力作用和电场作用，同样是趋于同步共振的结果，同步共振确立了系统状态变动方向，一种力图实现系统稳定的方向。某些不引起能量转移（即频率未变动）的量子态变动，如自旋方向变动、磁矩方向变动、相位变动、偏振角度变动、光的衍射及折射等，也是量子之间相互作用的结果。这些能量不改变的相互作用，其内在机制也都是趋于同步共振。

同步共振之所以成为系统的定态形式，因为它确定了系统状态的发展方向，一种朝着变动性最小化状态发展的方向，这就是一种朝着稳定性发展的方向。同步共振本身并不能提供发展的“动力”，它提供的仅仅是“规范”，发展方向和目标的实现必须依赖“自然选择”，自然选择留下了符合某种协调方式的波动形式，物质永恒的无序运动加上自然选择才是发展的动力，人工选择的基础也是自然选择。

3.2旋向相互作用

人们通常认为物质之间相互作用形式只有引力作用、电场作用、核力作用和弱相互作用，然而物理中出现的很多实验事实并不是这些相互作用形式能够圆满解释的。

例如，光束通过障碍时出现的衍射现象，实验明明描述了光子群体的态变动，通常的思维方式应当是承认此时此刻个别光子出现了态变动，从而表现出光子群体的态变动，显然应当去寻找这种情况下引起个别光子态变动的原因。可是人们不愿意在传统的相互作用形式之外再考虑有别的相互作用方式，因此无论如何也找不到这种情况下个别光子态变动的原因。于是认为对于个别光子的态变动过程是无法进行“实在性”描述的，最后的结果只能理解为个别光子波函数的概率性表现方式。

又如处于原子外围的电子能级量子化问题。是什么“力”制约了电子向核进一步靠近，是什么“力”约束了电子能量使之稳定为某些间断的数量值，又是什么“力”妨碍了电子在同一能级上聚集。这些现象看似量子的态约束，其本质仍然是量子的态变动问题，有一种力将量子脱离约束的态调整回到约束态。

这些量子的态变动无法利用现有的相互作用形式解释，但量子的任何态变动必然是相互作用的结果，于是需要思考是另外的什么形式的相互作用引起了量子的这类态变动，而不能简单地使用没有原因的“不确定性”来否定某种相互作用的存在事实。

不引起量子频率变动的相互作用，（本文未考虑均匀化相互作用问题）其结果主要表现为量子的旋转方向变动，如自旋角度变动、偏振角度变动、相位变动和波动方向变动，可将这类相互作用暂称为旋向相互作用。

旋向相互作用的其他特点是：

A.与引力作用、电场作用一样都是由量子之间的波动干扰引起，作用的过程都是趋于同步，作用的目标都是力图变动量最小化，达到平衡稳定状态。

B.相互作用过程一般不表现为“行程”，因而不直接导致量子的频率（即能量、质量）改变。

C.与引力作用、电场作用一样都表现为定域性与非定域性的统一，波动中心表现为定域性，波动的无限扩展表现为非定域性。例如：两个质子靠得很近，其中一个质子的磁矩方向变动将会影响另一个质子的磁矩方向变动，这是不直接导致质子能量、质量改变的旋向相互作用。相互作用指向质子的波动中心，表现为定域性，如果不断拉开这两个质子的距离，上述相互作用依然存在，表现为非定域性。两个量子的“同步”性愈强，发生“纠缠”的可能性愈大。

D.作用过程中除了频率守恒（能量、质量守恒）和波密度守恒（动量守恒）外，动量矩也是守恒的，但是多数情况下一个量子的动量矩改变需要众多量子的动量矩相应改变才能实现。例如，光子在介质中改变波动方向，同时也改变了很多介质量子的波动方向。

E.仍可使用“力”的概念衡量这类“旋向相互作用”的强弱，但是这种力的表现是不确定的，呈现概率性，因此一般只有量的比较而不去进行量的计算。

3.3相对论效应

引入旋向相互作用只能解决核力形成过程中的限制性约束定态问题，还没有解决强大的核力来源问题。笔者认为，核力的本质是电场力，但是通常情况下电场力不可能达到核力的强度，更不可能具有核力的短距离特征。应当增加相对论效应因素。

运动的电荷可以产生磁场，磁场是电场的调整，可以建立含磁作用的库仑定律：

公式表明电荷之间的作用力大小，与二者距离的平方成反比，与倒数真空电容率、A电荷数、B电荷数成正比。与电荷的速率和方向成正向调整或者反向调整。倒数真空电容率1的值为2倍光速与精细常数的乘积，即2c，ε0为精细结构常数0.007297353次/e2，c为真空光速2.99792458×108米/秒。

以上公式仅仅适应于低速状态的电磁作用，在电子速率接近光速时，必须使用含相对论变换公式的库仑定律：

公式表明电荷速率极高时相互作用力迅速增大。核力是电子与质子极为接近且速率极高情况下的相互作用力，引入相对论效应为核力的形成注入了新的因素。

尽管电子的速率接近光速，但质子的速率远远低于光速，二者之间的磁场力很弱，本文中予以忽略，更多的情况下使用下述公式：（公式中的速率指电子速率）

引入新的相互作用形式，希望较好地解释原子的核外电子为什么不轻易“掉”到质子里的问题，即探索在一定条件下旋向相互作用是如何阻止库仑定律发挥作用的。同时也企图寻找出现什么条件时，电子能够与质子进一步靠近，电子与质子之间的引力变得异常强大，界时电子将如同化学中的共价键电子一样，按照量子力学规则，成为在质子之间起粘合作用的“胶子”。

4　借鉴氢原子

探索核力和核结构的形成机制为什么要研究氢原子，这是因为笔者认为，核力和核结构与氢原子中的电场力和原子结构有着极大的类同性。无论是从力的来源，或者从结构稳定的约束定态形式角度观察，核力和核结构都可以视为氢原子中的电场力和原子结构的发展。后文中，笔者甚至认为中子可以看成电子与质子极为接近的氢原子，因此研究氢原子对从电场作用角度理解核力和核结构有着重要意义。

4.1质子

4.2电子

4.3氢原子中的电子圆周运动

假设电子在氢原子中沿最低轨道运行，质子带正电荷，电子带负电荷围绕质子运动，电子轨道半径为r，运动速度为υ，电子质量为em。电场引力等于惯性排斥力：

（由于速率远小于光速，公式中未考虑相对论变换因子）

在量子单位制中

c为光速：2.99792458×108

普朗克常数h=1

基本电量e=1

将公式1变换为：

（由于省略了分子的e2，精细结构常数在上式中不带单位）

得到：

将公式4代入公式2，解得电子速率：

电子在氢原子中沿最低轨道运行时，n取值1。

电子与质子距离

此数值即玻尔氢原子半径，即氢原子中电子与质子的最小距离，与实验值相符。

4.4电子驻波性同步共振相互作用阻止了氢原子中的电子向质子进一步靠近

氢原子中的电子与质子的距离为什么不能小于玻尔氢原子半径，并不是测不准原理的限制，此时电子离质子还远着呢，这是同步共振相互作用对吸引性电场力发挥了屏蔽效应。

现将电子视为某种波，不仅仅运动的电子是波动的，静止的电子也是波动的，速率都是光速。如前所述：电子静止质量为9.1093897×10-31kg，1千克质量相当于频率1.3563914968×1050次/秒，于是静止电子的频率为1.235589875×1020次/秒。

将单位长度波动次数定义为波密度（即波长的倒数），量纲为次/米。

运动电子在运动方向的波密度分量（即动量）

=电子的静止波密度×（电子速度/光速）

电子在运动方向的波长分量=

当n=1时，

电子运动方向的波长分量

注意到此时，电子运行轨道周长为：

于是得到结论：当n=1时，电子运行轨道周长与其运动方向的波长分量相等。

当n=2时，

电子在运动方向的波长分量

于是得到结论：当n=2时，电子运行轨道周长是其运动方向波长分量的二倍。

由此可见，氢原子中电子能级的分立稳定，是电子轨道周长为波长整倍数现象的体现，这是一种类似驻波的共振。驻波性同步共振是一种旋向相互作用，它可以改变量子波的运动方向，但不能改变量子波的频率（即能量、质量），正是这种对量子运动方向的约束，屏蔽了质子与电子之间的电场相互作用，阻止了电子进一步向质子靠近。

然而这种约束作用不是一成不变的，某种条件下电子、质子出现另外的共振状态时，二者是可以进一步靠近的。

上述分析过程使用了电子轨道描述方式，与量子力学分析方式是等效的。笔者认为，量子力学的波函数运算规则，如量子化设定（边界条件）、态叠加计算、泡利不相容原理，都准确地反映了量子物理规律。表面上看量子力学似乎只是在描述电子的空间分布几率，与力的关联不大。其实不然，量子力学中的“力”概念，非常准确地定位了它的描述对象是“相互作用”，它认同了量子波之间存在着传统相互作用形式之外的、不引起能量变动的相互作用，并承认这种相互作用在微观层面能够与电场作用抗衡，以至强大的库仑定律都要受其影响表现为“间断”形式。对于氢原子、自由中子、氘核和氦核这样的内含数量较少的量子之间，仅考虑主量子数时的最基础的相互作用（即n=1），使用简单的“轨道”描述方式与量子力学分析方法是等效的，可以避免量子力学中太高深的数学计算。

4.5质子与电子的互动

氢原子中电子处于活跃状态，无论是波尔轨道模型，德布罗意物质波假设，量子力学波函数分析的主要对象都是电子，质子似乎除了提供正电荷之外没有什么作用。质子其实是与电子互动的，但在氢原子处于基态能级时，电子被约束在相对于质子很远的地方，电子与质子距离为5.29177249×10-11米，是静止电子波长2.426310413×10-12米的20多倍，是静止质子波长1.321409893×10-15米的4万多倍，质子的运动速率很低，质子的波动状态可以忽略。

如果电子依靠外部能量和自身库仑力，突破驻波性同步共振的阻拦，与质子的距离极度接近，这时质子的波动状态就不能被忽略了。本文后部分，将参照电子的驻波性同步共振模式，建立电子与质子协同的自旋性同步共振模式，以此来解释核结构的稳定性。

5　核力和核结构的电场作用模型

核力本质上是一种质子与电子之间的超近距离电场作用力，与质子形成自旋性同步共振结构的电子，在核力和核结构中发挥了主导作用。

5.1核力和核结构离不开中子

传统理论认为原子核由质子与中子组成，在轻核区二者的比例大致相当，在重核区中子与质子的比例变大，但仍是有限度的，约为1.5比1。

科学实验表明由于强大的吸引力而稳定的核中总是既有质子又有中子，实验中从来没有发现两个质子通过核力直接组成核的现象。传统理论对此解释是由于质子之间存在强大的电场斥力抵消了质子与质子之间的核吸引力。笔者认为这种观点既不符合理论自己确认的核力远远大于电场力的论点，也无法解释不少核在减少中子同时增加等数量质子时，结合能增加即核力增强的事实。例如总核子数为48不变时，若质子数为20，中子数为28，是Ca（钙）元素，结合能为416 MeV；若质子数为22，中子数为26，是Ti（钛）元素，结合能为418 MeV。（见后文中的表1）

笔者认为，没有纯粹由质子组成原子核的事实，恰恰说明了纯粹的质子与质子之间是不存在核力的，原子核中必须有中子参与（单一质子的氢核除外），只有中子才能与其他质子之间产生核力，只有中子才能与其他质子组合成多核结构。核力不是“电荷无关”的，而是“电荷有关”的，这个有关性是由中子内部电子的主导作用引起的。

5.2中子是稳定的

中子可以存在于原子核内，也可以从核中分离出来成为不受核整体约束的自由中子。自由中子是简单的，它几乎就像是一个外围电子与质子极度接近时的氢原子，其实就是这种特殊的“氢原子”在核中发挥了重要作用，就像它在氢分子中或者氢分子离子中发挥的作用一样。自由中子加上一个质子就成为具有核力特征的最简单的多核结构——氘核，两个氘核组合就成为内部平均结合能极大的氦核。笔者认为，氢原子、自由中子、氘核和氦核是探索核力形成机制的最佳研究对象。

原子核内部的中子大部分是稳定的，能够发生衰变的核中处于不稳定状态的中子半衰期都较长。脱离原子核的自由中子的半衰期是16分钟，意味着每16分钟就有一半的自由中子会衰变为电子、质子和其他粒子，或者说自由中子的平均寿命只有16分钟。然而，16分钟对于量子来说是一个非常长的稳定时期，而且每1万个现在存在的自由中子，过了8个小时仍然以很大的几率有1个中子可能活着，这个可能活着的中子继续生存的平均寿命仍然是16分钟，并不因为它已经生存了8个小时就发生了什么变化。因此，无论是核内中子还是自由中子都是稳定的量子形态。中子能够稳定存在，存在就具有一定的合理性，这就给了人们去观察它、研究它的机会。

5.3中子是质子与电子的复合体

中子的质量是一个非常稳定的物理量，为939.5656 MeV，频率为2.27185883×1023次/秒，比质子质量938.2723 MeV（2.26873175×1023次/秒）略大，为什么是这个值而不是其他数值，这是需要得到合理解释的。传统的标准模型理论使用夸克来同时解释质子和中子结构，已经进行了几十年研究，未获令人满意的成果。笔者认为，应当将质子视为比中子更基础的结构形式，重新建立中子是质子与电子的复合体概念。

将原子核视为质子与电子复合体的论点，在20世纪30年代前曾经是关于核结构的主要理论，但是被后来新的理论（即本文所称的传统理论）替代了。新的理论将电子从核中赶了出来，并建立了中子概念，而自由中子后来的确被科学实验发现了。传统理论认为核内不存在电子的依据主要有：一是根据量子理论中的测不准原理（不确定性原理的表现形式），质子周围的电子是不可能“掉到”质子“里”的；二是中子的质量大于质子与电子的质量之和；三是质子与电子的自旋都是1/2，无法解释复合为中子后，中子的自旋也是1/2的问题。

在这样的形势下，笔者仍然重新提出中子是质子与电子复合体的观点，主要有以下理由：

A.前文提到的，科学实验中从来没有发现两个质子通过核力直接组成核的现象，原子核中必须有中子参与（单一质子的氢核除外），如果将中子视为质子与电子的复合结构就可以得到结论：核力本质上是质子与电子之间的电场力。

B.自由中子的衰变产物中总是既包括质子又包括电子。与其将质子和电子理解为从中子中无中生有，还不如将质子和电子视为原来就在中子中以某种形式存在更合理一些。

C.实验表明中子不带电，其磁矩似乎应为零，但测得的中子磁矩不为零，而是0.96623707×10-26JT-1，换算成MSae单位制为6.030774827×10-8e米2/秒，这表明中子作为整体不带电，但它内部存在着与质子、电子类似的电荷分布。

D.从质子、中子结构存在同一性的角度，我们必须寻找质子与中子的共同基础，在假设中的夸克始终未现身的情况下，将质子视为比中子更基础粒子的观点对实验事实的解释力度要强一些，也更简洁一些。

E.按照量子理论中的测不准原理，中子尺度范围容不下电子，按照笔者的量子波设想，电子的波长（数量级是10-12米）也是远远大于实验测定的中子“尺度”（数量级是10-15米）的。其实在量子波设想观点下，任何量子波都没有明显边界，数量级10-15米范围已经包含了中子的绝大部分体量，成为核结构的中心区。后文的计算可知，当电子与质子形成自旋性同步共振结构时，电子的圆周运动半径已经缩小到10-15米数量级。

F.至于如何解决自旋量不守恒的问题，按照传统理论让中微子加入是一个恰当的办法。

笔者认为对中微子和弱相互作用的理解，都应考虑“暗物质”因素，即存在一种系统与环境（与封闭式热力学环境不同的开放式环境，即暗物质环境）交换能量的过程。这是一种特殊形式的相互作用，即一种开放式的、弱的、随机的而不是同步共振定态的相互作用形式。系统与开放式环境交换能量是普遍存在的，任何有序的稳定状态都与同步共振有关，在微观层面，同步共振能够形成稳定机制又和系统与开放式环境的能量交换分不开。例如氢原子的外围电子能够稳定在某个驻波性同步共振轨道上，实际上是一个动态的平衡过程，电子完全有可能因为能量损失而“失速”靠近质子（即向内偏移轨道），电子也完全有可能因能量获取而“增速”远离质子（即向外偏移轨道），然而由于存在系统与开放式环境的能量交换，最终会稳定在同步共振的最佳状态。自旋量的不守恒问题以及其他弱相互作用问题，也许能在这个观点下得到更深层次的理解。

中子内部电子有着极高速运动，与开放式环境存在高强度的能量交换，使得电子在中子中处于主导地位，质子的电场属性和自旋属性被笼罩在“电子云”中，表现出中子的自旋与电子相同，自旋磁矩极性也与电子相同。

G.关于中子质量大于质子与电子的质量之和问题，是解决核力和核结构形成机制的关键问题，笔者提出了超电子假设，将在后文详细阐述。

5.4核力和核结构的电场作用模型

本文对核力的形成机制提出了一个全新的理论框架，要点有三个：一是引入相对论效应以电场相互作用解释强相互作用；二是引入超电子概念，让超电子取代传统理论中传递核力的粒子；三是以质子与电子协同的自旋性同步共振作为核力和核结构的定态基础。可将这个理论框架称为“核力和核结构的电场作用模型”。

1）氢原子中电场力与惯性力的平衡公式仍然是解释核力的基本公式，但必须在公式中增加相对论变换因子。

前文提到的“公式2”是解释氢原子能级的基本公式，被实验证明在原子领域是正确的。笔者认为这个公式同时也是解释核力的基本公式。

该公式表明，当突破驻波性同步共振的约束，距离r减小时，库仑力能够迅速地增大，但仍无法在核结构的尺度内将核力的强大性和短程性能充分显示出来。经测算，由于电子速率极度增大，相对论效应明显，上述公式中应当增加相对论变换因子：

单纯从数学角度分析，公式7可以无障碍地化简为公式2，因此后文计算同步共振形成条件时可使用公式2，但是在计算核力和释放能量时必须使用公式7。为了分析的便利，仍然省略了库仑定律公式分子中的e2，其实在多核结构的电场分析时，这个e2是不能省略的，在那里更多的是多个质子与一个电子共同作用，公式左边分子中应增加电场系数k。

2）与质子极近距离形成同步共振态的电子的静止质量增加，成为“超电子”。

实验测得中子的质量为939.5656 MeV，而质子质量938.2723 MeV，加上电子的质量0.511 MeV等于938.7833 MeV，中子的质量大于质子与电子质量之和，差额为0.7823 MeV，约为1.5个电子质量。

A.解释中子质量增大的“超电子”方案

解释中子质量的增大可以有多种方案，例如：

方案1：中子是独立的量子，它并不由质子与电子组成，它的质量形成问题要从标准模型的夸克假设中寻找答案。这是传统理论的解释方式，本文不去过多评论，仅希望改变一些思维模式，因此舍弃了此方案。

方案2：由于电子速率增大导致质量增大。经测算电子的速率要达到0.917倍光速才有可能增加1.5个电子质量，况且电子的速率增加产生的惯性力必须和电子与质子之间的吸引力平衡的，而吸引力的增大过程必然释放能量，释放的能量要大于电子增加的动能，否则核力是不可能产生核能释放的。因此由于电子速率增大导致中子质量增大的方案也不可取。

方案3：中子增大的质量是因为电子静止质量增大引起的。这种可能性是存在的。为此，笔者提出超电子假设，超电子是一种类似u子的“大”电子，除了比电子的质量大以外，其他性质与电子完全相同。中子由质子和超电子构成。

B.超电子的质量估算

按照上述数据计算，自由中子的质量减质子质量：

但是不能以这个值作为超电子的质量，因为质子与超电子结合为中子是核力的结果，中子内部含有结合能，应加上由于结合能而造成的质量亏损数。由于中子中的质子和超电子一分开，超电子立即就会衰变为电子，超电子的质量难以直接测定。

仍按照基本公式测算：

公式中r为超电子与质子距离1.321409893× 10-15米（本文取静止质子波长作为中子尺度，由于电子已经深入到质子“内部”，此值允许小于核中心区核子之间平均距离），为精细结构常数0.007297353，c为光速2.99792458×108米/秒，电场系数k为1。公式应当满足静止的超电子在与质子距离1.321409893× 10-15米时，质子质量加上超电子质量减去释放能量带来的质量亏损等于自由中子质量。

对公式7，采用计算机模拟数值逐次逼近方式，得到的静止超电子频率Ve值为4.923595×1020次/秒，换算为2.044 MeV，恰为普通电子质量0.511 MeV的4倍。超电子的质量是电子质量的4倍，决不是偶然的巧合，其中一定含有很多尚待揭示的秘密，后文将给出答案。

现将距离、超电子频率、精细结构常数、光速代入公式7，验算超电子质量估算值与实验值的符合性：

电场力按公式左边计算，惯性力按公式右边计算，均为2.91822×1035（次/秒）/米，电场力与惯性力平衡。

超电子速率与光速的比例为：

质子静能938.2723 MeV，加上超电子静能2.044 MeV，减去系统总释放能量0.797 MeV，等于939.5193 MeV。此数值与自由中子质量实测值939.5656 MeV基本吻合（误差十万分之五）。

3）电子与质子极度接近时，导致系统稳定的不再是驻波性同步共振，而是自旋性同步共振。

如果没有同步共振的约束，电子与质子的距离不断减小可以有很大的能量释放出来（以质子和电子的费米频率为限，各自按比例释放能量），因此可以说电场能量（包括核能量）的释放大小主要不是受自身能量潜力大小的制约，而是受同步共振的稳定状态约束。就象一个钢球从很高的山上滚落，它的能量潜力是很大的，但是受到山坡地形的阻挡，只能有部分能量释放出来，在山顶附近被约束释放的原子级别能量较小，在山腰附近被约束释放的核能量就要大得多。

氢原子中的电子与质子接近过程中，导致系统稳定的因素是驻波性同步共振。我们再仔细分析基本公式：

不难发现氢原子的基础能级，即n=1时的状态，实际上是由以下公式制约：

即电子运行圆周长等于电子在运动方向的波长分量。将公式8代入公式7，可以得到电子与质子的距离为5.29177249×10-11米，即氢原子半径，电子的速率为c，即0.00729735308倍光速。

如果电子与质子的距离缩小到10-15米附近，电子的速率将大幅度提高，由于相对论变换因子的作用，电场力将达到核力的强度，然而是什么因素能使之出现新的稳定状态，或者说是什么因素限制了电子继续向质子靠近呢？

经多种方案比较，笔者认为，当超电子与质子的距离等于质子波长时，将出现超电子与质子协同的同步共振，即：

现代物理理论中引入了量子的自旋概念，实际上是承认了静止量子的波动性，量子波设想认为质子的自旋与静止质子的波动是统一的。量子的自旋不是一个无法具体描述的内禀特征，而是有频率、波长和波速等具体物理量的实在性波动。为了更好地与传统理论衔接，将上述同步共振称为自旋性同步共振。

在MSae单位制中，动量矩（自旋）的单位是“次”，动量（波长的倒数）与波长（相当于动量的旋转臂长度）的乘积似乎应当为1次，而且不因量子波的频率不同而变化。但是实测玻色波即光子的自旋为1，而费米波的自旋为1/2，这与费米波的波动中心轨迹在与暗物质环境的相互作用时呈现双环运动状态有关，只有这样的双环状态才有可能在空间形态上区分出正反性（即电的正负性）。

自旋性同步共振也是一种旋向相互作用，它不能导致电子的能量、质量变动，但可以纠正电子的运动方向，在半径小于r时产生对电场引力的强烈抵抗作用，在半径大于r时产生对惯性力的强烈抵抗作用。正是这种自旋性同步共振使得超电子与质子形成了在核力范围的定态结构。

将公式9代入公式7：（公式中电子频率数值取超电子频率数值）

得到：（详细计算见前文）

公式左边的电场力和公式右边的惯性力，均为2.91822×1035（次/秒）/米，电场力与惯性力平衡。

超电子速率与光速的比例为：0.730153278

电场释放能量为：3.856×1020（次/秒）

超电子增加的动能为：1.928×1020（次/秒）

电场释放能量减去超电子增加的动能，得到系统总释放能量为1.928×1020（次/秒），换算为0.797 MeV。

在多核结构中，k大于1，由于电场叠加效应和波函数叠加效应，超电子与质子的距离将会缩小，超电子的速率将会增大，此时公式中的相对论变换因子发挥了重要作用，核力和系统释放的能量将会以远远强于几何级数的方式增大，但同时自旋性同步共振的抵抗力也相应增大。

有人可能会提出疑问，当超电子围绕质子作圆周运动的半径为1.321409893×10-15米时，已经远远小于超电子自身的波长了（6.0657760325×10-13米），一个大尺度波长的波能够作小圆周运动吗？笔者认为，应当将圆周运动理解为均匀曲率运动，曲率可视为圆周半径的倒数。问题转变为：一个大尺度波长的波能够作大曲率运动而不改变波的主要特征吗？实验表明：光波作正中反射运动或者同性粒子作正面碰撞时，都可以发生极大的曲率运动而不改变自身主要特征，说明当超电子围绕质子作圆周运动的半径小于超电子自身的波长是可能的。上例，可以将超电子受到的力2.91822×1035（次/秒）/米，与圆周半径1.321409893×10-15米相乘，得到力矩3.85616×1020（次/秒），仍低于超电子的频率4.923595×1020次/秒。

5.5核力和核结构电场作用模型的合理性

核力和核结构电场作用模型的合理性表现在：

引入了相对论效应，以电场相互作用解释强相互作用，能够较好地描述核力的强大性和短程性。相对论被几乎所有的实验事实证明是正确的，引入相对论效应与传统理论是衔接的。

引入了质子与电子协同的自旋性同步共振，作为核力和核结构的定态基础。自旋性同步共振使得约束电场作用的距离极度减小，质子与超电子的距离由原子尺度的10-11米级缩小到10-15米级，进入核力尺度范围。自旋性同步共振形成时的相互作用力异常强大，核力比原子力强了百万倍，释放的能量由原子尺度时的几个电子伏提高到几兆电子伏，距离越接近10-15米级，作用力和释放能量的增长越快，显现了核力和核能释放的高强度和短程性。原子级别的驻波性同步共振作用力度较弱，表现为电子很容易离开原子，而核力级别的自旋性同步共振作用力度很强，对于稳定的核结构，只有在施加很强的力和输入很大能量的情况下才会发生解体，显示了核结构的坚固性。尤其重要的是，选择质子波长作为自旋性同步共振的条件，不仅仅是由于质子波长与中子尺度接近成为唯一的选择，而且当超电子质量是电子质量4倍时，恰好可以依据库仑定律公式计算得到中子的质量。这些都与实验事实吻合，说明自旋性同步共振的设想对于解释核力形成机制是合理的且有效的。

引入了超电子概念，让超电子取代传统理论中传递核力的粒子，对于以传递核力的观点理解核力，能够较好地将核力与电场力统一起来。但是为什么要让超电子的质量大于电子质量呢？超电子存在的合理性问题成为核力和核结构电场作用模型合理性的关键问题。

下面从四个方面阐述超电子概念的合理性。

A.实验事实的支撑

对于超电子存在的合理性，人们当然可以说：这是大自然的存在事实，即自由中子的质量大于质子与电子质量之和的事实，只有使用超电子概念才能得到合理解释。人们也可以说：使用超电子替代电子，是质子与电子形成共振态结构的必须，是核力存在的必须，因为公式7中，当电子与质子距离接近10-15米时（中子的特征半径），如果仍使用原来电子的质量，电子速率将会大于光速，显然是不可能的。

但是，这些理由还不足以表明超电子存在的合理性，因为大自然完全可以不出现自由中子的事实，核力的存在也不一定是大自然的“必须”。因此，还应当从更基础的层面，从费米波的特征角度解释这个问题。

B.费米波具有定态特征

量子波设想认为，电子、质子既不是一个没有体积的“空间点”，也不是一个有固定边界的实体“粒子”，而是一种具有费米波特征的量子波。量子波有费米波和玻色波两种形式，玻色波（光子）是量子波的最基础形式，费米波（实物粒子）是玻色波与暗物质环境作用形成的同步共振态。费米波的波动中心运行轨迹与玻色波一样是连续的，但以特殊的双环形运行方式区分出费米波的正反性即电的正负性，正的费米波和反的费米波又各自表现出正的或者反的自旋特征。

与纯粹玻色波的光子不同，费米波由于同步共振还具有频率定态特征，即费米频率具有一系列分散的稳定状态或者亚稳定状态。稳定状态主要有两个：质子和电子，（同步共振条件与暗物质某种均匀化的稳定的物理状态有关）它们具有极长的平均寿命。亚稳定状态是稳定状态量子之间相互作用时，改变了原有同步共振状态，形成新的同步共振状态。以电子为基础的亚稳定状态（即轻子状态，未考虑中微子）有超电子和u子，超电子是电子与质子形成同步共振时的亚稳定状态，u子是电子与正反中微子偶形成同步共振时的亚稳定状态。

在不同的电场中，费米波的频率定态是会自动发生变动的，在同性电场中定态的频率增大，在异性电场中定态的频率减少，增大或者减少的费米频率分量（相当于势能）自动调整玻色频率分量（相当于动能），频率调整的数值按参与作用的粒子质量比例分配。频率变动率与电场强度有关，电场作用的方向总是力图使费米频率分量降低。

稳定状态费米波组合形成亚稳定状态费米波的过程，称为弱相互作用，与同性电场作用的压缩过程类似，表现为费米频率分量增大，但增大的数值不是按比例分配，而是由改变同步共振状态的粒子承担。处于亚稳定状态费米波回归到稳定状态的过程，也称为弱相互作用，与同性电场作用的压缩后释放过程类似，表现为费米频率分量减小，原来增加了质量的粒子恢复原态。

费米波处于亚稳定状态时的平均寿命比稳定状态缩短很多，但仍比受强相互作用和电磁作用影响的粒子寿命长。弱相互作用下粒子看似有较长的寿命，其实这是它变化的等待时间长，而突变是瞬间的，与强相互作用或者电磁作用时间相当。u子的平均寿命约为2微秒。超电子与一个质子形成共振态时（即自由中子）的平均寿命是16分钟，与多个质子形成对称共振结构（如氘核及其他多核子结构）时的平均寿命将大大提高，随着中子的解体转变为普通电子。

以上分析试图说明，作为费米波亚稳定状态的超电子的存在具有可能性。

C.按照传统理论观点，超电子作为传递核力的粒子，对核力的解释比起设想中的其他传递核力粒子更具合理性

如果一定要按照传统理论设想一个传递核力的粒子，完全无须费力去凭空创造，超电子就是最好的选择。超电子通过电场相互作用与多个质子联系在一起，看上去就如同超电子在质子与质子之间传递粘合力一样，超电子是电子的另一种形态，核力与电场力很自然地实现了统一。

20世纪30年代物理学家汤川秀树为解释核力提出传递核力的粒子质量应为200多个电子质量，u子质量为206个电子质量，刚好在这个范围，其性质除了质量是电子的206倍外其他均与电子相同。当时由于u子是轻子，被认为无法传递“核力”而放弃，现在提出核力和核结构的电场作用模型，为什么不让u子派上用场，直接以u子作为“超电子”呢？原因是经过测算，以u子替代电子无法达到10-15米时出现核结构稳定的要求，与质子结合成中子的超电子质量必须为电子质量的4倍，理论才能自恰。汤川秀树当年在估算传递核力的粒子质量应为200多个电子质量时，使用了一个假设：即该粒子在作用距离10-15米行程内，速率的极限为光速。这个速率极限的观点没有什么问题，但是以极限值作为实际值来进行计算就不合理了。

大自然既然允许其性质除了质量是电子的206倍外其他均与电子相同的u子存在，就有理由允许其性质除了质量是电子的4倍外其他均与电子相同的超电子存在。传统理论既然允许介子、夸克、胶子等传递强相互作用的粒子存在，就有理由允许对解释强相互作用力更具合理性的超电子存在。

D.超电子质量定态与电子的质量定态，都由与暗物质关联的波幅同步共振引起。可以由超电子的质量计算得到与实测值相符的中子质量

细心的读者一定会发现，上述解释仅仅是从定性的角度说明超电子存在的可能性和合理性，还没有解释超电子质量估计值的唯一性问题。从前文计算过程可以看到，超电子的质量估计值除了取决于质子的波长外，还取决于中子质量的实测值。其实不应当由中子质量的实测值决定超电子的质量，而应当是反过来由超电子的质量决定中子的质量，这就涉及到超电子的质量由什么决定的问题，即费米频率定态问题：包括正反粒子生成问题，电场作用机制问题，质子、电子的质量定态等等问题，是一些远远超出了本文范围的更深层次问题。

本文仅对电子、超电子和中子的质量定态作一些初步设想。由于前文推算的超电子质量恰好为电子质量的4倍，又恰好能够利用库仑定律计算出中子质量，这就给了人们提出猜想的空间。下面试以三个假设说明电子、超电子的质量定态规律性。

假设1：暗物质环境拥有一个均匀化的、稳定的空间特征常数P。

这个数值取自于静止电子的波长，等于光速除以电子频率。科学实验证明暗物质是存在的，暗物质世界存在一个均匀化的、稳定的空间特征常数P是可能的。

假设2：存在一个自然常数：量子波的频率波幅平方系数Q。

这个数值是由电子的波长的平方除以电子频率计算得出。宏观物理的理论和实践都证明波的波幅平方与波的能量成正比，量子波设想中波的频率相当于能量，公式参照了宏观波的表达方式。

假设3：当费米波波幅为暗物质空间特征常数P整倍数时，出现费米波的同步共振，称为波幅同步共振。

此时，费米波波幅为暗物质空间特征常数P的1倍，（即量子数n=1）出现了稳定的波幅同步共振，这时的费米波频率1.235589875×1020（次/秒），就是静止电子的质量定态。人们一定会说，这一点也不奇怪，三个假设都是人为设计的结果，都是按照电子量身定做的。但是当波幅同步共振的量子数不是1而是2，能够计算出超电子的质量，而由超电子的质量运用人们熟知的库仑定律，计算出与实测值相符的中子质量时，上述假设就有可能是正确的了。

如果费米波波幅为暗物质空间特征常数P的2倍（即量子数n=2），也将出现同步共振，但这时是一种亚稳定状态的波幅同步共振。

此时费米波频率为：

这正是超电子的质量，于是，超电子的质量不再取决于中子质量的实测数据，而是与电子的质量定态机制一样，都是由与暗物质关联的波幅同步共振引起的。由超电子的质量运用库仑定律（加上质子特征）可以计算得到与实测值相符的中子质量，（计算过程见前文）大自然出现自由中子的事实成为必然事件，核力的存在成为大自然的“必须”。如果费米波波幅为暗物质空间特征常数P的2倍以上（即量子数n大于2），超电子质量将是电子质量的9倍以上，无法与质子形成稳定的同步共振状态。可见，超电子的质量是电子质量的4倍不是巧合，电子的质量定态、超电子的质量定态、中子的质量定态都不是偶然现象，是须要得到解释的。以上分析，不仅从理论上证明了超电子的存在和它的质量定态的合理性，而且为进一步探索粒子质量谱问题提供了新的思路。

5.6利用核力和核结构的电场作用模型，解释与多核结构有关的若干问题

多核结构指核子数多于1的核结构，传统理论认为多核结构由中子与质子构成。本文提出核力和核结构的电场作用模型，认为多核结构中质子与中子是不可区分的，所有的核子都是质子，而这些质子又都毫无例外地与超电子结合在一起（不要求一一对应），从这个意义上来说，所有的核子又都表现为中子形式。

为了与现代核物理理论的表述一致，本节沿用核子、质子、中子概念，其中核子数等于多核结构中质子数与中子数的总和，但必须确定任何核子都带一个正电荷，中子数等于超电子数，质子数等于核子数减去超电子数。

1）多核结构的稳定性和流动性。

多核结构中的各量子（即核子与超电子）的空间结构形式是稳定的，但各核子之间、各超电子之间存在交流互换，可以从这个意义上理解“量子的全同性”。但是哪一个位置的量子交流，哪一个位置的量子离开多核结构（如B-衰变，核裂变含衰变），或者外来量子进入多核结构的哪一个位置（如核聚变，K俘获，B+衰变）是需要对量子进行个别识别的。这是因为多核结构的具体结构形式不同，核力和内部结合能有很大差异，个别识别与分析是必要的。

2）超电子在多核结构中的主导地位。

所有多核结构均由超电子与质子（此处指全部核子，均带正电荷）构成，超电子在多核结构中起着“粘连”质子的“胶子”作用。即使按照传统理论，中子是核的组分，但在中子内部超电子具有更多的主导性，通过超电子，一个中子可以与一个或者多个质子联结。自旋磁矩问题是一个隐藏了很多秘密的问题，中子的自旋磁矩实验数值目前还没有得到较好的理论解释，但仅从自旋磁矩的极性观察，中子的自旋磁矩虽然数值的绝对值与质子接近，而极性却与电子相同，可以从这个角度说明超电子在多核结构中的主导地位。超电子在多核结构中的主导地位，导致了核力和核结构的电荷有关性，是解释核结构中的很多奇特现象的基础。

3）多核结构内含结合能的三种计算方式比较。

在核力的作用下形成多核结构必然释放出能量，这个释放能量又称为核的结合能。下面比较三种结合能的计算方法。

表1　部分多核结构结合能情况（单位：MeV）

方式1：质子加中子计算方式。取该核中质子和中子处于自由状态时的质量（以静止能量计）之和，减去实际测定的核质量，得到质量亏损数，即为该核的结合能。这是传统的计算方式。

方式2：质子加超电子计算方式。取该核中质子（即全部核子）和超电子处于自由状态时的质量之和，减去实际测定的核质量，得到质量亏损数，即为该核的结合能。

这两种方法都不是从多核结构的原始组态计算，所得的值都没有考虑质子与电子组合成中子，或者电子转化为超电子时需要消耗能量的因素。或者说这两种方法只计算了强相互作用产生的能量释放，没有考虑与弱相互作用有关的能量交换问题。

方式3：质子加电子计算方式。取该核中质子（即全部核子）质量和超电子数按普通电子计算的质量之和，减去实际测定的核质量，得到质量亏损数，即为该核的结合能。

究竟哪一种方式计算结合能更合理一些呢？下面从动态的角度分析。

如表1所示，钾核（取中子数为29的同位素）实测质量为44669.89 MeV。钙核（取中子数为28的同位素）实测质量为44657.29 MeV。由钾核衰变为钙核，实测质量亏损44669.89-44657.29=12.6 MeV，减去释放出的电子质量0.511 MeV，实际释放能量12.6-0.511=12.09 MeV。

按方式1计算（质子+中子）：钾核，19个质子加上29个中子的质量，与实测质量相比，质量亏损即结合能为404.68 MeV。钙核，20个质子加上28个中子的质量，与实测质量相比，结合能为415.99 MeV。二者结合能差：415.99-404.68=11.31 MeV。与实测值12.09 MeV不吻合。

按方式2计算（全部核子按质子质量计+超电子）：钾核，48个质子加上29个超电子的质量，与实测质量相比，结合能为426.56 MeV。钙核，48个质子加上28个超电子的质量，与实测质量相比，结合能为437.01 MeV。二者结合能差：437.01-426.56=10.45 MeV。与实测值12.09 MeV也不吻合。

按方式3计算（全部核子按质子质量计+超电子按电子质量计）：钾核，48个质子加上29个电子的质量，与实测质量相比，结合能为382 MeV。钙核，48个质子加上28个电子的质量，与实测质量相比，结合能为394.09 MeV。二者结合能差：394.09-382=12.09 MeV。与实测值12.09 MeV相吻合。方式3按核的最基础构成计算，同时考虑了强相互作用和弱相互作用两个方面的因素，以这样的方式计算核结构的结合能要合理一些。

4）多核结构的整体性。

多核结构是一个整体，任何量子进入或者离开，都会对其他超电子和质子之间的自旋性同步共振状态产生影响。

如表1所示，氚核质量为2811.1841MeV，它是由3个核子和2个超电子组成的多核结构，结合能为4.66 MeV（按方式3计算）。4氦核（通常的氦核）质量为3727.4 MeV，它是由4个核子和2个超电子组成的多核结构，结合能为26.71 MeV，比氚核多释放能量26.71-4.66=22.05 MeV。这并不能理解为：4氦核比氚核多了一个质子，这个质子本身释放能量为22.05 MeV。而应当理解为由于这个质子的进入，对多核结构整体产生了影响，整体增加释放能量22.05 MeV。

导致多核结构整体性的原因是核结构的电场叠加效应和波函数叠加效应。

A.电场叠加效应导致核力和释放能量的增加

无论是原子级别的驻波性同步共振，或是核力级别的自旋性同步共振，在受到增强的外加电场时都会增大核力，进一步释放能量，称为电场叠加效应。

原子级别的驻波性同步共振，受到增强的外加电场时，将会自动调整核力和离心力之间的平衡，始终保持驻波性同步共振状态。再分析基本公式：

由于驻波性同步共振时电子速率较低，相对论效应不明显。当电场为2倍时（如氢原子变为氦原子），公式左边的分子中k为2，距离将减小为1/2，速率增加为2倍，库仑力和惯性力均为原来的8倍。原来的驻波约束状态不变：

距离和速率同步变动，公式两边仍保持相等，即电子圆周运动周长仍等于电子运动方向波长分量。说明原子级别的驻波性同步共振，有对外加电场的自适应能力。

核力级别的自旋性同步共振，受到增强的外加电场时，也会引起核力和释放能量的迅速增大。但同步共振是以超电子与质子的距离等于质子波长作为共振条件，当受到外加电场因素影响时，质子的波长未变动，不会适应外加电场而自动调整同步共振形式。于是，超电子与质子的距离偏离质子波长越大，同步共振形成的抵抗力越大，制止了超电子与质子的进一步接近，核力和释放能量是有限度的。

B.波函数叠加效应导致核力和释放能量的增加

多核结构中，如果核外层未饱满时，可以因质子的增加而增加结合能，新进入的质子与原有超电子形成新的同步共振结构释放能量。此时将出现波函数叠加效应，原有的质子与超电子的同步共振状态会发生变化，导致整体释放能量增加。下面以氘核的形成为例说明波函数叠加效应。

假设一个自由中子按正常方式存在，另一个质子受外部动能和中子中超电子的电场引力作用不断靠近，靠近过程中超电子的运动方式仍然是圆周运动，但不再是围绕质子的中心而是逐步偏离质子的中心，相当于在质子的圆切面外沿运动。当另一个质子与中子接近到一定距离时，质子与质子之间的波函数叠加效应逐步明显，质子的叠加波长缩短，引起超电子与两个质子同步共振时的相互距离缩短，核力和释放的能量增大。这个过程称为核结构的波函数叠加效应。波函数叠加效应使得核力增强，但受到自旋性同步共振的强烈抵抗，抵抗力与电场吸引力的平衡，最终形成了比中子更加稳定的氘核。中子由1个核子与1个超电子组成，释放能量为0.8 MeV，扣除形成超电子自身消耗的能量，结合能是-0.79 MeV。氘核由2个核子与1个超电子组成，结合能为1.39 MeV。氘核比中子新增的结合能超过新进入的质子与原有超电子形成的结合能，这是核结构的波函数叠加效应引起的。（如表1所示）

氘核与氢分子离子（即失去1个电子的氢分子，具有很强的活力）极为相似，原始组态都是2个质子加1个电子，上述氘核形成过程的分析方法可以借鉴氢分子离子形成过程中的量子化学方法。氢原子与另一个质子接近，两个看似没有可能出现分子引力的粒子，在神奇的量子力学作用下结合成了氢分子离子。量子化学理论的成功，说明波函数叠加效应是存在的，可以将其引入核力和核结构形成机制中。

核力级别的自旋性同步共振时，超电子的速率已达0.73倍光速，相对论效应明显，受到电场叠加效应或者波函数叠加效应影响时，超电子的速率略有增加，都会导致核力和释放能量的大幅度增加。计算表明当速率增加幅度仅仅20%时，核力和释放能量可增加10倍以上，相对论效应使得某些核结构（如氦核）中平均结合能比氘核大10倍成为了可能。氘核中每个核子的平均结合能为0.7 MeV，而两个氘核组成的氦核平均结合能达到7 MeV，核结构的电场叠加效应和波函数叠加效应，共同导致了氦核中的平均结合能提升。这个过程中首先要对氘核施加动能（热或者激光），克服质子之间静电排斥力，而后才能“聚合”释放出巨大的能量。

需要说明，超电子在多核结构中的不同位置，引起电场叠加效应和波函数叠加效应的程度是不同的，而且由于超电子的质量大于电子质量，自身的形成是要消耗能量的，因此超电子只有进入到多核结构的适当位置，而且释放能量大于自身消耗能量时，才能显现结合能的增加。超电子过多时相互之间产生排斥力，反而会导致平均结合能的减少。（如表1所示）

5）多核结构的局部性。

多核结构具有整体性，但是并不意味着多核结构将会如同热力学一样出现均一化过程（平均动能，温度），实验表明多核结构中的核子与超电子关系是相对稳定的，核子、超电子之间的相互作用主要影响近边的核子和超电子关系。

如表1所示，当多核结构发展到4个核子的氦核，由于核结构的完美对称，平均每个核子释放的能量迅速扩大到接近7 MeV。然而发展到48个核子时平均每个核子释放的能量（7～8 MeV）增加并不多，有一种趋于饱和的规律。说明核子或者超电子的进出，主要影响近边质子与超电子的同步共振状态，对较远的质子和超电子影响较小，体现出多核结构的局部性。

从表1可以发现，在核子数一定的情况下，超电子数为某个数量时，核结构达到稳定状态，平均每个核子释放的能量达到最大。（如钛）这是由于多核结构中的核子和超电子处于某种比例时，几何结构状态使得电场叠加效应和波函数叠加效应发挥得最充分，导致平均每个核子受到的核力和释放能量最大化。偏离这种比例时，结构状态发生变化，对称性受到影响，平均每个核子受到的核力和释放能量就无法达到最大化，核结构就会自发地谋求自身结构改变，出现各种形式的衰变。

多核结构的局部性还表现在核结构中心区域质量密度趋于一致。在那里核子之间的平均距离都在1.8×10-15米左右，这是由于核力级别的自旋性同步共振，受到增强的外加电场叠加或者波函数叠加影响时，核子与超电子的距离变动量很小，并以其强大的抵抗力制止了超电子与核子的进一步接近。

6）多核结构的分层特征。

实验发现质子数和中子数为28、50、82、126时，核结构特别稳定，而质子数和中子数为29、51、83、127时，核结构特别不稳定。对此只能使用多核结构具有的分层特征解释。

由于多核结构的分层特征，核结构中的核子数较少时（即轻核区），层次较少，结构表现为简单的立体球对称形式，质子数与中子数趋向于相等。而核子数较多时（即重核区），层次较多，由于各层质子之间的排斥性，系统“容忍”的质子数下降，超电子数与质子数的比例加大，表现为中子与质子比例上升的趋势，但有一限度（约为1.5∶1）。

例如，4氦核由4个核子和2个超电子构成，它的2个超电子在4个质子中部形成2个旋转面相互为60度角度的圆周运动，是完美的对称结构。这样的结构是一个等边三角体，如果再有质子加入必须处于第二层，而这时原来的超电子云在中心分布几率较大，而在外围分布几率较小，因此仅有2个中子的情况下，所有参加进来的质子都处于不稳定状态。只有增加超电子才能形成新的中子结构，如6Li（6锂）比氦核增加2个核子和1个超电子，7Li（7锂）比氦核增加3个核子和2个超电子，它们具有稳定状态。

在分析多核结构的分层特征时，将中子视为超电子与质子的同步共振结构，且将超电子置于主导地位，有助于发现一些核结构规律。

7）K电子俘获。

在原子中，围绕核旋转的电子有许多层，靠近核的最里面的一层称为K层，如果原子核俘获核外K层的电子，就称为K电子俘获。例如：

钡7B，序号4，共有7个核子，其中4个质子及3个中子，原子量7.02。锂7Li，序号3，同样是7个核子，其中3个质子及4个中子，原子量6.94。钡7B能够俘获电子，说明俘获电子后能够使得结合能提高，这是核反应能够发生的条件，钡7B俘获电子变成锂7Li后，原子量反而降低了。电子转变成超电子需要的能量及系统整体释放的能量从何而来呢？答案是从系统自身内部获得。7个核子的结构相对于4个核的氦核是两层结构，稳定趋势是中子与质子比例逐步增大，本例中，4∶3比例的锂7Li核要比3∶4比例的钡7B核稳定得多，可以释放出更多的能量。

B+衰变与K电子俘获类似，都是多核结构中的质子转化为中子，或者都理解为外部电子进入核结构，并转化为超电子与质子结合为中子，整个过程是需要能量的。这些能量的来源，如同K电子俘获一样都是从系统自身获得。如表1的铬Cr核比锰Mn核，由于结构合理，核稳定得多，衰变过程可以释放大量能量，除了满足质子转化为中子或者电子转化为超电子需要外，还可以释放出更多的能量。

特别需要解释的是，核中本来没有正电子，正电子是从何而来的。可以描述为：系统释放能量产生正负电子对，负电子被系统俘获转化为超电子，并与质子形成新的中子结构，整个系统趋于稳定。正电子则释放出来，表现为B+衰变。

本文建立核力和核结构的电场作用模型，需要引入相对论效应以及超电子、自旋性同步共振两个假设。正是这样的思维方式符合了大自然的存在事实，才能将神秘的核力统一到基础性更强的电场力中，将传统的库仑定律应用到核力的计算中。正是这样的思维方式，力图去寻求电子、超电子共同的质量定态机制，才能较好地由质子、电子的质量计算得到与实验值一致的中子质量。传统理论经过大半个世纪的努力，始终无法找到核力和电场力的统一途径，应当尝试一些创新的思维方式，否则僵局是无法打破的。

任何科学理论都是假设，检验科学理论真伪的标准是实践，即理论对已存在的实践事实的解释力度，理论对新的实践事实的抗证伪力度，以及理论对将来可能出现的新实践事实的预测力度。核力和核结构的电场作用模型需要接受实践的检验。

笔者有信心：核力必然是电场力。

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1674-6708（2015）152-0190-13