范吉新

【摘 要】在[美]斯蒂芬·韦伯/著《看不见的世界》一书中认为标准模型理论并非终极理论、有很大欠缺与不足。根据爱因斯坦质能方程（E=mc2）、物质不灭定律、质量守恒定律、能量守恒定律与物理世界的广泛对称性原则，现推理出全新的基本粒子结构体系，在这一基本粒子结构体系中包括“正能子、反能子、正子、反子、正反偶合子、正反中微子、正负电子、质子与中子”。它们不但有明确的具体结构和形状，而且有明确的相互从属关系，更能科学的解释宇宙中的四种力——强力、弱力、电磁力、引力的本质与磁单极子之谜、黑洞之谜、宇宙原始火球大爆炸之机理。由此希望能够弥补或替代标准模型理论的不足以解释物理世界的众多物理现象。

【关键词】基本粒子；核力；引力；黑洞；宇宙演化

1 基本粒子结构的理论证明

在标准模型中物质结构的基本微粒为夸克、有六种之多，每个夸克又有三种色，再加上反夸克，有36种之多，而且质量大小不一而悬殊，这么多的夸克它们的具体结构与相互关系标准模型中并没有给出，也不能自洽的解释与其他粒子（电子、质子、中子、夸克间）质量之间的相互关系，并且在物理实验中并没有找到单独的夸克存在，同样基本粒子标准模型中的胶子在物理学的实验中也没有找到。还有很多物理现象得不到科学合理的解释，由此在[美]斯蒂芬·韦伯/著《看不见的世界》一书中也认为标准模型理论还有很大的欠缺与不足并非终极理论。

根据爱因斯坦质能方程（E=mc2）得出：一定量的能量对应一定质量的物质也即表示能量是物质的另一种表现形式暂设定为物质的虚散扩张态、反之一定质量的物质对应一定量的能量也即表示物质是能量的又一种存在形式暂设定为能量的缩聚稳态。根据物质不灭定律、质量守恒定律、能量守恒定律和现代物理学的广泛证明——当物质转变为能量时，全部都是以光子（γ电磁波）的形式出现，由此进行理论反推当能量转变为物质时，物质的结构本质也必定是由电磁波中所包含的电波融合缩聚的电点暂定为正能子与磁波融合缩聚的磁点暂定为反能子的有序结构的具体体现。正能子与反能子的性质和正电子与负电子的性质基本相同，同性相斥、异性相引、质量相同。不同的是正能子与反能子也不能单独存在，它们是构成一切物质的基本单元，是基本粒子正子与反子的基本组员即：正子由两个正能子与一个反能子组成、反子由两个反能子与一个正能子组成，正子与反子一般情况下也不能单独存在，通常情况下都是以正反偶合子的形式存在并迅速构成中微子或反中微子，当中微子和反中微子在一定的密度条件下分别迅速聚集到电子质量的中微子团和反中微子团时，它们的极化结构而形成的磁力（磁极的初始形成）将一个中微子撕裂而分别构成正电子与负电子，每个正电子带有三个正子、每个负电子带有三个反子。在物质的形成之初，正电子与负电子的生成数量相当且密度较大时，正电子与负电子也不会单独存在，而是以正负电子偶合为正负电子对的形式存在。正负电子对在密度一定的条件下迅速以极化的结构形式在中微子的参与下迅速聚集到中子质量大小的正负电子对团，由于极化结构较强，形成的磁力也较大，在两极的强大磁力引力作用下分裂一个正负电子对而构成中子①。至此物质世界的基本组元已基本构成，形成了统一的中子世界。随着中子间距离的增大，中子间的相互作用与碰撞在所难免，由于正负电子分别附着在中子两极之间的两侧，这种结构容易造成中子之间碰撞后正电子或负电子与中子的分离，当第一个负电子在中子撞击过程中与中子分离后并围绕分离的母体旋转时，这时就产生了原子，失去负电子的中子转变为质子②。在质子形成之初，负电子并不能像现在这样围绕质子旋转，而只能在不规则的轨道上旋转，这时质子中的正电荷就会对附近中子内的负电子产生引力导致负电子相比正电子与中子结构不牢，进而在碰撞中容易失去负电子，在此机理下大量的中子失去负电子而转变为质子，随着中子质子间密度的减小、间距增大，负电子便在质子正电荷的引力下围绕质子旋转。至此物质世界的基本粒子已全部产生。随着宇宙物质世界的进一步发展演化而形成了现在的宇宙结构。

2 这一基本粒子结构体系对宇宙物质世界的解释

宇宙中的四种力——核力、弱力、电磁力与引力形成的机理：

2.1 核力的成因

在中子与质子的形成过程中，由于正负电子对的极化排列形式，最终形成了强大的磁性两极（S、N）与磁力，犹如一个磁体。中子、质子在原子核内的结构排列也是按照异性磁极相互吸引而进行的有序排列，这种中子质子间强大磁力的密近结合正是核力的本源。

2.2 弱力的成因

弱力的成因主要是原子核内质子所带正电荷的相互排斥力对原子核内结构的影响，随着质子的增多与电位分布的不同而对原子核内结构影响的不同，也是放射性元素放射现象的成因。

2.3 电磁力的成因

正电子与负电子电荷间相互吸引的力以及电场与磁场的垂直本质而构成的电磁相互关系便是电磁力的本源。

2.4 万有引力的成因

在这一基本粒子结构体系中，正能子与反能子是构成一切物质的基本单元或粒子，它们的性质类似于正电子与负电子，同性相斥、异性相引，每一个正能子都尽可能多的与反能子相结合，而每一个反能子也都尽可能多的与正能子相结合，如此在基本粒子如（电子）内部就形成了每一个正能子周围与六个反能子结合，每一个反能子与周围六个正能子相结合如NaCl晶体中Na离子与Cl离子的结构排列形式，不同层级粒子间的相互组合，正能子与反能子的这种结构形式基本保持不变性的惯性（超对称结构）便是万有引力的本源。

2.5 磁单极子之谜

在以往的科学实验中，始终没有找到磁单极子，也令科学界十分迷茫。而这一基本粒子结构体系则很好的解释了磁单极子问题：磁单极子是不存在的，正子与反子分离（理想中的磁单极子）则显示为电性如正电子与负电子，只有正反偶合子按照极化的结构形式构成物质粒子时，这种整体粒子显示电中性，而两极的正能子与反能子各向异性吸引的特性才显示磁性，也是磁性的本源、核力的本质。由于中微子和反中微子结构简单而质量微小、也没有形成极化结构，所以中微子和反中微子既没有电性、也没有磁性、一般不和其他物质相互作用。所以最基本的磁体单位即是正电子与负电子。

2.6 黑洞的本质

根据这一基本粒子结构体系，中子或中子球便是宇宙间最致密的结构形式，随着质量的增加与引力的增大，只不过中子球更加致密而已，所以目前宇宙中黑洞的本质即是一个巨大致密的中子球，宇宙的最终结局也将寂灭于宇宙大黑洞——形成更加致密巨大的中子球——宇宙的奇点

2.7 宇宙原始火球大爆炸的机理与成因

在以往的宇宙原始火球大爆炸的理论中认为宇宙起源于宇宙原始火球大爆炸，而这个宇宙原始火球被称为宇宙奇点：体积极小、温度极高、密度极大，在一个时间的起点突然以指数的形式暴涨爆炸产生了我们今天的宇宙。这一理论虽然给出了我们今天的宇宙产生于宇宙大爆炸，但却没有给出宇宙大爆炸的成因与机理。根据这一基本粒子结构体系，不但能给出宇宙大爆炸的成因与机理，而且还能推导出宇宙演化的基本规律：

（1）宇宙奇点是有体积的，而且是一个密度极高的巨大中子球或者是一个正能子与反能子超对称结构的极大密度的宇宙蛋（黑洞）——中子球内中子压碎后的极密结构形式。

（2）根据这一基本粒子结构体系可以给出两个宇宙原始火球大爆炸的机理与成因：（a）大宇宙的开端——宇宙物质基本粒子的创生：根据这一基本粒子结构体系，宇宙的奇点宇宙蛋是一个正能子与反能子超对称结构的致密的球体，正能子与反能子的特性是同性相斥、异性相引但是不可融合。在某一个时间的起点由于强大的引力与压力，宇宙蛋中心区域的正能子与反能子被压碎（物质能量的转换机制）而转变为能量从而发生了宇宙原始火球大爆炸。在周围未被压碎的正能子与反能子便在前述的基本粒子生成机制与规律下演化出自然界中的基本粒子，进而演化出现代宇宙。开放的宇宙——动态的宇宙：目前的理论认为现在的宇宙诞生于137亿年前的宇宙大爆炸，而人类文明目前的科技水平也大致只能观察到以地球为中心这么远的距离（130亿—140亿光年），并且在这么远的距离仍然可以观察到巨大的星系团存在，并没有真正看到宇宙的边缘。但在科学界的广泛认知中普遍认为现在的宇宙是一个有限无界的动态的封闭宇宙--由哈勃发现的星系红移现象而修正的爱因斯坦静态宇宙模型③。

（b）次级原始火球大爆炸：在开放的动态的宇宙模型中，宇宙是一个多级的动态平衡宇宙，在宇宙的空间中广泛的分布着黑洞（中子球）④，宇宙中的黑洞象征着原子核，恒星星球象征着电子，星系就好比是一个具有复杂系统的大原子，这些星系按照各自的规律运行着，在宇宙中不断地进行着碰撞合并最终寂灭于更大的宇宙黑洞（巨大致密的中子球）。当两个宇宙大黑洞距离足够远的不能相互影响合并之时，它们将各自的独立发展演化着。在宇宙的演化过程中，当恒星坍缩为中子星（黑洞）时，将会有部分物质的核外电子在未进入原子核使质子转变为中子时就进入了中子球，如此这个巨大的中子球也就可以看做是一个巨大的原子核。在宇宙的演化过程中中子球不断地合并长大，直到两个中子球距离足够远的不能相互影响合并之时而停止、进而独自的演化着。在原子核放射性现象的机理下（弱相互作用），质子间的正电斥力不断地将附近中子内的负电子推出中子直至中子球表面（由于中子球的极高密度与强大的引力，中子球的放射性现象既没有α粒子的喷出，也没有γ射线的放出——只有较小的中子球可有γ射线的射出，电子也只能缓慢的蒸发到中子球的表面）随着时间的推移，中子球内质子的数量也在不断的增多，当中子、质子的数量达到一个特定的比值（质子间的正电荷斥力大于中子质子间的引力——核力）时，这个中子球（宇宙大黑洞）就会发生大爆炸，进而把中子球内的中子质子与中子球表面的负电子抛向广阔的宇宙空间。当这些物质向外抛射的过程中遇到中子球（宇宙黑洞）时，除一部分被中子球吸入外，绝大部分在中子球的引力下而围绕中子球旋转进而形成星云系、星系。

2.8 现代物理学物理实验中出现数目繁多的粒子结构与机理

（1）具有强相互作用的粒子重子如：和中子、质子质量相近或较大的粒子如被现代物理学命名的奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克以及所有的介子、结构都是与中子质子结构相似的具有极化结构的粒子。

（2）不具有强相互作用的粒子轻子如：电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子的结构一般都是对称性结构形式，唯有电子具有弱的极化结构与中间部分的对称性结构形式以及电子质量的微小，所以既表现出轻子的性质，也具有重子的两极结构形式。

2.9 基本粒子分类

构成现实物质世界的基本粒子如：正能子、反能子、正子、反子、正反偶合子、中微子、反中微子、正电子、负电子、中子、质子、光子（γ）。这些粒子结构稳定有序、寿命长。

人造粒子：这些粒子在现实物质世界不能被找到、只能在实验室或宇宙线中出现的粒子如：奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子以及各种介子和物理实验中出现的众多粒子。这些粒子结构不稳定、寿命短。

数学模型粒子——上夸克（u）、下夸克（d）、胶子。

理论引入的粒子——W+、W-、Z0。希格斯机制中的希格斯玻色子⑤（欧洲核子中心CERN的科学家在2012年7月4号宣布发现了希格斯粒子，但这很可能是这一理论系统中能量转化为物质的一个标量能量密度）。

3 这一基本粒子结构体系的优点与缺点

这一基本粒子结构体系是建立在已被证明的现代科学理论之上——质能方程E=mc2、物质不灭定律、能量守恒定律、质量守恒定律与物理世界的广泛对称性。结构简洁、相互从属关系明确、能够给出基本粒子的具体结构与形状并能够较好的解释众多现实物理现象。凡是标准模型理论能够解释的物理现象，本理论都能够解释，而标准模型不能解释的物理现象如：基本粒子的具体结构与相互从属关系、引力的本质、磁单极子之谜、黑洞的本质、宇宙原始火球大爆炸之成因，本理论也能够给出科学合理的解释。而标准模型理论中的夸克结构学说是建立在数学模型之上，具有很大的不确定性，对现实物理现象也不能作全面的合理解释，而且导致高能物理学理论方面的极度繁杂、甚至不能自圆其说。至此我的这一基本粒子结构体系替代标准模型理论解释自然与宇宙现象具有更大的优势。缺点是我不是一个高能物理学方面的专业学者，只是一个科学爱好者，对其中的专业知识学习掌握的有限，对其中的理论论述可能有不到或不足之处。

【参考文献】

[1][美]斯蒂芬·韦伯，胡俊伟，译.看不见的世界——碰撞的宇宙，膜，弦及其他[M].长沙：湖南科学技术出版社，2007.

[2]武伟轩.宇宙通史[M].北京：台海出版社，2005.

[3][美]弗尔维奥·梅利亚，萧耐园，译.无限远的边缘[M].长沙：湖南科学技术出版社，2006.

注释：

①图像与实际设计思想有一定出入，中子、质子内的红球代表正电子、黑球代表负电子[Z].

②电子内的红球代表正能子、黑球代表反能子[Z].

③武伟轩. 宇宙通史[M]. 北京：台海出版社， 2005. p99.

④[美]弗尔维奥·梅利亚，萧耐园，译.无限远的边缘[M].长沙：湖南科学技术出版社，2006.p15.

⑤英国物理学家彼得·希格斯1964年提出假设的粒子[Z].

[责任编辑：王伟平]