闲聊宇宙（36）——粒子自旋为半奇数原理的数学解释

  文/侯工  

电子由5个最小粒子组成，如下图：

最小粒子是无色透明的，电子也是。为了说明问题，设它由3个红色的和2个蓝色的最小粒子组成。电子这种结构体是最小构体，它是构成物质（狭义，下同）的基本构体。

图二是电子的结构平面图。中间三个对应于上图中的红色粒子，两端对应于蓝色粒子。

电子的失速状态是5个粒子的速度不平衡。球面牵带力要矫正它失速，就必须使红蓝两色粒子的速度一样。在图二中，如果使它仅绕a轴（图4中的实轴）自转，蓝色的没有位移，显然红色的大于蓝色的；那么只能使它一边绕a轴（图4中的虚轴）自转一边绕b轴摇转形成章动，才可能使两者速度一样。所谓章动，就象玩具陀螺一样，一边摇摆，一边转动。

图二：电子结构示意图

两者速度以其周期（单位时间）的路程表示，分别计算如下：

    蓝色粒子摇转半径为R，摇转一周路程为2πR；

红色粒子自转半径为r’；它的摇转半径是变化的，取平均值r平。如果红色粒子绕b轴摇转一周同时绕a轴自转一周，那么它的总路程为：

2πr’+2πr平=2π(r’+r平）    (1)

因为R越小，摇转路程越短，所需的驱动力就越小，所以r’+r平大于R，那么红色的速度大于蓝色的。解决的办法是摇转2周与自转1周刚好两者同步，则有：

2（2πR）=2π（r’+r平）

，

    简化，得：2R=r’+r平                           (2)

因为r’是个定值，所以，球面牵带力只要调节R，使

 R=r’/2+r平/2                                         (3)

5个粒子的速度就平衡了。

由（3）得：

R-r’/2=r平/2

因为：r平/2大于0，

所以R大于r’/2                                  （4）

同时，R还必须小于蓝色粒子中心到两轴的交点B的距离AB，即

    R小于AB                                    （5）

    R<AB                                    （5）

因此，在满足（4）、（5）两个条件下，R是可调的，也就是说a轴与b轴的夹角是可变的。R值的改变就是电子自旋频率的改变，R值越大，频率越小。根据速度守恒定律，它是随着在原子里的层次以及原子的结构不同而变化的，越内层的电子频率越高；不同的元素的原子结构不同，其电子自旋频率也不同，原子核越重的，频率也就越高，于是发出来的光也就不同了。

    自旋为半奇数的粒子称为费米子，电子就是这样的例子。电子绕b轴摇转2周（720°），a轴刚好完成1个自转周期（360°），回复到原样，这样就可以做到速度相等。就好比大人与小孩为一组，小孩走2步与大人走1步的速度相等。

中子和质子是由电子构成的。中子是中性的，因为它是由若干个首尾并联的电子对组成的，正负电荷相互抵消了。质子在结构上比中子少了一个电子，导致它的应力带失衡，因此它对电子具有吸引力，使电子围绕它旋转，从而使应力带达到平衡。这种情形，被认为质子带有一个正电荷，相应的电子带有一个负电荷。这样，原子的正负电荷也相互抵消了，原子也是中性的了。当它失去一个电子时，核内一个质子的本性就显示出来，这个原子就带有一个正电荷；相反，得到一个电子的原子就获得了一个负电荷。

人们习惯将由电磁形成的力称为电磁力。从产生的原理来分类，电磁力与万有引力同源，都产生于物质粒子的应力带，因此属于万有引力的范畴。