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空间量子化与电性的起源与特征 ――空间量子化系列论文之六 摘要：本文在量子化弹性空间的背景下，揭示电作用的起源与特征。与引力作用不同，电作用的神秘性表现为既有相互吸引，又有相互排斥的特征。本文提出电子旋张场、旋缩场的新概念。通过旋张场、旋缩场邻域量子空间不同形变特征的分析，揭示电作用的起源与特征，揭示库仑（C. A. Coulomb）定律的深层原因。对电荷、电性这一基本的物理量、物理概念给出了直观的、全新的解释。 关键词：空子、量子空间、电子自旋、涡旋场、旋张场、旋缩场、局部空间扩张与收缩、电性的起源、电荷相对性。 一．电性的起源 现在我们在玻尔（N.Bohr）氢原子模型的基础上分析电性的起源。分析电性起源时，要利用自旋角动量概念。姑且认为质子、中子等一类强子，自旋是由组成强子的内部结构粒子的运动方式决定的，电子自旋是电子的固有属性，不讨论其深层原因。 在图（6－1）中，以、分别表示氢核（质子）和电子，设核自旋同轴成右手螺旋系。电子绕核轨道运动有两种基本取向，即与核自旋同向与反向。但关于电子自旋，这里特别指出，核自旋方向确定后，电子自旋方向实际上已被同时确定，其自旋方向总是同核自旋方向反向，不能任意取向（随后将给出解释）。核自旋角动量以表示，电子轨道、自旋角动量分别为、表示。 电子轨道运动平面并不始终同核自旋平面（平面）贴合，一般在与核自旋平面夹角为的区域内绕核运动。在上述氢原子模型中，氢原子的能量、电子轨道半径、核和电子自旋角动量，均以玻尔氢原子理论和乌伦贝克（G.Uhlenbeck）―古兹密特（S.Goudsmit）电子自旋学说为基础，符合量子化特征。只假定在玻尔定态下，作圆周运动的电子，其自旋角动量与核自旋角动量反向，如图（6－1）所示。 电作用的神秘性表现为既有相互吸引，又有相互排斥。可以证明，所谓电性和电性力是组成原子的核与电子运动的不同组合状态对量子空间不同作用的反映。 暂不考虑电子轨道运动对量子空间的作用，孤立地考察氢核（质子）自旋对量子空间的作用。图（6－2）为核自旋截面（平面）图，为核半径，为倘若核无自旋，仅激发一与质量相关的引力场时邻域一空子层半径。现核以轴为轴自旋，使其邻域空子受与自旋同向的切向作用。在此切向作用下，原先呈球状的空子沿平面向外围扩张，沿轴向空子中心收缩，几何体积急速收缩。层上呈球状的空子P，移至半径为的处，呈沿径向扁平，沿切向伸长的椭球状，如图（6－3）所示。质子自旋在其邻域量子空间激发一涡旋场，该场有下述两条特征： 1．由质子邻域空量子形变、位移的特征知，质子邻域空间沿自旋截面涡旋扩张，故称为旋张场。 2．质子自旋的旋张作用，通过空子层逐层向外围传递，因空子不吸收由其传递的作用，故在包裹质子的任一同心球面上，旋张作用为一常量。该常量正比于质子自旋角动量。 质子为一球体，绕轴旋转时，表面的线速度不处处相同，因此，在质心为心的同一球面上，旋切作用的大小不处处相等。若以表示该场的强度，则邻域任一点P处，E同P点在核表面中心投影点的线速度成正比，如图（6－3）所示。核自旋截面（平面）上有最大自旋线速度，设其为，并设在自旋截面上点P0处的场强为，则场中与等距点P点的场强式中 （6－1） 为P点所在方向与核自旋截面的夹角。然而尽管同一球面上，旋张场的场强大小不处处相等，但核自旋对量子空间的作用，在包裹质子的任一同心球面上恒为一常量。我们指出，该常量同核自旋角动量成正比，且将这一常量定义为一个单位的正电荷，以表示。 因场强E与点同核自旋截面的张角有关，当时，。于是 把与核自旋截面张角为正负的两椎面所夹的空间区域定义为核旋张场的主值域，张角大于的区域，因核自旋线速度相对较小，E可忽略不计。 然主值域空间沿自旋截面向外围扩张，仅为核邻域量子空间形变的一个方面。因核旋切作用对邻域空间各向不同性，以及由量子空间的整体性特征所决定，当主值域空间沿自旋截面扩张的同时，自旋轴线两端空间则向中心收缩。如图（6－3）所示。 电子虽比质子质量小3个数量级，但占有一定的几何空间，且有相同的自旋量子数，因此，孤立电子对量子空间的旋切作用同质子相同。电子绕核运动时，实质上乃是与核自旋反向的旋张场在绕核运动。依假定电子自旋角动量与核自旋角动量反向。暂不考虑核自旋的影响，孤立地考察电子轨道运动的情形。电子自旋使邻域空间沿自旋截面扩张，电子圆周轨道运动，使轨道平面内侧空子沿各个方向受到指向轴抵压，使轨道平面内侧空间沿轴收缩形变，该涡旋场有下述两条特征： 1．轨道邻域空间沿轨道轴线涡缩收旋，故称为旋缩场。 2．该旋缩场由一同核旋张场等强、反向圆周运动的电子旋张场激发，当电子在核自旋主值域作轨道运动时，恰抵消了核自旋对量子空间的切向作用。电子轨道运动对量子空间的旋缩作用在包裹核的任一同