基本粒子標(biāo)準(zhǔn)模型的更正與宇宙演化

范吉新

【摘 要】在[美]斯蒂芬·韋伯/著《看不見的世界》一書中認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)模型理論并非終極理論、有很大欠缺與不足。根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程（E=mc2）、物質(zhì)不滅定律、質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律與物理世界的廣泛對(duì)稱性原則，現(xiàn)推理出全新的基本粒子結(jié)構(gòu)體系，在這一基本粒子結(jié)構(gòu)體系中包括“正能子、反能子、正子、反子、正反偶合子、正反中微子、正負(fù)電子、質(zhì)子與中子”。它們不但有明確的具體結(jié)構(gòu)和形狀，而且有明確的相互從屬關(guān)系，更能科學(xué)的解釋宇宙中的四種力——強(qiáng)力、弱力、電磁力、引力的本質(zhì)與磁單極子之謎、黑洞之謎、宇宙原始火球大爆炸之機(jī)理。由此希望能夠彌補(bǔ)或替代標(biāo)準(zhǔn)模型理論的不足以解釋物理世界的眾多物理現(xiàn)象。

【關(guān)鍵詞】基本粒子；核力；引力；黑洞；宇宙演化

1 基本粒子結(jié)構(gòu)的理論證明

在標(biāo)準(zhǔn)模型中物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本微粒為夸克、有六種之多，每個(gè)夸克又有三種色，再加上反夸克，有36種之多，而且質(zhì)量大小不一而懸殊，這么多的夸克它們的具體結(jié)構(gòu)與相互關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)模型中并沒有給出，也不能自洽的解釋與其他粒子（電子、質(zhì)子、中子、夸克間）質(zhì)量之間的相互關(guān)系，并且在物理實(shí)驗(yàn)中并沒有找到單獨(dú)的夸克存在，同樣基本粒子標(biāo)準(zhǔn)模型中的膠子在物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)中也沒有找到。還有很多物理現(xiàn)象得不到科學(xué)合理的解釋，由此在[美]斯蒂芬·韋伯/著《看不見的世界》一書中也認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)模型理論還有很大的欠缺與不足并非終極理論。

根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程（E=mc2）得出：一定量的能量對(duì)應(yīng)一定質(zhì)量的物質(zhì)也即表示能量是物質(zhì)的另一種表現(xiàn)形式暫設(shè)定為物質(zhì)的虛散擴(kuò)張態(tài)、反之一定質(zhì)量的物質(zhì)對(duì)應(yīng)一定量的能量也即表示物質(zhì)是能量的又一種存在形式暫設(shè)定為能量的縮聚穩(wěn)態(tài)。根據(jù)物質(zhì)不滅定律、質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律和現(xiàn)代物理學(xué)的廣泛證明——當(dāng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰繒r(shí)，全部都是以光子（γ電磁波）的形式出現(xiàn)，由此進(jìn)行理論反推當(dāng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)時(shí)，物質(zhì)的結(jié)構(gòu)本質(zhì)也必定是由電磁波中所包含的電波融合縮聚的電點(diǎn)暫定為正能子與磁波融合縮聚的磁點(diǎn)暫定為反能子的有序結(jié)構(gòu)的具體體現(xiàn)。正能子與反能子的性質(zhì)和正電子與負(fù)電子的性質(zhì)基本相同，同性相斥、異性相引、質(zhì)量相同。不同的是正能子與反能子也不能單獨(dú)存在，它們是構(gòu)成一切物質(zhì)的基本單元，是基本粒子正子與反子的基本組員即：正子由兩個(gè)正能子與一個(gè)反能子組成、反子由兩個(gè)反能子與一個(gè)正能子組成，正子與反子一般情況下也不能單獨(dú)存在，通常情況下都是以正反偶合子的形式存在并迅速構(gòu)成中微子或反中微子，當(dāng)中微子和反中微子在一定的密度條件下分別迅速聚集到電子質(zhì)量的中微子團(tuán)和反中微子團(tuán)時(shí)，它們的極化結(jié)構(gòu)而形成的磁力（磁極的初始形成）將一個(gè)中微子撕裂而分別構(gòu)成正電子與負(fù)電子，每個(gè)正電子帶有三個(gè)正子、每個(gè)負(fù)電子帶有三個(gè)反子。在物質(zhì)的形成之初，正電子與負(fù)電子的生成數(shù)量相當(dāng)且密度較大時(shí)，正電子與負(fù)電子也不會(huì)單獨(dú)存在，而是以正負(fù)電子偶合為正負(fù)電子對(duì)的形式存在。正負(fù)電子對(duì)在密度一定的條件下迅速以極化的結(jié)構(gòu)形式在中微子的參與下迅速聚集到中子質(zhì)量大小的正負(fù)電子對(duì)團(tuán)，由于極化結(jié)構(gòu)較強(qiáng)，形成的磁力也較大，在兩極的強(qiáng)大磁力引力作用下分裂一個(gè)正負(fù)電子對(duì)而構(gòu)成中子①。至此物質(zhì)世界的基本組元已基本構(gòu)成，形成了統(tǒng)一的中子世界。隨著中子間距離的增大，中子間的相互作用與碰撞在所難免，由于正負(fù)電子分別附著在中子兩極之間的兩側(cè)，這種結(jié)構(gòu)容易造成中子之間碰撞后正電子或負(fù)電子與中子的分離，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)負(fù)電子在中子撞擊過程中與中子分離后并圍繞分離的母體旋轉(zhuǎn)時(shí)，這時(shí)就產(chǎn)生了原子，失去負(fù)電子的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子②。在質(zhì)子形成之初，負(fù)電子并不能像現(xiàn)在這樣圍繞質(zhì)子旋轉(zhuǎn)，而只能在不規(guī)則的軌道上旋轉(zhuǎn)，這時(shí)質(zhì)子中的正電荷就會(huì)對(duì)附近中子內(nèi)的負(fù)電子產(chǎn)生引力導(dǎo)致負(fù)電子相比正電子與中子結(jié)構(gòu)不牢，進(jìn)而在碰撞中容易失去負(fù)電子，在此機(jī)理下大量的中子失去負(fù)電子而轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，隨著中子質(zhì)子間密度的減小、間距增大，負(fù)電子便在質(zhì)子正電荷的引力下圍繞質(zhì)子旋轉(zhuǎn)。至此物質(zhì)世界的基本粒子已全部產(chǎn)生。隨著宇宙物質(zhì)世界的進(jìn)一步發(fā)展演化而形成了現(xiàn)在的宇宙結(jié)構(gòu)。

2 這一基本粒子結(jié)構(gòu)體系對(duì)宇宙物質(zhì)世界的解釋

宇宙中的四種力——核力、弱力、電磁力與引力形成的機(jī)理：

2.1 核力的成因

在中子與質(zhì)子的形成過程中，由于正負(fù)電子對(duì)的極化排列形式，最終形成了強(qiáng)大的磁性兩極（S、N）與磁力，猶如一個(gè)磁體。中子、質(zhì)子在原子核內(nèi)的結(jié)構(gòu)排列也是按照異性磁極相互吸引而進(jìn)行的有序排列，這種中子質(zhì)子間強(qiáng)大磁力的密近結(jié)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內(nèi)質(zhì)子所帶正電荷的相互排斥力對(duì)原子核內(nèi)結(jié)構(gòu)的影響，隨著質(zhì)子的增多與電位分布的不同而對(duì)原子核內(nèi)結(jié)構(gòu)影響的不同，也是放射性元素放射現(xiàn)象的成因。

2.3 電磁力的成因

正電子與負(fù)電子電荷間相互吸引的力以及電場(chǎng)與磁場(chǎng)的垂直本質(zhì)而構(gòu)成的電磁相互關(guān)系便是電磁力的本源。

2.4 萬有引力的成因

在這一基本粒子結(jié)構(gòu)體系中，正能子與反能子是構(gòu)成一切物質(zhì)的基本單元或粒子，它們的性質(zhì)類似于正電子與負(fù)電子，同性相斥、異性相引，每一個(gè)正能子都盡可能多的與反能子相結(jié)合，而每一個(gè)反能子也都盡可能多的與正能子相結(jié)合，如此在基本粒子如（電子）內(nèi)部就形成了每一個(gè)正能子周圍與六個(gè)反能子結(jié)合，每一個(gè)反能子與周圍六個(gè)正能子相結(jié)合如NaCl晶體中Na離子與Cl離子的結(jié)構(gòu)排列形式，不同層級(jí)粒子間的相互組合，正能子與反能子的這種結(jié)構(gòu)形式基本保持不變性的慣性（超對(duì)稱結(jié)構(gòu)）便是萬有引力的本源。

2.5 磁單極子之謎

在以往的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，始終沒有找到磁單極子，也令科學(xué)界十分迷茫。而這一基本粒子結(jié)構(gòu)體系則很好的解釋了磁單極子問題：磁單極子是不存在的，正子與反子分離（理想中的磁單極子）則顯示為電性如正電子與負(fù)電子，只有正反偶合子按照極化的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成物質(zhì)粒子時(shí)，這種整體粒子顯示電中性，而兩極的正能子與反能子各向異性吸引的特性才顯示磁性，也是磁性的本源、核力的本質(zhì)。由于中微子和反中微子結(jié)構(gòu)簡單而質(zhì)量微小、也沒有形成極化結(jié)構(gòu)，所以中微子和反中微子既沒有電性、也沒有磁性、一般不和其他物質(zhì)相互作用。所以最基本的磁體單位即是正電子與負(fù)電子。

2.6 黑洞的本質(zhì)

根據(jù)這一基本粒子結(jié)構(gòu)體系，中子或中子球便是宇宙間最致密的結(jié)構(gòu)形式，隨著質(zhì)量的增加與引力的增大，只不過中子球更加致密而已，所以目前宇宙中黑洞的本質(zhì)即是一個(gè)巨大致密的中子球，宇宙的最終結(jié)局也將寂滅于宇宙大黑洞——形成更加致密巨大的中子球——宇宙的奇點(diǎn)

2.7 宇宙原始火球大爆炸的機(jī)理與成因

在以往的宇宙原始火球大爆炸的理論中認(rèn)為宇宙起源于宇宙原始火球大爆炸，而這個(gè)宇宙原始火球被稱為宇宙奇點(diǎn)：體積極小、溫度極高、密度極大，在一個(gè)時(shí)間的起點(diǎn)突然以指數(shù)的形式暴漲爆炸產(chǎn)生了我們今天的宇宙。這一理論雖然給出了我們今天的宇宙產(chǎn)生于宇宙大爆炸，但卻沒有給出宇宙大爆炸的成因與機(jī)理。根據(jù)這一基本粒子結(jié)構(gòu)體系，不但能給出宇宙大爆炸的成因與機(jī)理，而且還能推導(dǎo)出宇宙演化的基本規(guī)律：

（1）宇宙奇點(diǎn)是有體積的，而且是一個(gè)密度極高的巨大中子球或者是一個(gè)正能子與反能子超對(duì)稱結(jié)構(gòu)的極大密度的宇宙蛋（黑洞）——中子球內(nèi)中子壓碎后的極密結(jié)構(gòu)形式。

（2）根據(jù)這一基本粒子結(jié)構(gòu)體系可以給出兩個(gè)宇宙原始火球大爆炸的機(jī)理與成因：（a）大宇宙的開端——宇宙物質(zhì)基本粒子的創(chuàng)生：根據(jù)這一基本粒子結(jié)構(gòu)體系，宇宙的奇點(diǎn)宇宙蛋是一個(gè)正能子與反能子超對(duì)稱結(jié)構(gòu)的致密的球體，正能子與反能子的特性是同性相斥、異性相引但是不可融合。在某一個(gè)時(shí)間的起點(diǎn)由于強(qiáng)大的引力與壓力，宇宙蛋中心區(qū)域的正能子與反能子被壓碎（物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)換機(jī)制）而轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰繌亩l(fā)生了宇宙原始火球大爆炸。在周圍未被壓碎的正能子與反能子便在前述的基本粒子生成機(jī)制與規(guī)律下演化出自然界中的基本粒子，進(jìn)而演化出現(xiàn)代宇宙。開放的宇宙——?jiǎng)討B(tài)的宇宙：目前的理論認(rèn)為現(xiàn)在的宇宙誕生于137億年前的宇宙大爆炸，而人類文明目前的科技水平也大致只能觀察到以地球?yàn)橹行倪@么遠(yuǎn)的距離（130億—140億光年），并且在這么遠(yuǎn)的距離仍然可以觀察到巨大的星系團(tuán)存在，并沒有真正看到宇宙的邊緣。但在科學(xué)界的廣泛認(rèn)知中普遍認(rèn)為現(xiàn)在的宇宙是一個(gè)有限無界的動(dòng)態(tài)的封閉宇宙--由哈勃發(fā)現(xiàn)的星系紅移現(xiàn)象而修正的愛因斯坦靜態(tài)宇宙模型③。

（b）次級(jí)原始火球大爆炸：在開放的動(dòng)態(tài)的宇宙模型中，宇宙是一個(gè)多級(jí)的動(dòng)態(tài)平衡宇宙，在宇宙的空間中廣泛的分布著黑洞（中子球）④，宇宙中的黑洞象征著原子核，恒星星球象征著電子，星系就好比是一個(gè)具有復(fù)雜系統(tǒng)的大原子，這些星系按照各自的規(guī)律運(yùn)行著，在宇宙中不斷地進(jìn)行著碰撞合并最終寂滅于更大的宇宙黑洞（巨大致密的中子球）。當(dāng)兩個(gè)宇宙大黑洞距離足夠遠(yuǎn)的不能相互影響合并之時(shí)，它們將各自的獨(dú)立發(fā)展演化著。在宇宙的演化過程中，當(dāng)恒星坍縮為中子星（黑洞）時(shí)，將會(huì)有部分物質(zhì)的核外電子在未進(jìn)入原子核使質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶訒r(shí)就進(jìn)入了中子球，如此這個(gè)巨大的中子球也就可以看做是一個(gè)巨大的原子核。在宇宙的演化過程中中子球不斷地合并長大，直到兩個(gè)中子球距離足夠遠(yuǎn)的不能相互影響合并之時(shí)而停止、進(jìn)而獨(dú)自的演化著。在原子核放射性現(xiàn)象的機(jī)理下（弱相互作用），質(zhì)子間的正電斥力不斷地將附近中子內(nèi)的負(fù)電子推出中子直至中子球表面（由于中子球的極高密度與強(qiáng)大的引力，中子球的放射性現(xiàn)象既沒有α粒子的噴出，也沒有γ射線的放出——只有較小的中子球可有γ射線的射出，電子也只能緩慢的蒸發(fā)到中子球的表面）隨著時(shí)間的推移，中子球內(nèi)質(zhì)子的數(shù)量也在不斷的增多，當(dāng)中子、質(zhì)子的數(shù)量達(dá)到一個(gè)特定的比值（質(zhì)子間的正電荷斥力大于中子質(zhì)子間的引力——核力）時(shí)，這個(gè)中子球（宇宙大黑洞）就會(huì)發(fā)生大爆炸，進(jìn)而把中子球內(nèi)的中子質(zhì)子與中子球表面的負(fù)電子拋向廣闊的宇宙空間。當(dāng)這些物質(zhì)向外拋射的過程中遇到中子球（宇宙黑洞）時(shí)，除一部分被中子球吸入外，絕大部分在中子球的引力下而圍繞中子球旋轉(zhuǎn)進(jìn)而形成星云系、星系。

2.8 現(xiàn)代物理學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)數(shù)目繁多的粒子結(jié)構(gòu)與機(jī)理

（1）具有強(qiáng)相互作用的粒子重子如：和中子、質(zhì)子質(zhì)量相近或較大的粒子如被現(xiàn)代物理學(xué)命名的奇異夸克、粲夸克、底夸克、頂夸克以及所有的介子、結(jié)構(gòu)都是與中子質(zhì)子結(jié)構(gòu)相似的具有極化結(jié)構(gòu)的粒子。

（2）不具有強(qiáng)相互作用的粒子輕子如：電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子的結(jié)構(gòu)一般都是對(duì)稱性結(jié)構(gòu)形式，唯有電子具有弱的極化結(jié)構(gòu)與中間部分的對(duì)稱性結(jié)構(gòu)形式以及電子質(zhì)量的微小，所以既表現(xiàn)出輕子的性質(zhì)，也具有重子的兩極結(jié)構(gòu)形式。

2.9 基本粒子分類

構(gòu)成現(xiàn)實(shí)物質(zhì)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、正電子、負(fù)電子、中子、質(zhì)子、光子（γ）。這些粒子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有序、壽命長。

人造粒子：這些粒子在現(xiàn)實(shí)物質(zhì)世界不能被找到、只能在實(shí)驗(yàn)室或宇宙線中出現(xiàn)的粒子如：奇異夸克、粲夸克、底夸克、頂夸克、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子以及各種介子和物理實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的眾多粒子。這些粒子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、壽命短。

數(shù)學(xué)模型粒子——上夸克（u）、下夸克（d）、膠子。

理論引入的粒子——W+、W-、Z0。希格斯機(jī)制中的希格斯玻色子⑤（歐洲核子中心CERN的科學(xué)家在2012年7月4號(hào)宣布發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子，但這很可能是這一理論系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的一個(gè)標(biāo)量能量密度）。

3 這一基本粒子結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

這一基本粒子結(jié)構(gòu)體系是建立在已被證明的現(xiàn)代科學(xué)理論之上——質(zhì)能方程E=mc2、物質(zhì)不滅定律、能量守恒定律、質(zhì)量守恒定律與物理世界的廣泛對(duì)稱性。結(jié)構(gòu)簡潔、相互從屬關(guān)系明確、能夠給出基本粒子的具體結(jié)構(gòu)與形狀并能夠較好的解釋眾多現(xiàn)實(shí)物理現(xiàn)象。凡是標(biāo)準(zhǔn)模型理論能夠解釋的物理現(xiàn)象，本理論都能夠解釋，而標(biāo)準(zhǔn)模型不能解釋的物理現(xiàn)象如：基本粒子的具體結(jié)構(gòu)與相互從屬關(guān)系、引力的本質(zhì)、磁單極子之謎、黑洞的本質(zhì)、宇宙原始火球大爆炸之成因，本理論也能夠給出科學(xué)合理的解釋。而標(biāo)準(zhǔn)模型理論中的夸克結(jié)構(gòu)學(xué)說是建立在數(shù)學(xué)模型之上，具有很大的不確定性，對(duì)現(xiàn)實(shí)物理現(xiàn)象也不能作全面的合理解釋，而且導(dǎo)致高能物理學(xué)理論方面的極度繁雜、甚至不能自圓其說。至此我的這一基本粒子結(jié)構(gòu)體系替代標(biāo)準(zhǔn)模型理論解釋自然與宇宙現(xiàn)象具有更大的優(yōu)勢(shì)。缺點(diǎn)是我不是一個(gè)高能物理學(xué)方面的專業(yè)學(xué)者，只是一個(gè)科學(xué)愛好者，對(duì)其中的專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)掌握的有限，對(duì)其中的理論論述可能有不到或不足之處。

【參考文獻(xiàn)】

[1][美]斯蒂芬·韋伯，胡俊偉，譯.看不見的世界——碰撞的宇宙，膜，弦及其他[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[2]武偉軒.宇宙通史[M].北京：臺(tái)海出版社，2005.

[3][美]弗爾維奧·梅利亞，蕭耐園，譯.無限遠(yuǎn)的邊緣[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

注釋：

①圖像與實(shí)際設(shè)計(jì)思想有一定出入，中子、質(zhì)子內(nèi)的紅球代表正電子、黑球代表負(fù)電子[Z].

②電子內(nèi)的紅球代表正能子、黑球代表反能子[Z].

③武偉軒. 宇宙通史[M]. 北京：臺(tái)海出版社， 2005. p99.

④[美]弗爾維奧·梅利亞，蕭耐園，譯.無限遠(yuǎn)的邊緣[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2006.p15.

⑤英國物理學(xué)家彼得·希格斯1964年提出假設(shè)的粒子[Z].

[責(zé)任編輯：王偉平]