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电子物理学

2020/09/23   維加斯新聞報
晏成和

    1897年汤姆生在他那著名的实验中，测定了电子的荷质比，并通过电磁场偏转实验最终确认了电子。电子的物理存在，引起了科学探索者极大的重视，让现代科学跨进了新纪元。
    化学家立即把电子数按自然顺序与早期（没有电子）的元素排列对号入座，建立了元素周期表。价电子数相同的就排在一列，同一列的元素有相同的化合价、相同的晶体结构、相近的理化特性。相差一个价电子，物质特性就会有天壤之别。核外价电子的个数和运动在构成物质、成就物质特性的机制中，毫厘决定乾坤。在敬佩大自然的简洁天成、鬼斧神工的同时，电子在物理、化学中的巨大作用在科学界得到确立。
    汤姆生的实验中，确定了电子的粒子性。（其实电子束在磁场中偏移也已经显现了电子伴生着波，只是当时没有引起重视。）之后，双缝实验呈现的干涉、电子靶呈现的衍射环“证实”了电子的波动性质。物理学者正在纠结电子究竟是粒子还是波。光电实验横空出世，“证实”了光可以是“光子”-波也可以是粒子。于是中心转移，研究的对象从具体的物质中的电子，偷换成对抽象波粒群体及其哲学概念的讨论。波粒混搭、鱼龙混杂，科学界对电子的探索变成了对微观物质是波还是粒子的争论，
    对群体的研究多半是统计、只能得到不太精确的概率。物理泰斗只能把波、粒、能量混为一体，加上数学的状态函数、杜撰的物质波，合成了大杂烩的量子物理。从此对电子的探索销声匿迹，量子理论当红走俏。
    几十年量子物理“波粒二象性”“测不准原理”加深了对电子探讨的禁锢，于是乎，物理主流全力以赴推广“波粒二象性”的量子力学。量子的波粒纠结了90年并无建树，倒是造成了科学的沉寂。所以我们有必要回头认真探讨电子。
探索电子（电子的6大特性）
    电子绝不是个简单的粒子，电子的运转占据了原子核外99.9%的空间。不准研讨电子的线路，探索物质的路径被封锁了整整一个物理层面，研究只能绕道、回避、南辕北辙、缘木求鱼。不能触及自然真相，当然就不可能破解科学之谜，这就是科学沉寂的主要原因。
大自然让一个小小的电子：
1、携带着电荷，伴生着电场及其同在的电场力；电场力致使电子相互排斥，在核外均布；并且是气化时，使分子推开距离的力。
2、与质子定量相互吸引、形成核外电子。
3、移动时产生磁场，同时伴生磁场力。
4、电子通过伴生电磁波与外界联系、交流互动。电子振动时辐射出电磁波、并降低速率；核外电子还能吸收相应频率的电磁波，以增加自身的运转速率。
5、电子在导体内的宏观运动形成电流。同时也形成了宏观的电磁力。
6、价电子数决定了原子的特性；电子的规律运动构成了物质及其各种性能。
    一个小小的电子，集6种性能于一身，实在是令人赞叹大自然的鬼斧神工。百年物理把电子仅仅看成一个粒子、一个飘忽不定的量子，研究自然物理却无视自然提供的电子运动伴生的场，会与多少自然信息失之交臂，就像侦探不要线索，失败是不可避免的。
    初中物理实验，把绝缘起来的金属球导入电子，金属球立刻就形成了静电场、同时产生了电压。这时，电子与电子发生相斥，细节是：1、电子之间没有接触，就发生相斥，电荷趋表、趋尖；2、外来电荷越多、电压高、斥力强。电子之间隔空产生相互排斥，排斥力来自哪里、如何起作用？为什么距离越近、这力越大，为何有与距离呈平方反比关系？
    相距且相互发生作用，这之间必定是场——电子自身携带着场！事实说明：大自然在缔造电子时不是制作了一个简单的粒子，而是让电子携带电荷、携带着场-与另电子相斥、与质子相吸引、与外界交流的场。电子之间的相斥，实际上伴生着场的产生作用的表现。
    电子与质子是大自然的两个尤物，和谐的构成了原子（见《原子的构成》）。原子中与质子数精确对应的电子，构成了核外电子。电子伴生着场的特性使电子之间推开距离，在原子内分层，按2、8、18均布；同时也能使原子、分子分开距离，当物质蒸发成气体，分子之间推开距离、体积扩大千倍，也是电子场特性的杰作。（已在物质的相变中详述）
    电子伴生电磁波，所以电子束当然也伴生着密集的波，于是电子束也就有了衍射、干涉等波的特性，用电子束所做的波、粒二象性实验（双缝实验、汤姆孙实验等等），显示出波的特性，都是因为电子伴生着波。大自然不会制造一堆孤立的粒子、又依照人的意识去偶尔把它变成波。而是赋予电子周围永远伴生着波，正如老子所言“此两者同出而异名”。运用电子伴生着波的观点，上述多种波、粒同时呈现的所有实验都能得到解读。波、粒二象性的讨论可以画上句号。
    伟大的自然赋予电子的场不仅仅是相斥，在电子移动时其伴生的场是磁场，古老的奥斯特实验见证了这一现象，于是也就有了电子运动伴生着的磁性、磁场。由此派生出物质内的一种连接力——电磁力；价电子运转所形成的电磁力是构成金属物质的主要内力。金属有延展性，是原子（结构元）发生位移，是电磁力的使得位移后的原子重新结合。现行的由自由电子、金属键是错误的理论，电磁力是构成金属材料并使其具有延展性的主要原因。
    在之前的文章中讨论了火光，得知物质温度高核外电子运转速率高，热发光来自于高速率运转电子的跃迁，跃迁是电子的振动，在电子振动时伴生的磁场脱离场源、形成了辐射的电磁波。价电子高速跃迁辐射高频率的火光，电子低速率的跃迁就可以形成红光…红外线…微波…短波…长波等各种频率的电磁波。
    在老式电视机的显像管（示波管）中，电子在高温、在强电场中飞离灯丝，在偏转线圈的磁场中向屏幕发生规则的扫描，人们才看到移动的图像。工程师在技术上利用电子伴生电荷、在电场中飞向屏幕；利用运动中电子伴生磁场、在外磁场中发生偏转；利用电子的粒子性能、在屏幕上冲击发光。工程师已经把电子的多种性能运用到炉火纯青。可是物理学仍然在 是粒子、还是波、量子坍塌、量子纠缠理论中纠结。
    在金属导体中，电子能够在电压的作用下精确移动，形成电流。现代物理学对电压是什么，怎么形成？尙没有明确的解读，隐含着尴尬的回避。对此，需要进行专题讨论。
    核外电子规律运动及电子伴生波，能系统地诠释诸多的物理现象、破解科学之谜，用核外电子伴生着波与核外电子规律运动的观念来解读物质的构成及综合特性总是左右逢源。能系统地阐释物质的构成、相变、导电、催化、酸碱性原理等自然之谜；能顺理成章地把电动力学、热力学、化学、生物学（植物学、动物学、医学）、超导、超流理论有机地统一起来。
    大自然赋予电子的6大特性，能够并行不悖的解读物质物理的力、热、光、电、磁等几大物理学分支的多种物理现象，值得提出的是，这些所有的解读不仅仅是自洽，而且是互洽！是科学探索梦寐以求的互洽。物理热学、电学、磁学、光学乃至化学将面临新的突破。众多的自然之谜将随着电子规律运动迎刃而解，关注电子的多种特性和规律运动，科学将迎来灿烂的春天。