摘要 在量子理论中，硬性规定费米子在某个方向上的自旋角动量为，却不给出任何解释，认为它是粒子的内禀特性，但这种理论造成了很多的悖论。本文试图用经典理论解释粒子的自旋，并自洽地计算出粒子的半径。
关键词：粒子自旋，中子磁矩，质子半径，电子半径
1. 引言
量子物理的很多内容让人无法理解，例如，粒子的自旋，如果一个理论无法清楚地说明粒子是如何自旋的，我们就可以怀疑它。本文认为：基本粒子只有三类：正负电子、正反质子及以太粒子，宇宙中所有的物质应该是由这三类粒子组成的。基本粒子应该在宇宙中长期稳定地存在，不稳定的、不能独立存在的粒子不能称为基本粒子。中子也不例外，它很可能是由质子与电子组成的复合体，而且原子核也很可能是由电子和质子组成的复合体，质子是依靠电子粘接起来的，原子核内只存在电磁力，并不存在强和弱相互作用，也就是说，原子核内并不存在中子，也不存在核力。
中子是电子坠落在质子表面形成的复合粒子，但它并不稳定，其原因是质子的自旋和以太的波动。电子坠落在质子表面后，会跟随着质子一起旋转。
2. 粒子的自旋
2.1. 电子的自旋
电子自旋概念最早是由泡利为解释不相容原理而提出的，同年，荷兰物理学家乌伦贝克和古兹密特提出了电子具有内禀运动的自旋概念，1928年，狄拉克将相对论效应纳入用于描述原子核外电子运动状态的薛定谔方程中形成狄拉克方程，从而在理论上印证了电子的自旋，由此，电子自旋概念被科学界普遍认同和接受，电子自旋也被认定为电子的基本性质之一，自旋不仅在大小上是固定不变的，它在空间的任意方向上的投影的大小也只能取两个固定的数值。
但是，电子真的自旋吗？迄今为止的实验从未发现电子有尺寸的下限，即电子是没有大小的，它的角动量和磁矩是从哪里来的？本文认为：电子没有角动量和磁矩，也就是说，即使电子存在自旋，其角动量与磁矩也很小，可以忽略不计，其原因如下：
A. 泡利不相容原理
其内容主要是：一个原子轨道上最多可容纳两个电子，而这两个电子的自旋方向必须相反。量子理论从来不承认电子具有轨道，而且到现在我们也不知道电子在原子核外是如何运行的，两个电子在一个轨道上如何运行？为什么两个电子的自旋方向必须相反？
B. 斯特恩-盖拉赫实验
这个实验只能证明银原子具有磁矩，与电子的自旋有何相干？实验并不能说明电子具有自旋磁矩，更不能判定电子的轨道磁矩为0。司今先生在他的博客《从磁陀螺运动谈“施特恩-格拉赫”实验形成的物理机制》[1]一文中，给予了详细的说明。即使电子的自旋磁矩等于玻尔磁子，单凭一个电子也不可能拉动银原子，就像地球的受力不可能拉动太阳一样（当地球受到外力时，能够改变的只有它的轨道，不会拉着太阳一起跑）。我们在很多的实验中，所测量的实际上都是原子的磁矩，与电子的自旋没有半毛钱的关系。
斯特恩-盖拉赫实验也无法证明空间量子化，因为银原子只要一进入磁场，银原子最外层电子在洛仑兹力的作用下，其轨道平面就会与外磁场垂直，银原子的磁矩方向就会与外磁场平行，这也是为什么量子理论认为电子的自旋不仅在大小上是固定不变，而且在空间的任意方向上的大小也只能取两个固定的数值的原因（这也是量子理论中最匪夷所思的地方之一）。如果银原子的外层电子轨道平面不能自由转动，它在外磁场方向上的磁矩将会是任意值。
C. 潘宁阱中的实验
在最开始，人们认为原子的磁矩是由于带负电的电子围绕带正电的原子核旋转造成的。而后来的潘宁阱中的电子自旋实验，证明了这个磁矩与电子围绕原子核旋转没有任何关系，而是由于电子自身的原因造成的。
但是，当单个电子悬浮在彭宁阱中时，如果电子没有磁矩，它是不可能产生拉莫尔振动的，那么，它产生的是什么频率呢？本文认为，电子在彭宁阱中的运动是轨道运动，实验测量的频率是电子的轨道频率。假设彭宁阱中的磁场强度为B，根据磁场力与离心力相等：，可得轨道角频率，我们所测量到的频率为。由于微观粒子的轨道运动符合（这是粒子产生轨道共振的必要条件），可以得出：电子的轨道磁矩，它就是玻尔磁子。
可见，虽然电子的磁矩与电子是否围绕原子核旋转没有关系，但电子在磁场中运动时同样也能产生磁矩，而不论电子自身是否旋转，只要电子带有电荷。
D. 狄拉克方程
许多人认为，电子自旋是先由实验上发现，然后是由狄拉克方程从理论上导出的。但是，狄拉克理论所描述的是矩阵旋量，而将该旋量对应于电子自旋则是主观的臆测，如果将该旋量对应到轨道旋转则更为合理。在狄拉克和薛定谔方程中，电子是以无尺寸大小的质点形式进入的，如果能够解出电子的自旋性质，就失去了逻辑上的关联性，成为一个悖论。
E. 电子自旋共振
在量子力学中，电子自旋共振是指在外加磁场中，简并的电子自旋能级将产生分裂，若在垂直外磁场方向加上合适频率的电磁波，能使处于低自旋能级的电子吸收电磁波能量而跃迁到高能级，从而产生电子的顺磁共振吸收现象。
但是，这只是量子理论的一种解释，这种解释并不能说明自旋能级是什么，它是如何产生的，又是如何分裂的，也无法解释电子是如何吸收电磁波的，电子又是如何跃迁的。
当然还有其他的解释。我们在做电子自旋共振实验时，用的并不电子，也不是一个原子，而是一种固体，是原子的集合。由于原子在固体中失去了转动的自由，当外加磁场时，原子的磁矩方向就会绕外磁场的方向转动，也就是产生拉莫尔振动。由于电磁波是以太中的振动，当这两种振动的频率相同时，原子就会对电磁波产生吸收，与消声棉具有相似的原理。必须指出的是，拉莫尔振动是原子产生的，是电子轨道平面的振动，与电子是否自旋无关。
F. 巨磁阻效应
自从巨磁电阻效应发现以来，由于量子力学把它解释为电子的自旋效应，还产生了一门新兴的学科和技术：自旋电子学，而且近年来被广泛地研究。但是把这种效应归结为电子的自旋是非常牵强的，因为一个电子是否旋转与电阻没有那么大的关系，它应该是原子的磁矩所起的作用。
G. 光谱的精细结构
量子力学认为，原子光谱精细结构形成的原因是电子的自旋轨道耦合，但是，一个连电子轨道都不承认的理论如何说明电子的自旋轨道？如何耦合？本文认为，光谱的精细结构应该是由内层电子的运动引起的，反常塞曼效应也应该是基于同样的原理。
需要说明的是，本文并不否认电子存在自旋，否定的是量子理论对电子自旋的描述，电子可能存在自旋角动量和自旋磁矩，但会很小。
2.2. 质子的自旋
质子是存在自旋的，现代科技已经测量出它的自旋磁矩，本文把质子当作基本粒子看待，并假设它是表面均匀带电的球体。如果质子不存在自旋，那么，它在彭宁陷中的表现将会与电子一样，其轨道角频率也是，轨道磁矩也将是。
正是由于质子的自旋，才使质子在彭宁陷中产生拉莫尔进动，从而使它的轨道磁矩为0，也就是说，质子在彭宁陷中没有轨道运动，质子的磁矩全部来自于本身的自旋。
3. 粒子半径的计算
3.1. 中子的半径计算
假设中子是由质子与电子组成的复合体，电子静止在质子的赤道面上并随着质子一起旋转，由于电子的静止质量为9.1094x10-31kg、质子自旋时的质量为1.6726x10-27 kg，中子的静止质量为1.6749x10-27 kg。可以算出：电子的运动质量为2.3056x10-30 kg（中子与质子的质量相减），根据相对论，可以得出：电子的运动速度为v= 2.75x108 m/s（相当于光速的0.92倍）。假设电子所受的电磁力与离心力相等：，可以计算出电子与质子的质心距为1.32x10-15 m，这个距离是两者间的最大距离，如果电子所受的电磁力大于离心力，质子的表面将产生一定的压力，如果电子所受的电磁力小于离心力，电子将飞出，中子也就不存在了。
由于质子的自旋磁距为1.41x10-26J/T，而中子的自旋磁矩为-9.66x10-27 J/T，二者之差就是电子的轨道磁矩2.38x10-26J/T，由于已知电子的速度，可以求出二者的质心距=
1.077x10-15 m（没有考虑电子的自旋），也可以求出中子的自旋角速度为=2.556x1023rad/s。
3.2. 质子的半径计算
假设质子是表面均匀带电的球体，则它的磁矩可表示为，其中ω是质子的角速度（如果假设质子是均匀带电的球体，则它的磁矩可表示为），由于已知质子的自旋角速度（假设与中子相等）和磁矩，可以得出质子的半径为=
1.017x10-15 m。
为什么质子半径的实验值为0.83x10-15m呢？估计这个值是质子的有效半径，相当于把质子的电荷集中在其赤道面的某个点上，可表示为=
0.83x10-15 m。
3.3. 电子的半径
长期以来，科学界一直无法给出电子的半径，根据本文的假设，电子的半径为中子中的质子与电子的质心距与质子的半径之差，可以计算出其值为6.1x10-17 m。中子与质子的体积几乎是一样的，只是质子的赤道面多出了一个小山包，中子的半径应该与质子是一样的。
4. 假设的合理性
本文在计算过程中运用了三个假设：
1、电子可视为点粒子，其自旋磁矩可以忽略；
2、质子是基本粒子，表面带有均匀的电荷而且具有自旋；
3、中子是由质子与电子组成的复合粒子。
第一个假设是合理的，也是自洽的，没有半径的粒子是不可能具有自旋磁矩，比量子理论中的假设更具合理性。
第二个假设与主流观点完全相反，虽然夸克模型已得到学界主流的承认，也获得了多个诺贝尔奖，但我们从来也没有发现过夸克和胶子。因此，假设质子是基本粒子也具有一定的合理性，因为质子能够稳定地存在。假设质子是表面带有均匀的电荷，是因为如果质子所带的电荷为整体均匀分布时，计算的结果是：中子无法稳定地存在，而且宏观世界里的电荷也是分布在表面，假设质子自旋是因为质子具有自旋磁矩。
第三个假设也与主流观点不同，但却可以解释很多量子理论无法解释的现象：
1、中子衰变时能产生质子和电子，如果中子不是由质子和电子组成的，难道质子与电子能够无中生有？如果中子中没有电子存在，电子是不可能被创造出来的。中子的衰变很可能与以太有关，因为以太的波动能够引起电子在质子表面的振动，一旦电子的振动量超过2.5x10-17 m，电子就会脱离质子表面飞出去。
2、可以自洽地解释中子的磁矩；
3、可以解释核力是什么，核力，也就是强相互作用，在量子理论中，它是束缚质子与中子的力，但它是怎样产生的？量子理论为了解释它，又引入了胶子，但是，胶子如何传递呢？没有人能够解释。如果中子真的是质子与电子组成的，那么，原子核也是由质子与电子组成的，也就是说，原子核中没有中子存在的必要了，核力这种奇怪的作用力也可得到合理的解释：所谓的核力，其实也是电磁力，是电子负责把质子粘连在一起的，核力的所有性质都能用电磁力解释。例如，一个电子就可以把三个质子束缚在一起，它就是氦3，两个电子能把四个质子束缚在一起，它就是氦4，两个电子把三个质子束缚在起，它就是氚，如图1所示。假设质子与电子都是球体，而且电荷的分布都可以等效到质心，由于质子与电子的带电量相等，以氦3核为例，可以计算出电子对任何一个质子产生的引力（假设为1）大于另外两个质子产生的斥力的矢量和（合力为0.58），因此，原子核是稳定的，从图中也可以看出：氚核没有氦核稳定，在核自旋时，可以放出一个电子变成氦3。如果量子力学中的核力存在，两个质子组成的原子核也应该存在。
(a)氦3核 (b)氦4核 (c)氚核
图1. 原子核中质子与电子的结合方式
4、质子和电子的质量并不是固定的，与它所处的环境有关，我们都知道：质子的静止质量为1.6726x10-27 kg，但这个质量实际上是质子自由时的质量，这时的质子是处于自旋状态的，正是质子的自旋，才使它的质量比完全静止时大，这时的质量应该称为自旋质量。假设质子是一个密度均匀的实心球体，根据前面的数据可以算出质子的自旋能量为=
2.5x10-11 J，根据质能公式可以得出质子不自旋时的质量约为1.4x10-27 kg。本文认为，旋转能量是核能的根本，没有自旋就没有核能，也就是说，核能贮存在自旋中。质子在原子核内的质量降低，说明了质子在核内的自旋程度下降。电子也存在自旋，但其自旋能量可以忽略。
5. 结论
对于很多的物理实验，量子理论中的解释让人无法理解，实际上完全可以用经典理论进行解释，而且更为合理。
参考文献
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