探索 | 细说电、磁、光

宇宙中并非空无一物，它更像是一片深邃的海洋。在这片无垠的宇宙中，存在着一类比基本粒子还要微小的超小粒子，这些超小粒子如同海洋中的水滴，充满了整个宇宙。

▏电子

生活中有类似电子的存在，那就是旋涡。在空气中，有两种旋涡：气旋和反气旋。同样，在宇宙中，也有两种电子：电子和反电子。而在生活中中，我们则能看到两种常见的旋涡：龙卷风带动物质从地面往天上吹，而水漩涡则将物质从水面往水下吸。

正反电子、正负电子并非实物，它们其实是由海子形成的两种完全相反的旋涡。只不过它们非常非常小，无法直接观察到。正电子、负电子的吸力、斥力其实是旋涡的吸力、斥力，只不过表现形式不同。正电荷、负电荷是这二者完全相反的性质。上吹旋涡为正电荷，下吸旋涡为负电荷。

夸克理论的错误在于，夸克并不存在，质子、中子是由正电子、负电子、中微子通过电磁力结合形成的。当核子（质子、中子）破碎时，它们会自动辐射出正电子、负电子、中微子、光子（正负电子湮灭）。

▏原子

原子是由原子核和核外电子组成的，它就像是有大气层的小行星。越靠近原子核，核外电子越小，风力越小，能量越低。越远离原子核，核外电子越大，风力越大，能量越高。电子云就像是地球上的台风区，一个是形成电子的区域，一个是形成台风的区域。每个电子云的正下方都有一个质子。电子云的大小和原子核内正电子、负电子的风力大小有关，也和温度高低、压力大小有关。原子也靠电子云俘获自由电子，就像台风吸引着周围的物体一样，电子云吸力的大小决定了原子对核外电子的束缚力的大小。

▏光子

光子其实是由海子形成的一个一个热云团，就像一团一团的热空气。热云团单独存在可以看成是粒子，热云团内部可以形成波，热云团连在一起也可以形成波，电磁波就是光子形成的波。热云团既可分裂，也可以合并，就像气体一样。一个光子可以分裂成两个光子，两个光子也可以合并成一个光子。

需要注意的是，实际上光子是一团一团热海子团，像一团一团热空气团一样，但人眼看不见热空气团。为了便于理解，我们通常把光子称为热海子云团。电和光的关系不是辐射和吸收的关系，而是可以相互转变的关系。电子可以变成光子，光子也可以变成电子。

科学家们发现，当一个正电子和一个负电子相撞时，可以撞成两个高能光子，这是电变光的现象。而两个高能光子相撞，则可以产生一个正电子和一个负电子，这是光变电的现象。热海子云团和冷海子空气对流可以形成小海子旋涡，而上吹小海子旋涡和下吸小海子旋涡就变成了正电子和负电子。而当激光照射真空时，光子和真空中的冷海子空气对流也可以形成小海子旋涡，从而源源不断地产生正电子和负电子。热海子云团中的上吹小海子旋涡和下吸小海子旋涡是正电子和负电子的聚集地，有时它们无法长时间存在，会消散成热海子云团，而热海子云团又变成了光子。

有时这两个电子会发生碰撞，结果可能会相互摧毁，剩下的残骸则是两个热海子云团，而热海子云团又变成了光子。比如地球上的台风就是一个很好的例子，它们会逐渐消散成云团。

当光子进入原子大气层（主要是电子云区域）时，会和原子大气层中的冷海子空气对流形成旋涡，这就是电子的形成过程。这个过程就像是原子吸收光子的过程。一旦电子成为旋涡，它很快就会消散成热云团，也就是光子，这是原子辐射光子的过程。这个过程不断重复进行，原子就会不断吸收光子、形成电子、消散电子、辐射光子。

在观测者眼中，电子会突然从一个位置上消失，然后又突然出现在另一个位置上，他们会误以为是一个电子在不同空间中跳来跳去，但实际上是因为不同位置形成的不同旋涡。这些旋涡的形成和消散是不确定性的，是概率性的。

原子核像地球的固体核心，原子大气层像地球的大气层，核外电子则像地球大气层中的台风和旋涡。因此，正确的原子模型应该是地球台风模型。人们一直觉得电子轨道很怪异，其实主要是因为对电子的认识不足造成的。如果你把电子当成旋涡的形式存在，你会发现电子轨道原本就是这样子的。

▏核外电子的命运

光子进入原子大气层（主要是电子云区域）后，核外电子一般有四种命运：一是坠入原子核，与质子结合形成中子，这被称为轨道电子俘获；二是能量低，无法逃脱原子，然后消散成光子，这被称为发光；三是能量高，可以逃脱原子，然后变成自由电子，这被称为发电；四是形成化学键，将原子结合在一起形成分子，这被称为化学反应。

在一般情况下，发光和发电通常会涉及到第二种和第三种情况。形成的电子能量低，无法逃脱原子，会发光。形成的电子能量高，可以逃脱原子，会发电。值得注意的是，光电效应的本质是光变电，是高能光子将原子内的自由电子变成自由电子，不是光撞电。材料内部的自由电子就是这样产生的。

▏电场与磁

电子是海子的旋涡态，磁是海子的流体态。电子的磁场并非由电子自旋产生，而是因为电子是个旋涡，就像龙卷风可以产生风一样。变化的电场会产生磁场，变化的磁场也会产生电场。半导体在高温时（或受到光照）可以积累自由电子，这就是为什么它导电。导体也可以积累自由电子，导电。

在电压的作用下，这两种材料中的自由电子作定向运动，就会产生电场。磁是海子的流体态，像风和水一样流动。电磁场（电场、磁场）就是海子的定向流动范围。当电子作定向运动时，风向一致，风力就会叠加，可以吹动海子定向流动，从而形成电场。而当电子作不规则运动时，风向不一致，风力就会相互抵消，无法吹动海子定向流动，所以无法形成电场。电磁场的存在可以为电子补充能量。

磁是海子的流体态，像风和水一样流动。在物质材料中，分子或原子基本单元中的电子（核外负电子、化学键电子）是旋涡。只要旋涡有风力，就可以吹动海子流动，从而形成磁场。当大量基本单元组成集团结构后，所有基本单元形成的磁场都同向整齐排列（电子风向一致），这样的集团被称为磁畴。由于电子旋涡的风向一致性，所以磁畴有方向。

磁体和非磁体的区别在于磁畴的方向是否一致。在磁体中，磁畴方向一致，意味着电子的风向一致，风力就会叠加，可以吹动海子定向流动，形成磁场。而在非磁体中，磁畴方向不一致，意味着电子的风向不一致，风力就会相互抵消，无法吹动海子定向流动。

输电本质上就是载流子（一般指电子）对电场的传输。电场再带动载流子运动，说白了就是电子定向运动吹动海子定向流动，海子定向流动再带动电子定向运动。磁场是由海子的流动产生的。因此，输电过程中电流的大小、方向和磁场强度密切相关（注意：电磁场可以给电子补充能量）。

▏超导体

水在1个标准大气压、0℃以下就会结冰。如果是60℃的热水，我们可以在不降温的情况下，加压到16500个标准大气压，这时水也能变成冰。不过想要得到冰，要么得低温，0℃以下，要么得高压，几万个标准大气压。而要得到超导体，要么需要超低温，要么需要超高压，几百万个标准大气压。

其实超导体和冰的特性很相似。海子也会结冰，所以超导体的性质和冰的性质一模一样，所以超导体是一块海子冰。然而，人类永远无法在常温常压下得到超导体，因为超导体就如同一块海子冰，海子在常温常压下是无法结冰的。

原子通过电子云俘获电子，所以电子云可以影响电子，导致电子定向运动变慢，形成电阻。原子核内也有电子，电子是旋涡，旋涡会产生风力，温度可以影响电子风力，高温风大、低温风小。在超低温环境中，原子核能量变低，核内电子风力变小，导致电子云缩小。另外，海子结冰了，这块冰是有缝隙的，电子在冰缝中运动，冰把电子和缩小后的电子云隔离开来，但电子运动不受电子云影响，所以呈现0电阻状态。由于电子的风力也无法带动原子运动，电子也无法消散成光子，所以超导体通电时不发热、不发光。

磁是海子的流体态，像风和水一样流动。电磁场是海子的定向流动范围。超导体的完全抗磁性，也就是迈斯纳效应，磁力线无法穿透超导体，这说明磁力线被超导体挡住了，就像冰挡住了水。磁力线的本质是一股一股的海子流，像一股一股的水流，能挡住水的只有冰。超导体如同一块海子冰，当温度太高时，冰会融化。因此，超导体有一个临界转变温度。

超导体如同一块海子冰，把超导体放在磁场中，就如同把冰放在水流中。如果水流太猛，冰就会融化，所以超导体有一个临界磁场强度。超导体如同一块海子冰，电子是由海子形成的旋涡。在超导体中加入电流，就如同在冰缝中注入水和水漩涡。水和水漩涡太多的话，冰就会融化，所以超导体有一个临界电流密度。

第一类超导体和第二类超导体在材料上是有明显区别的。第一类超导体是单质，而第二类超导体是合金或者化合物。这导致它们的熔化情况不同，进而影响它们在磁场中的表现。第一类超导体的熔点一样，同时熔化，无法形成贯穿的熔洞，磁无法穿透，直到完全熔化，才完全变成正常态。而第二类超导体由多种元素组成，熔点不一样。有的元素熔点低，会在一定程度上形成贯穿的熔洞。这使得磁可以通过熔洞穿透超导体直至完全穿透。此时第二类超导体被锁定在磁场中无法动弹。这就是量子锁定现象。

（图片源自网络）

作者 | 几维鸟毕业于新西兰林肯大学。对大众科普知识拥有浓厚兴趣，曾在多个科普期刊上发表过科普文章。关注事实，积极探索前沿科技。