本章首先对波粒二象性和基本粒子两个概念进行了分析讨论，然后在梳理对粒子认识沿革的基础上，提出了系统相对论的光子、电子（中微子）、质子（中子）和分子等的组织结构和场结构的模型。原子核及原子模型放在了第七章讨论，普通物体模型放在了第三章讨论。
第一节对粒子波动性质的考查。
现代物理学认为，粒子具有波粒二象性。然而，对于粒子的波粒二象性，波和粒子的解释相互不协调，粒子将其能量集中于一个小的区域内，波的能量是均匀分布在整个波前上。对于波粒二象性的困境，自量子论诞生以来，许多物理学家和哲学家都顽强地拼搏过这个问题，遗憾的是都无果而终。
虽然“粒子具有波粒二象性”已被科学界广泛接受，但这仅是一种限于当时科技和认识水平而被迫妥协的结果，许多人将它视为一个权宜之计，而不是一个终极的答案。
1.1粒子波动性的确立过程
正当波动学说在光的波粒之争中处于优势之时（参见本章3。2节），1900年普朗克提出能量量子化假说，有效地解释了完全符合于实验的普朗克黑体辐射谱辐强度公式；1905年爱因斯坦为了解释光电效应，提出“光量子”假说，这些都有效地支持了光的微粒学说。
1913年，玻尔提出电子轨道量子化，进而构建出新的原子模型。这直接导致了将局限在光范围的波粒之争扩大为物质的连续与离散之争，在随后的近两年内，玻尔理论与实验结果几乎完全吻合，然而该理论仅限于只有一个电子的原子模型，对于哪怕只有两个核外电子的普通氦原子，它都表现得无能为力。
正当玻尔理论陷入困境之时，1924年，为了解释玻尔电子轨道量子化的原因，法国物理学家德布罗意根据爱因斯坦质能方程E=mc2和量子基本方程E=hγ，导出了电子应具有的一个内禀频率：γ=mc2/h。于是，在没有任何实验证据支持的情况下，德布罗意提出：与任何一个以动量p运动的物质粒子（如电子）相联系存在一个波，其波长λ与p的关系为λ=h/p，这个波长对应的波称为该粒子的德布罗意波，又称物质波。
给出电子波动性的第一个实验是在德布罗意假设提出不久之后完成的。1926年，美国贝尔实验室的戴维逊和革末研究了镍晶体表面对电子束的反射，实验结果与德布罗意理论预言相当好地符合；1927年，G·P·汤姆孙得到了电子的衍射图案。这些都为德布罗意波的存在提供了有力的支持。1961年约森（Jonsson）完成电子的双缝实验，再一次证实了电子的波动性。
德布罗意将波粒二象性扩展到整个物质范畴。在他提出物质波以后，人们曾经对它作出过各种各样的解释。到1926年，德国物理学家玻恩提出了为大家公认的统计解释：物质波在某一地方的强度跟在该处找到它所代表的粒子的几率成正比。按照玻恩的解释，物质波是一种几率波。
然而，在2008年2月，瑞典隆德大学的一组物理团队首先拍摄到电子能量分布的视讯影像。科学家使用非常短暂的闪光，称为阿托秒脉冲，率先捕捉到电子的实际运动状况。这显然是对德布罗意波的一种否定。
1.2对杨氏双缝干涉实验的考查
杨氏双缝干涉实验被视为证明粒子具有波动性的重要证据。该实验的粒子解释详见第八章第二节，这里我们重点讨论实验存在的两个疑点：
首先，该实验要求光束必须由同一光源的同一部分发出（两个独立光源或同一光源的不同部分均不可），即光束为相干光。而相干光束的实质是相邻光子间存在周期相互作用，而使它们间存在稳定的相位关系。
图2-1光束的混合照此原理，两个光子频率相同的光源，合并成一束光后（如图2-1所示），只要强度足够（相邻光子间存在相互作用），并经过一定的行程（建立稳定的相位关系），同样可以视为一束相干光，故同样可以产生干涉条纹。显然，这与上述实验要求是相矛盾的。
其次，对于双缝与屏幕间距D改变，通常只提到D与条纹宽度变化方向相同，而未提及条纹边界清晰度方面的情况。从系统相对论的干涉原理可知，对于某一频率的光子，D只能在某个特定位置（与缝的间隔大小有关）最清晰，离开这个位置越远，明暗条纹边界越模糊。
查阅相关资料可以发现，对双缝与屏幕间距D的确给出了限制条件。给出限制条件的原因不得而知，但这个限制无疑回避了条纹边界清晰度的问题。系统相对论认为，现有的杨氏双缝干涉实验描述，是戴着“波动性”的眼镜来观察的，而将波动性无法解释的现象给“过滤”掉了，因此对杨氏双缝干涉实验的描述缺乏完整性。
再结合系统相对论给出的双缝实验的粒子解释，可以得出结论：将双缝干涉实验作为光子等粒子具有波动性的关键证据是值得商榷的。
1.3对单粒子双缝干涉实验的考查
在物理学上，单粒子的杨氏双缝干涉实验被视为粒子具有波动性的最有力证据。在该实验中，（以光子为例）入射光里只包含一个光子，在屏幕上光子将整体的为其上某个感光单元所接收。在底片上起初星星点点、继而干涉条纹渐露端倪、最终呈现出完整的干涉图样。如果交替地每次挡住其中一条缝，就可以肯定每个光子通过的是另一条缝，结果是双缝干涉条纹消失了，屏幕上显示单缝衍射图样。
对上述实验的通常推理是：干涉条纹是两束光相干叠加的结果，按经典粒子的概念，一个光子只通过双缝之一，另一个缝的存在与否，似乎对它的行踪没有影响。它打在屏幕上的概率怎么会受另一缝的制约？如果说下一个光子通过了另一条缝，前后两光子在时间上相隔甚远，干涉效应绝不可能在它们之间发生。所以，是一个光子自己和自己发生干涉，即一个光子同时通过了两条缝。
1.3.1单光子与光束在干涉机制上的矛盾
理性比较光束和单光子的双缝实验不难发现，一方面，前者要求光束必须为相干光，否则不能干涉；而后者单光子间不存在相干，也能出现干涉条纹。显然这两个实验本身就存在无法调和的矛盾。
另一方面，前者的解释是通过双缝后的不同光子间发生干涉，而后者的解释是同一个光子同时通过双缝后与自身干涉。显然，对于同一套试验装置产生的干涉条纹出现两种完全不同的干涉机制。难道自然界为我们准备了多套干涉方式，以供我们根据需要来任意选择吗？
面对两种实验事实，我们已经陷入干涉机制的困境。显然这两种干涉机制不可能都正确，要么其中之一正确，要么都不正确。基于“一个理论不能被证实只能被证伪”思想，实际上两种实验事实的存在已经将这两种干涉机制都证伪了。
1.3.2单光子双缝干涉效应的系统相对论解释
在单光子双缝实验中，实验装置的两缝间隔为微米级，如图2-2所示。由于间隔的截面尺度极小，在间隔的临界场（参见图3-13）中作无规则运动的自由电子，具有围绕间隔做圆周运动的分量。图2-2双缝的结构与场这些自由电子相互诱导运动，最终它们都围绕间隔作同向的圆周运动。这种规则的运动导致自由电子间相互耦合形成电子对和电子链，详见第六章2。3节。于是，在间隔周围形成电流磁场。
在间隔上电流磁场的诱导作用下，缝的另一侧上产生一个自由电子形成的协变电场，这两个场统称缝隙场。单光子在通过任意一条缝时，在缝隙场的作用下发生偏向运动，即物理学上的衍射。
在间隔上做圆周运动的自由电子具有一个稳定转动周期T1=nτ0（n为整数，τ0为某个时间单位），光源发出的光子也具有固定的周期T2=mτ0（m为整数），那么，光源和双缝构成的系统也存在一个周期T≤nmτ0（未考虑入射单光子的随机路径）。
如上所述，间隔时间T的两个光子受到缝隙场的作用相同，光子与缝隙场的作用共分x=T/T2≤n种情况，即光子与缝隙场的作用共有x种类型。因此通过缝后光子具有x个运动方向，形成x条亮纹。实验显示的亮纹是将两缝亮纹重叠而成，当然这需要精细调制。
当任意一个缝被挡住，间隔也就消失了，间隔上的电流磁场也就消失，缝隙场也就不存在了。当然所谓干涉条纹也就消失了，在屏幕上呈现因受缝边沿临界场影响而形成的衍射图案。
1.4对波粒二象性适用范围的考查
现代物理学认为，对于粒子的波动性和粒子性，它们的使用范围是不同的，即在讨论与物质（物体）相互作用时粒子性有效，在讨论在空间中的运动时波动性有效。
粒子在空间中的运动，既可以用海森堡基于量子化条件构建的矩阵方程表达，又可以用薛定谔基于波动性构建的波动方程表达，还可以由费恩曼用数学方法构建的遍历求和来表达。显然三种方法所反映的可归纳为一点：粒子在空间中的运动路径是一个概率事件，这是由其所处的充满各种的、状态各异的粒子形成的极其复杂的环境所决定的。
现代物理学告诉我们，不论任何物体，构成物体的分子或原子间存在着间隙，原子核与电子间也存在间隙等等。总之，一个物体就是由悬浮于空间中的各级粒子通过不同作用关系逐级构成的一个松散结构的聚合体。
一方面，根据接触的相对性原理（见第一章4。4节）可知，任何物体或粒子间的相互作用都是在一定间隙下通过场传递的（详见第三章）。也就是说，无论一个粒子与某个物体作用与否，粒子始终处于空间中。而无论物体内的空间还是物体外的空间，它们都是整个连续空间的一部分，粒子性和波动性的精确分界线应在哪个位置呢？显然，从连续空间的角度看，这个分界线并不存在。
另一方面，一个粒子与物体的相互作用，本质是与物体中的某个粒子的相互作用，只不过这个粒子处于束缚态，具有我们可以描述的位置和状态而已。如果一个粒子与束缚态粒子相互作用就表现出粒子性，而与自由态粒子相互作用时就表现出波动性。这显然是表明，一个粒子是根据与它作用的粒子的束缚态或自由态，来决定它要表现出粒子性或波动性。难道一个粒子能够识别与它作用粒子是束缚态或自由态吗？显然，粒子是不可能有意识的。
综上所述，系统相对论认为，包括光子、电子等各种粒子，它们不具有波动本性，但在特定条件下可以显示出波的某些特征。
第二节对基本粒子的考查。
2.1基本粒子的认识过程
长期以来，人们将原子视为组成物体的基本单元，认为原子是没有内部结构的点粒子，这就是化学中称它们为元素的原因。但是，随着电子的发现和卢瑟福原子模型的实验证实，人们认识到，原子是由电子与原子核组成的复杂系统。截止目前，对基本粒子的认识过程可大体分为三个阶段：
第一阶段（1897—1937年）可追溯到1897年发现第一个基本粒子——电子。1932年J。查德威克在用α粒子轰击核的实验中发现了中子，随即人们认识到原子核是由质子和中子构成的，从而形成所有物质都是由质子、中子、电子构成的统一的世界图像。质子、中子、电子和爱因斯坦提出并被密立根和康普顿等人实验证实的光子、泡利假设存在的中微子（1956年最终被实验证实），以及狄拉克预言并被C。D。安德森1932年在宇宙线中观察到的正电子，都被认为是基本粒子或亚原子粒子。
第二阶段（1937—1964）先后陆续发现了众多的粒子。1937年从宇宙线中发现μ子，后来证实它不参与强作用，它和与之相伴的μ中微子、电子及与之相伴的电子、中微子归入一类，统称为轻子。1947年发现π±；介子，1950年发现π0介子，1947年还发现奇异粒子。50年代粒子加速器和各种粒子探测器有了很大发展，从而开始了用加速器研究并大量发现基本粒子的新时期，各种粒子的反粒子被证实；发现了为数不少的寿命极短的共振态。基本粒子的大量发现，其中大部分是强子，人们怀疑这些基本粒子的基本性。人们尝试将强子进行分类，提出颇为成功的强子分类的“八重法”。
第三阶段（1964至今）以提出强子结构的夸克模型为标志。1964年M。盖耳曼和G。兹韦克在强子分类八重法的基础上分别提出强子由夸克构成，夸克共有上夸克u、下夸克d和奇异夸克s三种，它们的电荷、重子数为分数。夸克模型可以说明当时已发现的各种强子。夸克模型得到后来进行的高能电子、高能中微子对质子和中子的深度非弹性散射实验的支持，实验显示出质子和中子内部存在点状结构，这些点状结构被视为夸克存在的证据。
1974年发现J/ψ粒子，其独特性质要求必须引入一种新的粲夸克c，1979年发现另外一种独特的新粒子Υ，要求必须引入第5种夸克，称为底夸克b。另一方面，1975年发现重轻子τ，并有迹象表明存在与τ相伴的τ中微子，于是轻子共有6种。迄今的实验尚未发现轻子有内部结构。人们相信轻子是与夸克属于同一层次的粒子。轻子与夸克的对称性意味着存在第6种顶夸克t。1994年4月26日，美国费米国家实验室宣布已找到顶夸克存在的证据。
2.2粒子物理学对基本粒子的分类
在粒子物理学中，现已知的基本粒子有以下三类：
轻子电子、中微子是这类粒子的第一代粒子，后来发现了具有类似性质但质量较大的μ-子、τ-子及其对应的中微子。轻子皆有自旋S=1/2，它们都是费米子。电子、μ-子、τ-子带一个单位负电荷，它们对应的中微子都不带电。
夸克粒子20世纪下半叶的漫长研究表明，重子和介子都是由夸克粒子组成，夸克粒子也是自旋S=1/2的费米子，由夸克粒子组成的粒子系统称为强子，包括介子和重子两类。重子具有半整数自旋，如质子、中子、∑粒子等；介子具有整数自旋，如π介子、K介子等。
规范玻色子规范玻色子是粒子间相互作用的传递者。目前我们已认识的粒子间的相互作用主要有四种：万有引力、弱力、电磁力和强力，其中光子是传递电磁力的量子，传递强力的称为胶子，传递弱力的是W 、W-和Z0粒子。光子和胶子都是静止质量为零的粒子，而W 和Z0粒子却都有很大质量。所有的规范玻色子都是自旋S=1的粒子，然而在量子力学中，引力子（传递引力的假想粒子，目前仍未知是否真正存在）被定义为一个自旋为2、质量为0的玻色子。
从目前的认识水平看，轻子、夸克粒子和规范玻色子是组成一切物质的基本粒子。
2.3基本粒子的自旋量子数
1921年，德国施特恩和格拉赫在实验中将碱金属原子束经过一不均匀磁场射到屏幕上时，发现射线束分裂成两束，并向不同方向偏转。基于当时的认知，人们认为，电子除了有轨道运动外，还有自旋运动，上述现象是电子自旋磁矩顺着或逆着磁场方向取向的结果。到1925年，荷兰物理学家乌仑贝克和哥希密特提出，电子有不依赖于轨道运动的固有磁矩（即自旋磁矩）的假设。
粒子物理学认为，电子自旋量子数s=1/2，它是表征电子自旋角动量的量子数，相对于轨道角动量量子数，是电子运动状态的第四个量子数。自旋为1/2的基本粒子还包括正电子、中微子和夸克，光子是自旋为1的粒子，理论假设的引力子是自旋为2的粒子，理论假设的希格斯玻色子在基本粒子中比较特殊，它的自旋为0。
粒子物理研究表明，自旋是和空间旋转对称性相联系的；系统相对论认为，自旋就是指粒子的自转，自旋量子数是粒子场的结构对称性在其转动状态下的一种反映。
在微观环境中，粒子总是在不停地转动。如图2-3所示，自旋为1的粒子（如光子，参见图2-5），是指粒子在旋转一圈后看起来一样，即该粒子场在转动面上是360°；对称结构；自旋为1/2的粒子（如电子和质子，参见图2-8和图2-10），是指粒子在旋转1/2圈后看起来一样，即该粒子场在转动面上是180°；对称结构；自旋为0的粒子（如普通天体，参见图3-12），是指该粒子从任意角度看都一样，即该粒子是各向同性的全对称结构。
图2-3粒子转动方向通常粒子自旋量子数介于0和1之间，但对于原子、分子等大型粒子，由于自身立体结构的复杂性及所处环境的复杂性而作复杂的角运动，因此它们的自旋会出现大于1的情况，即转动超过1圈才看到相同的（场）面。在这种情况下，自旋量子数无法反映出粒子场在转动面上的结构对称性。
值得注意的是，在量子力学中，自旋为2的粒子在旋转180°；后看起来一样、自旋为1/2的粒子必须旋转2圈才会一样。这一点正好与系统相对论的描述相反，正因如此才使得自旋概念变得更加神秘。关于磁矩的讨论见下一章3.1节。
2.4基本粒子并不基本
基本粒子理论在本质上是一个发展中的理论，它在许多方面还不能令人满意，其中有两个具有哲学意义的理论问题尚待澄清，即：层次结构问题和相互作用统一问题。
在物质结构的原子层次上，可以把原子中的电子和原子核分割开来；在原子核层次上，也可以把组成原子核的质子和中子从原子核中分割出来。可是进入到“基本粒子”层次后，情况有了变化。这种变化在于强子虽然是由带“色”的层子和反层子组成的，但却不能把层子或反层子从强子中分割出来。这种现象被称为“色”禁闭。于是，在“基本粒子”层次，物质可分的概念增添了新的内容。可分并不等于可分割，强子以层子和反层子作为组分，但却不能从强子中分割出层子和反层子。对于“色”禁闭现象的原因，至今还未能从理论上找到明确答案。
20世纪80年代已知的层子、反层子已达36种，轻子、反轻子已达12种，再加上作为力的传递者的规范场粒子以及希格斯粒子，总数已很多，这就使人们去设想这些粒子的结构。物理学家们对此已经给出许多理论模型，但各模型之间差别很大，近期内还很难由实验验证和判断究竟哪个模型正确。
从第一章2.1.3节可知，现代物理学所定义的基本粒子并不基本，真正的基本粒子是系统相对论定义的“cn粒子”。更多讨论详见后续章节。
第三节光子模型。
3.1光的早期认识
远古时期的人类认为，眼睛看见东西是从眼睛发出某种触须去触及物体，也就是说光是从眼睛发出的。大约公元前6世纪，泰勒斯、毕达哥拉斯等古希腊的哲学家们大都理性地探讨过光的性质和光的传播，当时已经有人提出月亮因反射太阳的光线而发光。似乎是亚里士多德首先对眼睛向物体发出视线的说法产生质疑，并提出了一种一直影响到17世纪的光的理论。
13世纪前后，担任过林肯郡主教的牛津大学首任校长格罗斯代特写过一部《论光》，他把奥古斯丁的光照说以及当时的数学和光学知识，揉合成独特的“形而上光学”。他认为，上帝最初创造的形式就是光；光瞬间充满整个世界，给一切有形的事物赋予外观；光按本性，其扩展是无限的；光源之扩展形成了宇宙的边界；射向宇宙的光先收敛于太阳，依次生成九大天体，然后再产生出火、气、水和土，最后才是宇宙的中心——地球。
事实上，关于光的认识，真正实现向近代科学转变的，是达·；芬奇、哥白尼、伽利略、笛卡尔及其后继者的工作。笛卡尔运用他的坐标几何学从事光学研究，第一次对折射定律提出了理论上的推证；他认为光是压力在“以太”中的传播。
关于光的本性问题，笛卡尔在《折光学》中提出两种假说。一种假说认为，光是类似于微粒的一种物质；另一种假说认为，光是一种以“以太”为媒质的压力。笛卡尔的这两种假说，为后来的微粒说和波动说的大争论埋下了伏笔。
3.2光的波粒大争论
17世纪初，随着几何光学的发展，物理光学的研究也开始起步。在人们对物理光学的研究过程中，光的本性问题成为焦点。
3.2.1光的波动说和微粒说的第一次交锋
1655年，意大利数学教授格里马第通过小孔衍射和干涉实验得出结论：光可能是一种能够做波浪式运动的流体，光的不同颜色可能是波动频率不同的结果。格里马第首先提出了“光的衍射”的概念，成为光的波动学说最早的倡导者。大约1663年，英国科学家波义耳通过观察肥皂泡和玻璃球中的彩色条纹，认为物体的颜色可能不是物体本身的性质，而是光照在物体上产生的效果。随后英国物理学家胡克重复了格里马第和波义耳的实验，提出了“光是以太的一种纵向波”的假说。据此胡克认为，光的颜色是由其波动频率决定的。
1666年，牛顿通过著名的三棱镜色散实验，发现了白光是由各种不同颜色的光组成的。为了验证这个发现，牛顿设法把几种不同的单色光合成白光，并且计算出不同颜色光的折射率，精确地说明了色散现象，揭开了物体的颜色之谜，原来物体的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。后来，牛顿还观察到著名的“牛顿环”等光学现象。在牛顿的论文《关于光和颜色的理论》中，他提出了光的“微粒说”，认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运动路径；光的复合和分解就像不同颜色的微粒混合在一起又被分开一样。在这篇论文里他用微粒学说阐述了光的颜色理论。
关于光的波动说和微粒说的第一次交锋，由“光的颜色”拉开了序幕，此后胡克与牛顿之间展开了漫长而激烈的争论。由于当时牛顿和胡克都没有形成完整的理论，因此波动说和微粒说之间的论战并没有全面展开。
3.2.2光的波动说和微粒说的第二次交锋
荷兰著名物理学家惠更斯继承并完善了胡克的观点。他仔细研究了牛顿和格里马第的实验，认为其中有很多现象都是微粒说所无法解释的。惠更斯认为：光是一种机械波；光波是一种靠“以太”载体来传播的纵波；波面上的各点本身就是引起媒质振动的波源。根据这一理论，惠更斯证明了光的反射和折射定律，也比较好地解释了光的衍射、双折射和“牛顿环”现象。在1678年提交法国皇家科学院的《光论》中，惠更斯系统地阐述了光的波动理论，同年他公开发表了反对微粒说的演说。
就在惠更斯积极地宣传波动说的同时，牛顿的微粒说也逐渐的建立起来。在牛顿修订后的《光学》中，提出了两点反驳惠更斯的理由：第一，光如果是一种波，它应该同声波一样可以绕过障碍物、不会产生影子；第二，冰洲石的双折射现象说明光在不同的边上有不同的性质，波动说无法解释其原因。与此同时，牛顿把他的物质微粒观推广到整个自然界，并与他的质点力学体系融为一体，为微粒说找到了坚强的后盾。
随着惠更斯和胡克的相继去世，波动说一方已无人应战。此时牛顿已成为无人能及的一代科学巨匠，人们对他的理论顶礼膜拜，重复他的实验，并坚信他的结论。整个18世纪，几乎无人向微粒说挑战，也很少再有人对光的本性作进一步的研究。
3.2.3光的波动说和微粒说的第三次交锋
18世纪末，受哲学领域的思想革命或启蒙运动的影响，英国著名物理学家托马斯·；杨开始对牛顿的光学理论产生怀疑。根据一些实验事实，他认为光是在“以太”流中传播的弹性振动，并以纵波形式传播。从此波动说终于重新活跃起来。1801年，托马斯·；杨进行了著名的杨氏双缝干涉实验，证明了光的干涉现象，从而证明了光是一种波，并首次提出了光的干涉的概念和光的干涉定律。
1807年，托马斯·；杨把他的实验和理论编入了《自然哲学讲义》，由于在理论上认为光是一种纵波，所以遇到很多麻烦。虽然托马斯·；杨的理论没有得到足够的重视，但却激起了牛顿微粒学派对光学研究的兴趣。1808年，拉普拉斯用微粒说分析了光的双折射现象，批驳托马斯·；杨的波动说。1809年马吕斯发现光的偏振现象，1811年布吕斯特发现了光的偏振定律。由于纵波不可能发生这样的偏振，光的偏振现象和偏振定律的发现，使当时光的波动说陷入困境。
面对这个情况，托马斯·；杨再次深入研究，1817年他放弃光是一种纵波的说法，提出了光是一种横波的假说，从而比较成功地解释了光的偏振现象。1819年，菲涅耳完成双面镜干涉实验，再次证明了光的波动说。之后，夫琅禾费首次用光栅研究了光的衍射，德国另一位物理学家施维尔德根据新的光波学说，对光栅衍射现象成功解释。至此，新的波动说牢固地建立起来，微粒说开始转入劣势。
3.2.4光的波动说和微粒说的第四次交锋
1887年，德国物理学家赫兹发现光电效应，1905年爱因斯坦给出光电效应的粒子解释；1923年，康普顿散射实验进一步证实了光子的粒子性。至此，一方面，光的粒子证据和波动证据一起呈现在人们的面前，另一方面，基于量子化条件构建的海森堡矩阵方程和基于波动性构建的薛定谔波动方程被证明是等价的。
于是，人们被迫得到这样不愉快的结论：光既不是经典的粒子又不是经典的波；它既有粒子性又有波动性。光以经典的波动方式传播，又以粒子方式和物质相互作用。这就是光的“波粒二象性”。
至此，历时近300年的“波粒之争”终于落下帷幕。然而这并没有给人们带来多少胜利的喜悦，相反，许多人意识到，我们所作的实验仅仅是表现出粒子或波的特征，将光分类成粒子或波的失败，实际上是我们用经典语言描述比粒子或波更加深奥的现象的失败。
3.3光子存在结构的启示
自1905年爱因斯坦提出光量子概念，直到1926年才被广泛接受，并正式命名为光子（photon）。photon源于希腊文，指的是辐射能量的最小单位，其不能被创生也不能被消灭。
尽管在粒子物理学中光子被定义为一种基本粒子，然而，还是有人提出了光子的假想模型。其中一种假想模型是：如图2-4a所示，光子是由同样大小的正电粒子和负电粒子所组成，正电粒子中心与负电粒子中心的距离为光子的半径，正电粒子的质量（动质量）等于负电粒子的质量。光子是以光速运动的旋转的电偶极子，旋转轴的方向与光的运动方向垂直。
另外，也有人基于光的波动性，提出了如图2-4b所示的光波模型。显然，上述两种光的模型与许多实验事实相矛盾，是错误的，可以看出这些模型的构建受到了正负电概念的深刻影响。从系统相对论的视角观察光的一些特性，可以窥见光子存在结构的信息。
图2-4光的假想模型光子的频率根据我们在宏观上获得的经验，将频率视为光子的转动频率是一个容易理解的方案。然而，对于各向同性（即没有极性）的粒子，我们是无法探测它的转动频率的，因此光子频率的存在，意味着光子是非各向同性的，即光子是有极性的。而极性又意味着结构的存在，因此光子的频率给出了光子存在结构的暗示。
光子的自旋光子的自旋量子数为1，从本章2.4节可知，光子每转动1圈我们才看到相同的面，即在转动方向上光子是360度对称结构。如果将光子理解为一个条形磁铁，这个磁铁水平放置且在水平面内转动，那么这个磁铁转动360°；时我们看到的将是同一个磁极。因此，从光子的自旋量子数，我们获得光子可能存在两个极的信息。
普朗克的“能量子”黑体辐射理论中，在电磁辐射低频极限上，瑞利-琼斯分布公式与实验结果很好地符合，但在高频极限却导致紫外发散，即黑体辐射能量密度趋于无穷大，史称“紫外灾难”，这与试验结果存在明显矛盾。后来，普朗克从适用于高频的维恩位移定律和适用于低频的瑞利-琼斯分布公式，拟合出了普朗克黑体辐射公式，该公式完全符合实验。为了给出公式的解释，普朗克假设光子的能量取离散值，即能量量子化，进而提出“能量子”的概念。光子的能量E是能量子ε0的整数倍，即E=nε0。也就是说，光子是由若干能量子构成的，光子所含能量子的数量越多，光子的能量就越高。因此普朗克的能量子概念给出了光子是由更基本的粒子构成的启示。
3.4光子的管状体模型
根据上文提供光子存在结构的信息，系统相对论构建的光子模型如下：
光子是由若干“cn粒子”通过叠加方式凝聚成的管状粒子，“cn粒子”是构成光子的基本单元。光子中的“cn粒子”按极性同向排列，“cn粒子”间的耦合涡环（场环）如同一条条绳索将它们紧紧捆在一起。光子是轴对称结构，如图2-5a所示。
光子的场结构如图2-5b所示，光子的场是由内场、临界场和外场组成的三层结构。光子中，各“cn粒子”独立涡环的包络线围成的区域称作光子的内场，又称光子的本体。在内场外侧，部分“cn粒子”间耦合涡环的包络圆围成的区域，称作光子的临界场；其它光子或粒子很难到达临界场内，因此这个包络球又称作光子的粒子体，简称光子体；相应地，将这个临界场的外边界称作光子的表面，临界场的半径r0称作光子的半径。在光子体的外部，弥散着所有“cn粒子”共同的耦合涡环，称作光子的外场，简称光子场。
图2-5光子的结构与场与“cn粒子”一样，光子也如同一个微小的磁体，它的场是具有一个阳极N和一个阴极S的极性场，又称双极场。光子的双极场与物理学中的电偶极子和磁偶极子的概念有相通之处。
依据上述光子模型，我们可以更好地理解光子的横波、偏振、频率等各种特性，以及对普朗克黑体辐射公式、光电效应、康普顿散射实验、电磁波等作出更合理的解释。具体讨论见相关章节。
第四节电子模型。
4.1电子的发现
关于电荷不是无限可分的，而是以离散的单位存在的第一个实验证据是法拉第得到的。法拉第于1833年发现电解定律，即当电流通过导电的化合物溶液时，在一定时间内电极上释放出来的物质质量，与电量成正比、与物质的化学价成反比。对此法拉第认为，在电解过程中导电溶液的原子或原子团都携带一定的电荷，带电的原子或原子团称为离子；电解时，正离子朝阴极运动，负离子朝阳极运动；在电极上，正负离子转变成中性原子（或根）被释放出来，或参与第二次反应。
电解定律暗示存在电荷的基本单位，正如亥姆霍兹所指出的那样：“如果我们假说化学元素原子是存在的，就不得不得出这样的一个推理，电荷无论正负都是由基本电荷组成的，基本电荷的行为类似于电的原子”。然而，在法拉第试验的年代，电荷以离散的单元而存在的概念，似乎与来自其他的电学现象（如金属导电实验中显示出电流的连续性）不完全符合。因此，法拉第等都只是勉强地接受这个概念。事实上，电荷的“自然单位”存在的假设，只是到1874年才由斯托里提出。
对电荷本质具有决定意义的是关于气体导电的研究。随着“盖斯勒真空管”的发明，于1859年开始真空放电研究，对于阴极管壁上产生的辉光，认为是阴极上所产生的某种射线射到玻璃上引起的，称之为“阴极射线”。对于“阴极射线”的本质，存在“带负电的粒子流”和“电磁波”两种观点，后来的实验不断否定“电磁波”的看法，特别是伦琴于1895年发现了X射线，为揭示阴极射线的粒子性提供了一定的证据。
对电子发现作出重大贡献的是英国物理学家J。J。汤姆孙。他首先通过实验发现了阴极射线不仅可被磁场偏转，也能被电场偏转，从而断定这是一种带负电的粒子；其次，他测定了这种荷电粒子的荷质比，其值比氢离子荷质比大1000多倍；他还发现，阴极射线的荷质比与放电管中的气体和电极材料均无关。由此，汤姆孙于1897年4月在英国皇家学院的一次讨论会上宣布：阴极射线是一种带负电的粒子。后来，人们普遍采用斯托里对阴极射线的称呼“电子”。
在确定电子的荷质比之后，汤姆孙和他的学生试图直接精确测量电子的电荷，结果却失败了。1909年，美国物理学家密立根通过油滴实验，精确测定了电子的电荷。
4.2电子存在结构的启示
图2-6电子的小球模型在电磁理论中，电子是一种带负电荷的稳定的基本粒子，通常将电子视为一个电荷均匀分布的带电小球，并由此得到电子的经典半径Re≈2.8×10-15m（现代物理学研究表明，电子半径小于10-18m）。如图2-6所示（正电子是圆内的正负号反向，圆外不变），在这个经典的电子小球模型中没有给质量留下位置，而且对1/2的自旋也无法给出合理解释，显然这个模型过于粗糙。从系统相对论的视角观察电子的一些特性，可以窥见电子存在结构的信息。
图2-7电子的磁体模型电子的自旋电子的自旋量子数为1/2，从本章2.3节可知，电子每转动1/2圈我们就看到相同的面，即在转动方向上电子是180°；对称结构。如果将电子的磁矩和宏观磁体的性质联系起来，电子可以理解为4个三角条形磁铁的组合体，如图2-7所示。那么，这个磁铁组合体转动180°；时我们看到的将是相同磁极方向的另一个条形磁铁。因此，从电子的自旋量子数，我们获得电子可能存在4个极的信息。
电子的电荷和质量电子所带电荷约为-1.6×10-19库仑，质量为9.10×10-31kg（0.51MeV/c2）。电荷和质量本质上表征库伦力和万有引力的计量方式，这两种不同性质的力反映出电子具有两种不同性质的场。由此可知，电子同时具有两种不同性质的场。
4.3电子的长方体模型
根据上文提供电子存在结构的信息，系统相对论构建的电子模型如下：
电子是由若干光子凝聚成的近长方体的稳态粒子，如图2-8a所示。电子中的光子是对称的菱形排列，相邻光子的极性相反，它们间的耦合涡环（场环）如同一条条绳索将它们紧紧捆绑在一起，光子的层数是2的倍数，如图2-8b所示。
和光子一样，电子的场从内到外分为内场、临界场和外场的3层结构，如图2-8c所示。电子中，光子的独立场线（是指未与相邻光子耦合的场线，图2-8中未示出，请参见图2-5）的包络线围成的区域称作电子的内场，该区域又称电子的本体。
在电子内场外侧，场强衰减步长（见第三章2。1节）从光子间距逐步增大、最终达到一个常数r0时，半径r0围成的区域称作电子的临界场（关于临界场的详细讨论见下一章6.3节），其他粒子很难到达临界场内，因此这个球体又称作电子的粒子体，简称电子体；相应地，将这个临界场的外边界称作电子的表面，临界场的半径r0称作电子的半径。
在电子体的外部，场强衰减步长为常数r0，这个区域称作电子的外场，简称电子场。如图2-8c所示，电子场由中性场和极性场两部分构成。
图2-8电子结构与场的示意图值得一提的是，上述电子体与电磁理论中电子的小球模型是相对应的，所不同的是，电子场由中性场和极性场两部分构成，这为电子的电荷和质量的来源提供了解释。相关电子的更多讨论见第六章。
4.4电子场的结构
如图2-8c所示，电子场在两个端面上属中性场；在4个侧面上的场是极性场，且相对两侧面极性方向相同，相邻两侧面极性方向相反。从电子场的结构，我们可以推导出电子的一些性质。
电子的4个侧面如同4个条形磁铁，从每个端面看都是相对两侧面极性相同，相邻两侧面极性相反，因此电子场具有8个极点、4个极性面，称之为四极场。质子场也属四极场，因此电子和质子一样，也具有电四极矩性质。
电子的四极场与电动力学上电四极子和磁四极子的概念有相通之处，但它们的物理内涵存在本质不同。关于电子的更多讨论见第六章。
另外，根据现代物理学研究的结果：中微子自旋为1/2，质量非常轻(小于电子的百万分之一)。据此系统相对论认为，中微子与电子结构类似，是由较小光子聚合而成的近长方体，但所含光子的层数和尺寸远小于电子。因此，中微子与电子属同一类型的粒子，它具有与电子类似的特性。
第五节质子和中子模型。
5.1质子和中子的发现
质子是1919年卢瑟福任卡文迪许实验室主任时，用α粒子轰击氮原子核后射出的粒子，命名为proton，这个单词是由希腊文中的“第一”演化而来的。卢瑟福被公认为质子的发现人。
1918年，卢瑟福在使用α粒子轰击氮气时，他注意到闪烁探测器记录到氢核的迹象。卢瑟福认识到这些氢核唯一可能的来源是氮原子，因此氮原子必须含有氢核。他因此建议原子序数为1的氢原子核是一个基本粒子。在此之前，尤金·；戈尔德斯坦就已经注意到阳极射线是由正离子组成的，但他没有能够分析这些离子的成分。卢瑟福发现质子以后，又预言了不带电的中子的存在。
1921—1924年，B。查德威克协助卢瑟福做了大量从硼到钾的粒子轰击试验。当时，人们正在研究金属钾在α粒子轰击下产生的贯穿性极强的次级辐射，以为这是一种硬γ射线。例如约里奥－居里夫妇用次级辐射去轰击石蜡，打出的竟是能量约为5MeV的质子。
按照康普顿散射公式计算，入射的次级辐射流（他们以为是γ光子）能量至少要有50MeV。查德威克打破了前人的思路，根据卢瑟福1920年提出的原子中可能存在中性粒子的假设，轻易地解释了约里奥－居里的实验，即次级辐射是能量为5MeV的中子。他还把实验的轰击对象由石蜡推广到氢、氦、氮、氧等气体，并计算出从这些气体打出的反冲核的能量，与实验数据符合得很好。1932年，查德威克在《皇家学会学报》上发表了以《中子的存在》为题的论文。
5.2质子和中子的夸克模型
1964年，美国科学家盖尔曼提出了关于强子结构的夸克模型。强子是粒子分类系统的一个概念，质子、中子都属于强子这一类。现代粒子物理学认为，夸克共有6种，分别称为上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克，它们组成了所有的强子，夸克是一种费米子，即自旋为1/2。
一个质子由2个上夸克和1个下夸克组成（如图2-9所示），一个中子由2个下夸克和1个上夸克组成。上夸克带 2/3e电荷，下夸克带-1/3e电荷，上、下夸克的质量略微不同。中子的质量比质子的质量略大一点，过去认为可能是由于中子、质子的带电量不同造成的，根据夸克模型，这应归于下夸克质量比上夸克质量略大一点。
图2-9质子夸克模型虽然夸克模型当时取得了许多成功，但也遇到了一些麻烦，如重子的夸克结构理论认为，象Ω-和Δ 这样的重子可以由3个相同夸克组成，且都处于基态，自旋方向相同，这种在同一能级上存在有3个全同粒子的现象是违反泡利不相容原理的。泡利不相容原理说的是两个费米子是不能处于相同的状态中的。夸克的自旋为半整数，是费米子，当然是不能违反泡利原理的。
在1964年，格林伯格通过引入夸克具有“红”、“绿”、“蓝”三种不同的“颜色”的概念，解决了上述问题。当然这里的“颜色”并不是视觉感受到的颜色，它是夸克一种新的自由度的代名词，与电子带电荷相类似，夸克带颜色荷。
这样一来，每味夸克就有3种颜色，夸克的种类一下子由原来的6种扩展到18种，再加上它们的反粒子，那么自然界一共有36种夸克，它们和轻子、规范粒子一起组成了世界。
夸克具有颜色自由度的理论得到了不少实验的支持，在70年代发展成为强相互作用的重要理论——量子色动力学。
系统相对论认为，量子理论的标准模型是错误的（详见后续相关章节）；夸克理论具有很深的正负电概念的烙印，而正负电的概念并不适用于微观环境（参见第六章第一节），而且因“色”禁闭我们也不能看到独立的夸克存在，因此夸克理论只是停留在理论层面上的一种假说而已，故上述质子的夸克模型也是值得商榷的。
5.3质子的正14面体模型
系统相对论的质子模型是在分析总结原子、原子核的大量实验数据的基础上构建出来的。系统相对论认为，质子是由不同长度的光子凝聚成的近正14面的4面-6面体的稳态粒子。在质子中，光子排列方式与电子的相同，但光子的层数是4的倍数。
如图2-10所示，质子的表面由8个相等的正六边形和6个相等的正方形组成。其中前后两个正方形构成了质子的两个端面，剩余正方形构成质子的4个侧面；在质子的前后两端各有4个正六边形的斜面。与电子相比，质子更接近于一个球体。
图2-10质子结构与场的示意图从质子的一端看，质子是一个八边形，如图2-10b所示。4个侧面上的场线分布，随侧面上光子极向的相间分布，而呈现出正、反向场线相间分布的特征。这种场不同于场线同向的极性场，也不同于质子端面上的中性场，系统相对论称之为极化场。质子的极化场是若干正反向的极性场相间分布而形成的混合极性场，因此其本质属极性场。
在质子前后斜面的边界上是一个弱极性场，这是因为边界上的光子非常小导致的。一般地，质子的弱极性场位于临界场中，不参与跟外界的相互作用。与弱极性场相比，侧面上的极性场要强得多，它参与跟外界的相互作用，并呈现为质子的正电荷性质和四极矩性质。
在端面和斜面上是中性场，端面上的中性场最强，斜面上的场强从内到外逐渐减弱。从图中可以看出，中性场占据了质子表面的绝大部分，因此质子的场是以中性场为主的、由中性场和极性场构成的复合场。
5.4中子的复合粒子模型
高能电子、μ子或中微子轰击中子的散射实验显示，中子内部的电荷和磁矩有一定的分布，说明中子不是点粒子，而具有一定的内部结构。如图2-11a所示（另见彩图2），电子一端的中性场与质子一端的中性场相互耦合而形成的复合粒子，称为中子。
图2-11中子内电子与质子的极性场线耦合原理示意图如图2-11a所示（质子斜面上的中性场未画出），一方面，电子与质子端面上的中性场线相互耦合；另一方面，电子与质子间的极性场线也相互耦合。
从图2-11b可以看出，电子一半侧面的极性场线与质子一半侧面上的同极向光子的极性场线间相互耦合，这些耦合场线如2-11a所示，向中子体内进一步收缩、聚集。于是，质子侧面中线对称两侧的未与电子耦合的正反向的极性场线，向中线偏移、相遇而导致耦合，如彩图2b中红线所示（红色实线表示在前端耦合的场线，红色虚线表示在后端耦合的场线）。
根据第三章第六节可知，极性场线耦合具有收敛性，中性场线耦合具有延展性，因此，中子较质子的极性涡通量敛聚于更小的半径内。这就是我们所观测到的宏观环境中“中子不带电”的原因。但在微观环境中，中子仍呈现出电性和磁矩性质。
根据原子核的梭状模型（详见第七章第一节）可知，原子核表面附着的电子与质子共同构成了中子，这就是人们将中子视为核子的原因，当然作为核子的中子只能位于核表面。
第六节分子模型。
6.1分子概念的发展
最早提出比较确切的分子概念的化学家是意大利阿伏伽德罗，他于1811年发表了分子学说，认为：“原子是参加化学反应的最小质点，分子则是在游离状态下单质或化合物能够独立存在的最小质点。分子是由原子组成（构成）的，单质分子由相同元素的原子组成（构成），化合物分子由不同元素的原子组成（构成）。在化学变化中，不同物质的分子中各种原子进行重新结合。”
自从阿伏伽德罗提出分子概念以后，在很长的一段时间里，化学家都把分子看成比原子稍大一点的微粒。1920年，德国化学家施陶丁格开始对这种小分子一统天下的观点产生怀疑，他的根据是：利用渗透压法测得的橡胶的分子量可以高达10万左右。他在论文中提出了大分子（高分子）的概念，指出天然橡胶不是一种小分子的缔合体，而是具有共价键结构的长链大分子。高分子还具有它本身的特点，例如高分子不像小分子那样有确定不变的分子量，它所采用的是平均分子量。
随着分子概念的发展，化学家对于无机分子的了解也逐步深入，例如氯化钠是以钠离子和氯离子以离子键互相连接起来的一种无限结构，很难确切地指出它的分子中含有多少个钠离子和氯离子，也无法确定其分子量，这种结构还包括金刚石、石墨、石棉、云母等分子。
在研究短寿命分子的方法出现以后，例如用微微秒光谱学研究方法，测得甲基（CH3·；）的寿命为10-13秒，不但寿命短，而且很活泼，其原因是甲基的价键是不饱和的，具有单数电子的结构。这种粒子还有CH·；、CN·；、HO，它们统称为自由基，仅具有一定程度的稳定性，很容易发生化学反应，由此可见自由基也具有分子的特征，所以把自由基归入分子的范畴。还有一种分子在基态时不稳定，但在激发态时却是稳定的，这种分子被称为准分子。
从分子水平上研究各种自然现象的科学称为分子科学，例如动物学、遗传学、植物学、生理学等。由分子的性能和结构设计出具有给定性能的分子，就是所谓分子设计。在化学变化中，分子会改变，而原子不会改变。
6.2分子结构
分子结构或称分子立体结构、分子形状、分子几何，它建立在光谱学数据之上，用以描述分子中原子的三维排列方式。分子结构在很大程度上影响了化学物质的反应性、极性、相态、颜色、磁性和生物活性。
分子结构一般在接近绝对零度的温度下测定，因为随着温度升高，分子转动也增加。量子力学和半实验的分子模拟计算可以得出分子形状，固态分子的结构也可通过X射线晶体学测定。体积较大的分子通常以多个稳定的构象存在，势能面中这些构象之间的能垒较高。
分子结构涉及原子在空间中的位置，与键结的化学键种类有关，包括键长、键角以及相邻三个键之间的二面角。图2-12水分子结构。
原子在分子中的成键情形与空间排列对物质的物理与化学性质有决定性的影响。最简单的分子是氢分子，1克氢气包含1023个以上的氢分子。一个水分子中2个氢原子都连接到一个中心氧原子上，所成键角是104。5°；，如图2-12所示。分子中原子的空间关系不是固定的，除了分子本身在气体和液体中的平动外，分子结构中的各部分也都处于连续的运动中。因此分子结构与温度有关。分子所处的状态（固态、液态、气态、溶解在溶液中或吸附在表面上）不同，分子的精确尺寸也不同。
因尚无真正适用的分子结构理论，复杂分子的细致结构不能预言，只能从实验测得。量子力学认为，原子中的轨道电子具有波动性，用数学方法处理电子驻波（原子轨道）就能确定原子间或原子团间键的形成方式。原子中的电子轨道在空间重叠愈多，形成的键愈稳定。量子力学方法是建立在实验数据和近似的数学运算（由高速电子计算机进行运算）相结合的基础上的，对简单的体系才是精确的，例如对水分子形状的预言。
另一种理论是把分子看成一个静电平衡体系：电子和原子核的引力倾向于最大，电子间的斥力倾向于最小，各原子核和相邻原子中电子的引力也是很重要的。为了使负电中心的斥力减至最小，体系尽可能对称的排列，所以当体系有2个电子对时，它们呈线型排列（180°）；有3个电子对时呈三角平面排列，键角120°；。
6.3系统相对论的分子模型
分子是两个或多个原子的原子核相互耦合而连接在一起的、有一定几何结构的集合体。下面以水分子和石墨晶体为例进行讨论。
6.3.1水分子模型
以水分子为例，如图2-13所示（另见彩图3），两个氢原子核附着在氧原子核一端的两个斜面上，形成120度夹角的几何结构。图中所示为氧16原子核，在图2-13b下侧的质子两侧加一个或两个中子，即为氧17或氧18。
氢原子核与氧原子核间的相互作用包括两部分，一个是两核相接触侧面上中性场间的耦合作用力，这个力类似强相互作用，系统相对论称之为亚核力；另一个是两核极性场间的耦合作用力（参见图2-11a），这个力类似化学上的共价键，但共价电子对这个力并没有贡献，相反，共价电子是在这个耦合场中运动。
可见，水分子中原子间的作用力是由核间的中性耦合力和极性耦合力两部分构成，将这种复合作用简单归于化学键是不正确的。
另外，由于水分子中两氢原子核间也存在极性耦合作用力（位于两氢原子核相对的侧面间，图2-13中未画出），而使它们间的夹角减小，这就是测量键角为104.5°；的原因。
图2-13水分子的核结构示意图6.3.2石墨晶体结构模型。
现代化学认为，石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。属六方晶系，具有完整的层状解理。解理面之间以分子键为主，对分子吸引力较弱。在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以3个共价键与另外3个原子相连。6个碳原子在同一个平面上形成了六边形的环，伸展成片层结构，这里C-C键的键长皆为142pm，这正好属于原子晶体的键长范围，因此对于同一层来说，它是原子晶体。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互重叠。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体特征。因此也归类于金属晶体。石墨与金刚石都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。
常见的石墨晶体结构图都将碳原子作为点粒子看待，使得石墨的一些特性不容易直观理解。根据系统相对论的碳原子模型，绘制石墨晶体结构如图2-14所示（另见彩图4）。图中的碳原子核为碳12，它呈对称平面结构；如果在碳12的结构中心增加一个中子，就成为碳13。
图2-14石墨晶体结构模型从上图可以看出，6个碳原子通过亚核力形成六边形结构，这种亚核力包括核间质子端面间的作用和核间质子斜面间的作用两种类型。系统相对论推测，核间质子端面间的作用建立之前，它们端部的电子会自动脱落而成为游离态电子。核间质子斜面间的作用建立后，其中一个2p轨道被占用，该轨道上的束缚电子也成为游离态电子。正是大量游离电子的存在，使得石墨具有良好的导电性和导热性。
相邻解理面间不存在上述核间直接相互作用，它们间的作用主要是中性场间的引力作用。这个引力作用较上述亚核力要弱得多，因此石墨晶体在层与层之间比较容易分离。
