物理科学探疑——每周一文 第三期
2001年12月6日
新原子论
志勰
[简介]静态的原子模型，采用电子在氢原子中的运动过程对原子光谱进行解释，很有希望代替现有的原子论。本文补充了原文的一些内容，在观念的描述上，进行了个别的校正。
一、传统原子论的解释途径
1913年，丹麦物理学家波尔提出量子化的行星式原子模型，并克服卢瑟福行星式模型因电子绕原子核运动时存在的加速度而不断辐射能量，从而最终导致原子中正负电荷吸引到一起。并假设电子在氢原子中只能处于一些不连续的稳定状态，只有在原子从一种稳定的状态到另一种稳定的状态时，才会存在光子的跃迁和发射。
为了与经验事实相符，波尔对这一理论作了三个假设：
第一原子稳定态的假设
第二解释原子发光的电子跃迁的假设
第三限制轨道存在条件的轨道角动量量子化条件的假设
在这一理论上，首先在原子的定态假设中就包含了在原子的尺度，电荷间的作用不遵守库仑定律的内容。另一方面，本文不是采用电子在原子中的运动过程和原子发光对应的方法，可以看作数理解释吧。
由于在对原子光谱中解释所采用的数学关系是相同的。这里不在对传统物理学中的数学描述进行重复。
二、采用物质间作用进行解释的方法
除了采用量子化的方法对氢原子中电子的行为规则进行解释之外，采用物质间作用的解释也是可以的。采用平方反比定律对原子发光规律进行解释也是行得通的。这需要在原子不发光的时候，原子核外的电子的存在状态要采用静态的解释方法，即：静态的原子模型。如图：
| 1、采用能量守恒和转化定律，利用原子势能进行解释。
氢原子光谱其波数可以用一普遍的公式来表示： 以氢原子质心为球心作半径不同倍数的不同的球面，分别1.2.3.4.5.6.......n，通过球面1上的一个电子表面和氢原子质心作一圆锥。 如果氢原子核穿过电子的作用力线在球面1上作用力线条数为1个单位，则在2.3.4.......球面上分别为 |
 |
电子从球面1运动到球面2、从球面2运动到球面3.......从球面k运动到k+1。原子核分别实际给予他们的作用数量为
、
、
......
。
电子从任意球面运动到任一球面的通用描述式为
，其中k为任意正整数，n为大于（k+1)的正整数。只要再加入一个谱线和原子势能相对应的常数R，这样我们就解释了氢原子光谱波数的普遍公式
。
这样的解释对于虽然合理的解释了谱线，但是作为原子运动的客观事实来说还是不合理的。一方面是光谱的谱线不是光子的能量，仅仅是光子的频率。采用这种对应方法来描述原子的发光现象是不合理的。
2、采用原子核和核外电子共同对外作用进行解释。
单独的采用一个电子的运动状态变化对氢原子发光谱线进行解释，不能找到数学公式和电子在原子中运动状态变化完美的对应形式。但是，采用电子和原子共同对外界的作用的模式，对于氢原子光谱进行解释，则有一种合理的模式，就是采用原子核和核外电子共同对外作用作为形成原子发光的原因。（这种解释和采用能量守恒和转化定律，利用原子势能进行解释略有不同，这种不同在于采用电子的运动状态和电子在原子中的位置，所引起的对原子外界的作用来进行解释，而不是原子核外的电场在两个球层之间所给与电子的总作用）
|
电子从以氢原子核为球心的任意球面到任一球面都有一对应的频率或波长。实际上电子在氢原子核为球心间任意两个球面间的跃迁是不现实的，氢原子中电子的运动过程在实际的应用中不能满足于在任意两个球面的跃迁或者从一个球面到另一个球面。即单独的一个谱线的跃迁。如图： 电子不受力作用时在n层面。电子不论从任意一个球面开始运动，其终运动层面必然在n。 因此它必须发射一系列的谱线。这里以赖曼系为例来说明。 电子在球面1开始受到原子核的作用力运动，在球面1时，我们可以设定初速度为零。当电子运动到球面2时，其速度为v1。电子从0到v1这一过程，是一加速的过程。 由于电子在这一过程中所作的是初速为零的匀加速运动，并且不同球面之间的距离相等，在球面1到球面2之间所经过的时间最长，电子所占据它的截面积的电的作用力线条数由1个单位到1/4个单位，因此这一谱线的强度最强。 |
 |
当电子从球面2到球面3的运动的过程中，电子所占据它的截面积的电的作用力线条数由1/4个单位到1/9个单位，其加速度开始减少，同时其运动速度由v1到v2，通过这一路程的时间减少（和1、2层面相比）。
电子从球面1到球面3的运动的过程，中间过程必然首先经历从球面1到球面2的过程，这一过程必然要发射与球面1球面2间运动过程相对应的谱线，通用公式表示为：
而后从球面2到球面3，电子的运动速度将不再是初速为零的匀加速运动，而是由v2到v3的过程。这一过程对于电子的初状态和终状态以及加速状态，在电子在所有其它层面上的运动过程中是唯一确定的，我们可以采用通用公式表示为：
它表示电子从球面2到球面3之间的加速过程。
以此类推，我们可以获得赖曼系在氢原子发光过程中所代表的确切涵义。
当电子从以氢原子核的一个球面k开始作初速为零的匀加速运动，它所发射的任意一条谱线所对应的电子发射过程，是电子由球面k到球面n的加速过程中所对应的电磁波。
这样在通用公式中，k的取值分别为1、2、3、4......k时，分别对应的谱线系为赖曼系、巴耳末系、帕邢系、布喇系......等等。
这样的解释方法所解释的不是发光的氢原子的一个谱线，而是一个谱线系。电子在氢原子核中的任一个运动过程所发射的是一个谱线系。整个谱线系不同谱线之间的谱线强度在这条谱线中是惟一的确定。有一个关系可以确定，就是谱线的强度，和电子所通过的这个强度谱线所对应的发光区域的时间成正比。
本文来自原子论，源文章在网站公布是第一手稿，没有经过任何的修改和校正。本文由于篇幅的限制，不能再详细一些。本文补充了原文的一些内容，在观念的描述上，进行了个别的校正。浏览原文请注意，原文中存在一些描述上的失误(有些地方没有说明白）。此外，由于原文中的一些观念和概念，比如电的作用力线，是全新的，需要您浏览电磁理论与原子论栏目中前四篇相关的文章。
作者电邮：zhixie@netease.com 
返回首页
<波长的倒数>，
，〈里德伯恒量，其中k为正整数，n为（k+1)开始的正整数。
、
、
......个单位。