物理科学探疑-物理新战线-电的作用与氢原子结构
电的作用与氢原子结构
志勰
简介：本文探讨了量子方法的哲学数学问题，库仑定律在原子领域不能成立，在光谱和原子的结构上建立了一种新原子模型——静态的力学原子模型，提出了一种新的原子场。探讨了传统的量子论原子模型的不合理性问题。原子核活动的γ射线来自于原子场和电子α粒子的作用，并在此基础上提出了一种对原子模型检验的方法。
一、引言
在我们深入到物质微观结构的原子层次之后，宏观上的物体都会发现是由原子核和核外电子所构成的世界。物质的微观结构完全呈现为带正电的原子核和带负电的电子，而这两种粒子所携带的电场则是性质完全相反的。依据静电学中的库仑定律，相反电荷两种带电粒子其库仑力作用的结果，必然是这些微观粒子由于相互吸引最终会聚集到一起。微观物质的结构并不支持原子核和电子由于库仑力的吸引紧紧聚集在一起。1911年卢瑟福根据1910年α粒子轰击金属箔的散射实验规律提出卢瑟福原子结构行星模型：原子绝大部分质量和全部的正电荷集中在原子的中心（原子核），原子绝大部分体积是空的，电子在这些空间里绕核运动。其中原子核半径小于10-14m。原子大小半径为10-10m。原子核的核电荷数等于电子的个数。
建立在经典电磁理论基础上的卢瑟福的原子模型，电子是否绕核运动并没有直接的实验证据，而是根据静电场的库仑定律常识推理得到。在天体的运行中，行星都是围绕吸引它的恒星来做圆周运动抵抗恒星的引力。但是电子和行星毕竟是不同的，电子和原子核之间的电作用引力相对于质量而言异常强大，其电子的电作用力和自身重力的比值是天文数字倍，这点和天体是完全不同。电子绕核运动来抵抗掉原子核的引力，电子的运行速度必须足够的快，高速绕核运动的电子处于连续加速状态，因此常理推断中必然要不停的辐射掉能量，其结果必然是沿着螺旋线轨道趋近原子核，并最终落在原子核上。
1913年，玻尔发表了他的氢原子结构论文，把卢瑟福的行星轨道模型、普朗克的能量子hv概念、爱因斯坦的光子概念引入到最简单的氢原子系统，提出原子模型量子化的假设：
1、稳定态假设：氢原子存在一系列的不连续稳定状态，这些稳定状态的具有一定的能量E1、E2、E3、...Em 处于这些稳定态中运行的电子具有向心加速度，不辐射能量。
2、跃迁假设： 只有当原子从能量为 Em的稳定态过渡到En的稳定态时，辐射才会发生，这个过程叫做辐射跃迁。它发出单色辐射，其关系为hv=Em-En决定。吸收光子，则发生相反的过程。
3、轨道角动量量子化假设：原子中电子处于稳定态时，电子绕核做圆周运动的轨道角动量L只能取h/2π的整数倍，即L==nh/（2π），其中n为不为零的正整数，只能取n=1，2，3...等正整数，称为量子数。
通过如上的三个假设确立了一种氢原子模型，建立了量子化求解的模式。但是核外电子仍然建立在绕核旋转的行星模式基础上。同时与引入定态假设和量子化的条件相矛盾。矛盾之一是行星模式是实体模式，带电粒子之间必然存在相互作用。稳定态假设和量子化条件则是完全忽略掉粒子之间的实体相互作用。如果我们采用静电学的库仑定律来计算原子中各个粒子间的作用，那么在行星模型假设的基础上计算定态假设和量子化条件的两点假设在客观实在性的基础上都是不可能存在的。①另一点需要说明的是，玻尔原子模型进行了两种量子化，一种是引入普朗克量子化，是对发光的光子所进行的能量量子化。另一种量子化则是对轨道角动量量子化。即在能量子量子化的基础上，再进一步的对轨道角动量进一步的量子化。
我们知道，回旋加速器中的带电粒子和同步加速器中的带电粒子都会辐射能量,尤其是储能环中的高速带电粒子改变方向的运动，辐射是一种必然要发生的现象，现今在这个领域里已经获得了大量的应用。那么氢原子核外线性轨道绕核运动，会因为我们假设具有不变的能量，就会不辐射能量么？显然这一点也不符合客观事实。跃迁假设也是同样的情况，只有一个核外电子的氢原子还没有什么问题，但倘若核外电子是多电子的原子核，粒子间的库仑作用力就会使核外电子间具有相互作用力，电子间就会相互干扰。
玻尔仍然采用行星模型，这一点和卢瑟福原子模型并没有改变，仍然是建立在客观实在性的基础上。但是三点假设则完全摆脱了经典力学客观实在性的基础。都不是采用经典力学所可以解释的。1927年德国物理学家海森堡提出测不准原理，采用几率的电子云来处理绕核运动的电子，在客观实在性的基础上仍然不具有意义，测不准原理仅仅是我们不能够测定核外电子的准确位置。一个电子的客观实在性决定，其在空间中存在的位置仍然具有唯一确定性，和我们测定结果无关。如果具有客观实在性，必然具有经典力学的属性。
既然玻尔原子的行星模型放弃了原子结构的经典力学属性，那么必然也就放弃了决定这个原子结构电作用结构基础，即库仑定律。如果玻尔原子行星模型是正确的，那么我们完全有理由因此而确认库仑定律在原子领域是错误。因为在经典的原子结构里，原子核和电子之间的结构是由库仑力所决定的。但是物理学发展的现实情况是，既确认玻尔原子的行星模式是正确的，又不放弃库仑定律在处理微观问题上的有效性。这本身就造成了重大的矛盾。即便今天，我们在解决两个电粒子相对静止之间的作用时，仍然采用库仑定律。但客观实在上，任何一个质子和一个电子的结合，质子和电子不会吸引到一起，而形成氢原子。这不能不说是近代物理发展的一个逻辑奇迹，在客观实在性上来看，库仑定律在原子领域范围里既不正确又正确！客观实在性和电学基础的基本定律发生了这种根本性的不能调和的困难。
在物理学向微观领域的发展中，原子领域发生了这种哲学观念上根本的冲突。这个十字路口就是客观实在性的分叉口。量子力学的诞生,使物理学放弃了几百年来坚定以客观实在性为主的发展方向，从而转向了在实验基础上的数理逻辑的模式。这个道路的选择不是唯一的，我们来看它的前身！
二、普朗克常数所存在的问题
波尔行星模型主要观念是引入了量子化的假设，而量子化的假设是1990年普朗克在解决辐射问题上所引进的，也是量子物理的萌芽。比较有名的说法是黑体辐射理论所出现的“紫外灾难”。我们来看：
瑞利—琼斯从统计物理学出发，采用能量按自由度均分原理应用于辐射，得到瑞利—琼斯辐射公式：e0(λ，T)=2πckT/λ4,其中c为光速，k为玻尔兹曼恒量。用实验结果对其进行检验，该式仅能适用于长波段。如果对全部波长进行积分，那么则得到辐射本领为无穷大。对于辐射发光的原理，那个时代并不清楚，统计物理学中的能量按自由度均分的方法主要适用于分子、原子间的弹性碰撞而引起的辐射，发射的光子绝大部分不涉及原子中电子跃迁的发光。所以仅能适用于长波。当温度升高到一定地步的时候，物质发光的机制主要是分子原子间非完全弹性碰撞了（原子发光）。将发光原理推广到短波，才会引起计算中的“紫外灾难”。另一方面，维恩从电磁理论出发，把辐射体的原子当作带电的谐振子，振子所辐射波的频率和振子的动能成比例。运用统计的方法求得维恩辐射公式。带电谐振子的震荡和原子发光过程电子的跃迁过程是相类似的，都可以看作是电势能的转化。因此适用于短波段。公式所对应物质发光的模式，自然仅能使公式适用于相对应的部分。
1900年普朗克提出了能量量子化假说，完成了既适用于长波也适用于短波的辐射公式。他通过假设赋予如下三条途径：
第一条途径是分解辐射体，简化处理模式：辐射体是由极多的带电线性谐振子组成，带电线性谐振子振动辐射电磁波。这些谐振子振动频率各不相同，每一谐振子只能发出一条单色谱线，全部谐振子组成连续辐射谱。
第二条途径是设立能量子的规则：谐振子只能处于某些分立的状态，相应的能量只能取0，ε，2ε，3ε.....nε(n为正整数）。ε为能量子。当振子从某一状态变到相邻的较低能量状态时，辐射的能量等于一个谐振子ε。
第三条途径是设立能量子ε与频率v的关系：能量子ε与振子的频率v成正比，ε=hv。其中h为普朗克常数。
从第一条途径可以看到，通过分解辐射体，将辐射的整体分解成一个个不同频率的个体，全部的辐射个体构成了辐射的整体。我们可以将这一过程称作辐射的解构。从第二条途径我们可以看到给这些能量子赋值，赋予属性与特点。也可以看作基本化，最小的不能再分割的单位。由这些单位的累积构成辐射能量子的数值。这点类似于数字中的单位1。所不同的是这个单位是最小的不能再分割的,并且不同属性的单个光子，其基本单位不同，是ε的整数倍，它是辐射能量的基本单元。经过这样处理，可以很方便的解释不同能量子的能量之间关系，这已经有点原子轨道化的雏形。从第三条途径我们可以看到建立能量子与光子特征的关系，即建立能量子基本单位与频率的关系。通过如上的三条途径，建立了理论体系和实体辐射的对应描述关系。
另一个关键的问题是理论体系和实体辐射连接的数量关系，这一点是通过普朗克常数h来确立的。这个常数最初是通过实验确定的。通过这个普朗克常数，普朗克公式完成了数学到物理学的过度。
普朗克所引入的能量量子化假说，完成了解构辐射体最简约的模型，除了哲学观念的适用性之外,这个假说中还存在一个基本的适用范围问题。哲学观念的适用性我们下面会谈，这里我们先来看适用范围。这个基本的适用范围在学者们从事的物理学的发展和应用的大量推广中逐渐被忽略。首先能量量子化的假设是针对辐射体的，它假设能量子ε与振子的频率v成正比，即ε=hv适用于所有的辐射个体。这等同于辐射体所辐射的能量子的发射过程都具有相同的特征。在客观事实上这一点是不存在的。
我们知道任何一个客观的辐射体其物质在微观上是由两部分构成，一部分是电子，另一部分是由质子和中子所构成的原子核。如果谐振子所发射的能量子都是由带电微粒的震荡来完成，那么就会存在两种不同带电体所发射的能量子。一种能量子是电子所发射的，另一种能量子则是由原子核中的质子发射的。由于发射体中所有的电子都是相同的，那么电子这部分带电粒子所发射的谐振能量子在机理上是完全相同的。热辐射体的热运动中，由于原子核也是带电体，原子核也会同样的发射能量子。原子核所发射的能量子是否和电子所发射的能量子具有相同的ε=hv关系，这点我们完全不能确定。但可以确定的是，电子与原子核这两种谐振子完全不同。
ε=hv是一种普适的关系。h是由能量子ε与频率v来确定的。从质量上而言，电子只有质子质量的1/1386。从大小上而言，质子的半径是电子半径的12.245倍。②由于质子和电子都具有相同的电荷，但是质量相差1386倍。就拿只有一个质子的氢原子为例，氢原子中的电子发射一个光子，满足ε=hv，由于动量守恒，在发射的过程里，质子也会受到一个当量的冲量，它同样也会发射一个光子，它的状态变量只有电子的1/1386。根据能量子ε与振子的频率v成正比的关系，我们可以得到质子发射的能量子的状态量大小近似等于电子所发射光子状态量的1/1386。在这个过程里，我们在使用过程中先验的使用了普朗克常数h。并假设假设ε=hv关系成立。
我们对比电子和质子的属性就会发现问题，电子和质子的表面积，两者相差149.94倍，这个差距也是质子和电子两者对外所提供的作用面积相差的倍数。我们假设电子和质子对外提供的作用是通过电力线所提供，一个单位的电荷分布在一个单位的面积上和一个单位的电荷分布在149个单位的面积上，两者的作用属性是完全不同的。根据电场的分布特点，我们可以得到电子表面和质子表面的作用强度会相差149.94倍的作用强度。我们没有理由确认电子和质子这两种粒子所发射的能量子是相同的，具有相同的属性。它们之间存在根本的属性差异。此外，质子的电荷为正，电子的电荷为负，这点也存在根本的区别。质子和电子所发射的能量子，这两种光子的属性是不同的。
从发射能量子的数量来看，原子核是原子中所有正电荷积聚的中心并且为一个实体。而核外电子则是单独的分布在原子核外围。每一个单独的电子都是一个发射体，而原子核只有一个，在质子和电子发射能量子的数量上，电子也是占绝对的优势，几乎绝大部分能量子都来自于电子的发射。
那么现在问题就有了，普朗克公式所建立的第三个途径，能量子ε与振子的频率v成正比，ε=hv。是一种简单的模型，它将所有的能量子发射模式都当作相同的能量子发射模式处理了，并没有将原子核所发射的能量子包含在内。ε=hv关系，仅仅是建立的电子与它所发射的能量子的关系。那么一个结论就显而易见，h在辐射领域普朗克能量量子化中，仅是和电子作用相关的属性常数。原子核所发射的能量子对辐射量值上有小于10-3的影响,随原子种类的不同而不同。如果采用辐射的实验数值来确立的普朗克常数h的大小，则存在这个瑕疵。
普朗克的量子化假说，最初仅仅是分解辐射体所建立数学描述规则的简化模型，我们知道，不论是低温状态下的分子的震动、弹性碰撞，还是高温状态下原子发光，其能量子的来源绝大部分都来自于电子，而普朗克的量子化假说恰恰是针对电子发射能量子来处理的。这一点赋予了普朗克公式在数学上具有所有波段的描述范围。
三、物理放弃客观实在性的优点和缺点
量子物理从萌芽之初到今天各个领域的广泛应用已经经历了一个世纪之久的时间，采用试验数据和理论结合的数学模式，其应用已经渗透到微观物理、高能物理等物理现象的各个领域。今天的各个微观基础物理领域已经和量子不能分割了。那么是不是采用试验数据和数学理论相结合的这种物理模式就是最佳的模式呢？
在上一部分我们提到普朗克辐射公式中量子化的适用性问题，我们没有谈下去，下面我们和玻尔原子行星模型的量子化一块来谈这个问题。由于物体辐射能量子的过程就是原子中的电子发射光子的过程，这个问题实际上和最简单的原子——氢原子光谱是同一个问题。只是普朗克辐射公式包含所有的原子辐射，范围要广。而氢原子只是所有原子中最简单的一种原子。另一方面，玻尔原子行星量子化模型是将普朗克量子化引进到氢原子中的问题，对于量子化而言没有本质性区别。从这里我们可以看到，普朗克量子化是最原始的量子化。
普朗克量子化的一个能量子是采用电磁理论中的谐振子模型，未曾摆脱电磁领域的范畴。玻尔原子的量子化是行星的轨道角动量量子化，也可以看作是电子绕核运行周期的轨道。这两者都不具有客观实在性。在量子化的本身上，普朗克谐振子的能量为什么仅能取0，ε，2ε，3ε.....nε(n为正整数），并没有给出进一步的解释。同样的，玻尔行星模型也没有针对轨道角动量量子化为什么只能取h/2π的整数倍给出进一步的解释。不能解释其因果关系而只能以假设的形式,就形成量子理论基础上的空白。至少从经典力学出发，量子化的设定是没有因果关系的。那么为什么采用量子化可以解释辐射呢？
能量子是由电子所发射的，只要每一个电子所发射的光满足和量子化的能量子成正比的关系，那么就可以进行对应的解释，也就是辐射公式成立。而这个成正比的关系则可以分为几种关系。一种关系是，谐振子一发射只发射一个光粒子，其能量满足同量子化规则成正比。另一种关系是谐振子一次发射一簇光粒子，其总能量满足同量子化规则成正比。此外，也有可能谐振子所发射的光粒子能量并非只能取正整数，但整体上满足和量子化规则成正比的关系。一个和一簇光粒子存在根本性的区别，在解读别的物理现象就会存在方法方向上的区别了。
对于物理而言，传统采用的方法是针对客观实体物理量的因果关系来建立物体运动的变化规律，这是经典力学所延续的几百年来的思路，这点可以认为是建立在客观实在性的基础上。我们也可以采用实验数据的方法来建立条件和结果之间的数量关系，而放弃掉中间的因果关系。对于陌生的领域，这是我们通常最初所采用的方法。天体的运行规律，不同能量领域能量守恒的求解过程，巴尔末发现的氢原子光谱公式，都是采用这种方法。这种方法并非建立在客观实在性的基础上，至少在这种方法的阶段，还没有在物理关系上建立客观实在性因果的思路。对于没有解释物质运动变化因果关系的这种方法，虽然是物理领域的关系，但仍然是属于数学的方法。
以物质客观存在的物理量之间的因果关系来描述物质运动变化之间的关系，会展示物质运动变化之间清晰的因果关系过程，我们只需要根据客观实在性的物理量之间的数值和关系，就能得到物质的状态和结果。这是建立在客观实在性基础上的物理的模式。所成立的这样的物理领域，是成熟的科学体系。这样的领域没有任何疑问！相反，为了解释以观测数据所得到的数学关系，而设定的不具有客观实在性因果的物理量，会存在各种疑问和不可靠性。不论我们把它们看作经验公式或者经验约定的关系，它们所解释的都不是物理，而是与物理有关的数据，不论这种理论和实验数据是多么的吻合。
数学可以建立所有的规律，只要是具有规律性的东西，我们都可以建立与此相关的数学描述体系。不论是否具有客观实在性，只要我们将各种相关的量赋予到式子中，就可以得到与此相关的公式。从这样的角度而言，只要我们对物理的观测数据足够，不论有没有因果关系，不论是否具有客观实在性，不论我们描述的是否是客观实在世界,都可以建立这样的体系，并得到相关联的数量关系。虽然这种研究方法非常的方便，但我相信，未来物理所需要的绝不可能是发达的这种方法。一个最直接的原因就是这种方法并不尊重客观事实。而仅仅是和客观实在成比例或者当量的数值关系。利用这种方法，可以解释数据范围内或者同类数据领域相关的物理问题，而假设的物理赋值则不具有适用性。
四、库仑定律的适用范围
普朗克量子化假设，虽然谐振子的假设是电子的震荡，但却是与电作用无关的模式。玻尔的行星式氢原子结构模型，假设电子绕核做圆周运动的轨道角动量量子化只能取h/2π的整数倍，但仍然是同电作用无关的模式。虽然在原理上采用电子的绕核高速旋转运动来抵抗原子核的电引力。在玻尔的氢原子行星结构模型中，稳定态假设、跃迁假设、轨道角动量量子化假设，都不是可以通过经典的电作用规律——库仑定律，所可以解释的作用模式。在客观事实和理论道路的选择面前，有两点已经超出了物理的方向。
1、原子领域的客观事实和理论不符
任何一个质子和电子相遇，都可以组合成一个氢原子。在我们对质子和电子之间的作用中，都会采用库仑定律得到经典电场的作用结果，但一旦是质子和电子组合为氢原子，那么氢原子光谱电子的规律则和库仑定律无关了。我们必须承认这样的现实，在物理学的发展过程中，在原子的领域已经放弃了经典的库仑定律，我们创造出全新的规则来解释微观的电作用规则，库仑定律已经和原子现象没有任何关系了。但是在基础理论研究中，比如场论，库仑定律的模式仍然为经典，我们在微观超微观领域中，仍然在作用的领域使用着这类的经典规律，这本身就形成作用和现象本身无法克服的矛盾。
我们必须承认如下一点事实：原子领域，质子和电子之间的作用不遵守库仑定律。这一点氢原子核和核外电子没有由于静电作用而吸引到一起可以确认。这一点不要提什么原子核外电子轨道，如果电子是以一定绕核旋转速度运行的电子来克服静电引力来和质子保持一定距离的，那么地球上的氢原子数量无法估算，没有任何一例的氢原子是质子和电子由于静电引力而在一起的。如果说具有一个电子的氢原子，该电子是绕核运动的，那么拥有几十个电子的原子，其核外电子的绕核运动则无法采用绕核运动来解释了。电子通过高速绕核运动来克服原子核的电引力而达到一种平衡，这是不可能的事情。唯一可能的解释就是质子和电子之间在原子尺度的距离不遵守库仑定律。只有这样，才可以解释原子以及各种元素原子的存在。
2、库仑定律的证明范围不足
1785年，法国物理学家库仑通过扭秤实验确定了带电体之间的力反比距离平方的事实。有一点必须明确的是，这类实验证明都是采用群电荷间作用力来完成的。而数学上计算两个物体之间的合力，也是采用将带电体分解成体积元，将物体中每一个体积元中的电量和第二个物体每一个体积元中的电量之间的作用力之和，然后采用积分的方法合并到一起。这类的方法从实验上和理论数据的处理上，电荷面对的处理都是建立在群电荷的基础上。并且在计算中，最小的计算单元就是两个带电体积元之间的距离平方反比关系。
虽然在处理两个带电体之间的作用上，对两个带电体之间电荷分布的相互影响、两个带电体和外界的感生电荷以及同外界的绝缘性能都作了严密的考量，但是库仑定律的完全准确性，不是通过任何直接的实验和测量来确定的，而是通过一种现象的数学考量来确立。这种现象是：使一个带电导体B和一个中空的闭合导体C的内表面相接触，然后把它从C中拿出而不再接触C，则不论C的外表面以什么方式带电，B都会完全放电。只有当力随距离的平方而反比变化时才能有这种情况，而假设定律是任何另外的形式则B将是带电的。③
如上的过程同样是建立在群电荷的基础上，实际上对个体单个电荷间的作用，都是直接采用先验的确定距离平方反比关系成立的，这些证明考察过程证明的都是群电荷间或者一个电荷和群电荷之间的作用所遵守的关系和条件，而不是电荷之间的个体。另一方面，在如上所有的考察过程中，所采用的体积元、单个电荷其实质就是原子，这是在经典库仑定律证明过程中所采用的最小的空间单位。
实际上，任何两个最小的单位电荷之间的作用关系是不能通过任何实验所证明的，而只能通过哲学和数学的模式证明。我找到的一种证明模式如下：
3、库仑定律数学哲学的证明
图一
一个作用源a对外界提供作用，s、y分别是以作用源a为球心不等距离的球面，我们假设一个质点在s球面和y球面受到作用源a的作用，该质点在s球面和y球面所占据的球面面积是相同的为一个单位，那么基于如下三点哲学假设可以对该作用源对s、y球面问题进行数学求解：
第一点假设：作用源a对外界的作用可以当作一个点源处理
第二点假设：作用源a对外界的作用在空间的延伸过程中可以当作各向同性
第三点假设：作用源a对外界的作用在延伸过程中其总量没有损耗
采用s、y球面面积和单位面积的比值就可以得到作用源a与s、y质点作用的关系为距离平方反比的关系。④
这样证明虽然可以得到严格作用点之间的距离平方反比作用关系，但是这样的处理方法是将作用源a和s、y球面上的质点当作没有任何结构的点来处理的。这样处理的结果和客观事实不符，任何微观物质都不是没有任何结构的点。而且，作用源a是有作用属性的。如果这个作用源a和s、y球面的质点就是质子或者电子，那么质子和电子的本身都是具有结构的电属性粒子，如果质子和电子的电作用由于它们的结构而在局部不满足第二个条件，那么就不能普适于两个质点任意距离的距离平方反比作用关系。
另一方面，这样的处理我们是当作质子和电子之间的作用在空间分布上是均匀电属性作用分布，如果质子和电子之间对外分布的电属性作用不是均匀的。或者在分布的一定距离范围内不单纯是电属性的作用，还包括其它属性的作用模式，比如结构属性的影响，那么在某一距离范围，距离平方反比的关系必然不能成立。氢光谱的规律正是说明这样的情况。
质子和电子之间没有因为静电引力而吸引到一起，就说明库仑定律在原子范围不在成立。原子核和电子的库仑定律电作用不适用于尺度小于10-10m的范围（原子尺度）。这一点在库仑定律的经典证明过程中是不包含的。
4、库仑定律所决定的原子力学结构的不可能性
由于质子和电子带有相反的电荷，那么氢原子的力学属性是由什么决定呢？
我们假设库仑定律成立，并且氢原子就是传统的玻尔原子行星模型结构。由于质子和电子所携带的正电荷和负电荷大小相等、电性相反，原子宏观对外不显示任何电性。但是在微观上而言，质子和电子之间的关系则决定原子的大小。电子绕核旋转而抵抗质子的引力，在玻尔原子行星轨道模型中，氢原子中电子绕核旋转处于定态时所允许的轨道半径为：
该原子轨道半径决定原子的大小。其中轨道角动量L=nh/(2π)，n=1，2，3，.......
任何情况下，质子的电量都为恒量，但电子轨道角动量可以存在n种不同，与此相关的电子的轨道半径也会相对应的存在n种不同。原子的大小取决于轨道半径。那么则会有这样的一个结论——氢原子的力学结构完全由电子的轨道角动量所决定。
如果我们压缩氢物质，原子是否具有可压缩性完全取决于电子轨道角动量。但是定态轨道半径为恒量，是由n=1,2,3,....所决定。或者换句话说，原子的大小、力学结构是由电子轨道角动量（电子的质量与速度）所决定。
电子的质量和速度决定氢原子的力学属性，这点是很难想象的。当n取值为1时，氢原子的轨道半径最小，具有刚性的性质，不具有任何可压缩性。这一点不符合氢原子电子绕核运行轨道的设计，定态轨道是为了解释轨道电子绕核运行不具有辐射能量的问题，并且满足电子在绕核运行中的离心力等于质子和电子之间的库仑引力。但并不赋予刚性的属性。这点是矛盾的。另一方面，电子的质量很微小，只有质子的1836分之一，然而其动量却承担原子的力学结构。
如果我们计算一下氢物质氢原子的高压状态，那么我们就会得出荒唐的结论。从客观事实我们知道，对氢物质施加高压状态或者超高压状态，从几十个大气压到几千个，甚至到几十万几百万个大气压。氢物质都不可能压缩到原子核聚集到一起。如果我们采用电子轨道角动量来作为原子力学结构解释这个问题，那么需要电子的角动量要等于常规状态下几十几千几十万几百万倍，假设电子的质量不会改变，那么就需要速度改变，这个速度可能要远超光速了。速度低了原子就不能抵抗压力，而使原子核和电子都聚集到一起，同时会辐射能量。假设相对论效应在高速状态下存在质量增加。那么物体的质量会随着其内部压力不断增大而质量不断增加。我们会称量到高压物体的质量会随着压力的增大而趋向于无限大。
而这两种情况在客观现实中都不会出现！
如果我们计算一下氢原子核和核外电子之间的作用力所给予电子的加速度，那么就会得到氢原子核对核外电子的引力足可以使玻尔半径距离的电子加速度达到10-24m/s2,单独的一个氢原子电子的绕核旋转运动还显不出来，可是多电子原子则会使电子无法绕核运动，电子所受到的库仑力和电子的质量相比太过强大。电子只能在原子中的作用力的平衡位置处于相对静止状态。这点采用电子的轨道角动量所不能很好解释。只要根据场作用计算一下原子核中电子的受力状态，那么采用轨道角动量就不能对经典多电子原子的力学结构进行解释。
五、氢原子结构和氢原子光谱
1、氢原子结构和光谱的不合理性
我们仅考虑一个质子和一个电子之间的作用和结构，即氢原子结构。我们假设是可以假设的，但实际上氢原子在自然界中是不存在的。在常温下，氢单质是以双原子的形式而存在，而化合物却总是和其它的物质化合在一起。在高温下，几百度到3000度，氢气是发生化学反应的温度区域。氢气会和其它物质发生化学反应，氢气分子在和其它物质的碰撞过程中，不断的分解与组合成其它的物质。而在3000度以上的温度，氢分子氢离子会由于和其它物质的剧烈碰撞，也会在碰撞过程中不断的经历得到电子和失去电子的过程。在这些过程中，都会有其它原子核的参与。
所有的气体分子、原子都在不断的发生碰撞，所有的固体分子、原子都在发生不停的震动。只要不是绝对零度，微观物质的运动就不可避免。因此，单独的一个质子和一个电子组合在一起的氢原子结构在自然界中是没有意义的。不存在稳定状态下的一个质子和一个电子所构成的氢原子。氢原子只是一种理想的情况。
如图：左边的是氢原子，右边的是氢分子图。
氢原子和氢分子是客观存在的。如果氢原子中电子依赖高速的绕核运动来抵抗质子和电子之间的引力作用，从而达到一种作用力的平衡，那么在氢原子的结构中还可以说得过去。可是在右边的氢分子中，两个电子不论如何绕各自的核运动，其最终结果都会如右图中的力学结构模式，而一旦形成这种力学结构，就不存在绕核运动，电子所存在的位置只能在两个质子中间狭小的区域的力学平衡状态。玻尔原子行星模型中的轨道就会由氢原子的球形变成氢分子氢离子中的圆饼型的区域。电子的束缚引力就会从氢原子中一个质子的向心引力变成氢分子、氢离子两个质子对原子共享区域的引力。那么玻尔原子行星模型中轨道角动量量子化假设由于这种结构力学变化而发生改变。可以确定的是氢原子、氢分子、氢离子玻尔原子行星模型中的定态能量值都应该是不同的。
我们所得到的氢原子光谱主要是氢分子、氢离子发出的光谱，而氢原子发出的光谱则会少之又少，因为客观真实世界中不存在稳定状态下的一个质子和一个电子所构成的氢原子。氢原子光谱是在实验室中，通过氢气放电管获得的。如果我们分析氢气放电管电流放电的过程，则主要是氢离子发出的光谱。
氢分子和放电管阳极碰撞后，被夺取一个电子，变成氢离子，从而被电场加速和其它氢分子碰撞，在碰撞过程中传导电子，形成电流，放电管中主要是这种情况。如果氢离子和放电管阳极碰撞后再失去电子，那么则变成两个质子，质子和其它氢分子碰撞的过程中，才会获取电子，变成氢原子和氢离子，完成电流的传导，这种情况下是少数。在放电管放电的过程中，氢分子、氢离子、氢原子在碰撞的电子交换的碰撞过程，才会发光。而这个过程，至少有两个原子核和参与碰撞，即氢分子、氢离子的力学结构和解构的过程。氢原子参与的过程也是这样的过程。
玻尔行星原子模型的理论模式是氢原子的模式，但是氢原子光谱的实际过程则主要是氢分子、氢离子的模式。玻尔行星原子模型的理论对氢原子光谱和普朗克常数等一系列物理量的计算在数值上都很完美，可惜理论中的氢原子发光模式并不是实际中获得氢原子光谱的氢离子模式。
2、氢原子结构的力学途径方法
经典的氢原子结构是采用质子和电子的库仑引力来构架的，电子绕质子运动来抵消库仑引力。卢瑟福、玻尔的原子模型都是采用这样的模式。
最简单的氢原子是由质子和电子两个电粒子构成，并且氢原子的尺度很小，直径只有10-10m数量级。在上面库仑定律的适用范围中，已经讨论了在原子的数量级范围，原子核和电子的结构说明，库仑定律并不适用。同时我们并不能确定，除了库仑电作用，是否还有其它作用力的模式存在。
在经典氢原子结构和氢光谱规律中，传统采用的是建立模型公式，来核对氢原子光谱规律。我认为这种途径方法已经不适于对氢原子结构和光谱建立物理关系。我们假设的这些模型模式，终究是假设。我认为应该采用另一种方法。在氢原子尺度的结构中，质子和电子之间的作用关系和规律是未知的，而光谱我们可以通过实验来确定。氢原子发光规律是电子在原子空间的状态变化作用引起，那么我们根据这些氢原子光谱，就可以得到原子尺度的质子和电子作用、结构和关系。这为我们研究微观、超微观结构提供了可能性。将量子论中测不准关系中的的位置、结构、作用、体积、大小、位置等传统物理量的表达模式，变成客观存在的客观实在性的规律。
3、氢原子光谱数据的解读方法
对氢原子光谱建立规律最早的是1885年瑞士物理学家巴耳末，他发现氢原子的线光谱的波长能用非常简单的经验公式表达出来λ=Bn2/(n2-4),即巴耳末公式。所有氢原子光谱线都可以通过一个通用公式来表达：
其中R为里德伯常数。
在氢原子光谱中存在谱线系，可以用公式表达出来：
赖曼系：
巴耳末系：
帕邢线系：
布喇开线系：
芬德线系：
.......
氢原子光谱具有如上的规律，玻尔氢原子行星式模型通过轨道角动量量子化假设来完成对这些氢原子光谱的解释。可以确定的是，对这些光谱解释的原子结构模式并不是唯一的。除了采用角动量量子化动态的解释，采用静态的原子模型同样也可以解释这些光谱数据。如图：
图中的黑球为质子，白色的球为电子。
以氢原子质心为球心作距离不同倍数的不同的等距球面，其倍数分别1.2.3.4.5.6.......n。设电子所占据球面1的截面积为1个单位(球面积与电子截面面积的比值)，那么电子在2.3.4.5.6....球面上所占据的截面积则分别为
，
，
.....个单位。
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它们的作用数量（或者说原子势能的转化）为
，
，
......
个单位。
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。只要再加入一个和里德伯常数R相同数值的常数g，那么就可以在形式上得到
，其形式和氢原子光谱的通用公式相同，其中g=R。其数量关系和氢原子光谱通用公式对光谱的描述具有等效的。
玻尔原子模型采用的轨道角动量量子化取整数倍。而这种方法则是对质子和电子的作用距离取等距离，类似于量子化。（也可以看作原子场严格的遵守平方反比定律。或者其它的未知的关系模式下所遵守的该关系。）计算的是电子在不同层面之间运动的势能转化,计算的过程则是光子和电子在原子不同层面之间的势能对应。
4、量子化物理基础的逻辑
对于氢原子光谱的解读，有一点可以确认无疑，只要引入
关系，就可以对数值上的数量关系的氢原子光谱解读，其它的只是常数问题。对氢原子光谱的解释方法可以有很多种，但关键是要找到式子的数量关系和原子结构所对应的物理量。玻尔原子模型对这个问题解释得很好，但是绕核运动有个能量辐射的问题。这个问题不是假设定态状态下不辐射能量，就真的不会辐射能量的问题。轨道角动量量子化假设同样给出了一个不和物理逻辑的模式，电子绕核做圆周运动的轨道角动量L只能取h/2π的整数倍。量子论把这个作为解释的基础，但却不能给出为何这个角动量只能取整数倍的原因。不论是数值的约定还是理论假设的约定。总之是没有为何这个量子化的原因。物理的因果关系在这个基础理论上形成必须中断的空白。至少20世纪以来的所有的这个领域的物理大师没有给出这个原因。
在辐射的问题上，普朗克公式中的量子化是针对能量子的能量进行量子化的，从光的含义上来说，普朗克量子化包含玻尔的氢原子发光的光子量子化，玻尔的量子化是在普朗克的对能量子的量子化的基础上进一步提出轨道角动量量子化的。玻尔氢原子行星模型上不但能量是量子化的，而且轨道角动量也是量子化的。如果说普朗克的能量量子化是为了解构辐射体最简约的模式，为了便于数学化处理，使辐射光子的实际数量关系同电子发射相对应光子的能量数量关系在理论上成正比。那么角动量量子化则在这个基础上进一步量子化。而这个角动量量子化的物理意义，我们仍然可以进一步的用依葫芦画瓢，用电子的角动量同电子的真实角动量成正比的关系来解释这个假设。但可以确定的是，普朗克量子化是适中的量子化，简化数学处理的模型。而在进一步的对电子轨道的动量进行量子化，就有些勉强了。至少不能用物理的因果关系来对这个问题进行解释了。当然，量子论走得很远，不但角动量，而且电子的自旋也是量子化的。只要实验数值和理论需要，我想量子论的方法是物理量都可以进行没有因果关系的量子化。
数学上的量子化比物理上的量子化要来的更为古老和遥远，最初的计数就是最初始的数字量子化。建立一个量子化的单位1，任何需要计量的目标对这个数字进行衡量，那么就可以得到计量目标的数值。不论是累积、乘积还是指数的关系。其所有计量的本质都是都是在单位1的基础上的累积与分解的关系。百年前的量子论也开始玩这个关系，但却并不象数学所给的逻辑关系这样简单，而仅仅是在物理上硬性的规定或者物理实验数值上的经验约定。因为物理不能提供为何量子化的对象仅能采用整数倍的累积，而不能出现除此之外的其它的情况。
在数学上n个相同物体的集合我们都可以采用整数“量子化”，在物质运动变化的关系上，给一个物体施加作用，一个单位的作用力会产生一个单位的变化，n个单位的作用力同样在相同的物体上会产生n个单位的变化，只要施加的对象必须满足这样必须的模式，并且是唯一的，我们同样也可以采用量子化的模式整数倍的累积，这是我们计算的参照。对微观个体及物理量关系进行量子化，是否具有这样的条件成为是否必须的标准，也是是否可以成为物理的标准，而不是数学。
5、一种新的原子模型思路
成功的对原子光谱的解释就是对原子进行量子化，最简单的氢原子光谱关系中的
式子，是解释的必须式子。然而，玻尔经典氢原子模型中的电子角动量量子化，在原子力学结构中存在问题。同样，在上面提到的电子在原子不同层面之间的势能满足这一关系，同样也没有质子的库仑场必须按整数单位半径划分辐射不同光子的条件。产生光子是传统的轨道发射，还是电子的状态变化所引起的发射。但不论哪种，都必须有相对应的物理过程。
有一点是确定的，氢原子光谱对应氢原子发光的物理过程，光子是电子所发出的，这一物理过程必然伴随着电子的状态变化。虽然经典的采用轨道跃迁来解释，然而这样的概念并不代表物理过程。上面我们分析中氢原子光谱主要是氢离子、氢分子的模式的过程，氢原子光谱所对应的必然是氢原子碰撞过程中的力学结构发生的变化所产生光子的光谱。
在库仑定律的证明范围中已经讨论过一个问题，氢原子的客观事实说明，质子-电子通过库仑定律的模式所建立的氢原子模型，不能满足氢原子结构。质子和电子必然要吸引在一起。卢瑟福行星轨道模型的缺陷也在这里。玻尔氢原子模型假设了定态不辐射光子，但这个假设违背物理常规。在高压状态下的也是不能解释的。很明显，采用单纯的库仑力以及引申的轨道角动量来解释氢原子力学结构和客观事实不符。如果库仑定律不适用于原子范围的作用，那么如何解释氢原子中质子和电子之间的作用呢？或者微观粒子之间的作用呢？
一种方法是库仑定律的形式距离平方反比定律在小于原子的尺度不成立。但是在小于原子的范围，质子和电子之间即便不存在吸引力，电子和质子的非运动状态在外力作用下也必然在一起，原子核和核外电子必然聚集在一起。因为库仑定律的引力不存在的情况下，质子和电子之间是没有力学结构的。如果所有的原子中原子核和核外电子不具有力学结构，那么物体就是很难想象的了。卢瑟福的a粒子轰击原子实验，也不能得到原子的大部分质量和正电荷集中在很小的原子核上，电子在外层空间运动的结构了。另一方面，库仑定律是距离平方反比的模式，这一点是通过数学、哲学所证明的。如果不成立，那么三点假设：
第一点假设：作用源a对外界的作用可以当作一个点源处理
第二点假设：作用源a对外界的作用在空间的延伸过程中可以当作各向同性
第三点假设：作用源a对外界的作用在延伸过程中其总量没有损耗
必然在原子尺度的空间不能成立。而这一点在数学和哲学上是没有问题的。质子和电子相对于原子空间足够小。球型的质子和球型的电子不能表现为粒子结构的作用。而原子结构说明质子和电子之间必须是斥力的形式，才能满足原子结构。这点和库仑定律的作用是相反的。
另一种方法是小于原子的尺度，除了库仑定律形式的距离平方反比定律所决定的库仑电力之外，还存在其它形式的场作用模式。该场作用模式和库仑力作用模式在原子的尺度相互叠加，而形成新的原子力学结构。这种新的原子力学结构满足物质的特征光谱。如果我们以最简单的氢原子而言，这种力学结构满足氢原子光谱。由于光谱我们是知道的或者可以进行试验测量，那么采用光谱来求解原子结构则成为一种可行性方法。
这两种方法不论哪种，库仑定律都必然不能成立。后者虽然保留库仑成立的平方反比形式，但是对于库仑定律而言却是无法证明的。因为我们不能在实验上给予任何的证明。这样的理论处理仅仅是基于库仑定律数学和哲学的可靠性而作的假设。实际上，不论理论还是实验，只要库仑定律的平方反比力学模式不能成立，那么库仑定律在原子尺度就必然是错误的。更何况，质子和电子之间不但不表现为吸引，而且还表现为排斥呢！
6、新原子模型的结构力学特点
经典的原子模型都是采用电子绕原子核运动来抵抗质子和电子之间的库仑引力，因此，原子各个粒子之间的场的力学特点是单一的，都是库仑场的作用。由于质子和电子之间的电性相反，质子和电子是相吸引的，原子库仑场的力学特点是原子的所有质量都趋向于原子核。然而，原子是有结构的，支撑原子力学结构的是电子的轨道角动量。同时，电子的轨道角动量也构成了原子光谱主要结构。
新原子模型认为依赖于库仑场作用的这种原子模型，不足以支撑建立原子的力学结构，依赖于电子轨道角动量所建立的原子结构力学模型，和客观事实不符。而需要增加一种新的场来解释原子结构。这种场我找不到合适的经典物理名词给它命名，姑且可以把它叫作志勰认为的一种场，或者志勰发现的一种场。这种场是一种全新的场模式。
以氢原子为例，原子核对电子具有引力，而这种场对电子具有斥力。静态的原子情况下，在原子的边界，电子和原子核的库仑引力和这种场的斥力大小相互抵消，库仑引力和这种场的斥力作用和为零。小于原子的尺度，这种场的作用力大于库仑引力，电子和原子核之间主要表现为斥力。大于原子的尺度，这种作用力小于库仑引力，电子和原子核之间主要表现为库仑引力。
这种新原子模型的力学结构主要是场作用为主，原子中的电子和原子核之间相对静止。
7、氢原子光谱
对原子发光的传统解释中，是采用原子稳定态Em到En轨道跃迁。其满足hv=Em-En。原子模型是动态的模型，采用量子化的轨道角动量来对应光谱中的项。在玻尔原子模型中存在一个问题。氢原子的稳定态EmEn来决定电子轨道的跃迁能量大小，当电子受到激发的能量可以满足从Em—En可以跨越多个稳定态轨道的时候，那么它可以有多种可能性，如果每一个稳定态都辐射出和这个稳定态对等的能量，那么则会存在多种辐射光子，而不是仅仅辐射Em—En之间特定能量的光子。不会因为我们规定不辐射就不会辐射，我们这样硬性的规定是没有客观实在意义的。而利用原子势能转化的数学模式取质子和电子作用的势能能量模式，则是利用电子在距离质子不同的层面取量子化来对应光谱中的项。两个层面间隔多的时候，必然伴随电子掠过多个层面。这一点必然也不能解释。另一方面，在经典的质子和电子的作用过程中，只有库仑力，它们是吸引的关系，并且遵守距离平方反比定律。在经典的物理范畴之内，是无法进行量子化的。
在氢原子光谱中，我们虽然采用数学方法和量子化方法可以很容易的得到氢原子光谱规律，但对于客观实在性而言，是没有意义的。仅能给我们提供一种实验（客观数值）和理论计算的方法。
在电子发光的过程，传统的有两种解释，一种是现在量子论的轨道跃迁发光的模式，另一种是电子加速状态发光的模式。对于物质运动变化的本身，后者比前者更符合因果关系。而这一点加速度则对应的是作用力。电子在电场中所受到的力同场强成正比。静态的场必然是这种关系。但是电子一旦运动，则不会是静态的场了，对于电子具有的电场而言，会产生磁场。对于原子尺度上存在的这种新的场，它的属性是未知的，我们只能采用原子光谱来对应电子和原子的相对状态来求解电子和原子的实际状态。
从这里我们可以得到一个电子在原子中发光的一种对应条件，电子从初速为零的加速度所辐射的光子，要满足光子的某一个物理量同场的强度成正比。光谱项采用场强对应对于初速为零的加速状态对应是合理的。实际上在上面提到的原子势能转化模式，采用的也是距离质子不同层面上场强来对应的。只是发光原理不同，前者是势能决定的光子，现在提到的是变速运动（加速度）决定的电子发光。所不同的就是常数的含义了。另一方面，两种场的叠加，库仑场在大于原子的尺度是了解的，而小于原子的尺度是未知的。而这种新型的场，除了知道斥力，满足原子光谱的数据之外，对它是未知的。尽管有这么多未知的情况，那原子的发光过程是什么样的呢？
如图：
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左图是以质子为中心到电子之间对光谱量子化的氢原子静态图。有两种方案，一种方案是距离，一种方案是场强，并且满足不同对应层面之间给予电子的的作用力分别为1/22 1/32 1/42 1/52 ......近似恒量的比例关系。如果场强遵守距离平方反比的关系，那么两种方案是等效的。如果场强不遵守距离平方反比的关系，则采用场强。
右图是一种理想的情况，即一个氢原子和一个质子的质心碰撞。实际这样的碰撞情况是不存在的，仅是原理说明图。当电子在碰撞过程中能达到小于等于1的位置，碰撞结束后，电子从1位置开始做初速为零的加速运动，一直加速运动到库仑引力和新场斥力的分界线上，并辐射光子。当碰撞过程中碰撞到电子和质子之间最近的距离分别为1、2、3、4......的位置时，从1、2、3、4......分界做初速为零的加速运动时，辐射的光子分别为谱线系：赖曼系、巴耳末系、帕邢线系、布喇开线系......。
六、原子场
1、经典玻尔原子场不符合客观事实
十几年前，曾用了几年时间对原子理论和经典电磁理论在客观实在性问题上进行过一系列的探索，探讨了在客观实在性的基础上原子尺度电磁理论和原子理论存在的可能性问题。有两点确立并且明晰，一点是电磁理论在原子的尺度不能成立，其中电磁理论的基础之一，经典作用的库仑定律在原子尺度不能成立，当时的解决思路主要是微观粒子的结构上，这点并不能成功，理论上也并没有完全可靠的基础。第二点是现在的原子理论不具有客观实在性，仅是理论和光谱数值的对应。这两点在今天看来也是适用的。对于最简单的氢原子，在客观实在性的基础上，采用我们所熟知的电场去解释原子核和电子之间的作用，几乎没有这种可能性。通过各种可能性分析，必须存在一种新的场，新的作用形式，才能在客观实在性基础上解释原子核和核外电子之间的运动行为。
一个有力的证据来自于原子核所发射的β射线，其成分是电子。天然放射性元素所释放的β粒子的能量从0～4(MeV)。电子从原子核释放出来，如果受到库仑引力的作用，那么一个质子和一个电子之间则会存在最少200牛顿（将质子、电子的电量和原子核直径代入库仑定律）的引力。这样大的引力足可以使电子产生1033m/s2的加速度，拉向原子核。β射线是不可能从原子核发射出来的。β射线的存在说明仅采用库仑力来解释质子和电子之间的作用是不足的。另：原子核发射的α射线，质量是电子质量的7360倍，天然放射性元素所释放的α射线的能量从4～8(MeV)。从能量大小的统计而言，原子核所发射的α粒子比原子核发射的β粒子能量大两倍左右。α粒子携带两个电荷，β粒子仅具有一个电荷。如果我们将携带电荷大小考虑在内。则可得到天然原子核发射的正电荷粒子和负电荷粒子所携带的最高能量近乎是相同的，小于等于4(MeV)。如果原子核所发射的粒子初始能量值是相同的。原子核给予α粒子的斥力以及原子核给予β粒子的引力，最终射出的粒子能量相同。这点足可以说明库仑定律在原子尺度是不能成立的。并且原子结构的作用并非由库仑力所主宰。
除了核活动出射粒子的能量之外，电磁波谱也说明这样的趋势。通常我们将电磁波谱划分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。从无线电波——γ射线的过渡，光的频率越来越高，光子的能量越来越大。除了无线电波是人类利用电流的结果之外，其它的都是分子、原子以及原子核内部的运动变化所产生的。从红外线到γ射线，发射光子的电子活动距离原子核呈现越来越近，而γ射线则来自于原子核的本身了。玻尔原子理论或者量子论则暴露出一种矛盾。
玻尔原子理论认为，氢原子中电子绕原子核旋转处于定态时所允许的轨道半径为：
当n取值为1时，为氢原子最稳定的状态，也是氢原子中电子轨道最小的状态。通常称为玻尔半径，用a0表示，理论计算可以得到r1=a0=5.29×10-11米。
r=n2a0 ,n=1,2,3........
我们距氢原子核取n2倍距离则可以得到玻尔氢原子结构和氢原子光谱图，如图：
本图是按玻尔原子理论的氢原子轨道大小实际比例所绘制。n既表示核外电子的轨道，也表示电子运行轨道和氢原子核之间的距离倍数。当n取1时，玻尔原子半径是氢原子最小的半径，也是最稳定的轨道半径，距离原子核最近。随着轨道的增大，氢原子半径也开始增大。当电子从n>1任意轨道跃迁到n=1的最小轨道时，释放光子能量，就形成赖曼系。当电子从n>2任意轨道跃迁到n=2的轨道时，释放光子能量，就形成巴耳末系。与此类推。莱曼系位于紫外区。巴耳末系当N>7时，发出的是紫外线。帕邢线系（n=4、5、6、7……）（在近红外区）。布喇开系（n=5、6、7、8……）（在红外区）。芬德线系（n=6、7、8、9……）（在红外区）。
依据光谱线所揭示的经典原子结构的规律，我们可以得到这样的规律：当电子从高能态轨道跃迁到最稳定态轨道n=1时，质子和电子之间的引力最大，应该是最容易跃迁的，其能量反而最大。随着轨道n的增大，质子和电子之间的引力逐渐减小，质子和电子之间的距离增大，高能态的电子跃迁到较高能态的轨道上，能量逐渐减小。随着发射光子辐射能量的逐渐降低，原子半径越来越大。当n取值为50时，原子半径将会比n=1时的半径大2500倍，当n取值为100时，原子半径将会比n=1时的半径大10000倍。
一个最简单的客观事实是在常温状态下，原子辐射的能量极小，随着温度的降低，辐射发射的光子的能量越来越小。相对应的，原子的半径则越来越大。如果我们取电子轨道n=100，那么此时氢原子的半径将会大于5.29×10-7米，原子直径将会大于10-6米。这个不符合客观实际。如果我们给氢原子降温，其辐射的光子将会向长波移动，当n取值为10000时，那么氢原子半径为5.29×10-3米，也就是氢原子半径将达到毫米的级别。这样的结果说明，原子没有固定的大小。
依据玻尔原子理论、量子论来推论，理论和客观事实不符。
玻尔的行星式氢原子模型并不能解释频率n取值小于1的辐射。而将x射线的解释交给多电子原子的内层电子解释。
2、玻尔原子行星模型对光谱解释的缺陷
在光谱数据和理论模式的解释上，只要遵循数据和理论公式的吻合，那么对于数学而言就没有缺陷。但是物理和数学的不同之处在于，物理是有物理量的，每一种物理量都表达某一种物理的含义。如果仅仅是达到数字公式和实验数值的吻合，这不叫物理。玻尔原子模型的特点是引入了普朗克的量子化，同时又引进了轨道角动量量子化。轨道角动量量子化是对动量的量子化，而不是对能量的量子化。其实质是即对能量量子化，又对动量量子化。
对动量量子化，要满足的关系，那么量子化的结果就会使原子核和电子之间的距离需要采用量子数的平方来满足关系。这导致随着量子化数的增大，原子的半径成量子数平方倍的放大。这点在考虑实际的原子场是无法解释的。
3、原子的大小
气体分子由于具有分子所不能束缚的动能，而在相互碰撞。液体分子在做杂乱无章的布朗运动。这两者都不能作为原子场大小考量的对象。固体具有稳定的力学结构，虽然分子原子在各自力学结构的位置在做震动，但并不会因为震动而脱离稳定的力学结构。这点可以作为我们考察的对象。绝大部分物体都具有热胀冷缩的物理属性。随着温度的降低，物体的体积不断的缩小，一直到随着物体温度的降低，物体的体积不能在缩小。这个温度状态就是最稳定的力学结构温度状态。当然有的物质例外，如冰，会随着温度的降低，体积反而不断的增大。这就需要我们从原子场的结构上，来解释这些物理属性特点。
原子是构成分子结构的最小单元，也是构成分子结构的力点。当一种分子中的原子间的结构是稳定的时候，一定温度状态下的震动幅度决定了这种分子集合体的大小，随着温度的降低，原子、分子间的震荡会越来越小，相应的体积就会越来越小。而当一种分子中原子间的结构是不稳定的时候，一定温度状态下的震动幅度会逐渐改变分子中各个原子间的力学结构，随着温度的不断降低，改变分子间相互的力学结构，并构成不同的震荡力学结构点。则可能使物体的体积随着温度的降低而体积增大。
对于随着温度的降低，体积越来越小的物质，它们的分子结构是稳定的。这种物质是我们考察原子场的理想对象。理论上，随着温度的降低，物体的体积越来越小，当体积不再变小的时候，那么这时候的物体体积就可以看作原子的稳定排列而成。物质原子间的力学结构最小单元，就是我们所要考察的原子场。我们可以在宏观上采用这种方法，来获得原子体积的大小。
原子具有固定体积大小，不会因为核外电子的存在状态不同而原子大小存在区别。如果原子的大小依赖于核外电子的运动状态，那么核外电子在不同的能量轨道上运行时，构成物质的原子在不同的能量阶段，该物质的体积则会发生改变。这点和物质的光谱规律也是矛盾的。现在固体激光器很容易将核外电子激发到较高的能量轨道上。如果依据玻尔原子理论，电子在不同的轨道角动量上，原子的半径会相差很大，同轨道角动量量子化数的平方成正比。但事实上，固体激光器的工作物质的体积并没有成数倍的增长。这点可以确定，原子的大小同核外电子的状态没有任何关系。这个事实说明，原子的大小只依赖于静态的相互作用，即场的作用。
4、原子场属性的初步探索
前面关于原子的力学结构我们已经讨论的比较多，并且已经确定了原子的力学结构需要两种场的叠加才能得到合理的解释。
一种场我们已经知道，就是库仑场，原子核和核外电子之间的库伦作用场。另一种场是完全未知的形式，但根据原子中提供力点的粒子种类（原子核、电子）和光谱的规律，原子有固定的体积大小，并且和核外电子的状态无关。当这种场和库伦场叠加，电子在这两种场的叠加状态下，其作用和为零的边界，就是原子大小的边界。电子在这两种叠加场的空间运动变化，满足光谱关系。这是我们已知的这种场的条件。
原子核是由质子和中子构成的，原子场的作用源必然由这两种粒子提供。质子和电子提供了电场,除了电场之外，原子核和电子具有共性的就是质量了。因此这种场源必来自于质量，即构成原子核和电子自身的质量结构属性。原子核是由质子和中子构成。但是高能领域给出的现象是单独存在的中子不稳定，通过β衰变，放出电子和反中微子后变为质子，平均寿命为932秒，但在稳定的原子核内是稳定的。由于中子不是基本粒子，这对于采用这种新场来描述原子场提供了一种不确定因素。对于原子的组成，有一点毫无疑问，质子和电子可以作为基本粒子来看待。中子是作为一种基本粒子还是作为一种具有结构的复合粒子，这点是不能确定的。
由于质子和电子是原子的基本粒子，那么我们可以考虑单独的一个质子和一个电子所构建的原子，即氢原子。这是最简单的原子。这也注定了这种原子场是最简单的原子场。质子和电子的区别在于电荷的属性是相反的，并且质量相差1836倍。假设构建这两种基本粒子的材料是相同属性的，那么我们可以确定，它们的密度是相同的。利用球体积公式，就可以得到质子的半径是电子半径的12.245倍。由于它们两者具有相同的电荷，但这两种粒子对外电属性的空间分布结构上是相同的，如图：
如果我们将电子半径放大12.245倍，那么电子和质子在外观上是完全相同的，甚至可以说将电子半径放大12.245倍之后，除了电属性相反之外，我们将不能分辨质子和电子的外观结构。这样我们就可以得到，组建质子和电子材料的力学属性完全相同。提供这种新场的对外作用属性完全依赖于这些材料的长度。假设这些基本的材料也存在基本的体积和结构，并构成组建粒子的最小单元，那么它们对外提供的作用将会表现为最小单元的属性，或者说量子数、量子化。它们横向连接（垂直于球面和质心的连线）就构成了质子球型的力学结构。
质子从质心到球面呈现辐射方向的作用是电的作用。而这种新场的作用则是来自于构成质子的材质的一层一层的横向作用，力学结构的特点是它垂直于电场的作用方向。其作用保持质子球体的稳定性，对任何外来侵入到自身区域的作用具有排它性。它是质子作为基本粒子防止外来作用“入侵”的防护网。它对任何粒子都具有排斥性。当然，任何基本粒子都会具有这层力学防护网。
这些作用不但存在于构成质子球体的本身，而且这种作用还扩展到质子的外层空间，即形成新的力场。由于这种力场来自于质子的层状结构，那么在外层空间的延伸过程中也呈现“层层衰减”的特征。其作用长度依赖于质子的半径长度，和质子半径的平方成正比（作用在空间传递的规律，距离平方反比，是由平行于质子球面的作用所决定）。
电子也同样具有这些特点。由于质子的半径是电子半径的12.245倍，那么质子的这种新场的作用延伸长度是电子的149.94倍（12.245的平方）。即电子的这种新场作用半径只有氢原子半径的1/149.94。两个核外电子之间的距离超过氢原子半径的1/299.88距离时，这两个核外电子之间的作用将会不仅仅是库仑场的作用，还包括这种新场的作用。两种场的作用是相互加强。
原子核不仅仅是质子，绝大部分原子核都含有大量的中子。单独的一个质子和电子之间的作用是简单的，加入中子则变得复杂。电子和原子核之间的作用就会包含电子和多种粒子之间的作用。相对应的解释光谱就涉及到电子和多种粒子之间的作用。
原子核相同基本粒子的这种新场给予电子的作用的叠加必然是加强，不同基本粒子给予电子的这种新场作用叠加是减弱。场在空间延伸的规律满足距离平方反比规律。中子不是基本粒子，它给予电子的这种新场作用有待研究。
光谱的规律和实验在原子领域已经非常多了，一个多世纪以来积累了大量原子光谱的规律和公式，描述都存在于量子论的数学公式和光谱数据中，这一点并不缺少，缺少的是对原子领域客观的解读以及客观的物理方法。
另一个需要一提的是γ射线：
原子核发射β粒子伴随一种γ射线是一种原子核活动现象。β粒子是电子，电子具有这种新场的作用属性。但是这种新场的作用距离远小于质子的新场距离。这使电子的这种新场在传统原子光谱中并没有出现。只要电子和核子间的距离足够的近，并且小于电子这种新场的作用距离，那么电子也会出现和原子光谱相类似的光谱。所不同的是，电子的这种光谱能量非常的高。主要是电子和质子或者其它的核子间的距离非常的近，处于原子核的这种新场和电子的新场相互重叠作用范围之内，相对应的场的强度非常的强，而相对应的质量非常的小，从而给予电子的变速运动自然也就非常高了，也就决定了所发射光子的能量非常的高。
从原子核出射的α粒子也同样的具有高能辐射的本领。所不同的是α粒子的质量是电子质量的7360倍，并且带有两个正电荷，而电子仅仅携带一个负电荷。另一个不同的是α粒子包含两个质子和中子，α粒子新场和原子核的新场重叠的区域远大于电子和原子核重叠的区域（是电子和原子核重叠区域距离的149.94倍），α粒子和原子核之间的库仑作用力是相斥的关系，因此两种场叠加作用加强。这点同电子和原子核之间的相吸引的关系不同，电子和原子核之间两种场叠加是相削的关系。原子核出射的α粒子所发射的γ射线是α粒子加速过程所发出的。
传统理论中所认识的原子核所发射的γ射线，采用这种新场可以很合理的解释。对于这点，量子论则不能符合客观事实进行解释。不能解释原子核和电子是相吸引的关系，为何电子从原子核发射出来伴随发射γ射线，并且电子经过原子核的静电场之后，其能量并不减少。量子论采用能级轨道来解释原子核的高能射线，不需要发射距离和时间。强相互作用的距离非常的短，在10-15m(原子核半径)的距离里将α粒子加速到上万公里每秒的距离不具有可能性的，实际上加速过程会更短，因为发射α粒子不可能来自于原子核的核心，只能是边界。当然量子论不需要发射距离，只是轨道能级而已。
传统中所认识的原子核活动γ射线实际是来自于原子场对β粒子的变速运动，通过这点可以检验原子理论，后面我们会提到。
5、原子的力学结构
如图：
图中是静态的氢原子结构，电子位于原子核新场和库仑力作用合力为零区域。多电子原子略有区别，因为电子要受到原子核和其它电子的作用，电子所存在的位置趋向于原子核和其它电子所给予的作用力趋向于合力最小化。那个位置满足这个条件，电子就处于这个位置。这样的结果——原子的核外电子主要位于新场和库伦场作用合力为零的区域。对于数量众多的多电子原子，可以认为核外电子处于原子核新场外围球皮上，原子核位于中心。
核外电子的分布力学过程曾在十年前的一篇文章中做过探讨，但并没有将这种新场考虑进去。电子在原子核外的位置依赖于原子核及其它电子的合作用。可参见⑤。
6、新的原子力学结构面临的困难及解决的方法
静态的原子力学结构和光谱的对应上的量子化困难，库伦静电场是距离平方反比的规律，在场力的传递过程中，会存在距离平方反比的衰减，所以采用单独的库伦静电场无法解释场强所给予电子的状态变化（给予电子的作用力或者给予电子的加速度）在不同的层面保持定值。这一点可以通过两种场的差值来实现。
另一个困难是电子随着相同的谱线系中n的取值越高，发射的光子能量越大频率越高。正常情况下，随着距离原子核距离越来越远，场强所给予电子的变速状态（作用力或者加速度）应该越小，而谱线系的光谱规律却与此相反。这点可以通过新场的属性和电子速度的关系来实现，即电子穿越新场梯度的速度越快，新场所给予电子的状态变化越大，电子所发射的光子能量越高。在后面我们还要谈γ射线，可以通过实验求证。
7、两种解决原子力学结构的原子模型的思路区别
从方法上而言，两种原子模型解释氢原子光谱的思路上存在根本的不同。
经典的玻尔原子模型采用的是建立一个最小的不可压缩的轨道角动量，其标识的原子空间大小采用半径来描述等于玻尔半径。原子光谱的结构和原子半径大小的对应上采用n2倍数来对应。原子光谱的结构预示着原子在光谱的发射上，原子半径会存在n2倍的区别，这点依赖于n的取值。原子在光谱的解释上是原子从小到大的扩张。
新的原子模型是采用场的作用来解释，原子大小依赖于两种原子场的叠加，其作用和为零的边界区域决定原子的大小，其大小是固定不变的。原子光谱和电子的状态变化对应，越接近原子核，电子的变速状态越大，所发射的能量越高。
两种解释的方法，传统的是从原子基本大小向大扩张，随n的取值，原子越来越大。新的原子模型，原子大小固定不变，依赖于原子叠加场的作用强度。两种极值一种接近于原子核为最大，另一种两种场的叠加趋近于零，为最小。
七、光子的属性
静态的原子模型，光子的发射过程就是电子在原子各个层区的变速过程，不存在电子的震荡周期过程。因此，光子必然是一种半波的属性。⑥动态的原子模型，量子论中的光子发射过程由于没有力学的因果关系，只能是一种光子的量子模块，光子的特定属性信息完全在于赋值，即理论需要什么样的，光子就是什么样的。
八、原子结构的一种检验方法——以及一种提高高能射线能量的方法
我们获得高能射线的常见的方法通常有如下几种：一是来自于天然的宇宙射线，二是原子核的活动，三是高能加速器高速粒子的变速运动，或者采用高能粒子去轰击物质。人工获得高能射线主要是通过带电粒子的强烈变速运动来实现，当然，所有的发光现象，都可以通过带电粒子的变速运动来解释，只是速度变化率的大小问题。
获得高能量光子不外乎提高两种形式，一种形式是提高施加给带电粒子作用力的强度，这一点高能加速器上的设计基本上是固定的。另一种形式是减少高速运动带电粒子的质量，这一点电子的质量最小，不可能再减小。那么从方法上，只有第一种形式还有提高的空间了。我这里把它叫做给电子施加最大最用力的方案，我们下面来看：
如何使电子获得的作用力最大：如图：
正常原子的核外电子处于球表的分布，可以采用特定的方法将核外电子压缩到蓝色的部分。达到这样的条件，可压缩的必须是没有外部力学结构原子、离子状态，即单独的一个原子或者离子状态。给它一个单独瞬时电场，在这个电场的作用下，核外电子和原子核在电场的强度达到特定的强度后，则会分离，即图中球体的蓝色部分和原子核的状态，这个条件可以通过高能量的激光来实现。如果原子核发射一个β粒子（电子），其方向远离蓝半球，那么出射的这个电子将会获得原子核和所有蓝色半球体中电子的电场作用。如果我们采用100号元素（100个和外电子），那么该电子所受到的电场力将会增加100个电子的电场作用。从而使出射的β粒子（电子）的能量比正常状态高100个核外电子的电场作用。而相应的在该变速过程中所发射的γ射线，将会远大于正常状态的能量。原子核β衰变正常出射的电子，由于位于核外电子的包围之中，核外电子给予它的电场作用力几乎等于零。当然，如果发射方向在蓝色的区域，蓝色区域大量电子给予的作用同样会使β粒子所发射的γ射线能量减小。
利用该种方法可以检验原子核所发射的γ射线是来自于原子核的本身，还是原子核出射电子在原子场中所发射的射线。
原子核和核外电子的这种分离状态我们可以把它称为原子电场的极化状态。如果造成这种状态的电场突然消失，那么，核外电子将会进入到正常的原子活动，和上面的分析一样，除了受到原子核的作用之外，还会受到核外电子的电场（极化的蓝色部分）作用，在非极化的核外电子（图中浅颜色区域）所发射的光子能量同样也会远大于正常状态原子所发射的光子能量，频率将会大幅提升。
如果是量子论的轨道理论，那么核外电子活动所发射的光子将会是稳定的，光子频率将不会大于n取值为1的频率。如果是文中提到的原子场力学结构，所发射的光子依赖于核外电子的变速运动，那么原子核和核外电子共同给予非半蓝球电子的作用，其结果必然会观测到光子能量值远大于n取值为1光子的能量。如果核外电子的数量足够多，那么我们会观测到x射线、γ射线。
在原子尺度的空间分布几十个甚至近百个电子，其电场强度可以说能达到某种极限，使这些电子和原子核共同加速一个核外电子（β衰变）。采用这种方法来加速原子核所射出的β粒子（电子），也是人工所能达到的某种γ射线能量值的极限。
九、结束语
一个世纪以前，在向微观物理的进军中，物理学放弃掉客观真实性、放弃掉力学因果关系，甚至更进一步的说，放弃掉自然哲学的探索，而进入到采用数理描述的量子论阶段，经典物理学所采用的力与物体运动变化的因果关系模式完全被取代。本文就是从这个分岔点上重新探讨这个阶段的物理，以及采用经典力学模式的物质运动状态和力学关系对微观描述的可能性。也探讨了一点量子论的哲学基础问题。对微观放弃掉力学的因果关系会忽略掉一些新现象。从经典力学出发，会存在一些新现象新规律。
历史上的这个分岔点主要是从热辐射领域到原子领域的探索过程，本文也是跟随这些领域框架的脉络，探讨的一些力学新方法，新东西。如原子场应该存在一种新的场，基本粒子间的作用等。
2013.8.17
说明：本文原文为“物理历史上的分岔点-电的作用与氢原子结构”，是近几年对十几年前写的电的作用与原子结构等一系列文章的纠正和总结。本文未曾在公式和数值关系上作深入探讨，着重点主要在思想方法上。延续原思考的思路过程。可作在微观力学结构、材料科学、高能领域上的哲学方法做基础研究参考，这也是本文思考的出发点。致力于微观做朔源的，不妨参考我十几年前写的那些，那些更倾向于作用本身。本文在内容上虽然做了较大的变动，增加了不少新的内容，但在基础性研究方法上并没有多大进步。
志勰于2013年8月19日
附录：
①物质的分子属性与原子核外的电子分布状态——核外电子的存在状态和物质分子对光吸收的关系
②光电效应和康普顿效应对光的粒子性以及对激光打靶可控核聚变惯性约束方案的否定
由于质子和电子都是基本粒子，我们假设质子和电子都是相同密度属性的物质组成，只要采用它们之间的体积比等于质量之比就可以知道电子的结构体积大小了。请注意，这是在假设质子和电子都是相同密度属性的物质组成的基础上的。采用这种方法来计算，我们可以得到质子的半径是电子半径的12.245倍。
③《电磁通论（上）》[英] 杰.克.麦克斯韦 戈革译 武汉出版社 1994年3月第一版：P 53
④喜欢溯源的可参见 电荷的属性——以及基本电荷相互作用的特点、物体作用的基本定律与绝对参照系统（可以在站点搜索）
电荷的属性——以及基本电荷相互作用的特点偏重于物理哲学上的解释，物体作用的基本定律与绝对参照系统则偏重于简明化数学上的解释。
⑤球壳式原子核结构模型 ————和原子核外电子的力学分布方法
⑥光的量子化在波动理论中所面临的困难及光的波动属性
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物理科学探疑
