物理所谓轨道能其实是轨道电离（脱离）能，轨道能本质是动能，越轨时必伴有能量吸收或释放

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物理认为：航天器m与地球M是一个机械能守恒系统，且以无穷远处势能为零


] 统“易”物理之轨道
物理轨道能的本质是动能
作者: 别焰云 【】
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物理轨道能的本质是动能
作者: 别焰云
摘要：本文主要通过点电荷电场与重力场类比验证，揭示零点在无穷远处的是电（位）势，不是势（位）能。物理所谓轨道能其实是轨道电离（脱离）能，轨道能本质是动能，越轨时必伴有能量吸收或释放， RV2守恒是表征轨道场的根本统一法则。认清轨道能的动能本质后，由德布罗意关系式及玻尔理论验算可得：氢原子轨道周长与轨道电子波波长具有确定的关系：ln=nλn，电子云的认识不一定正确。
关键词：理论物理、基础物理、轨道、位能、开普勒、波尔、势箱

1、引言：
物理认为：航天器m与地球M是一个机械能守恒系统，且以无穷远处势能为零，航天器的势能Ep=－GMm/r， 由GMm/r2=mvr2/r（vr为r轨道公转速率），动能Ek＝GMm/2r，则轨道机械能Er=－Ek；玻尔认为：对有限n值，电子束缚在氢原子中的能量皆为负值，因为能量零点在n→∞处，轨道能En为动能Tn和势能Vn=－ke2/rn之和(k=1/4πε0)，由ke2/rn2=mevn2/rn，Tn = ke2/2rn，则 En =－ke2/2rn＝－Tn。那么势能为负理圆意明吗？我将基于物理本意，通过类比验算理顺其中矛盾，深化对轨道引力场的物质看法，促进基础物理的完善统一。

２、由逻辑类推突破思维定势
设在平行赤道平面上有一座无穷长双层磁悬浮列车轨道高架桥，那么在上下轨道上匀速行驶的列车机械能如何？

在这里列车所受径向合力为零，重力永远不做功（除非脱轨），我们其实不会考虑它们的势能，其轨道能显然就是轨道动能。（即使考虑，由于势能是一个相对的概念，比如分别以地平面或者下轨道为零势能面，它们的机械能之比不可能为定值，因此轨道机械能无实质意义）　无穷长实际上意味着是同心圆环轨道，若它们加速以至使得离心力取代悬浮力，则与航天器无异，它们的轨道能实质上就是轨道动能。

他们不约而同取无穷远处为零势能面，从而得到合乎实际的结论，只因所谓负轨道(机械)能绝对值恰等于轨道动能，若把零势面取在任意轨道，将不能自圆其说。正负势能应只有数学意义，而无物理意义。我们可用正负来表示势能的增减，但物体固有之能量只应为正。物理之势能零点只能在无穷远处，而轨道能皆负，实质上赋予了负能量物理意义。一物本以Ek环地面运动，却说其机械能为－Ek，一如宗教说人有原罪的味道；或说此时要以地面为零点，其实与零点在何处无关，关键在于圆周轨道能本质上是公转动能。

物体在重力场中具有重力势能，但当物体处于正圆轨道时，无径向位移，此时引力不做功，若引入惯性力概念，可认为离心力与引力平衡抵消，径向合力为零，在任意正圆轨道运动与在地面或者脱离引力场相类，无所谓势能。由于两层列车轨道永不相通，我们不会考虑其“位能”差，若轨道有起伏，可视每一轨道如一“势箱”，箱内机械能必守恒。当物质没有径向位移时，或简视物质（行星、电子）作匀速圆周运动，后者相当于定义了一坎坎的轨道“势箱”，而忽略其每箱内位能波动，每一轨道（箱）皆可视为零势能面，而箱内“位能”皆可视为零；箱箱之间具有位势（电势）差，而无穷远处是位势为零，而非势能。

３、RV2守恒就是表征轨道引力场的根本统一法则

对于氢原子核Q电场而言，场强E=kQ/ r2，其无穷远处场强为零（g=GM/ r2与之相类，g应反映了重力场中r远处场强）；变形可得E r=kQ/r，kQ/r当反映了电场中r远处的电势，沿着电场线的方向，电势越来越低，取其无穷远处电势为零合理。电子从a0电离，（电势差U0=ke/a0，设刚脱离原子时动能T=0，以a0为零势能面），则电场力做负功eU0，即电势能（位能）增量为V=ke2/ a0，由能量守恒电离能为
（T+V）－T1＝ke2/ a0－ke2/2 a0＝T1＝13.6（eV）（＝∣E1∣），

可见不引入负位能，以　En＝Tn也可得到正确结论，若取向心方向为正，则基态惯性离心力本身具有离心能－T1，而从基态电离电场力做功为W=－V＝－2 T1，故须补充电离能为W－（－T1）＝－V＋T1＝－T1，显然物理所谓负轨道能其实是轨道脱离能。　推而广之，电荷q由r0 处跃迁至r处，则电场力做功为
∣W∣= k Qq (1/r0－1/ r)=k Qq ( r－r0) / r r0=平均力F (r－r0)，
可见F/q=kQ/ r r0反映了跃迁轨道间的平均场强，为几何平均数。

以航天器m类比如试探电荷类推：显然g r =GM/ r（＝︱Ep︱/m）反映的是重力场中r远处的位势。可见零点在无穷远处的是位势，不是势（位）能，轨道能︱Er︱=Ek＝GMm/2r正反映低轨道位势高于高轨道位势。由F=ma，可得vr2r＝GM和vn2rn= ke2/me守恒，显然RV2守恒就是表征轨道场的最根本的统一法则，它直观简明地反映了动能态V2与场能态R之间守恒变易关系。位势∝1/r，由vr2体现，是场的固有特性。（与质量多少无关，原子和星系应皆如此）。我们不会把电势与电势能混为一谈，我们也不应把位势与物体势能混为一谈。

把m由近地轨道R（令轨道公转速率为v0，即第一宇宙速度），发射至r处，引力做负功，“场强”几何平均值g=GM/Rr，其势能增量为mg(r-R)＝GMm(r-R)/Rr＝GMm(1/R-1/r)= m(v02－vr2），显然可直接由位势差乘m得到，其值为轨道动能差两倍。（航天器m脱离地球引力相当于1/r→0，总势能增量为GMm/R，设航天器在燃料烧完后的近地动能为mV2/2，脱离时动能为0，由mV2/2＝0＋GMm/R可得第二宇宙速度，若m具有基态轨道动能E0 =mv02/2，则脱离能等于E0，与电离能相类。）

若航天器m从初始正圆轨道R由v0加速至V，由一椭圆（霍曼）轨道转移到另一较大正圆轨道r，且它刚能到达r轨道时速率为v，则霍曼轨道有如R—r势箱，箱内机械能守恒方程为：mV2/2＝△Ep+ mv2/2，而△Ep＝GMm(1/R－1/r)，与物理结果一致，并不需要人为定义轨道位能、轨道机械能。若m由r轨道“跃迁”回R轨道，多余的能量为：
ΔEp＋m vr2/2－mv02/2＝GMm(1/R－1/r)－GMm(1/R－1/r)/2=m(v02－vr2)/2
可见轨道跃迁必须释放能量（等于轨道动能之差），显然涉及不同位势 “势箱”，适用能量守恒，轨道空间分布着一坎坎的轨道场，并非绝对真空。

光谱辐射也应是电子轨道动能之差，结合玻尔理论rn= a0 n2有：
△E =（Vn2 -Vm2）me /2= (1/rn-1/rm) ke2 /2= (1/ n2 -1/ m2) e2/(8πε0 a0)，
这正是里德伯公式形式，表明宏观与微观是统一的，rn= a0 n2合乎实际，而开普勒定律具有普适性。

４、轨道电子波波长与轨道周长关系为ln=nλn

正所谓名不正，言不顺，势能为负直接影响到我们对轨道动能本质的认识。原子轨道能En其实就是电子动能Ek＝Tn，由德布罗意关系式有电子动能（eV）与波长关系为.Ekλ2=1.2262 （nm 2），将Tn＝n2E1代入可得：氢原子轨道电子波长λn＝n1.226/√13.6≈n/3 nm，而玻尔半径α0=0.0529≈1/6πnm，依玻尔理论轨道周长ln=2πrn=2πa0 n2≈ｎ2/3，可见ln=nλn。氢原子轨道电子波波长与轨道周长关系恒为ln=nλn，表明轨道场是一种圆周驻波，主量子数n为每个相应轨道的“驻波数”(相当于波节数)，同时正比于相应轨道驻波波长。（并无直线驻波之固定两端，与直线驻波之条件弦长l =n(λ/2)并不一致）。

ln=nλn决定了轨道电子波横向规律，而波函数反映的是径向可能，二者必须结合才能正确认识波函数意义，上帝或许并不喜欢掷骰子。设一行星在基态“势箱”0--1内椭圆波动，我们或可认为它在平均轨道约0.5处存在几率最长，但并不会如电子云认识的那样随机到处乱跑，因为越轨时必伴有能量改变。（其实ln=nλn我本是在研究天地统“易”物理时于太阳系中先发现，而任意原子应皆如此，有待大家验证）

５、结论
１．轨道能本质上就是轨道动能，物理所谓轨道能其实是轨道脱离能。　忽略物质（大至行星，小至电子）轨道波动，相当于定义椭圆轨道为势箱，箱内遵守开普勒第二定律及适用机械能守恒，箱箱间具有位势差，遵守开普勒第三定律及适用能量守恒，越轨时必伴有能量变化、吸收或辐射，RV2守恒具有普遍意义。
２．对于原子轨道，电子以圆周驻波形态存在，电子波波长与轨道周长具有确定关系：ln=nλn，电子云和波函数部分认识可能需要修正。

我之所以对这个似乎已通过物理检验的无关紧要的负势能问题较真，主要因为它涉及引力场本质，影响我们对轨道能本质的正确认识，其实许多定论都有推导误会之处，把它们奉为真理，只会贻误后世，只有突破科学迷信，从客观归纳绝对真理：如开普勒定律，里德伯公式等出发，理顺基础物理不足之处，才能于简单中发现物理的统一之美。
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