在相干电磁波的作用下，电子的速度和电磁波的强度和持续加速的时间都有关系，也就没有了电子速度与电磁波频率间的爱因斯坦关系

原子内电子的运动瞬时速度和轨道半径的实测与研究
用原子的发射光谱对氢原子、氦离子、氦原子

内电子的运动瞬时速度和轨道半径的

实测与研究


冯 劲 松



重庆新大集团高技术研究所 所 长



电子信箱：[e-mail]


内 容 提 要



本文利用笔者发明的“原子内电子运动瞬时速度和轨道半径测量方法及其测量设备”（于2005年3月23日，由中华人民共和国国家知识产权局授予发明专利证书，发明专利号：ZL00105041.9），对氢原子、氦离子、氦原子内旋转运动着的电子在发射不同频率的电磁波时的运动瞬时速度和轨道半径进行了实测与研究，首次实现了氢原子内电子运动参数的精确测量，氢原子的电子在发射（巴尔末谱线系）不同频率的电磁波时分别所对应的电子运动瞬时速度（km/s）是:5173.9740,4899.4164,5510.2393,4673.4087,5860.4100,4313.0330；和分别对应的轨道半径（×10 -12m）是:9.4640,10.5540,8.3440,11.6000,7.3770,13.6200。此结果与过去用其它方法实测的氢原子核间距离的一半32×10 -12m进行分析、比较，可以断定，用此方法测量的原子内电子运动瞬时速度和轨道半径数据是非常精确的。原子结构的动态“行星”模型图像第一次清晰地展现在人们的眼前；这标志着爱因斯坦与玻尔关于对“测不准原理”长期争论的结束；爱因斯坦的决定论观点取得了根本性的胜利。氢原子内旋转运动着的电子发射红、绿、兰、紫、紫外1、紫外2电磁波时，它所处的位置，运动速度不同。每一个小周期内，电子发射两次电磁波。电子发射电磁波时，在一个位置上的运动速度较快，而在另一个位置上则较慢，即电子时而加快，时而又减慢；电子时而靠近原子核，进而又远离原子核，电子围绕原子核的旋转运动半径R 成周期性的变化；同时，电子旋转运动速度的大小也成周期性的变化，这正反映了原子的振动规律性。通过对氦离子、氦原子内旋转运动着的电子在发射不同频率的电磁波时的运动瞬时速度和轨道半径的实测、研究，发现氦原子的外层电子电离后，内层电子将作减速运动，并且内层电子的轨道半径将变大。氦原子内、外层电子在发射不同频率的电磁波时，所处的位置、运动速度均不相同；所发射的电磁波频率并非以其所在轨道半径的大小而成比例地增大或减小。实测证明:电子发射电磁波频率的大小只取决于电子作减速运动的负加速度的大小。在每一个小周期内，电子发射两次电磁波，电子发射电磁波时，在一个位置上的运动速度较快，而在另一个位置上则较慢，即电子时而加快，时而又减慢；电子时而靠近原子核，进而又远离原子核，电子围绕原子核的运动半径R成周期性的变化，同时，电子旋转运动速度的大小也成周期性的变化。以上所测氢原子内电子的旋转运动轨道平均周期是：0.79097372～1.98414850×10 -17s（注：1飞秒=10 -15s）；以上所测氦原子内电子的旋转运动轨道平均周期是：4.764819～114.76487×10 -22s.



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学者宋文淼 发表于2009-9-21 18:14:57
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书4 物理学原理（第三卷）相对论、量子力学、数理逻辑

3.1.4 氢原子光谱和波尔的氢原子模型
3.1.4 氢原子光谱和波尔的氢原子模型
什么样的自然现象是具有根本性的现象，什么样的现象是局部的现象，现在看来这是一个很重要的事。像黑体辐射和光电子发射那样的实验，现在看来是无法与氢原子光谱的实验相比，黑体辐射中，所谓黑体本身就不是一个有明确定义的假想体，所以随着科学的发展人们就会看到大部分真实的物质并不具有黑体辐射的那种性质，光电子发射本身是一个实在的物理现象，但是它的规律同样比较含糊，对于不同的表面材料和不同性质的光源，例如应用现代的激光器的光，那么光电子发展规律可以完全不一样，很低频的相干光并不是只能给电子一定的速度，在相干电磁波的作用下，电子的速度和电磁波的强度和持续加速的时间都有关系，也就没有了电子速度与电磁波频率间的爱因斯坦关系。这样的实验材料，不可能得到物理上的普遍规律。而原子光谱则不一样，这是一个类似于谷第·布拉赫的行星太阳系的运动规律的实验一样，虽然那时实验的夹角的测量精确度只保证在2”之内，但是在这样的有限论域内，它是人人、时时、处处都可以感受到的公理。一百多年来，氢原子光谱都没有改变，相信以后也同样不会改变，当然精度还会不断提高，但是在那个优先论域内，它的公理形势不会改变的。当然对于运动体发射的原子光谱，它的频率也会有所改变，但是这种改变同样是有规律的。这样的实验事实，是大自然所展示的，而且人类只有在科学技术发展达到一定程度的时候，才能够感受到它。从那样的实验事实，就有可能得到普遍的逻辑自洽的物理学体系。
尽管氢原子光谱有类似于太阳系运动规律的那种普遍的公理性，但是人们要从哪里找到普遍的物理学规律还是不容易的，这就要一个思维能力发展与之相适应，在没有足够的数学方法时，同样是得不到的。实际上作为氢原子模型的电子的定态轨道是任何实验所无法直接测量的，它是从原子光谱的实验结果间接地得到的。关于波尔的氢原子光谱在很多量子物理的著作和普通物理的书中都有详细的叙述，这里只是按照库珀的书作一最简单的介绍。
波尔是把普朗克-爱因斯坦的作用量子理论用到卢瑟福的原子模型中去，并用来解释氢原子光谱的实验结果，得到了理论与实际之间的真正良好的结果。波尔把经典理论用到卢瑟福的氢原子模型中去，根据经典理论，电子的角动量为：

波尔提出的假设是，只有角动量满足下述条件的轨道才是容许的，即

也就是说，角动量的大小必须等于普朗克常数出以 。量子条件使得电子只能按所有圆形轨道中的某一些轨道运转。他的第二个假设就是，当电子处于固定轨道时，它不辐射电磁能量。波尔的第三个假设就是，只有当电子从一个容许轨道跃迁到另一个轨道时，它才辐射电磁波。从这些假设可以得到电子在允许轨道上的半径为：

所有的半径中最小半径叫做波尔半径，它相应于n=1，

所以，原子模型和原子半径到现在实际上都是与一种假设联系在一起的，而不是能够直接从实验测量得到的。不同的波尔轨道相应于不同的能级，从经典理论：还可以得到任意圆形轨道上的能量：

将容许的波尔轨道半径的数值代入，得到：

当电子处于最低的波尔轨道上(原子处于基态)时，原子的能量等于：

最后，根据波尔的第三个假设，从一个能级跃迁到另一个能级时

这和实验观察到的巴尔麦系谱线的频率非常好地相符合。库帕对于波尔的理论最后的评价是：

波尔的理论看来是非常成功的，他利用了爱因斯坦和普朗克的思想，成功地建立了一个稳定的卢瑟福的原子模型，并求得了一系列氢原子所特有的不连续谱线，这些谱线系与巴尔麦系和其他系时一致的，它们不是已经被观察到就是稍后也被发现的。……这是一个很大的成就，但波尔的理论还不完善。在某种意义上，与其说波尔解决了问题，还不如说他提出了问题。电子只能在容许轨道上旋转。在这些轨道上它违反麦克斯韦理论而不能辐射能量：仅当电子从一个轨道跃迁到另一轨道时才辐射能量。那么，在跃迁过程中电子在哪里呢？在容许轨道之间究竟有没有电子存在？当电子处于允许轨道上时，它是在通常意义上存在的吗？谁又能回答这些问题呢？

这些确实是物理学家所应该回答的或者需要去寻找答案的主要问题，但是量子物理学家却永远回答不了那些问题，他们的方向离开回答那些问题的正确答案越开越远了。但是从今天我们对于电磁场理论的认识，这些都是不难回答的问题。不仅库帕提出了这些问题，一些现代物理学家同样提出了这样的问题，如威切曼[]就说，波尔的量子条件有一个专门定出来的性质，很难被认为是令人满意的，在薛定谔发表论文的时候，已经清楚虽然波尔的理论确实解释了一些观察到的事实，但是也存在着一定的缺点和完全失败之处。但是像威切曼那样的现代物理学家并不知道此后所发展起来的薛定谔方程和海森伯格的矩阵力学和测不准原理的意义和失败在哪里？特别是玻珥的几率波的诠释如何把量子力学引向了完全错误的哲学道路。归根结底，早期物理学家对于原子结构和自然光的不连续性质的讨论是一种对于实物与电磁波并存的物理世界的一种探索，他们得到了的结果既代表了人类认识大自然规律的过程中的巨大的成就，也存在着数理逻辑上的不足，这种不足从形式上看都是因为对于电磁场理论的认识的不足，电磁场理论在一定意义上是一种应用理论，在那个时代，还没有自洽的数理逻辑作为它的基础。
现代物理学家把这一节中所讨论那些观念仅仅看作是为量子力学发展提供启发的一些思想，真正的量子力学是从薛定谔方程，特别是从玻珥的量子力学的几率诠释开始的。所以下面真正要讨论的量子力学就从那里开始。

本文引用地址： http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=256973


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[1] 标题：赞同、支持、推荐好文章！
发表评论人：yinglu [2009-9-23 9:05:06]
赞同、支持、推荐好文章！
博主回复：实在很抱歉，我自己都不觉得自己写的是好文章，连插图和公式都没有表示清楚，总觉得得不起读者。但是人老了又一个人在国外（当然仅仅指科学研究，生活上子女们对我都很关心照顾）。实在力不从心。

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