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1、Page of 11 1-全国第十二次原子、原子核研讨会暨近代物理研究会第五届年会交流论文原子光谱与李氏台格律 - 通过李氏台格律所揭示的光谱规律看原子物理学的理论革命李映华（华南理工大学 广州 510640）摘 要 本文在介绍台阶三角方格数值规律（下面简称为“李氏台格律” ）的同时，指出原子物理学理论革命的必然性。李氏台格律揭示，原子所发射的光谱中包含了基频和拍频。这一事实将启示我们重新认识光的本性，认识原子结构，认识原子发射和吸收光谱的更本质的因果联系。文中结合激发电势规律和电离电势规律，引出了关于原子核外电子轨道分布的崭新结论。这一结论促使我们提出重新审查现有原子结构学说和对现代物理化学
2、中已有观测实验事实的重新认识，以及对整个物理化学基础理论进行彻底改造的重大问题。原子物理学的理论革命是不可避免的。关 键 词 原子光谱 台格律 基频 拍频 核外电子轨道 物理学 理论革命一 、 李 氏 台 格 律如图一所示的台阶三角方格中，取一系列任意数值，如1、3、4、6、7、9、10，按顺序从台阶基级往上置放作为基数（如图 1） 。将各基数的差值分别置于两基数垂直相交的方格内，组成台阶三角方格的派生数列。由上述规则产生的方格内派生数列之间存在下列规律：任意两行或任意两列相邻两数之差为一常值。如倒数第一和倒数第二两行相邻两数之差等于二，左边第一和第二两列相邻两数之差为一，等等。李氏台格律中基
3、数和派生数列的物理意义。（1）表示与环绕同一中心运动两物体的固有周期和会合运动周期相对应的固有频率和会合运动频率。若台阶上的数值表示固有周期相对应的固有频率，那末，方格内的派生数列则表示与会合运动周期相对应的会合运动频率。例如，在天体运动中，以 T1、T 2分别表示任意两行星的绕日运动固有周期，则两行星的会合运动周期 1/T1-2 1T11T2。用频率 n1、n2、n1-2分别表示 101 93 2 74 3 1 66 5 3 2 47 6 4 3 1 39 8 6 5 3 2 1图 1 Page of 11 2它们的固有频率和会合运动频率，则它们之间存在 n1-2=n1-n2的关系。这一关系
4、可以用台阶三角中的基数和派生数列表示。（2）表示同方向不同频率的谐振动合成时的基频和拍频。设1、2 为用波数表示的基频，1-2为拍频，则台阶上的数值表示基频，方格内的数值表示拍频。. 二 、 氢 光 谱 的 李 氏 台 格 律（一） 氢光谱规律由广义巴尔末公式 = R (1/nr2-1/ni2) 所表示的氢光谱（频率用波数表示）有如下几个线系： 1ni线 系 nr 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11赖 曼 系 1 82258.31 97491.36 102822.94巴 尔 末 系 2 15233.216 20564.793 23032.543 24373.343 25181.055
5、25705.957 26065.61 26322.90帕 邢 系 3 5331.58 7799.30 9139.84 9948.13 10472.74 10832.40 11089.69 11280.03布 喇 开 系 4 2467.75 3808.26逢 德 系 5 1340.52我们研究发现，这些线系都是表现现象，现代物理学还无法令人信服地解释光谱现象中的许多问题。（1）光是什么？原子是怎样发光的？（2）光谱线系如何形成？（3）虽然原子能吸收的光谱也是本身能发射的光谱，但能发射的光谱并非都是能吸收的光谱，原子能吸收的光谱数远远少于本身能发射的光谱数。如氢原子能发射从紫外线、可见光至远红外光
6、的宽广波段，而吸收辐射时，一般只吸收波长比 1215.7 埃更短的光。（4）为什么谱线的间隔与强度朝着短波方向十分规则地递减。（5）为什么有些光谱线系范围会出现重叠现象？（如图 2） 2以上的问题都由李氏台格律完满的解释了。图 2Page of 11 3（二） 氢光谱的李氏台格律我们先看看上述用广义巴尔末公式所表示的氢光谱线系在李氏台格律中的位置。 （如图 3）10 108771.159 190.35 108580.808 447.61 257.26 108323.547 807.28 616.93 359.67 107963.876 1331.89 1141.54 884.28 524.61
7、 107439.265 2140.17 1949.82 1692.56 1332.89 808.28 106630.984 3480.67 3290.32 3033.06 2673.39 2148.78 *1340.51 105290.483 5947.62 5757.27 5500.01 5140.34 4615.73 *3807.45 *2466.95 102823.532 *11279.61 *11089.26 10832.00 *10472.33 *9947.72 *9139.44 *7798.94 *5331.99 97491.541 *26512.66 *26322.31 *260
8、65.05 *25705.38 *25180.77 *24372.49 *23031.99 *20565.04 *15233.05 82258.49图 3. 说明：台阶上为赖曼系，有“*”号者，倒数第一行为巴尔末系，依次为帕邢系、布喇开系和逢德系。三 、 氢 光 谱 李 氏 台 格 律 的 几 个 结 论（一） 原子发射光谱中包含基频和拍频图 3 表明，已观察的属于赖曼氏的紫外线均在台阶上。其他线系全部都可放在台阶三角的方格内，并根据台阶方格的数值规律，找到他们的真正位置。经分析研究查明，巴尔末系全由已测定的赖曼系的五条谱线所合成。其他线系是由未测定的谱线与赖曼系已测定的谱线所合成。这些未测定
9、的谱线的波数和位置可根据台阶三角的基数和派生数列间的数值规律求得。计算表明，这些未测定的谱线正是赖曼系第六至第十条谱线。从氢光谱这些已测定的光谱线数所排列的台阶三角方格中，还算出了一系列存在的谱线，这些谱线应该在观测中找到。上述情况表明，所有氢光谱中，赖曼系的谱线属于基频。其他谱线均为拍频。（二） 光是波动过程（1）光的衍射、干涉、偏振、多普勒效应等，说明光是一种波。（2）从氢光谱存在基波和拍波事实，进一步揭示了光是一种波，是一种振动传播过程。空间是物质的实体，原子周围的空间是被这种物质所充满的。这种物质以前人们称之为以太。我们称它为真空物质。 3它是光波（包括各种波长的电磁波）传播的载送物质
10、。正如空气是声波的载送物质。真空物质是客观存在的，已为近代物理学的丰富观察实验所证实。十九世纪以前人们对它的运动状况了解不够，甚至得出一些不正确的结论。十九世纪以来已积累的大量观察实验资料表明，空间是为特殊形态物质所充满的，物质是在运动中存在的。离开空间的物质内容和过程的物质作用机制，纯粹根据能量概念和数学方法去了解自然现象已经不可能了。不能回避解答过程的物质作用机制问题。（三）原子的发光机制光是一种波动过程。那么，原子是如何发光的呢？我们认为，原子有一个到现在仍未被人们认识的核心。这个核心高速地旋转着，并牵引周围真空物质形成电磁场，核外有电子环绕它旋转。电子并非在虚空中运动的，它是在实实在在
11、的真空物质携带下绕核运动的。一般情况下，电子绕核运动的速度与所在轨道上真空物质的绕核运动速度相同，处于稳定状态，既不发射电磁波，也不会落入原子核。只有在电磁波的作用下，或原子之间发生相互碰撞，Page of 11 4引起电子在固有轨道附近振动时，才发出与固有轨道运动相近频率的振动传播，这就是原子发射光谱中的基波。沿同一方向传播的基波由于振动合成形成拍波。（四）关于电子轨道的新结论. 电子在原子核的电磁场内受核磁力作用绕核运动。一般来说，电子的所在轨道与该原子的吸收光谱频率相对应。究竟那一类原子有几个电子，现在要作出结论还为时过早。必须进行深入的实验观测后才能了解。但，这一点是无容置疑的，现代物
12、理学对原子核还不真正了解，现在占统治地位的原子结构观念必须扬弃。必须重新认识质子、中子及各类微观粒子现象。必须在综合分析已有实验观测材料的基础上，通过原子吸收光谱的更精确测量，用理论结合实验的方法，分析原子的核结构和电子的轨道分布。现在我们能够得到的认识是：（1）原子有一个电磁的核心，它象一个高速旋转的陀螺。电子在原子核的电磁场中绕核运动。一般情况下，它的公转速度与所在轨道的真空物质绕核运动速度相同，虽然加速运动也不会发射光波，不会掉进原子核。（2）原子内电子的轨道运动频率与吸收光谱的频率相对应。可以通过原子的吸收光谱了解各类原子中电子轨道运动状况。. （3）由于电子之间的斥力，多电子原子的轨
13、道是按安全运动规律分布的。电子的运动只能在互不相干的安全轨道上存在。这些轨道是分立的，并为吸收光谱所反映。（4）核外电子主要分布在与光学光谱和伦琴光谱对应的二个轨道带，自由电子占据着原子的最外层。上述原子核外电子分布结论，可以解释现有物理学中所有现象和事实。它涉及到现代物理学和化学中一系列现象和规律的重新认识和阐述，并向人们提出许多有待研究的重大课题。.（五）对谱线现象的合理解释（1）光是一种特殊形态物质的振动传播，原子受作用引起核外电子在固有轨道上振动时，作用力由外层往内层传递，并逐渐减弱，故其辐射强度由外往内逐渐递减。基频第一根谱线，也是亮度最大的谱线，是由最外层轨道电子搅动所产生。上述解
14、释，人们会提出这样的质疑：这样说来，氢原子核外不是存在多个电子了吗？回答是肯定的。如果发射基频时，是由于氢原子核外单一电子几率分布所处轨道不同，则它们受作用时应该存在平均强度。不可能存在谱线强度由长波向短波逐渐递减的规律变化。这一规律性的合理解释只能是：处于同一原子核外不同半径上的电子由外往内受作用的结果。（2）原子受激发所辐射的基波频率与核外电子的轨道运动频率相对应。原子受作用辐射基频同时，由于电子的会合运动产生与会合运动周期相对应的拍频。所以，我们观察到的光谱中包含基频和拍频。这些频率中强度较大部分都在发射光谱中观测到了。而原子吸收光谱时，轨道电子一般只吸收与自已轨道频率相对应的波数。拍频
15、并不存在对应的电子轨道，所以，原子能吸收的光谱线数远远少于本身能发射的光谱线数。（3）原子受作用引起轨道电子发出振动传播时，所发射的每一个基频均由长波往短波方向合成拍频，由于基频的强度由长波向短波方向有规律的递减，所以每一个基频与短波方向的基频合成拍频时，都会形成一列强度由长波向短波方向逐渐递减的线系。这就是，在光谱的李氏台格律中每个基频对应横行所表示的光谱线系。由基频合成拍频时，其合振幅最大的第一根谱线是最明亮的，并成为线系的节点，它是基频频差最近两根谱线的第一个拍频，又是台格律中行与行、列与列之间同波数的次级拍，其合振幅最大，因而形成线系划分第一根最明亮的谱线。它是形成线系的标识谱线。一般来说，谱线数目与基频数目相同，原子能发射多少个基波便有多少个谱线系统。在李氏台格律中所表示的氢光谱规律的光学光谱中共存在 10 个谱线系统。目前人们已测定的有五个谱线系。由于其它谱线系都在远红外线部分，同时强度越来越弱，观测也就较困难了。（4）在李氏台格律中，可以看到有些线系之间波段存在重叠现象。如布喇开系，在台格律中包含了波数为 2466.95 至 5947
