五，氢原子的光谱线。
五，氢原子的光谱线。
作者；王敬鲁、王冲
光谱包含的信息十分丰富，不仅表明粒子的波长和频率。还能表明热量、动能、和所有斥力能，以及物质的构成成分的信息，和对光谱线结构规律性、强度等的研究，为认识物质结构提供丰富的信息；可见光谱能够反映物质的色彩和亮度。
1，氢原子光谱
由测量氢气放电管发射出的光的光谱可获得氢光谱，氢原子的光谱线系包括紫外区（莱曼系）、可见光区（巴耳末系）、近红外光区（帕那系）、红外区（布拉开系）、远红外区（普丰德系），非常广泛。上面的光谱线系均以发现者的名字来标记
综合氢原子光谱谱系的波数，可用下面的普遍表示式来描述：
波数=rh(1/m2—1/n2)， n=1,2,3,----，rh=4/b=1.0967758x107m -1称为里德伯常量。
其中，m=1,2,3,--- n=m+1，m+2---，
上式中每一个m相应于一个谱系。光谱线系的波数可用更一般的形式表示
波数=tm—tn 其中tn=r/n2，称为谱项。
对原子光谱的研究发现，其它原子的光谱也具有氢原子光谱的这种特点，只是各种原子的谱项具体形式不同。
每一个谱项代表一个光粒子的波长和频率。以上都是经验公式。
统一力学认为：氢原子光谱给人们一个非常重要的信息，那就是原子内部，不仅存在中子、质子、电子，还存在许许多多的不同质量的光粒子。这些光粒子存在于原子核的质子、中子内部和表面，存在于电子内部和电子外层的光子轨道上。就像卫星围绕行星中心进行轨道圆周运动那样，即宏观和微观物质实体都遵循同一的规律。否则氢光谱线系中不可能包括非常广泛光谱线系。完全有理由推断氢原子是由许多质量不同的光粒子构成。这一点非常重要，这是我们认识原子内部的核子和电子的重要依据。不必再假设什么夸克呀，格里克呀和希格斯，等等。
各种原子都能发射和吸收光能和热能。正像各种星球都能释放和吸收光能和热能那样，即宏观和微观物质实体都具有引力现象和斥力现象，都具有吸引和排斥的本质属性。这就是万物都具有交换光子的能力和交换各种粒子运动时所携带的热能。可以肯定的是中微子、光子，当然包括磁子、微子和所有基本粒子以及原子、分子都是传递磁力的介质。特别是磁子、微子和光子充满了整个宇宙的各种粒子和物体中，充满了宇宙的时空间，包括所谓的真空的区域。
很明显在星球之间充满着磁子、微子、光子这些微小的磁体，这些磁体形成的磁性海洋。星球就是在这磁性海洋中航行。
如果有人能够证明磁子或微子的能量就是物质世界中最小单元的热量子，那么量子的能量级别单位，就会自然而然地进行识别和确定了。普朗克的量子常数就可以准确的测量出来。通过磁力和能量的转换关系，也就可以确定统一力的最小单位的量。爱因斯坦的广义协变原理，在整合自然科学所有定律过程中，就会真正实现物质在数量上的统一。
2，对玻尔氢原子结构模型理论的整合
玻尔1913年为原子的行星模型提出了三个假设：
（1）原子存在一系列具有确定能量的稳定状态，称为定态。
统一力学认为；确定能量的稳定状态是由一系列定态上的电子和原子核之间的引力和斥力相互作用，产生的统一力表现为互补平衡力决定的。
（2）当原子从一个定态跃迁到另一个定态时，原子的能量状态发生改变，这时原子才发射或吸收电磁辐射，所发射或吸收的电磁辐射的频率，由下式决定：频率=（en-em）/h，其中en-em分别为跃迁前后的能量，h为普朗克常数。能量最低的状态为基态。这一假设，他把原子状态和原子光谱联系起来。
统一力学认为：原子发射能量，是由于电子和原子核之间引力增大，斥力减小，通过释放斥力能（包括热能、光能等）来实现的。原子吸收能量，是由于电子和原子核之间引力减小，斥力增大，是通过增大斥力能来实现的。其量值等于跃迁前后的能量差。
（3）角动量的量子化。原子中的电子的轨道角动量是约化普朗克常量的整数倍。所以电子轨道圆周运动的角动量的值为nh=mru，n=1,2,3,,-----其中n是正整数，因此能量2随n增加而升高，其绝对值反比于n2，角动量只能是非连续性的值。由此可知原子中的轨道和速度都是非连续性的，都和n有关，n称作主量子数。氢原子的电子运动轨道半径不仅是量子化的，而且其数值仅由几个基本常数me、h、c决定，氢原子的第一轨道半径约为0·53x10-10m ，也就是基态时的电子轨道半径，称为玻尔半径（用a0表示），氢原子的轨道半径和n2成正比。
可取的值分别为a0，4a 0，9a 0，16a 0,-----氢原子的能量分别为e1、e1/4、e1/9、e1/16----
原子量子化的能量值，称为能量级。能量随n增加而升高，其绝对值反比于n2。原子中电子的能量均为负值。
统一力学认为：由于磁力的量值是个非连续性的量值，电子进行圆周运动的角动量必然是非连续性的量值。玻尔将角动量进行量子化是正确的。电子的能量属于斥力能，斥力能都是负值，当然原子中的电子的能量均为负值。
玻尔理论还能够定量的对于氢原子发射光谱和吸收光谱作出解释。
（1）发射光谱，氢原子处于基态时，当它由外界获得一定的能量后，原子中的电子由n=1的轨道跃迁至n值较大的轨道，此时原子处于能量较高的状态，称为激发态。当原子从n>2的状态跃迁到n=2的状态，利用波长公式可知，所发射形成的光谱线系为巴耳末系。如跃迁到n=1的状态时，利用波长公式可知，所发射形成的光谱线系为莱曼系。通过实验事实都证明了玻尔理论的正确。各原子可以处在不同的能级上，各能级间的跃迁可以在不同的原子上发生，于是，实验时各种光谱线都能同时观察到。
（2）吸收光谱，原子从低能态跃迁到高能态时，由于能级是量子化的，所以只能吸收一些特定的能量。因此，当具有连续谱的电磁辐射照在原子上时，只有一系列分立能量的光子能被原子吸收，结果使与这些光子相对应的谱线从出射的辐射中减弱，显然吸收谱线和发射谱线应具有相同的波长。
当氢原子处于基态时，受到照射后，只可能从n=1的状态跃迁到n>1状态，因此只有对应于莱曼系的吸收谱线能被观察到。但对于高温下的原子，它们可能处于激发态，在受到连续谱的照射时，就可观察到巴耳末系的吸收谱线。
（3）连续谱，当运动的自由电子与氢离子结合，跃迁到能级em时，将释放能量
1/2meu2—em，因而，当自由电子跃迁到氢原子基态时，所发射光子的波数为
波数=meu2/2hc+rh。
由于自由电子的能量可以连续变化，因而波数也将是连续变化的，于是在光谱图上出现了在线系外的连续谱。上述过程的逆过程也会发生，即处于基态的电子吸收足够的能量而跃迁到连续能级区，成为自由电子，如果原子吸收的是电磁辐射，这就是原子的光电效应。
统一力学认为：玻尔理论之所以是正确的根本原因，在于完全符合统一力（磁力）的非连续性特点。他不仅将能量或能级量子化，还把轨道半径和角速度也量子化。
由于不同的物体是由不同数量的磁子组成，即质量不同，产生的统一力在量值上不同。而统一力的量值都是非连续性的量值，包括物体内部的统一力的量值是非连续性的量值和物体外部的磁场力的量值同样是非连续性的量值，这就决定了电子与原子核之间产生的统一力的量值必定是非连续的量值，由统一力产生的能量和能级必然是非连续的量值。
由于电子与原子核之间产生的统一力是非连续性的量值，其作用的轨道半径（即力矩）当然也是非连续性的。
由于电子和原子核内部的统一力是非连续性的，必然产生的电子自旋角动量和原子核自旋角动量也都是非连续性的。
由于电子和原子核相互作用，产生的统一力表现为互补性磁场力是非连续性的量值，这就决定了原子的角动量当然也是非连续性的量值。
而量子本身就是非连续性的，所以玻尔将能量和能级量子化，将轨道半径和角动量量子化，是完全符合统一力（磁力）的非连续性特点的。因而是正确的。
由于单个自由电子的光谱是确定的光谱线，其运动的轨迹是连续的，故能产生在线系外的连续的光谱线。这表明宇宙是连续性和非连续性的统一。
3，多电子原子结构中的电子分布
在多电子原子中，电子的分布是分层次的，这种电子的分布层次叫做电子壳层。这些壳层由主量子数n来区分，n=1的壳层叫k壳层，n=2的壳层叫l壳层，依次有m壳层，n壳层，o壳层，p壳层，q壳层。
在每个壳层上，对应于l=0.1.2 .3.----又可分为s.p.d.f.----等分壳层。
一般说来，壳层的主量子数n越小，原子能级越低。由于原子中的电子只能处于一系列特定的运动状态，所以在每一壳层上就只能容纳一定数量的电子，电子分布由两个原理确定：
（1）泡利不相容原理，即在一个原子中，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的量子态，也就是说，任何两个电子，不可能有完全相同的一组量子数（n、l、ml.、ms）。
统一力学认为：泡利不相容原理只是统一力学的不相容斥力现象的具体表现形式。即在电子这一物质层次上的不相容斥力现象的具体表现形式。
（2）能量最小原理：在原子系统内，每个电子趋向于占有最低的能量级，当原子中电子的能量最小时，整个原子的能量最低，这时原子处于最稳定的状态，即基态。这就是能量最小原理。根据这一原理，原子中的所有电子总是从最内层开始向外排列，。由于能级主要决定于主量子数n，所以一般最靠近原子核的壳层，最容易被电子占据。能级除此之外，还与其它量子数有关。
统一力学认为:能量最小原理，正是引力能相对最大，而斥力能相对最小时，原子才能处于最稳定的状态。因为粒子的动量同斥力成正比，同引力成反比。间距（轨道半径）同引力成反比，同斥力成正比。所以，最内层的轨道半径最小，故引力相对最大，斥力相对最小；动量也必然最小，相对稳定性最大，即基态。统一力学认为；这正是稳定性同引力成正比，同斥力成反比定律的具体表现。
统一力学认为；多电子原子结构中的电子分布是有规律的，可称为统一力的数量级公式：
统一力作用的力矩，应是2n2r，其中n=1、2、3、4、等，r为电子的第一个轨道的半径。由此可知，电子轨道半径分别为r，4r，9r，16r------。由于引力或斥力都同半径的平方有关，故为n2
这一数列表明统一力作用的轨道半径同样是个非连续性的量值。不仅为解释原子系的统一力作用的轨道半径是非连续性的量值找到原因。也为恒星系、行星系的统一力作用的轨道半径是非连续性的量值找到了原因。请注意这是统一力作用力矩的普遍适用的规律。这对于航空、航天事业将有重大意义。
因普朗克的能量子为基本单元的吸收或发射能量。普朗克常量为h。又因力和能是等效或等价的。
能量子表达式，即e=hr
故统一力的数量级公式为：f=2n2hr。
这一公式表明统一力的量值是个非连续性的量值。
所以电子在各能量级的轨道上分布的数量应是2、8、18、32、50-----的原因，正是电子与原子核之间引力和斥力相互作用，产生的统一力的数量级，通过能量级表现出来。
已知玻尔的能量级公式：en=e1/n2。
其中e1=－13.6ev。它是把电子从氢原子的第一个玻尔轨道上移到无限远处所需的能量值，e1就是电离能，与氢的电离能值吻合得十分好。由能量级公式可求出氢原子所能具有的能量为:
E1,
e2=e1/4, e3=e1/9, e4=e1/16,……….
所以说统一力的数量级决定能量级。这就为能量的非连续性找到了力学的基础，使量子理论成为有本之木，有源之水。
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