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核外电子运动的本质

内容摘要：带正电的原子核作不停地旋转，那么原子核不仅会产生电场，同时还会产生磁场，核外电子在原子核产生的电场和磁场中绕核作高速运动，必然会受到原子核对它们的静电引力和洛仑兹力的共同作用，静电引力必然向内，那么洛仑兹力就必然要向外，只有这样才能保证电子不被原子核捕获。

当原子核的磁极固定后，由于洛仑兹力的方向必须向外，所以核外电子的运动方向就基本固定了。在同一原子中，所有电子都基本朝着一个方向运动。在同一主层中，s轨道垂直切割磁力线运动，其它轨道都与磁力线不垂直，并随着各亚层能量的增加与磁力线之间的夹角越来越小。

核外电子为了尽可能斥力最小，它们必然尽可能相距最远，所以同一轨道中的两个电子必然处在原子核的两边。为了保持电子之间距离尽可能最远的状态，在同一主层中，甚至同一原子中所有电子的平均运动角速度都相同。由于电子处在原子核产生的磁场中，所以同一原子中，所有电子的自旋方向都基本相同。

关键词：原子、电子、原子核、电场、磁场、洛仑兹力、轨道、运动、自旋方向。

任何一种理论都有个逐步完善的过程，原子理论也是如此，它由汤姆逊的“西瓜模型”到长岗半太郎的行行模型，由卢瑟福的核式结构模型到玻尔的圆形轨道，再由索未菲的椭圆轨道发展到现在的原子理论。那么现在的原子理论是不是完美无缺了？不是，因为现在的原子理论仍有许多现象无法解释，比方说，电子为什么不会被原子核捕获？同一主层中，各亚层上的电子为什么能量相差很大？各亚层的轨道数为什么各不相同？为什么内层的一些电子也可以成键？所有这些问题的存在说明，现在的原子理论并不完善，还有待于我们继续探讨研究，今天我就上述问题斗胆提出一点自己的看法，以请教于大家。

一、疑问的产生

在原子中，原子核带正电，电子带负电，电子为何不会被原子核捕获？现在的各种观点都无法解释阴极射线产生的高速电子射在阳极上并不会出现电子进入原子核的现象，因为这些电子并不作圆周运动，有些甚至是直向原子核射去，这个现象说明，电子在靠近原子核时存在着一种我们尚未发现的强大斥力，这就是引起我对现在原子理论感到不足的原因。

核外电子到底是像现在说的无规则绕核运动，还是有规则地绕核运动，我想用晏成和的一段话说明这个问题。

几十年来教科书上写到：“物质在受热时原子核在作无规则的振动”；“核外电子总是在绕核作无规则的高速旋转形成电子云”。于是这些“无规则”就成了人类在刚刚探索到原子、电子时就定下了微观物质（原子核和核外电子）的运动的基调。

但是,我们在宏观上面对的正是一个极有规则、极其精确的物质世界：大部分物质都有其固定的熔点、沸点；相同的材料其强度、硬度、导电性能惊人的一致；晶体有规则雷同的结构；石英晶体有非常准确的振荡频率。物质的特性是规律、精密、准确的。

由于有了以上无规则的基调，于是物质科学就形成了这么个怪圈：有规则的现象要用无规则的运动来作解释；用无规则的微观运动去推导出有规则变化的动因。严谨求实的科学竟要在无中生有中做文章，这样的科研无异于缘木求鱼。

规律必然源于且服从更深层的规律，物质世界中普遍的极具规律的现象不会是空穴来风，有规律的现象必源于且服从更基础的有规律的运动。

我们完全有理由相信自然的物质运动（核外电子的运动）也必然会遵循自然的法则的，必定是极具规律的。（参考文献1）

以上是晏成和《物理新视点》中的一段话，这段话一针见血地说明了核外电子必然是有规律运动的，晏成和用大量的事实证明了核外电子是有规律运动的，否定了核外电子无规则运动的错误观点，本文正是描述了核外电子是如何有规律运动的，还核外电子运动的本来面目。

也许有人会说海森堡的测不准原理已被人们公认，电子运动轨迹是不可能准确描述的，那我们先了解一下海森堡的测不准原理。

关于电子在核外的运动状态和位置，德国物理学家维尔纳·海森堡在１９２７年断言说，这是不可能做到的。一个测量器件只能小到这种程度：它可以小到同一个亚原子粒子一样小，但却不能小于亚原子粒子。它所使用的能量可以小到等于一个能量子，但再小就不行了。然而，只要有一个粒子和一个能量子就已经足以带来一定的变化了。即使你只不过为了看到某种东西而瞧它，你也得靠从这个物体上弹回来的光子才能看到它，而这就已经使它发生变化了。（参考文献2）

海森堡说的一点也不错，电子在核外的准确位置是用任何精密的仪器也测量不准的，但是我们不能因为测量不准就说电子作无规则的运动，我们无法看到它如何运动，不等于我们无法认识它如何运动，更不能胡乱猜测。虽然测不准，但我们完全可以根据电子的特性和有关的电磁知识推出它们是如何运动的。

二、电子所受的力

我们要想知道电子所受的力，首先必须搞清原子中存在的场。由于原子核具有一定的质量，带有一定的电量，又在作不停的旋转，所以在原子中由原子核产生的场就有重力场，电场和磁场。又因