電子內部結構與原子系統的形成

    上個世紀初，玻爾理論在解釋氫原子光譜問題時獲得了巨大的成功，許多人以為解決原子光譜問題指日可待。然而一晃一百多年過去了，眾多的有志之士為之不懈奮斗，雖然也建立了量子力學、物質波等眾多理論，盡管取得了很大的進展，但并沒有圓滿解決原子光譜問題。本章我們從電子結構的角度分析原子系統的形成及原子光譜規律，我們認為原子系統能夠穩定存在的原因主要有兩點：一是電子可以“裂變”放出光子獲得反沖作用，電子的質量是時刻變化的；二是電子和原子核之間的磁力作用為電子繞原子核旋轉提供了角速度。

　　第一節原子結構模型的演變

　　人們對原子結構的認識是逐漸深入的。1808年，英國科學家道爾頓提出了原子是物質最小單元的概念，認為物質都是由原子直接構成的；原子是一個微小的不可分割的實心球體；同一類原子性質相同。

    1897年，英國物理學家湯姆遜在低壓氣體的放電現象中發現了電子，并確定電子是原子的組成部分，電子的發現使人們認識到原子內部并不是鐵板一塊而是由更小的粒子構成的，也打開了認識原子結構的大門。

    1909年盧瑟福用a粒子轟擊金屬箔時發現：大部分a粒子都可以穿透薄的金屬箔而不改變方向，少數a粒子穿過金屬箔時其運動軌跡發生了一定角度的偏轉，個別的a粒子則完全反彈回來。盧瑟福由此推測原子中大部分是空的，內部一定有一個帶正電的堅硬的核集中了原子絕大部分質量，a粒子碰到核上就會被反彈回來，碰偏了就會改變方向，發生一定角度的偏轉，因為原子核占據的空間很小，所以大部分a粒子能穿透過去。1920年，盧瑟福提出了中子的概念，認為原子核是由質子和中子組成的，并于1931年得到證實。

    1904年湯姆遜提出原子結構的“蛋糕模型”（“西瓜模型”），認為原子中的正電荷象蛋糕一樣均勻分布，而電子則象棗一樣鑲嵌其中并按一定的幾何規律排列（或者像“西瓜子”一樣鑲嵌在帶正電的“西瓜瓤”中），當電子受到外界擾動時就會在平衡位置附近振動并發出特定波長的光子，由此解釋各種不同元素的原子能夠發出不同的光譜。根據電子數的不同，湯姆遜描繪了不同原子中電子的分布，看起來蛋糕模型似乎是很有可能成功的模型，但最終α粒子散射實驗否定了這一模型。

    盧瑟福把太陽系和原子結構進行類比，提出了原子的行星模型：認為原子系統就象太陽系一樣，每個原子都有一個極小的核，這個核幾乎集中了原子的全部質量，并帶有若干個單位正電荷，原子核外有若干個電子繞核旋轉，處于核心位置的原子核靠其強大的靜電引力使電子圍繞它旋轉，因為原子核帶的正電荷數等于電子所帶的負電荷數，所以一般情況下，原子呈中性。

    α粒子散射實驗奠定了現代原子結構理論的基礎：原子是由帶正電的原子核和核外帶負電的電子組成的，原子核是由質子和中子組成的；原子核里質子的數量等于原子核所帶的正電荷數并等于核外電子數；中子不帶電，中子數量等于原子質量數與原子序數之差。

    盧瑟福的原子行星模型提出以后，根據經典物理學理論：電子圍繞原子核旋轉這一過程是電荷做加速運動的過程，必然會放出電磁波（即向外發出光子），隨著電子不斷放出光子其能量不斷減小，電子必將沿著螺旋線落入原子核中，而事實上原子系統是相當穩定的；同時，由于電子沿著螺旋線落入原子核中，所以電子的軌道也應該是連續變化的，所發出的光子的頻率也應該是連續變化的，但人們在觀測原子光譜時卻發現原子光譜往往是幾條獨立的譜線（明線或者暗線），這說明電子在原子中的穩定軌道不是連續的�；�于上述原因，原子的行星模型遭到了否定。

    1913年丹麥物理學家玻爾在行星模型的基礎上引入了量子概念，提出分層原子結構模型。認為電子只能在原子內特定的穩定軌道上運動，當電子在這些可能的軌道上運動時既不發射也不吸收能量，只有當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時才發射或吸收能量，而且發射或吸收的能量是特定的，發射的頻率和能量之間關系由E=hv給出，h為普朗克常數。此后玻爾提出電子在一些特定的可能軌道上繞原子核作圓周運動，離核愈遠能量愈高，電子可能的軌道由電子的角動量必須是h/2π的整數倍決定。玻爾的原子理論第一次將量子觀念引入原子領域，提出了定態和躍遷的概念，較為成功地解釋了氫原子光譜的實驗規律。但對于稍微復雜一點的原子如氦原子，玻爾理論就無法解釋其光譜規律，這說明玻爾理論還沒有完全揭示微觀粒子運動的規律。

    1927年，奧地利物理學家薛定諤在德布羅意關系式的基礎上提出原子的電子云模型（幾率說）。認為電子有波粒二象性，在某一瞬間不可能做到既準確測定出電子在原子中的具體位置又準確測定出電子的運動速度（測不準原理）�？傊�，電子不像宏觀物體的運動那樣有確定的軌道，電子在原子核外很小的空間內作高速運動并沒有確定的軌道，我們不能同時準確地測定電子在某一時刻所處的位置和運動的速度，也不能準確描繪出它的運動軌跡；只能夠表示電子在一定時間內在核外空間各處出現的幾率�？臻g某個點的密度表示電子在該處出現機會的大小。密度大的地方，表明電子在核外該空間單位體積內出現的機會多；密度小的地方，表明電子在核外該空間單位體積內出現的機會少，電子就象云霧一樣籠罩著原子核，不能把電子的運動看做一個具有確定坐標的質點的軌道運動。電子云模型完全拋棄了電子軌道的概念，并由測不準關系進而發展到物質波理論，指出一切物質實體都存在波粒二象性，甚至認為即使一切宏觀物體包括行星、太陽、甚至人也有波動性，成為量子力學的一部分。

    第二節電子內部結構

　　 （一）原子核存在“質量幻數”。我們知道，原子核并不是一個勻質硬性小球而是有一定內部結構的，它是由質子和中子組成的，質量數為2、8、20、28、50、82、114、126、184等數量的原子核比較穩定，我們把這些數稱為原子核“質量幻數”，而具有雙幻數的原子核則特別穩定。原子核“質量幻數”的存在，反映出原子核內部各部分之間存在著復雜的作用力并且原子核內部組成結構有其特定的規律。

    （二）電子內部結構特征。和原子核質量存在“質量幻數”相似，電子也有其特定的內部結構。①電子的本質屬性是粒子性，電子可以吸收光子也可以放出光子并且這一過程可以無限重復，原子中電子質量并非一成不變的而是時刻處于變化之中的。②電子存在若干個不連續的結合能極大值――“質量幻數”，每個“質量幻數”對應于電子在原子中的一條穩定軌道；電子在原子中不同穩定軌道上的質量是不同的，電子離核越近質量越小、離核越遠質量越大。③電子離原子核越近質量越小、內部各部分結合的越緊密、“饑餓程度”越高因而其結合光子的能力越強；電子離核越遠質量越大、內部各部分結合的就越松散、“饑餓程度”越低、其結合光子的能力就越弱。④當電子與原子核之間的距離縮小時，電子會通過“裂變”放出光子獲得反沖從而增大繞核速度，保證其不落入原子核中；電子在遠離原子核時又會迅速吸收光子增加質量為下一次“裂變”做好物質儲備。⑤原子中處于原子核束縛狀態的電子只能吸收特定能量（質量）的光子，因為只有特定能量的光子和電子結合后才會處于“質量幻數”--其內部結合力較大足以抵御原子核靜電引力撕扯作用。⑥電子存在“臨界質量”，不能無限吸收光子增大質量，大于“臨界質量”的電子都是極不穩定的，將在極短時間內“裂變”放出光子并重新生成能夠穩定存在的質量較小的電子。

    如果用橫坐標表示電子的質量，縱坐標表示電子內部結合力，可以畫出電子質量--結合力草圖。從圖中可以看出，電子的質量并非一成不變的：電子質量越小其體積也越小、內部各部分結合的就越緊密、“饑餓程度”越高、結合光子的能力越強，在外力作用下越不容易發生裂變；電子質量越大則其體積也越大、內部各部分結合的就越松散、“饑餓程度”越低、結合光子的能力越弱，在外力擾動作用下越容易發生裂變并放出光子。同時可以看到，有極少數處于“質量幻數”的電子內部結合力是很大的、結合光子的能力也是很強的，處于“質量幻數”的電子通常都會對應于原子核中的一條穩定軌道，電子在原子內部不同軌道上的質量是不同的。

    （三）電子存在“質量幻數”的實驗證據－－弗蘭克赫茲實驗。1914年弗蘭克和赫茲在實驗中發現電子與原子發生非彈性碰撞時能量的轉移是量子化的，弗蘭克赫茲實驗裝置主要是一只充氣三極管，電子從加熱的鉑絲發射，鉑絲外有一同軸圓柱形柵極，電壓加于其間，形成加速電場。電子穿過柵極被外面的圓柱形板極接受，板極電流用電流計測量。當電子管中充以汞蒸氣時，實驗發現每隔4.9伏電勢差，板極電流都要突降一次。

    弗蘭克赫茲實驗測定表明，電子與汞原子碰撞時，電子損失的能量嚴格地保持在4.9電子伏，即汞原子只接收4.9電子伏的能量。如在管子里充以氦氣，也會發生類似情況，但其臨界電勢差約為21伏。弗蘭克赫茲實驗至少表明三點：第一是原子內部能級是不連續的；第二就是自由電子在與其他原子作用時很容易損失能量（很顯然自由電子損失了能量當然會減少質量）；第三就是處于原子核束縛作用下的電子可以吸收能量。從微觀角度來講，自由電子質量較大、內部各部分之間的結合力較小，它既可以吸收光子也可以放出光子，當它遇到一個在原子核靜電引力束縛作用下“饑餓程度”比它大許多的電子時，當然會被“掠奪”一部分質量；如果在原子核靜電引力束縛作用下電子的“饑餓程度”繼續增大，它就會從自由電子那里“掠奪”更多的質量，這也就是實驗中表現出來的不同原子的臨界電勢差不同的根本原因。這個實驗在一定程度上證實了電子“質量幻數”的存在。

　　（四）原子核的靜電引力是影響電子“裂變”的主要因素。原子核中質子和中子之間存在著非常強大的核力作用，這個核力作用使原子核之間各部分凝聚成一個整體。同樣電子內部各部分之間也存在相互作用力，由于電子內部各部分之間的結合力不是很大（相對于原子核的核力而言），所以在原子核強大的靜電引力撕扯作用下，電子有“裂變”放出光子的可能。用辯證唯物主義的觀點來看：決定電子是否“裂變”放出光子有內因和外因兩種因素：內因是電子內部各部分之間的凝聚力（結合力），而外因則主要是原子核的靜電引力：原子核的靜電引力總是試圖撕扯并使電子發生形變--進而使電子產生“裂變”放出光子，其作用結果是使電子離原子核更近、并使電子質量減小、體積減小，從而導致電子內部各部分結合得更加緊密，“饑餓”程度更高；而電子內部的凝聚力則總是力圖使電子凝聚成一個整體--并盡可能地再吸收一個或多個光子，其作用結果是使電子的質量增加、體積增大，從而導致電子內部結合得更加松散，“饑餓程度”降低。也可以簡單地認為，原子核的靜電引力總是使電子質量減小，而電子自身的凝聚力總是使其質量增大。

　　(五)電子對光子的吸收是有選擇性的。既然處于原子核束縛狀態的電子是處于“饑餓狀態”的，那么是不是此時電子可以吸收任意質量的電子呢？事實并非如此，電子對光子的吸收是有選擇性的。處于“饑餓狀態”的電子可以吸收光子，對不同質量的光子而言，光子質量越小則其進入電子內部后引起的電子質量變化也越小，對整個電子內部各部分之間的平衡影響也越小，因而和電子之間的結合力也較大；反之，光子質量越大其進入電子內部后引起的電子質量變化也越大，對整個電子內部各部分之間的平衡影響也越大，因而和電子的結合力也越��；由于電子“質量幻數”的存在，只有少數特定質量的電子和特定質量的光子之間結合力是極大的。

　　我們可以舉一個例子來更好地理解這一點。假設電子內部結合能極大的“質量幻數”分別為10000、10010、10030、10080等等，這就是說，只有質量數為10000、10010、10030、10080的電子在原子內部才是足夠穩定的（此時電子正好處于曲線的峰值位置，內部結合力極大、能夠較好地抵御原子核的靜電引力作用而不至于立即發生“裂變”），相對而言質量數為其它數值的電子內部的結合能較小，也是極不穩定的（因為這樣的電子內部結合力較小不足以抵御原子核的靜電引力撕扯作用，在原子核的靜電引力撕扯作用下會很快發生形變甚至“裂變”放出光子并生成能夠穩定存在的電子）。當質量數連續的光子（假設這些光子的質量從1到100連續變化）與電子作用時，則只有質量為10、30、80的少數幾種光子和電子的結合才是較穩定的，其它質量的光子與電子的結合都是極不穩定的（它們在與電子結合后極短的時間就會裂變放出光子，所以可以認為這些光子幾乎不被電子吸收）。最終我們看到，當質量數連續的光子照到大量原子上時，只有質量數為10、30、50和80的光子才會被吸收，而質量數為其他整數的光子幾乎不被吸收，也就是說原子中的電子對光子的吸收是有選擇性的。

　　那么吸收了其它質量光子的電子為什么是不穩定的呢？我們知道，原子中的電子時刻受到原子核靜電引力撕裂作用，因為質量數為10000、10010、10030、10080的電子遠遠比其它質量的電子內部結合力大得多，所以它們足以抵御原子核的靜電引力撕扯作用。假設當電子吸收了一個質量數為5的光子，此時形成的新電子的質量數是10005，在電子的質量━━結合能曲線上，質量數為10005的電子內部各部分之間的結合力遠遠小于質量數為10000和質量數為10010的電子，所以當這個新電子形成以后，在原子核強大的靜電引力撕扯作用下它會立即裂變放出質量數為5的光子，并重新生成質量數為10000的、能夠穩定存在的電子。正是因為質量數為10005電子會在極短的時間內裂變，所以我們可以認為質量數為10000的電子從吸收到放出質量數為5的光子的時間幾乎為零，因為它們之間的作用時間極短、作用效果非常不明顯，從另一個角度來講，我們也可以認為質量數為10000的電子幾乎不會吸收質量數為5的光子。這樣看來一定質量的電子只有與少數、特定質量的光子的作用效果明顯，也就是說：在原子核強大的靜電引力作用下，一定質量的電子只會吸收少數特定質量的光子，電子對光子的吸收是有“選擇”的，只有特定質量的光子才可能被原子中的電子吸收，而大部分光子都不會被原子中的電子吸收。

　　（六）電子和原子核裂變的比較。電子“裂變”和原子核裂變之間的共同點就是：裂變后的產物能夠更加穩定地存在。對原子核來說，一個質量較大的原子核本身就是不太穩定的，當它與一個中子碰撞時，這個中子可能將原子核擊碎分裂成兩個或者兩個以上的部分，并放出一個或者一個以上的中子。當然了，這個比方雖然通俗易懂但并不嚴謹，實際情況是：當中子進入一個原本不太穩定的原子核內部以后，原子核內部各部分之間的作用力急劇發生變化，它們只有重新結合得更加緊密才能夠穩定地存在下去，此時為了生存，原子核將裂變生成兩個三個或者三個以上新的原子核，相對于原來的原子核而言，分裂后形成的新原子核內部各部分之間的結合力大了許多，所以也穩定的多。電子“裂變”同樣如此，電子在受到外界擾動時也會變得不穩定甚至“裂變”，但電子“裂變”結果是放出光子從而生成一個質量較小的電子，而形成的新的電子所帶電荷并不會減少，但同樣電子的裂變結果也是為了生存，為了更加穩定地存在。

    電子裂變和原子核裂變之間的不同點是：原子核裂變結果通常是分為兩個或者兩個以上的新原子核并放出一個或者幾個中子，同時伴隨有巨大的能量放出；而電子在受到原子核靜電引力的擾動下，其裂變結果僅僅是放出一個光子并形成質量較小的電子。從裂變過程放出的能量看：原子核裂變放出的能量大，電子裂變放出的能量小，所以電子的裂變往往較容易發生；從裂變形式上看，原子核裂變的結果存在不確定性，可能分為兩部分、也可能分為三部分甚至三部分以上，而電子的裂變一般情況下只生成兩部分：質量更小的電子和光子；從裂變的可逆性上看，雖然輕核可通過聚變生成重核，但在一般情況下兩個原子核幾乎不可能聚合（除非將原子核加熱到幾百萬度甚至上千萬度），所以一般情況下可以認為原子核的裂變幾乎是不可逆的過程；而電子裂變后只要原子核的靜電引力減小它立即會吸收合適的光子，所以電子的裂變可以認為是可逆的。

　　第三節電子不會落入原子核的微觀原因

　　人們通常認為經典電磁理論在解釋原子光譜問題遇到的難題主要有兩個：一個是無法解釋電子由于繞核加速運動不斷輻射電磁波導致能量減少最終落入原子核的問題，另一個是無法解釋電子繞原子核旋轉所需要的第一推動力問題。物理學是一門以實驗為主的科學，要想弄清楚原子系統是怎樣形成的，最直接的辦法就是做實驗�？墒窃诤暧^中相距一定距離的兩個帶異種電荷的微粒如果不受其他外力的作用，則不管它們質量怎樣、帶電量多少，僅在靜電力的作用下它們一定會沿著直線相互吸引在一起，絕不會形成一個點電荷繞另一個點電荷旋轉的類原子系統。

　　（一）宏觀點電荷不能夠形成類原子系統。早在幾個世紀前，人們就發現用毛皮摩擦過的橡膠棒和用絲綢摩擦過的玻璃棒能夠吸引輕小物體，稱這種特性為物體帶了電。18世紀中期，美國科學家富蘭克林經過分析和研究，認為有兩種性質不同的電，分別是正電和負電，物體因摩擦而帶的電，不是正電就是負電。同時規定：與用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電相同的是正電；與用毛皮摩擦過的橡膠棒帶的電相同的是負電，同時也發現正負電荷可以綜合，也就是說等量的正電荷可以和等量的負電荷綜合，綜合以后物體將不再表現帶電的特性。近代科學表明：任何物體都是由原子構成的，而原子是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，在通常情況下，原子核帶的正電荷數跟核外電子帶的負電荷數相等，所以整個原子不顯電性。原子核里正電荷數不會改變，而核外電子卻能擺脫原子核的束縛，轉移到另一物體上，從而使整個原子帶負電。當中性物體失去電子時，顯示出帶正電；反之，當中性物質到電子時，它就顯示出帶負電。兩個物體相互摩擦時，如果有一個物體失去一些電子，另一個物體就會得到多余的電子。如用玻璃棒跟絲綢摩擦，玻璃棒的一些電子轉移到絲綢上，玻璃棒因失去電子帶正電，絲綢因得到電子而帶等量的負電；用橡膠棒跟毛皮摩擦，毛皮的一些電子轉移到橡膠棒上，毛皮帶正電，橡膠棒帶等量的負電。人們認為――摩擦起電并不是創造了電，而是電子從一個物體向另一個物體發生了轉移。

    物理學家庫侖研究了帶電物體之間的作用規律，他借助于點電荷的概念，發現了點電荷之間的作用力可以用庫侖定律來表達：兩個帶電點電荷的作用力在它們的連線上，同種電荷相互吸引、異種電荷相互排斥，兩個點電荷之間作用力的大小與它們所帶電量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。這就是說，倘若相距一定距離的兩個靜止的異種點電荷，僅在靜電力的作用下這兩個點電荷必將吸引在一起，不論這兩個點電荷的電量如何，質量怎樣變化，這個結果都不會改變。同樣，兩個原來處于靜止狀態的點電荷，如果它們帶同種電荷，那么僅在靜電力作用下，它們必將沿著直線相互遠離。

    實驗表明宏觀世界中的帶電微粒若不受其它外力作用，僅在靜電力的作用下，要么吸引在一起，要么互相分開，其運動軌跡是直線�？傊�，無論我們怎樣改變宏觀點電荷的帶電量，都不能夠形成一個點電荷繞另一個點電荷旋轉的類原子系統。

　　（二）電子可以“裂變”放出光子獲得反沖作用。對處于游離態的原子核和自由電子而言，它們一個帶正電一個帶負電，僅在靜電力作用下必然會相互吸引，隨著自由電子與原子核距離不斷縮小，自由電子受到原子核的靜電引力也將迅速增大，必然導致在某一時刻自由電子內部結合力不足以抵御原子核靜電引力對它的撕扯作用，此時電子就會“裂變”放出光子，電子“裂變”放出光子以后其質量減小的同時還將獲得光子的反沖作用，同時內部結合力則迅速增大、能夠抵御原子核靜電引力對它的撕扯作用，所以自由電子發生第一次“裂變”后會在光子的反沖作用下運動到離原子核較遠的穩定軌道上并停留在此軌道上，自由電子裂變后必然處于內部結合力極大的“質量幻數”位置（因為其他質量的電子都是不穩定的）。

　　由于電子有若干個特定的“質量幻數”，當已經發生過“裂變”的電子再次受到指向原子核的擾動作用而繼續靠近原子核時，隨著電子和原子核距離的繼續減小，必然導致電子受到原子核靜電引力撕扯作用增強，當某一時刻電子內部結合力小于原子核靜電引力撕裂作用時，電子就會再次“裂變”放出光子減小質量并再次獲得反沖、同時內部結合力也會迅速增大……在電子向原子核靠近的過程中，電子可能發生多次“裂變”，每次“裂變”后電子內部結合力都會增大、質量都會減小。因為原子核的靜電引力作用總是使電子裂變質量減小，離核越近電子受到的靜電引力越大，電子發生形變放出光子的可能性也越大，所以同一個電子在其處于穩定狀態時，離核越近質量越小，離核越遠質量越大，當然自由態的電子質量是最大的了。

　　（三）電子和原子核之間的磁力作用是原子系統形成的充分條件。有人提出：電子繞原子核旋轉是需要一定初速度的，這個初速度從哪里來？實際上這個問題早在幾百年前牛頓研究行星繞太陽運動時就曾經考慮過，牛頓發現萬有引力之后開始思考太陽系的形成，他認為在太陽系形成之初是上帝隨手推了一把，才導致太陽系的形成，如果沒有上帝的第一推動力，則行星僅在太陽引力作用下將會落入太陽里，牛頓把這個推力稱作“上帝第一推動力”或者叫“上帝之手”，牛頓堅信“上帝之手”的存在，并由此晚年滑向了神學的研究，實在很可惜。那么，我們要怎樣才能揪出第一推動力這個“上帝之手”呢？

    物理學家安培發現：通電導線會在其周圍空間產生磁場，電流方向不同產生的磁場方向也不相同，通電導線產生的磁場可用右手定則來確定。如果兩條通電導線距離足夠近，則這兩條通電導線形成的磁場會互相影響：通以相同方向電流的兩條平行導線會相互吸引，通以相反方向電流的兩條平行導線會相互排斥。如果兩條平行導線沒有通電（內部沒有電流）則不會產生相互影響。

    假設原子核和電子開始時相距一定的距離并且相互靜止，在靜電力加速作用下它們將迅速相互靠近，而相向運動的原子核和電子相當于通以相同方向電流的兩條平行導線，它們之間會產生磁力作用并相互吸引，并且原子核和電子的相對速度越大則磁力作用就越大。于是：在靜電引力作用下原子核和電子相互靠近，而在磁力作用下原子核和電子開始相互圍繞旋轉運動，最終原子核和電子沿著螺旋線相互靠近并形成電子繞原子核旋轉的穩定的原子系統。由于宏觀帶電微粒的荷質比遠遠小于電子和原子核的荷質比，所以在靜電力作用下宏觀帶電微粒間相向運動的速度很小，由此產生的磁力微不足道不足以影響宏觀帶電微粒的運動，所以通常情況下宏觀帶電微粒間總是沿著直線吸引在一起的。

    那么在靜電力和磁力作用下，電子為什么不會落入原子核中呢？我們知道相距一定的距離的原子核和電子在靜電力和磁力作用下會沿著螺旋線相互靠近，在原子核靜電引力強大的撕扯作用下，電子將發生形變；當電子和原子核的距離足夠近時，電子必然會“裂變”放出光子獲得反沖并進一步加大了電子繞原子核運動的速度，此時由于電子繞核速度增大離心趨勢也增大因而足以對抗原子核靜電引力作用，所以電子不會落入原子核中。當處于穩定軌道上的電子受到外界指向原子核的擾動時，比如我們對物質施加高壓必然會迫使電子靠近原子核運動，此時電子由于離原子核更近、受到的靜電力撕扯作用更大，為了“舍車保帥”電子會繼續裂變放出光子獲得反沖從而繼續增大電子繞核運動的速度，以此來繼續對抗原子核的靜電引力作用。在宏觀世界中，即使人為地讓一個帶電微粒圍繞另一個帶電微粒高速旋轉并形成類原子系統（雖然這很難做到），宏觀帶電微粒形成的類原子系統也是非常脆弱的，繞核旋轉的微粒無論是受到離核擾動還是近核擾動作用這個類原子系統都將分崩離析，主要原因就在于宏觀帶電粒子質量不會變化，不會改變質量以維持類原子系統的平衡。這里我們不得不佩服物質世界的奇妙，微觀世界小小一個原子系統比我們強行用宏觀帶電微粒形成的類原子系統高級的多、也穩定的多。

    （四）電子繞原子核旋轉不斷輻射電磁波導致能量減少問題。有人指出，即使我們以上的分析都有理，但依然解釋不了電子繞核運動能量減少問題。按照經典電磁理論，電子繞原子核運動具有加速度，而做加速運動的電荷(電子)要向周圍空間輻射電磁波，電子向外輻射電磁波的頻率等于電子繞核旋轉的頻率，隨著電子不斷地向外輻射能量導致電子能量逐漸降低，電子運動的軌道半徑也會越來越小，由此導致電子速度越來越大，繞核旋轉的頻率將連續增大，電子輻射的電磁波頻率也將連續變化，所以原子發光光譜應該是連續光譜，隨著電子能量的減少最終將落入原子核中。事實上原子可以長期穩定存在，原子系統具有很高的穩定性，即使受到外界干擾也不容易分崩離析;且原子發出的光譜為線狀光譜，與經典電磁理論得出的原子光譜為連續光譜的結論完全不同，人們據此否定了經典電磁理論，認為其不適合用來解釋原子系統。

　　從電子內部結構來看，電子可以吸收光子也可以放出光子，對于自由電子而言，其內部結合力較小因而比較容易裂變放出光子，因為光子有動量，所以電子裂變放出光子同時獲得反沖增大繞核運動速度從而保證電子不會落入原子核中。電子繞原子核運動的確有加速度，但是電子發出的電磁波頻率等于電子繞核旋轉頻率這一點卻是站不住腳的，原因在于電子繞原子核運動一周的過程中其運動方向并不是只改變了一次而是改變了很多次（一定要注意這里不是無限次），電子每一次運動狀態的改變都要向外輻射能量（電磁波）。在電子繞原子核旋轉一周的過程中電子運動狀態改變了很多次（電子運動狀態的改變有最小值）、所以電子會多次向外輻射電磁波，電子向外輻射電磁波的頻率（次數）高于電子繞核旋轉的頻率。由于電子在繞原子核旋轉一周的過程中電子運動狀態的改變是一定的，所以電子向外輻射電磁波的頻率（次數）越高則每次輻射的能量就越少，我們應該清楚地認識到電子向外輻射電磁波的頻率和電子繞核頻率是兩個完全不同的物理概念。

　　原子行星模型最大的缺陷。在盧瑟福的原子行星模型中，原子核和電子的質量都是一成不變的，所以外界微小的擾動作用都會打破原子系統的平衡與穩定。在人類建造的人造衛星系統中，人造衛星會圍繞地球旋轉形成類原子系統，所有的人造衛星都會有服務周期，超過一定時間人造衛星就會落入地球。而為了保持人造衛星系統的穩定，就需要定期為人造衛星增加能量（增加質量），目前在天空運行的就有漂亮國主導的國際空間站和我國的空間站，他們之所以能夠維持穩定運行都需要定期調整運行狀態，而這需要定期補充能量，也就是說只要我們能夠定期為空間站補充能量就能夠維持其在軌運行。在微小的原子系統中，電子能夠自發增大或者減小質量維持原子系統的穩定，二者的穩定運行都有相同的規律。這里我們不得不佩服物質世界的奇妙，微觀世界小小一個原子系統比我們強行用宏觀帶電微粒形成的類原子系統高級的多、也穩定的多。