对晏成和所著的《物理新视点》的理解和补充

人脑对事物的思索是没有阻碍的，可以上天入地，可以钻入原子内部；又可以立即登临100亿光年外的河外星云。而实验能力受到技术水平的限制，总是有限的。

晏成和

前言

晏成和所著的《物理新视点》，必将是推动科学发展的重要文献。

对一个新观点的提出，我们不能要求它完美无缺，我们只能看它是否有价值，晏成和所著的《物理新视点》，由于里面的内容完全是新的观点，肯定会有一些不足，可此书的核心思想，认为核外电子是有规律运动的，并认为核外电子的这种有规律运动与物质宏观特性有必然的联系，这个观点是绝对正确的，是非常重要的，这必将改变人们对微观领域的看法，对物理的发展将会起到巨大的推动作用。

为什么我确信核外电子是有规律运动的，并认为这种运动与物质宏观特性有必然的联系，因为在二十多年前我就认识到了这点，并写出了《核外电子运动的本质》和《共价键的本质》，这两篇论文论述的就是核外电子是如何有规律运动的。接着我又写了《超导体的超导原因》、《记忆合金为什么会有记忆功能》和《顺磁性和抗磁性的原因》等，这些论文揭示了核外电子有规律运动与物质性质的关系，因此我认为晏成和老师的总的观点是正确的。为了科学的发展，我和晏老师一样，不企望读者全盘地接受我们的观点，读者可以大胆怀疑，可以进行思辨、展开讨论、发表见解，我们欢迎你们指正。

一、 核外电子是有规律运动的

我们虽然看不到分子、原子、电子，但是我们能根据宏观物质的规律特性，推测到微观物质的规律运动。

在物质的原子中，在原子与原子之间，最活跃、最明显的就是核外电子的运转。物质所有的宏观性能都是其原子及核外电子运转的必然结果。宏观性能与微观运动必然相辅相成；所有说明物质各种性能的理论都应与其内在的运动与构成全面地相符不悖。

人们从机械、化学、物理等各个方面对物质进行研究，从而感知到物质的各种性能，每种物质通常是集各种性能于一体，这所有的性能应该是源于物质构成的系统整体。

如，一颗铁钉它有金属光泽、有强度、高温时塑性增加、温度再高直至熔化（相变）、能导电、能被磁化、能构成各种合金等等。很明显，这各种宏观性能都是该物质内在构成和运动的外在体现，这些外在体现必然与物质的微观构成和运动存在着客观的普遍的全面的联系。

然而现有的物质结构理论往往是研究到物质的某方面的性能就有一种与之对应的结构理论，于是上述铁钉的6 种性能就有6 种理论（晶格畸变理论、分子热运动理论、磁畴理论、金属键理论等）。这些从各自角度建立的理论如同盲人摸象，虽能解释物质某一方面的特性，却无法说明该物质的其他性能。这种片面的缺乏整体性和系统性的理论，不可能反应真实的客观实在。

因此人们完全有理由企盼一种统一的，或者称为系统的物质结构原理。

事物的宏观与微观之间、结果与原因之间客观地存在着丝丝缕缕的联系，而科研就像侦探一样，已知的是结果，探寻、推理的是原因；已知的是物质的宏观，探讨、推测的是微观。通过对宏观物质性质的研究，我们发现核外电子是有规律运动的，并且用此观点几乎可以解释物质的所有物理性质和化学性质，因此，我们敢大胆地说，核外电子是有规律运动的，并且核外电子的规律运动决定着物质的各种性质。

二、 核外电子有规律运动的证据

1、物质的表面

同一物质尽管其内外有相同的原子结构和分子，尽管它的纯度很高，但其表面与内部存在许多性质差别。人们首先注意到液体表面张力，而后又发现了电流的集肤现象、物体表面的硬度等。近年来物质的表面越来越为人们所重视而促成了一门物理学新支──表面物理。

为什么具有相同原子的物质其表面与内部有不同的物理性质，原因何在？要解答这样的问题，恐怕只有从价和电子及其组成的结构元那里去找答案。

液体表面的张力在液体表面，因外部是分子数很少的气体，因而表层的结构元只有沿液体的表面展开，其内聚力——价磁力也延液体的表面展开。这些与表面平行的结构元影响到向内的许多层的结构元的排列，这些沿表面展开的结构元的价和力、价磁力构成了液体表面的张力。

可见表面张力是液体的内聚力在物质表面的呈现，因为结构元沿物质表面平行展开，内聚力的方向较为专一，所以在液体的表面联系紧密。在液体内部同样也存在着内聚力，只不过是这些内聚力方向紊乱而且比表面要小，外力如果撕破了液体的表面，到了内部就势如破竹。

当液体分离或混合，构成新的表面，结构元又延新的表面展开，形成新的表面张力。

固体的表面金属固体是由液体凝固而成，凝固时液体表面的结构元的排列状况也会“遗传”到固体，因而固体表面的硬度和强度也比其内部要大。这种固化的表面虽然只有几微米厚，但在切削加工锻件或铸造毛坯时，这微薄的固化层却能使得刀具较早地损坏。

电流的集肤效应电子在导体内总是沿着阻力最小的路线流动。在导体表面及近表层的结构元与导体表面基本平行，电子在其间换位流动阻力较校而在导体内部结构元呈上下、左右、前后空间排列，电子在其间定向流动要受到多个方向的阻力，可见电子在导体表层附近运行的阻力要比在内部小得多，这样就导致了电流的集肤效应。

微粒微粒是表面现象的特例，物质在微粒状态下，其物理性质有很大的变化：钢铁一般不是易燃物体，然而铁的微粒——铁粉，在空气里就可以熊熊燃烧；老式面粉厂、纺织厂里的粉尘，能产生剧烈的爆炸。为什么同样的物质、同样的原子、分子到了细微状态，其物理性质竟有这么大的不同。于是就有人专门研究微粒，形成了一个物理学新支——微粒物理。

几十个、几百个结构元相互结合形成微粒，微粒的表面是弯曲转折的，近表面的结构元之间被迫转折弯曲，折弯处的价电子的运行是不饱满、不舒展的，价和力、价磁力的方向往往不能对正而有些外露。所以微粒容易吸附，在一起时间长了容易结块，容易与其他物质起反应。铁粉外露的价磁力使之与空气中的氧充分结合，使氧化反应不仅仅是锈蚀，而且是剧烈的氧化反应——燃烧。老式工厂里如果粉尘的浓度太大，粉尘与空气中的氧充分结合能形成可怕的爆炸。

上述这些由物质表面引起的现象表明，核外电子的运动方向是有规律的。

2、激光 一般常见光源如日光、灯光、火光在散射实验中都效果明显，说明普通光源是由很宽范围内的不同频率光波混杂而成。物质的发光是来自核外电子的跃迁辐射，那么，这些不同频率混杂的光波则是应该来源于各个能级的不同速率的核外电子的辐射。无数个原子核外电子的轨道方向是自然分布的，因而这些普通光源的辐射是向空间四散，所以人们常用光芒四射来表达普通光源的发散方向，人们对光的频率混杂、方向发散习以为常。

人们为什么对激光器如此有兴趣，因为激光有四大特点：

（1）方向性好。激光是一束方向几乎不变、发散角度很小的平行光，在数公里外光斑扩散范围不过几厘米。

（2）亮度很大。由于方向性好，又能把能量在极短的时间内释放，形成超短光脉冲，于是形成光能在空间和时间上的高度集中，光能如此集中，亮度自然就大。

（3）单色性好。激光具有十分单一的频率，频率集中稳定，波长几乎一致，光的颜色很纯，单色性非常好。

（4）相干性好。激光不仅频率稳定，而且光束横截面两点之间的相位差不随时间变化，所以激光具有很好的相干性。

有一种激光器是红宝石激光器，正是因为激光器中红宝石的核外电子规律定速地运动，才能辐射出频率稳定、相干性好的激光。如果没有核外电子与外界的互动——吸收辐射，向外界发出辐射，发生物质如何能发出激光？如果核外电子都是无规律的电子云，哪来单色性好，相位差一致的激光？

在液体激光器的发生物质中必须加入溶剂染料，某一颜色的染料能反射某一颜色的光波，说明该染料的核外电子速率十分稳定，正是因为有了这稳定的核外电子速率，才能辐射频率稳定相干的激光。

激光现象表明，核外电子的运动速率是固定的。

3、化学问题

化学反应物质间的结合，首要的趋势是使核外电子数达到或趋近稳定状态，能够起反应的一般是价电子速率相近，或是价电子易于调整速率达到一致的物质。

在化学反应中有的物质性质活泼，能与多种物质起反应，一般来讲化学性质活泼是因其价电子速率可塑性较大，能在较大范围内随其他物质的价电子速率变化，达到同步结合成新结构元，如氧元素及一些轻金属钾、钠、钙等。

催化 在一些重金属元素中，其价电子速率受到大量的稳定、高速旋转的内层电子的牵制，因而其速率相当稳定不易变更，组成的结构元不易被破坏，故其化学性质是十分稳定的。

当有的其他物质的分子经过这些稳定的结构元的表面时，这其他物质的价和电子的速率会受到这稳定价和电子的牵制而改变速率。这样就使得原来因速率不能同步而难以进行的反应，因速率的变更而变得容易快捷，这就是催化作用。

反应吸热、放热 在化学反应中有许多反应是吸热的，这是因为反应后新生成物质中的价和电子速率较高，反应时要吸收周围热量，如光合作用。

当然，在化学反应中也有许多放热反应，这是反应后新生成物的价电子之和达到稳定状态，新生成物核外电子稳定饱满，价和电子速率较低，参与反应物先前的核外电子速率很高，反应后生成物的核外电子速率较低，反应过程中电子要降低速率，释放一些热量，向周围发出电磁辐射、发光，燃烧。如果释放的热量足够大，使物质在瞬间发生相变成气体，则引起爆炸。

上面这些有关化学反应的现象表明，核外电子必然是有规律运动的。

4、水的密度 水在4℃ 时密度最大，高于4℃ 时，具有一般物质的共性——热胀冷缩，其原理是价和运转的半径在温度高时略有增加。怪的是在低于4℃ 时它却反常——冷胀热缩。这是自然在给人类出难题，还是有意露出蛛丝马迹，施展自然的魅力，引人入胜。

在水中，结构元是成链成团的挤在一起，在温度降低到4℃ 以下时，价和电子的速率降低，价磁力试图把邻近的双连结构元相互联系到相对固定的位置。这样就导致了分子“氢氧氢——HOH”之间的价磁力的对位，使分子结构元间排开位置，为凝固作准备，不象4℃ 时或以上时挤在一起，故而占据较大的空间。温度越低，价和运转的线路越平正，价磁力对位越正，分子之间的间隙越大，参入对位排列的分子越多，占据的空间更大。此时就形成了水的冷胀现象。

在很低的温度条件下，二氧化碳也会由气态相变成液态，直至固态，二氧化碳凝固时“氧碳氧——OCO”也存在拉开对位，所以二氧化碳凝固时也会冷胀。在很低温度条件下，冰或干冰所有的结构元都对位整齐后，温度再降低，它们又会出现冷缩。 (参考文献1)

以上内容都是摘至晏成和所著的《物理新视点》，如感兴趣，请阅读全文，网址是：http://sea3000.net/yanchenghe/ 。

5、记忆合金

有些材料，在发生了塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应。具有形状记忆效应的金属一般是两种以上金属元素组成的合金，称为形状记忆合金，也叫记忆合金。

记忆合金是因为在这些合金中存在着共价键，共价键具有方向性，在较高的温度下，这些共价键达到了最大重叠，作用力最大，使得合金具有保持这时形状的特征。在温度较低的情况下，外力把合金的形状改变后，其实就是把合金中共价键的方向改变了，使得共价键的方向变得不正，没有达到最大重叠，但共价键并没有断裂，这时共价键就有恢复到原来方向的趋向，可是由于这种合金中的共价键不是很强，无法恢复在原来的位置上，所以合金发生了塑性变形。当温度升高后，原子的振动变快，原子移动的阻力变小，原子容易发生旋转，这时共价键又有能力恢复到了原来“重叠程度最大”的方向上，在宏观上表现出来的就是合金恢复了原来的形状。这就是记忆合金具有记忆功能的原因。（→ 参考文献2）

记忆合金的存在，也说明核外电子是有规律运动的。

6、超导体

由于同一原子中的核外电子几乎以同一方向绕原子核运动，并且原子核产生的磁场的磁极与电子绕核运动产生的磁场的磁极正好相反，当物质进入超导状态时，由于温度很低，核外电子绕核运动的速度很慢，电子绕核运动产生的磁场很弱，这时原子核产生的磁场与电子绕核运动产生的磁场在原子的边沿上相互抵消，几乎为零，电子在零磁场中运动就不会受到洛仑兹力的作用，因此电阻为零。并且相邻原子之间因电子绕核运动产生的磁引力消失了，但在磁极上原子核产生的磁场仍然具有一定的强度，这时在原子核产生的磁场的作用下，相邻原子中的电子转变成了同向绕核运动，电子从一个原子到另一个原子不需要改变运动方向，使得最外层电子很容易从一个原子移动到另一个原子，电子的移动路线是直线，并且又是在零磁场中运动，所以没有阻力。如图7。

（参考文献3）

超导体的存在，也说明核外电子是有规律运动的。

上面的这些现象足以证明核外电子是有规律运动的。

三、 核外电子的运动规律

我们要想知道核外电子的运动规律，我们就要知道核外电子所受的力，我们要想知道核外电子所受的力，首先必须搞清原子中存在的常

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，电场和磁常又因电子具有一定的质量，带有一定的电量，还在不停地绕核运动，所以原子核对电子的作用力就有万有引力、静电引力和洛仑兹力。由于万有引力很小，可以忽略，静电引力是向内的，那么洛仑兹力就应该是向外的，否则电子就会被原子核捕获，如图１。

１、电子的运动方向和运动速度

从上面的论述已经知道，电子受的络伦兹力总是向外的，那么同一原子轨道中两个电子的运动方向必须相同，并且同一原子中所有电子的运动方向也基本上是相同的，如图3所示，任何一个电子的运动方向与 s 轨道上电子的运动方向之间的夹角不可能超过90°，也就是说同一原子中所有的电子绝不可能出现反向运动的情况，这样就避免了电子之间的碰撞，为了使电子之间不发生碰撞和电子之间的距离最远，在同一轨道上两个电子的运动方向不仅要相同，它们的运动速度也要相同，而且同一主层中所有电子运动的平均角速度也必须相同，甚至同一原子中所有电子运动的平均角速度也相同。

２、电子的运动轨迹

由于ｓ电子是垂直切割磁力线运动的，它所受的洛伦兹力是不发生改变的，即ｓ电子离原子核的距离也是不发生改变的，所以ｓ轨道一定是圆形轨道，对ｐ、ｄ、ｆ电子来说，在靠近两极的地方，因磁场较强，洛伦兹力较大，电子离原子核较远，所以ｐ、ｄ、ｆ轨道都是些椭圆轨道，并且椭圆的离心率按 ｐ、ｄ、 ｆ的顺序依次增大，如图3。

３、同一轨道中两个电子的分布

同一轨道只能容纳两个电子，这两个电子应怎样分布，我想它们一定是以图3中的形式，这两个电子放在原子核的两边，这样一是它们之间的距离最远， 斥力最小，二是它们之间的斥力正好是核对它们引力的反方向，斥力很容易被抵消，甚至可以认为这样分布这两个电子之间就不存在斥力，能量自然最低，这才是同一轨道只能容纳两个电子的真正原因。如果在同一轨道中有三个电子或更多，这些电子如论怎样排布，它们之间的斥力是不可能消除的，即使正好达到了作用力的平衡状态，那也是极不稳定的，任何一个电子的作用力受到微小的改动，都会引起平衡的破坏，绝不会稳定地存在，因此在同一轨道中只能容纳两个电子。

４、电子的自旋方向

现在人们认为在同一轨道中两个电子的自旋方向是相反的，我认为它们的自旋方向应该是相同的，因为同一轨道的两个电子分别处在原子核的两边，它们相距较远，又因电子的体积很小，电子自旋产生的磁场只能对离它很近的地方有较大影响，对较远的地方绝不可能有大的作用，如果一个电子自旋产生的磁场能影响到原子核另一边电子的自旋，试想一下它的强度会有多大，它对离它较近的其它电子又会产生什么影响，所以说一个电子因自旋产生的磁场绝不可能影响到同一轨道的另一个电子，恰恰相反，电子因处在原子核产生的强大磁场中，电子的自旋将受到原子核磁场的限制，使得不仅同一轨道中两个电子的自旋方向相同，而且在同一原子中所有电子的自旋方向也都基本相同。如图5。

同一原子轨道中两个电子的自旋方向相反是讲不通的，自旋方向相同才是合情合理的。对那些同一轨道中两个电子自旋方向相反的所谓证据我们应该重新考虑一下它们的正确性。如果说光源在强磁场中产生的光谱线可以分裂是同一轨道中两个电子自旋方向相反的证据，请问，你所用的光源是一个原子还是由众多原子组成的物质？如果是众多原子组成的物质，那就不能肯定自旋方向相反的电子是出现在同一原子中，更不能肯定同一轨道中两个电子的自旋方向是相反的。即使你用的只是一个原子，你也无法保证这个原子不发生转动。（→ 参考文献4）

5、分子中价电子的运转

在同一分子轨道中只能容纳两个电子的原因和同一原子轨道中只能容纳两个电子的原因是相同的，也是因为只有两个电子放在原子核的两边，这样一是它们之间的距离最远，斥力最小，二是它们之间的斥力正好是核对它们引力的反方向，斥力很容易被抵消，甚至可以认为这样分布这两个电子之间就不存在斥力，能量自然最低，这才是同一分子轨道只能容纳两个电子的真正原因。如图1。

当一个电子位于两原子的中间时，另一个电子一定在某原子的一边。如果有第三个电子存在，它们的位置如图2所示。

这时电子之间的斥力也可被核对它们的引力抵消，可是当电子Ｂ运动到电子Ｃ的位置时，电子Ａ和电子Ｃ同时运动到电子Ｂ的位置，这就会使电子之间产生很大的斥力，因此在同一分子轨道中也只能容纳两个电子，这就是共价键电子配对法的本质，也就是共价键具有饱和性的原因。

在同一分子轨道中只能容纳两个电子，这两个电子必须以相反的方向绕各自的原子核运行，因为只有这样，电子运动产生磁场的磁极才相反，如图3。

原子之间就是靠电子以相反方向运动产生相反的磁场结合成分子的，这种状态就是分子的基态。如果电子是以相同的方向绕各自的原子核运行，它们产生磁场的磁极相同，磁斥力会将原子推开，这就是分子的推斥态，如图4。

既然原子是靠成单电子运行方向相反产生的磁场结合成分子的，那么在电子运动速度不变的情况下，怎样才能使原子之间结合的更牢？自然是电子运动产生的磁极尽可能相反，原子的轨道尽可能有较大的重叠，这样就相互之间的磁作用力越强，结合的越牢。这就是共价键的最大重叠原理，也就是共价键具有方向性的原因。（→ 参考文献5）

原子是由原子核和核外电子组成，核外电子的运动是有规律的，不仅核外所有电子的运动方向基本上是相同的，而且所有电子的自旋方向也基本上是相同的，当原子结合成分子时，相邻原子电子的运动方向是相反的，同一分子中所有原子价电子的速率都是相同的，甚至同一分子中各原子所有电子的速率都是相同的。物质的各种物理性质和化学性质，都是由核外电子这种规律的运动决定的。

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参考文献：

1、 晏成和 http://sea3000.net/yanchenghe/

2、 http://sea3000.net/yangfawu/21.php

3、 http://sea3000.net/yangfawu/20.php

4、 http://sea3000.net/yangfawu/1.php

5、 http://sea3000.net/yangfawu/2.php