新原子模型及光速多变性

张文义，张苗丽，宋长庆

(1.河北省赵县北王里镇中学，河北 石家庄 051534；2.电子科技大学，四川 成都 611731)

1 引言

从古希腊到近20世纪，科学家一直坚信原子是一个单一的不可分割的实体。根据这个观点，原子不能分离成其他任何东西，并且对它们在宇宙中的地位永久固定。现代原子理论中，上面概述的原子理论已经被完全抛弃了。相反，原子分裂及其组成部分已经或多或少地使大家充分识别和描述许多新的基本粒子。它也使公众对原子外部部分结构有了大致了解，但对原子核或中心部分的构造的了解仍不够完整[1]。

现有文献采用的原子模型具有不稳定性，且无法很好地解释物体弹性、原子组合、液体表面张力、及光的折射等问题，且均认为光速是常数。鉴于此，本文提出一种新原子模型，合理地弥补了旧原子模型的不足，得到了光速多变的结论，并给出了新原子模型下原子核对电子的引力、电子绕核线速度、以及电子绕核转速。

2 研究方法

新旧原子模型如图1所示，阴影部分表示电子运动轨迹的球面。旧原子模型中，核与电子的电场都是球面型，这个模型有缺陷，无法解释现有的物体弹性、原子组合、液体表面张力、光的折射等问题。本文提出了新原子模型。新模型中，在原子这样小尺度下，电子绕核运转，会把正负电场全部收拢在核与电子之间，不外泄。即，仅在阴影所示的球面内存在电场。经过原子模型的改进，旧原子模型的缺陷得到了合理的弥补。

图1 新旧原子模型图

2.1 物体弹性问题

针对物体弹性问题，许多文献展开了研究，包括了减振装置等。动态减振器是一种非常有用的无源装置，用于抑制窄带振动。它本质上由一个质量体、一根弹簧和一个阻尼器组成，它们连接在一个受到振动干扰的主系统上。文献[2]研究了最佳阻尼动态减振器的设计问题，并对现有的阻尼减振器模型进行了比较。

但现有研究均是基于旧原子模型的应用研究，但本文对旧原子模型的合理性提出质疑。旧原子模型中，当外力压缩原子使半径减小（线速与角速不变），引力应增大，此结论与物体弹性冲突。新原子模型中，引力不随半径变化而变化。平衡状态下，离心力与引力相等；当外力压缩原子使半径减小时，电子运转离心力增大，此时离心力大于引力，进而会推动电子远离原子，进而维持半径不变；反之，当存在外力使半径增大时，引力大于离心力，会把电子拉近原子，进而维持半径不变。新原子模型中的引力不变性，很好地解释了物体的弹性，弥补了旧原子模型的缺陷。

2.2 原子组合问题

新原子模型中，原子以电子运转的半径为边界，界外没有电场，两原子可靠近接触。高速运转的电子轨道形似铁环，当两原子外围电子线速相等或相差不多时，环有空隙，电子可相互切向穿越对方电子层。线速相差越多，空隙越少，越难穿越。此外，原子外层电子数目也影响空隙多少，数目越多，空隙越少。两原因共同作用，相互穿越难易程度相差悬殊，最难的甚至不能穿越。这也是化学元素相互化合难易的原因。

2.3 液体表面张力

此部分在弹性与组合基础上，对液体表面张力进行解释。纯有机液体和液体混合物的表面张力是工艺过程中经常需要的许多重要特性之一，因为它在影响界面的质量和传热中起着重要作用。但现有研究均基于旧原子模型，此部分将从新原子模型角度对液体表面张力进行解释。如图2所示，当两原子外层电子运行到图示位置时，两电子是斥力，这样两电子就把各自所属原子的最外电子层相互拉到对方原子的次外层相接触（使两原子一部分重叠），各原子把自己相邻原子依次推进对方，直到液体表面处处拉力平衡，液体成圆球形。

图2 两原子外层电子运行图

2.4 光的折射

在原子组合基础上，本部分针对光的折射定律展开分析。如图3所示，当光子运动到原子附近时，原子到电子运动轨迹之间的区域为受力区域。在受力区，光子受力缓缓转向，是一段弧，类似抛物线，而不是旧原子模型中的突然转向。将此结论推广到光的折射，光的折射轨迹应该是抛物线，而非在接触表面直接转向。

图3 光子运动轨迹与光折射轨迹

2.5 旧原子模型的不稳定性

当外力压缩原子使半径减小时（电子线速度不变），库伦引力与半径减小的倍数的平方成正比，离心力与半经减小的倍数成正比，因此引力比离心力增大的多。由于引力大于离心力，这会迫使电子进一步靠近核，减小进一步减小原子半径，如此循环，电子会落在核上，造成原子塌缩。反之，外力使半径增大，电子会飞离核，造成原子塌缩。

当外力使电子线速增大（半径不变），电子离心力与线速度增大的倍数的平方成正比，此时离心力大于引力，会迫使电子远离核，进而增大原子半径。当半径增大时（此后线速不变），库伦引力与半径增大的倍数的平方成反比，离心力随与半径增大的倍数成反比，因此离心力比引力减小的快。由于离心力大于引力，迫使电子进一步远离核，如此循环，电子会飞离核，造成原子塌缩。反之，电子线速度减小，会落在核上，造成原子坍塌。

因此，旧原子模型极不稳定，如果旧原子模型无误，则宏观物体亦应是不稳定体。但在现实中，不可避免地会受到外力干扰，结论与稳定的现实世界不相符，进而证伪了旧原子模型。

3 光速多变性推论

旧原子模型中，库仑力分散的球面场；而在我们的新原子模型中，库仑力集中施加在了作用力双方。此部分，我们分别求出了新原子模型下原子核对电子的引力、电子绕核线速度、以及电子绕核转速。

3.1 新原子模型下库仑力

旧原子模型中，以原子半径为10-10(米)计算库仑力：

新原子模型中，假设原子半径为10-10米，电子投影面积为10-14米，则新原子模型中的库仑力与旧原子模型中的库仑力的比值为：

反过来，假设电子半径为10-10米，原子核的投影面积为10-14米，则有：

综上，新、旧原子模型中的库仑力的综合比值为1.6 ×1017(倍)，进而可得新原子模型中的库仑力为：

3.2 电子绕核线速度

3.3 电子绕核转速

电子每秒绕核圈数（转速）：

综上所述，新原子模型下原子核对电子的引力为2.3 ×10-8牛顿，电子绕核线速度为米/秒、以及电子绕核转速为。

4 结论

本文提出了一种新原子模型，得到了光速多变的结论，合理地解释了物体弹性、原子组合、液体表面张力、及光折射等问题，并给出了新原子模型下原子核对电子的引力、电子绕核线速度、以及电子绕核转速值。