电子为什么不会落入原子核中

宏观中两个带异种电荷的微粒如果开始时相距一定的距离，不管它们质量怎样、带电量多少，如果它们不受其他外力的作用，仅在静电力的作用下它们一定会沿着直线相互吸引在一起，而不会形成一个点电荷绕另一个点电荷旋转的类原子系统。微观粒子中原子核带正电、电子带负电，电子在原子核静电引力作用下最终却会形成围绕原子核运动的原子系统，并不会落入原子核中，这是经典电磁理论无法解释的：经典电磁理论认为电子由于绕原子核作加速运动将会不断辐射电磁波导致能量减少并最终落入原子核中。实际上电子不会落入原子核中主要有两点理由：一是电子被原子核静电引力拉近时会不断'裂变'放出光子获得反冲从而避免落入原子核中。二是原子核和电子之间的磁力作用为电子绕原子核旋转所需要的角速度提供了的来源。

第一节　原子结构模型的演变

人类对原子结构的认识是逐渐深入的。古希腊哲学家德谟克利特等人：万物都是由一种叫做'原子'的微粒组成的。1808年，英国科学家道尔顿提出了原子是物质最小单元的概念，认为物质都是由原子直接构成的；原子是一个微小的不可分割的实心球体；同一类原子性质相同。

1897年，英国物理学家汤姆逊在低压气体的放电现象中发现了电子，并确定电子是原子的组成部分，电子的发现使人们认识到原子是由更小的粒子构成的。1904年汤姆逊提出原子结构的'蛋糕模型'，或者叫'西瓜模型'， 认为原子中的正电荷像蛋糕一样均匀分布，而电子则象枣一样镶嵌其中并按一定的几何规律排列（或者像'西瓜子'一样镶嵌在带正电的'西瓜瓤'中），当电子受到外界扰动时就会在平衡位置附近振动并发出特定波长的光子，由此解释各种不同元素的原子能够发出不同的光谱。

1909年，卢瑟福用a粒子轰击金属箔时发现：大部分a粒子都可以穿透薄的金属箔而不改变方向，少数a粒子穿过金属箔时其运动轨迹发生了一定角度的偏转，个别的粒子则完全反弹回来。卢瑟福由此推测原子中大部分是空的，内部一定有一个带正电的坚硬的核集中了原子绝大部分质量，a粒子碰到核上就会被反弹回来，碰偏了就会改变方向，发生一定角度的偏转，因为原子核占据的空间很小，所以大部分a粒子能穿透过去。1920年，卢瑟福提出了中子的概念，认为原子核是由质子和中子组成的，并于1931年得到证实。卢瑟福把太阳系和原子结构进行类比，提出了原子的行星模型。认为原子系统就象太阳系一样，每个原子都有一个极小的核，这个核几乎集中了原子的全部质量，并带有若干个单位正电荷，原子核外有若干个电子绕核旋转，处于核心位置的原子核靠其强大的静电引力使电子围绕它旋转，因为原子核带的正电荷数等于电子所带的负电荷数，所以一般情况下，原子呈中性。

后来有人指出，根据经典电磁理论，电子围绕原子核旋转的过程是电荷做加速运动的过程，必然会放出电磁波，随着电子不断放出电磁波其能量不断减小，电子必将沿着螺旋线落入原子核中，而事实上原子系统是相当稳定的；同时，由于电子沿着螺旋线落入原子核中，所以电子的轨道应该是连续变化的，所发出的光子的频率也应该是连续变化的，但人们在观测原子光谱时却发现原子光谱往往是几条独立的谱线，这说明电子在原子中的稳定轨道不是连续的。基于上述原因，原子的行星模型遭到了否定。

1913年丹麦物理学家玻尔在行星模型的基础上引入了普朗克的量子概念，提出分层原子结构模型。认为电子只能在原子内特定的稳定轨道上运动，当电子在这些可能的轨道上运动时既不发射也不吸收能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时才发射或吸收能量，而且发射或吸收的能量是特定的，发射的频率和能量之间关系由 E=hv给出，h为普朗克常数。玻尔认为电子在一些特定的可能轨道上绕原子核作圆周运动，离核愈远能量愈高，电子可能的轨道由电子的角动量必须是 h/2π的整数倍决定。玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律。但对于稍微复杂一点的原子如氦原子，玻尔理论就无法解释其光谱规律。

1927年，奥地利物理学家薛定谔在德布罗意关系式的基础上提出原子的电子云模型（几率说）。认为电子有波粒二象性，在某一瞬间，不可能做到既准确测定出电子在原子中的具体位置又准确测定出电子的运动速度，这就是有名的测不准关系。电子在原子核外很小的空间内作高速运动并没有确定的轨道，我们不能同时准确地测定电子在某一时刻所处的位置和运动的速度，也不能准确描绘出它的运动轨迹；只能够表示电子在一定时间内在核外空间各处出现的几率。空间某个点的密度表示电子在该处出现机会的大小。密度大的地方，表明电子在核外该空间单位体积内出现的机会多；密度小的地方，表明电子在核外该空间单位体积内出现的机会少，电子就像云雾一样笼罩着原子核，不能把电子的运动看做一个具有确定坐标的质点的轨道运动。

第二节　电子内部结构特点

我们认为：①电子的本质属性是粒子性，电子具有特定的内部结构，可以吸收光子增大质量也可以放出

光子减少质量，并且这一过程可以无限次重复，所以处于原子束缚状态下的电子质量并非一成不变的。②与原子核 '质量幻数'相似，电子也存在若干个不连续的结合能极大值――'质量幻数'，每个'质量幻数'对应于电子在原子中的一条稳定轨道。③电子离原子核越近质量越小、内部各部分结合的越紧密、'饥饿程度'越高因而其结合光子的能力越强；电子离核越远质量越大、内部各部分结合的就越松散、'饥饿程度'越低、其结合光子的能力就越弱。④当电子与原子核在静电引力作用下沿着直线相互靠近时，电子会通过'裂变'放出光子获得反冲从而增大绕核速度，保证其不落入原子核中；电子在远离原子核时又会迅速吸收光子增加质量为下一次'裂变'做好物质储备。⑤虽然电子可以吸收光子增大质量，但是电子存在'临界质量'，大于'临界质量'的电子都是极不稳定的，将在极短时间内裂变放出光子并重新生成能够稳定存在的质量较小的电子。

如果我们用横坐标表示电子的质量Ｍ，用纵坐标表示电子内部的结合力Ｆ，则我们可以大致画出电子质量内部结合力曲线图。从图中可以看出：电子离原子核越近质量越小、'饥饿程度'越高、内部结合力越大、吸收光子的能量越强；电子离原子核越远质量越大、'饥饿程度'越低、内部结合力越小、吸收光子的能量越弱。电子存在若干个内部结合力较大的'质量幻数'，电子的每个'质量幻数'对应于电子在原子中的一条稳定轨道。处于游离态的自由电子的质量较大、内部结合力较小，因而较不容易继续吸收光子增大质量。下图是我们画出的电子在不同轨道上的质量大小示意图（这里应忽略原子核和电子的比例大小），可以看出，电子离原子核越近质量越小、电子离原子核越远质量越大，当然了处于游离态的自由电子的质量是最大的。

原子中的电子质量并非一成不变的。电子离原子核越近质量越小、内部各部分结合的越紧密、'饥饿程度'越高、吸收光子的能力也越强；电子离核越远质量越大、内部各部分结合的就越松散、'饥饿程度'越低、吸收光子的能力也越弱。这一点很好理解，电子质量越小则其体积越小，各部分之间结合的就越紧密、'饥饿程度'越高、因而对光子的结合能力就越强；电子质量越大则其体积越大，各部分之间的距离也相应增大从而导致电子结合的越松散、'饥饿程度'越低、因而对光子的结合能力就越弱。现代物理学指出光子没有静止质量，这就误导了许多人对电子'裂变'放出光子的认识，事实上电子'裂变'放出光子必然导致电子质量减小，电子吸收光子必然导致电子质量增大，这是我们正确认识电子在原子中运动规律的前提。

原子核的静电引力是影响电子'裂变'的主要因素。原子核中质子和中子之间存在着非常强大的核力作用，同样电子内部各部分之间也存在相互作用力，由于电子内部各部分之间的结合力不是很大（相对于原子核的核力而言），所以在原子核强大的静电引力撕扯作用下，电子有'裂变'放出光子的可能。用辩证唯物主义的观点来看：决定电子是否'裂变'放出光子有内因和外因两种因素：内因是电子内部各部分之间的凝聚力（结合力），而外因则主要是原子核的静电引力：原子核的静电引力总是力图撕扯并使电子发生形变━━进而迫使电子产生'裂变'放出光子，其作用结果是使电子离原子核更近、并使电子质量减小、体积减小，从而导致电子内部各部分结合得更加紧密，'饥饿'程度更高；而电子内部的凝聚力则总是力图使电子凝聚成一个整体━━并尽可能地再吸收一个或多个光子，其作用结果是使电子的质量增加、体积增大，从而导致电子内部结合得更加松散，'饥饿程度'降低。也可以简单地认为，原子核的静电引力总是使电子质量减小，而电子自身的凝聚力总是使其质量增大。

电子存在'质量幻数'，每一个'质量幻数'对应于电子在原子中的一条稳定轨道。我们知道，原子核并不是一个匀质硬性小球而是有一定内部结构的，它是由质子和中子组成的，质量数为2、8、20、28、50、82、114、126、184等数量的原子核比较稳定，我们把这些数称为'幻数'，而具有双幻数的原子核则特别稳定。和原子核质量'幻数'相似，电子也存在着若干个'质量幻数'：电子自身的结合力并不是与其质量成比例变化的，或者说简单的线性变化，一般而言电子质量越小其内部结合力越大，但总有特定质量的电子的结合力相当大，比其它质量电子的结合力大许多，我们把这些结合力相当大的质量相应地称为电子'质量幻数'。电子有若干个内部结合力极大的质量（'质量幻数'）、处于'质量幻数'的电子结合光子的能力是很强的，每一个'质量幻数'往往对应于电子在原子中的一条稳定轨道。

电子对光子的吸收是有选择的。既然处于原子核束缚状态的电子是处于'饥饿状态'的，那么是不是电子可以吸收任意质量的光子呢？事实上并非如此，处于原子核静电引力束缚状态下的电子对光子的吸收是有选择的。对于某个处于'饥饿状态'的电子来说其具备吸收光子的能力，光子质量越小则其进入电子内部后引起的电子质量变化也越小，对整个电子内部各部分之间的平衡影响也越小，因而和电子之间的结合力也较大；反之，光子质量越大其进入电子内部后引起的电子质量变化也越大，对整个电子内部各部分之间的平衡影响也越大，因而和电子的结合力也越小；只有少数特定质量的电子和特定质量的光子之间结合力是极大的。

第三节　电子可以'裂变'放出光子获得反冲作用

对处于游离态的原子核和自由电子而言，它们一个带正电一个带负电，仅在静电力作用下必然会相互吸引，随着自由电子与原子核距离不断缩小，自由电子受到的静电引力也将迅速增大，必然导致在某一时刻自由电子内部结合力不足以抵御原子核静电引力对它的撕扯作用，此时电子就会'裂变'放出光子，而电子裂变放出光子以后其质量减小并获得光子的反冲作用、同时内部结合力则迅速增大、能够抵御原子核静电引力对它的撕扯作用，所以自由电子发生第一次'裂变'后会在光子的反冲作用下运动到离原子核较远的稳定轨道上并停留在此轨道上。由于电子只有几个特定的'质量幻数'，所以从自由电子到第一次裂变放出光子的方式是唯一的，自由电子裂变后必然处于内部结合力极大的'质量幻数'位置（因为其他质量的电子都是不稳定的）。

当已经发生过'裂变'的电子再次受到指向原子核的扰动作用而继续靠近原子核时，随着电子和原子核距离的继续减小，必然导致电子受到原子核静电引力撕扯作用增强，当某一时刻电子内部结合力小于原子核静电引力撕裂作用时，电子就会再次裂变放出光子减小质量并再次获得反冲、同时内部结合力也会迅速增大……在电子向原子核靠近的过程中，电子可能发生多次'裂变'，每次'裂变'后电子内部结合力都会增大、质量都会减小。因为原子核的静电引力作用总是使电子裂变质量减小，离核越近电子受到的静电引力越大，电子发生形变放出光子的可能性也越大，所以同一个电子在其处于稳定状态时，离核越近质量越小，离核越远质量越大，当然自由态的电子质量是最大的了。

第四节　 电子和原子核之间的磁力作用为电子绕核旋转提供了角速度

宏观点电荷一定不能够形成类原子系统。宏观中两个带异种电荷的微粒如果开始时相距一定的距离，假设它们不受其他外力的作用，则不管它们质量怎样、带电量多少，仅在静电力的作用下它们一定会沿着直线相互吸引在一起，而不会形成一个点电荷绕另一个点电荷旋转的类原子系统。

电子绕原子核运动是需要角速度的。有人指出：电子绕原子核旋转是需要一定角速度的，这个角速度从哪里来？实际上这个问题早在几百年前牛顿研究行星绕太阳运动时就曾经考虑过，牛顿发现万有引力之后开始思考太阳系的形成，他认为在太阳系形成之初是上帝随手推了一把，才导致太阳系的形成，如果没有上帝的第一推动力，则行星仅在太阳引力作用下将会落入太阳里，牛顿把这个推力称作'上帝第一推动力'或者叫'上帝之手'， 牛顿坚信'上帝之手'的存在，并由此晚年滑向了神学的研究，实在很可惜。

通常导线之间的磁力作用。物理学家安培发现：通电导线会在其周围空间产生磁场，电流方向不同产生的磁场方向也不相同，通电导线产生的磁场可用右手定则来确定。如果两条通电导线距离足够近，则这两条通电导线形成的磁场会互相影响：通以相同方向电流的两条平行导线会相互吸引，通以相反方向电流的两条平行导线会相互排斥。如果两条平行导线没有通电（内部没有电流）则不会产生相互影响。这个发现对我们研究原子系统提供了启示。

假设原子核和电子开始时相距一定的距离并且相互静止，在静电力加速作用下它们将迅速相互靠近，而相向运动的原子核和电子相当于通以相同方向电流的两条平行导线，它们之间会产生磁力作用并相互吸引，并且原子核和电子的相对速度越大则磁力作用就越大。于是：在静电引力作用下原子核和电子相互靠近，而在磁力作用下原子核和电子开始相互围绕旋转运动，最终原子核和电子沿着螺旋线相互靠近并形成电子绕原子核旋转的稳定的原子系统。这里我们看到，正是由于原子核和电子间的磁力作用提供了电子绕原子核旋转的初速度，电子和原子核之间的静电力将使它们沿着直线吸引在一起，而电子和原子核之间磁力使它们相互围绕旋转最终形成了原子系统。由于宏观带电微粒的荷质比远远小于电子和原子核的荷质比（具体小多少个数量级感兴趣的朋友可以自己估算），所以在静电力作用下宏观带电微粒间相向运动的速度很小，由此产生的磁力微不足道不足以影响宏观带电微粒的运动，所以通常情况下宏观带电微粒间总是沿着直线吸引在一起的。

电子没有落入原子核的原因。那么在静电力和磁力作用下，电子为什么不会落入原子核中呢？我们知道相距一定的距离的原子核和电子在静电力和磁力作用下会沿着螺旋线相互靠近，在原子核静电引力强大的撕扯作用下，电子将发生形变；当电子和原子核的距离足够近时，电子必然会'裂变'放出光子获得反冲并进一步加大了电子绕原子核运动的速度，此时由于电子绕核速度增大离心趋势也增大因而会运动到离原子核更远的地方，所以电子不会落入原子核中。当处于稳定轨道上的电子受到外界指向原子核的扰动时，比如我们对物质施加高压必然会迫使电子靠近原子核运动，此时电子由于离原子核更近、受到的静电力撕扯作用更大，为了'舍车保帅'电子会继续裂变放出光子获得反冲从而继续增大电子绕核运动的速度，以此来继续对抗原子核的静电引力作用。在宏观世界中，即使人为地让一个带电微粒围绕另一个带电微粒高速旋转并形成类原子系统（虽然这很难做到），宏观带电微粒形成的类原子系统也是非常脆弱的，绕核旋转的微粒无论是受到离核扰动还是近核扰动作用这个类原子系统都将分崩离析，主要原因就在于宏观带电粒子质量不会变化，不会改变质量以维持类原子系统的平衡。这里我们不得不佩服物质世界的奇妙，微观世界小小一个原子系统比我们强行用宏观带电微粒形成的类原子系统高级的多、也稳定的多。

电子在原子核中的运动。设某一时刻质量为M的电子在离核距离为R的轨道上稳定绕原子核旋转(此时电子必定处于一个内部结合力较大的'质量幻数'峰值位置)，此时原子核静电引力'撕扯作用'必定小于电子内部结合力，如果不受外界扰动这个平衡将一直保持下去。通常情况下电子总会不断受到外界扰动（比如原子间的相互碰撞、光子对电子的碰撞等等），如果在某一瞬间电子受到质量为m的光子指向原子核的碰撞作用，因为在原子核静电引力束缚下的电子始终是处于'饥饿状态'的，所以在光子与电子相遇的瞬间电子会吸收光子增大质量并向着原子核运动，假设电子向着原子核运动的距离为r,则此时电子到原子核的距离（电子绕核半径）为R-r,电子质量为M+ m的,由于电子质量增大其内部结合力必然迅速减小，而电子离核距离的减小必然导致原子核静电引力对电子的撕扯作用迅速增大，如果电子内部结合力小于原子核静电引力对电子的撕扯作用，则电子就会迅速'裂变'放出一个质量为m光子并获得反冲回到原来离核较远的轨道上。有人提出，质量为M+ m的电子裂变后为什么不会放出其它质量的光子呢？这是因为电子在质量为M+ m和M－ m的质量区间中，只有一个结合能极大值－-对应的质量为M，换句话说只有质量为M的电子内部结合力才是足够大的并且足以抵御原子核的静电引力撕扯作用，其他质量的电子都是不稳定的。

如果在某一瞬间电子受到质量为m的光子远离原子核的扰动作用，由于电子处于'饥饿状态'所以在光子与电子相遇的瞬间电子会吸收光子增大质量并远离原子核运动。假设电子到达离原子核最远处的距离为R＋r,电子质量为M+m,由于原先电子处于内部结合力极大的'质量幻数'峰值处、吸收光子后质量增大其内部结合力必然迅速减小，而电子离核距离的增加将导致原子核静电引力对电子的撕扯作用也减小。如果质量为M+m的电子正好位于内部结合力较大的另一处峰值位置上，若此时原子核静电引力对电子的撕扯作用小于电子内部的结合力，电子就会在新的、距离原子核为R＋r的轨道上稳定下来，表现为电子受到激发后跃迁；如果质量为M+m电子并没有位于内部结合力较大的峰值位置上，则新的质量为M+m电子相对于原来质量为M的电子内部结合力将减小很多，如原子核静电引力对电子的撕扯作用大于电子内部的结合力，电子同样会放出质量为m的光子并重新回到原来的轨道上。

第五节　原子明线光谱和暗线光谱的形成

原子光谱的种类。原子光谱有两种，分别是明线光谱（发射光谱）和暗线光谱（吸收光谱）。通常人们认为原子中的电子从离原子核较远的轨道上回到离核较近的轨道上时会裂变放出光子，一个电子裂变就会发出一个光子，当大量受到激发的原子发出的光汇聚起来就会形成几条特定的亮线，称之为明线光谱或者发射光谱。

高温物体发出的光（其中包含波长连续变化光）通过物质时,某些特定波长的光会被物质吸收，这样在连续光谱的背景上出现相应的暗线或暗带,这种光谱叫吸收光谱也叫暗线光谱。例如,让弧光灯发出的白光通过温度较低的钠蒸气（在酒精灯的灯芯上放一些食盐,食盐受热分解就会产生钠蒸气）,然后用分光镜来观察,就会看到在连续光谱的背景中有两条挨得很近的暗线，这就是钠原子的吸收光谱。需要特别强调指出的是,各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应，这表明低温气体原子吸收的光,恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此,吸收光谱中的谱线（暗线）,也是原子的特征谱线，只是通常在吸收光谱中看到的特征谱线比明线光谱中的少。

原子吸收光谱（暗线光谱）的形成。前面我们分析指出，被原子核静电引力束缚的电子是处于饥饿状态的，它们的质量都比游离态电子的质量小，内部结合力较大，对光子的亲合力较强因而都有吸收光子的可能，但有可能吸收光子并不代表就一定会吸收光子，因为电子在原子中时刻受到原子核的静电引力撕扯作用，这个撕扯作用总是使电子发生形变进而裂变放出光子。假设电子在某一条稳定轨道上的质量为M，此时电子一定是处于质量――结合能极大的峰值状态，也就是说此时电子内部的结合能是很大的，如果电子吸收了一个质量为m的光子后形成质量为（M＋m）的新电子，此时这个新的质量为（M＋m）的电子如果不是处于质量――结合能曲线的另一个峰值上（这种情况经常发生，因为电子质量幻数只是特定几个不连续的点），那么这个新的质量为（M＋m）的电子的内部结合力就不会很大，甚至可能会比质量为M的电子内部的结合力小很多很多（甚至有可能小几个数量级），正因为这个新的质量为（M＋m）的电子内部结合力不足以抵御原子核静电引力的撕扯作用，所以这个新生成的电子是不稳定的，必将迅速'裂变'放出质量为m的光子。如果这个作用时间极短，从另一个角度来说就可以认为电子吸收不了这个质量为m的光子，可以认为电子几乎不吸收此类光子。

根据电子的质量－－结合能曲线我们知道，对于处于某一条特定轨道上的特定质量的电子来说，它只能吸收一种或者几种特定质量的光子。举例来说，设开始时电子在离核最近的轨道上质量为10000，光子的质量可以从1到1000连续变化，而电子结合能极大值对应的几个质量幻数分别是10000、10030，100080，10160，10330等，若此时有自然光－－质量（能量）连续变化的光子（其质量从到1到1000连续变化）照射到原子上，那么此时电子最可能吸收哪些质量的光子呢？显然电子对质量为30、80、160、330的光子吸收率最高。因为电子和这些光子结合后形成的电子质量分别是10030、10080、10160、10330，这些电子比较稳定、内部结合力足够大，足以抵御原子核的静电引力作用。这样从1到1000的连续光经过原子后，连续光谱中会出现几条暗线，这些暗线对应的光子质量为30、80、160、330。

继续前面的讨论，当一束光经过原子时，电子只会吸收质量为30、80、160、330的光子，对于其它质量的光子，电子基本上不会吸收，或者说吸收率极低。当电子吸收了质量为30、80、160、330的光子后，形成的新电子的质量分别是10030、10080、10160、10330等，而质量为10030的电子又会吸收质量为50、130、300的光子，质量为10080的电子会吸收质量为80和250的电子，质量为10160的电子会吸收质量为170的电子，最终，质量为10000的电子可以吸收质量为30、80、160、330、50、130、300、250、170的光子。

电子对不同质量的光子的吸收率是不同的。在一群原子处于基态时，绝大部分是处于基态的，基态的电子对质量为30、80、160、330的光子吸收能力强，而质量为10030、10080、10160、10330电子则是由基态电子吸收光子后产生的，其数量必然远远小于处于基态的电子的数量，所以这一部分电子吸收的质量为50、130、300、250、170的光子数目也必然较少，如果电子吸收的光子数目非常少的话，则不足以在明亮的背景中形成暗线，此时这条'暗线'我们就观测不到了。这就是为什么原子的吸收光谱中暗线条数少于明线光谱中亮线条数的原因。

这里还有一个问题值得我们注意，那就是既然原子中的电子可以吸收质量为30、80、160、330的光子，那么如果有两个质量分别是10和20的光子同时与电子作用，会不会被电子吸收呢？理论上是可以的。同样的道理，两个质量分别是20和60的光子与电子作用也可以被电子吸收，也就是说：如果电子同时吸收了两个光子并且此时的电子质量恰好处于质量－结合能曲线的峰值时，则电子会同时吸收这两个光子形成新的质量更大、并且能够稳定存在的电子。同样的道理，电子也能够同时吸收三个或者三个以上的光子。这里我们所指的能够吸收并不代表电子就一定吸收两个或者两个以上的光子，因为这个概率实在是太小了，在一般的讨论中我们可以忽略不计。这样看来，原子的吸收光谱中的暗线实际上是电子吸收概率较大的光子对应的谱线，实际上电子对各种能量的光子都有一定的吸收率，只不过对特定质量的光子的吸收率远远大于一般质量的光子而已。

（三）原子发射光谱――明线光谱的形成。接前面的假设，如果一群电子被激发以后，电子对质量为30、80、160、330的光子的吸收率大大高于电子对其它质量光子的吸收率，并且因为电子在吸收了上述质量的光子后是比较稳定的，它在新轨道上的存活时间也比较长，所以一群电子被激发以后，质量为10030、10080、10160、10330的电子数目总要多于其它质量的电子数，当然了，电子裂变后的产物－－质量为30、80、160、330的光子数目也远远多于其它质量的光子数量，正因为如此，原子的发光光谱中总有特定的谱线特别亮，形成我们所说的明线光谱。

如上图所示，为了简单起见，我们设电子在R1、R2、R3、R4、R5、轨道上的质量分别为10000、10030，100080，10160和10330，当然可能电子质量的变化不会有这么大，这里我们仅仅为了讨论问题的方便姑且这么假设。那么处于R5轨道上的电子能够辐射出几种光子呢？显然当它受到指向原子核的扰动时，可以跃迁到R4、R3、R2、R1轨道上，则它可能放出的光子质量分别为170、250、300和330这4种光子。

同样，处于R4轨道上的电子也可能跃迁到R3、R2、R1轨道上，所以处于R4轨道上的电子可能放出的光子质量为80、130和160这3种光子。

处于R3轨道上的电子也可能跃迁到R2和R1轨道上，所以处于R3轨道上的电子可能放出的光子质量为50和80这2种光子。

处于R2轨道上的电子只可能跃迁到R1轨道上，所以处于R2轨道上的电子只能放出的光子质量为30的1种光子。

处于R1轨道上的电子因为是最内层电子，所以它不会发生跃迁。

那么处于R5轨道上的电子最多可能放出几种光子呢？显然它可能直接跃迁到R4、R3、R2、R1，但是当电子到了R4、R3、R2上时还可能发生二次甚至三次近核跃迁，则它可能放出的光子为4+3+2+1＝10种，也就是说，如果大量原子被激发到R5轨道上时可能形成10条明线光谱谱线。

同样，处于R4轨道上的电子最多可能放出3+2+1＝6种光子，可能形成6条明线光谱谱线。

处于R3轨道上的电子最多可能放出2+1＝3种光子可能形成3条明线光谱谱线。

处于R2轨道上的电子最多可能放出1种光子可能形成1条明线光谱谱线。

处于R1轨道上的电子因为不会再向内跃迁，故不会放出光子也不会形成明线光谱谱线。

最后，我们的结论是：原子中的电子能够吸收特定能量的光子，也可以放出特定能量的光子，由于电子对特定质量光子的吸收率大于其它光子，所以在原子的吸收光谱中总有几条特定的谱线显得较暗，形成暗线光谱；当大量原子发光时，电子放出特定质量光子的数量往往大于其它质量的光子的数量，所以在原子的发射光谱中总有几条特定的谱线显得较亮。

根据电子在不同轨道上的质量可以画出电子在不同轨道上的质量示意图，如上图：处于自由状态的电子质量最大，而处于原子核静电引力束缚作用下的电子质量较小，并且电子离核越近其质量也就越小，电子离核越远其质量越大。显然，电子质量变化主要是通过吸收或者放出光子形成的。这就是说，内层电子可以吸收一个光子跃迁到外层轨道上，外层电子可以裂变放出光子回到内层轨道上，这个过程能够无限次重复。由于电子时刻不停地与光子作用，所以电子的质量也在时刻不停地变化着，当然原子的质量也在不停地变化着，由于电子只占原子质量的很小一部分，所以电子质量改变目前还没有引起我们足够的重视，但在理论上应该是可以测出这个改变的。

综上所述，处于游离态的电子质量最大，但其内部结合力最小因而也最容易发生裂变。当一个游离态的电子和一个原子核相遇时，在静电引力作用下它们开始沿直线相互吸引靠近，当它们之间的距离足够小时原子核的静电引力撕裂作用足够强，此时电子会发生第一次裂变，电子裂变放出光子后获得了反冲并被迅速推到离核较远的地方，同时由于原子核和电子之间存在磁力作用，这个磁力作用使电子沿着圆形轨道运动并形成稳定轨道；若因为某种原因使电子受到了指向原子核的扰动作用并且继续靠近原子核，当电子运动到离原子核更近的地方时，它会发生第二次裂变，放出光子后电子又将被反冲作用迅速推到离原子核较远的地方，由于这一次电子和原子核之间的距离更小，原子核的静电引力对电子的撕裂破坏作用也更强，所以电子裂变放出光子的质量也更大，电子获得的反冲也将更大。显然在强大外力作用下电子还可能继续向原子核靠近，它会继续发生第三次、第四次……第N次裂变，并且电子一次裂变比一次裂变放出的光子能量大，获得的反冲作用也越来越大。当然了，当电子发生了第N次裂变后，由于电子和原子核之间的距离最近，原子核静电引力对电子的束缚作用足够强，此时电子的状态就较难改变了。对于不同的原子核来讲，原子核所带电量越大则其静电引力也越大，对电子的撕裂作用也越强，所以核电荷数越多的原子核越能使电子发生更多次裂变，从而形成更多的谱线。