用原子的发射光谱对氢原子、氦离子、氦原子内电子的运动瞬时速度与轨道半..

增刊原子与分子物理学报
!"##$%&%’()**+年,月
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用原子的发射光谱对氢原子、氦离子、氦原子内
电子的运动瞬时速度和轨道半径的实测与研究
"
冯劲松"
"
（重庆新大集团高技术研究所，重庆,*D )**
）摘
要：本文利用笔者发明的“原子内电子运动瞬时速度和轨道半径测量方法及其测量设备”（于)**F 年
B 月)B 日，由中华人民共和国国家知识产权局授予发明专利证书，发明专利号：G 3**@*F *,@?E
），对氢原子、氦离子、氦原子内旋转运动着的电子在发射不同频率的电磁波时的运动瞬时速度和轨道半径进行了实测与研究，首次实现了氢原子内电子运动参数的精确测量，氢原子的电子在发射（巴尔末谱线系）不同频率的电磁波时分别所对应的电子运动瞬时速度（H &／I ）是：F @C B J E C ,*，,D E E J ,@+,，F F @*J )B E B ，,+C B J ,*D C
，F D +*J ,@**，,B @B J *B B *；和分别对应的轨道半径（K @*L @)&）是：E J ,+,*，@*J F F ,*，D J B ,,*，@@J +***，C J B C C *
，@B J +)**?此结果与过去用其它方法实测的氢原子核间距离的一半B )K @*L @)&进行分析、
比较，可以断定，用此方法测量的原子内电子运动瞬时速度和轨道半径数据是非常精确的原子结构的动态“行星”模型图
像第一次清晰地展现在人们的眼前；这标志着爱因斯坦与玻尔关于对“测不准原理”长期争论的结束；爱因斯坦的决定论观点取得了根本性的胜利氢原子内旋转运动着的电子发射红、绿、兰、紫、紫外@、紫外)电磁波时，它所处的位置，运动速度不同每一个小周期内，电子发射两次电磁波?电子发射电磁波时，在一个位置上的运动速度较快，而在另一个位置上则较慢，即电子时而加快，时而又减慢；电子时而靠近原子核，进而又远离原子核，电子围绕原子核的旋转运动半径0成周期性的变化；同时，电子旋转运动速度的大小也成周期性的变化，这正反映了原子的振动规律性通过对氦离子、氦原子内旋转运动着的电子在发射不同频率的电磁波时的运动瞬时速度和轨道半径的实测、研究，发现氦原子的外层电子电离后，内层电子将作减速运动，并且内层电子的轨道半径将变大氦原子内、外层电子在发射不同频率的电磁波时，所处的位置、运动速度均不相同；所发射的电磁波频率并非以其所在轨道半径的大小而成比例地增大或减小实测证明：电子发射电磁波频率的大小只取决于电子作减速运动的负加速度的大小在每一个小周期内，电子发射两次电磁波，电子发射电磁波时，在一个位置上的运动速度较快，而在另一个位置上则较慢，即电子时而加快，时而又减慢；电子时而靠近原子核，进而又远离原子核，电子围绕原子核的运动半径0成周期性的变化，同时，电子旋转运动速度的大小也成周期性的变化以上所测氢原子内电子的旋转运动轨道平均周期
是：*?C E *E C B C )!@?E D ,@,D F *K @*L @C I （注：@飞秒M @*L @F I ）；
以上所测氦原子内电子的旋转运动轨道平均周期是：,?C +,D @E !@@,?C +,D C K @*L ))I ?
关键词：发射光谱；电子运动；瞬时速度；轨道半径中图分类号：.,A B ,
文献标识码：6
@引言
原子、分子内部结构的测定及其观测技术的发展开始于二十世纪二十年代，由于物质结构和化学键理论的建立，以及物理实验技术的发展，应用光、
电、磁等各种物理原理测定分子结构技术不断进步现已有十余种实验测定方法?@D D F 年，瑞士的巴耳末（-?-?N O $&%>?@D F )L @D E D ）已能精密测量氢原子可见谱线的系列，从此开始用分子光谱法测定
"""通讯作者：:A &O P $：Q P ’R O S T
I "@+B ?U V &作者简介：冯劲松（@E +)L ）
，男，重庆新大集团高技术研究所所长?
分子结构!"#$"年，德国的比尼希和鲁勒（%&’’&(和)*+,-,）发明了扫描隧道显微镜，其分辩本领达到了.!"/，能够在原子水平上进行科学研究!为我们揭示出一个直观可见的原子、分子世界!"##"年"0月，日本电气公司用半导体材料硅制成超微“金字塔”，高度仅有12个原子高!把硅加热至2..3硅原子就会活跃起来!该公司研究人员在隧道扫描电子显微镜下，用极细的针将硅原子排成了四棱锥体4“金字塔”!用隧道扫描电镜把原子排列成立体形状在世界上还是首例!"##"年""月，“美科学家在硅表面移动单个原子”：美国商用机器公司的科学家实现了在硅表面将单个原子移动和放置在另一位置上，这一进展为制造原子集成电路芯片提供了可能!"##.年该公司在加利福尼亚的研究人员曾通过这种方法用氙原子拼出了该公司的名字4 5%6!实现原子移动，都是用隧道扫描电镜来实现的!到目前为止，这是国际上观测分子内部结构的最先进技术，也是历史上用仪器所能观察到的最小粒子4原子!而原子内部电子的行为尚不能被观测到!传统光谱分析，也只能通过不同元素的线状光谱互不相同，利用各种元素特定线状光谱的特征，来判断这种物质是否含有该种元素，这就是“传统光谱”的定性分析，传统光谱的定量分析是测定某种物质中所含有的某些元素的浓度（含量）从而判断该物质中某元素的多少，而该种元素原子内电子在该种物质中的运动瞬时速度和轨道半径仍不能测定!因此，开拓性地创立观测原子内部电子运动参数的测量方法具有十分重要的意义!
本发明的目的是针对传统测量技术的局限，开创性地提供了一种原子内部电子旋转运动瞬时速度和轨道半径测量方法及其测量设备!本发明用发射光谱仪并依据“宇宙相对论电磁波频率定律和宇宙相对论里德伯常数定律之原理”进行测量!已对氢原子、氦离子、氦原子内电子的运动瞬时速度和轨道半径进行了实测与研究，首次实现了原子内电子运动参数的精确测量；原子结构的动态“行星”模型图像第一次清晰地展现在人们的眼前；这标志着爱因斯坦与玻尔关于对“测不准原理”长期争论的结束；爱因斯坦的决定论观点取得了根本性的胜利!
0宇宙相对论电磁波谱学
人类对磁现象的认识亦有悠久的历史!经过法
拉弟、麦克斯韦、伦琴、7!7!汤姆逊、卢瑟福、维拉德等科学家的工作，确认了：热辐射、电磁波、光波、8射线、,射线都是电磁波，只是频率不同!然而，热的本质是什么？这个问题，又是人类最早接触到，也是人类最后弄清楚的一个问题，热的本质不是分子的运动，而是电磁波!这一结论为电磁波的家族又添了一个新成员，并实现了自然科学的又一次大综合，这一点将在“宇宙相对论量子力学”中讨论、证明!根据广义宇宙相对论原理（冯劲松研究发现），创建电磁波频率定律!
0!"宇宙相对论电磁波频率定律
质点（如电子）发射电磁波的频率大小，与电磁波能量载体!!光子相对静止时的极限传播速度!有关，与观测者的相对运动速度有关，并与电
磁波的频率成""#
（）
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倍关系；与质点（如电子）所处的能量状态及施给其外力的强度有关，并成正相关关系，即数学表达式为：
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式中：!!质点（如电子）以速度#相对于观测者运
动时，其发出的电磁波的频率，单位：9:；!
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!质点（如电子）与观测者相对静止时，其发出的电磁波的频率，单位：9:；#!质点（如电子等）相对于观测者的运动速度，;／<；&!光速，0’##=#0>?$( ".$;／<!
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—电子质量，#’".#??$("."1"A(；*—电子电荷，"B2.0"#"=(".""#3；,—普朗克常数，2’202"2(
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增刊冯劲松等：用原子的发射光谱对氢原子、氦离子、氦原子内电子的运动瞬时速度和……
!"!#$%·&；"—里德伯常数，!#"’(#(!(($!"
)*+,!；%—电子与观测者的相对运动速度，+／-；&—元素原子序数，!，.，#
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…3.氦：)，2，(，1
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宇宙相对论里德伯常数定律
由于电子围绕原子核在作相对运动，所测得的
里德伯常数与里德伯常数的理论值有一差值，这一差值可用宇宙相对论项来修正#并据此，可以测算
出电子的瞬时运动速度之值#
这一定律叫做宇宙相对论里德伯常数定律，（冯劲松研究发现，为纪念科学家里德伯先生而命名），其数学表达式（公式一）为：
%()!!
"实
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理
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）式中：,—电子围绕原子核的旋转运动瞬时速度，+／-；"实—里德伯常数的实测计算值，*+,!；"
理—里德伯常数的准确值，!#"’(#(!(($!")*+,!；*—光速，.#’’(’.$)1$!"1+／-#
推论：宇宙相对论里德伯常数定律（公式
二）（原子内电子运动轨道半径的实测计算公式）：
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式中："—电子围绕原子核运动的轨道半径，+；"实—里德伯常数的实测计算值；*+,!；-—原子序数，!，.，#
，……#注：（公式二）适用于-"."的元素；其它元素，由宇宙相对论量子力学定律推导出精确计算公式，以确保测量精度#
#
氢原子内电子的运动速度和轨道
半径的实测
##!
氢原子内电子发射光谱的实测资料测量仪器和测量方法：用发射光谱仪测量氢光
谱的波长#氢光谱实测资料：用充氢的放电管放出
来的光拍成片子叫氢原子光谱［!］#
氢原子的巴尔末线系，表!所示#
##.氢原子内电子的运动瞬时速度的实测计算##.#!
根据氢光谱实验实测的波长""
，经公式!
"实("实!$!!+（）
.推导得："实(
$+.
"实（+.!$
）由此公式计算出里德伯常数（"）的实测值，见表!###.#.
根据宇宙相对论里德伯常数定律（公式
一）
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"实"（）
理
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计算电子的运动瞬时速度#
表!
氢原子内电子运动瞬时速度的实测计算值
序号颜色光子（个）实测波长
"实：+.自然数
（+）实测里德伯常数
"实$!")*+
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"理$!")*+
,
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1原子与分子物理学报
.""2年
根据氢光谱实测资料，用上列公式列表计算氢原子中电子发射红、绿、兰、紫，……电磁波时，其电子的瞬时运动速度值（忽略自旋的影响，在一般要求内，精度已足够），见表!!"!#!"
氢原子内电子的运动轨道半径的实测计算
为了验证“宇宙相对论里德伯常数定律”的正
确性，下面将用该实测计算得出的氢原子内电子的速度来推算电子运动的轨道半径!!氢原子的真半径，并与过去实测的氢原子半径!!假半
径［#］（即氢原子核间距离的一半）"#"!$#!#%进行比较!原子内电子运动轨道半径的实测计算公式是：
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用上式列表计算半径$值，见表#!
表#
氢原子内电子轨道半径实测计算表
颜色红绿兰紫紫外!紫外#’
（,%／-）+!("!)(’$’&))!’!*’++!$!#")"’*("!’*&(+&*$!’!$$’"!"!$""$$"!
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图!氢分子（.#）
示意图
用此结果与过去实测氢原子核间距离的一半
"#"!$
#!#%进行比较、分析，可以断定，根据实测光谱数据用宇宙相对论里德伯常数定律所计算出
的电子运动的瞬时速度和轨道半径是完全精确的!这标志着爱因斯坦与玻尔关于对“测不准原理”长期争论的结束，爱因斯坦的决定论观点取得了根本
性的胜利!
"!#!’氢原子结构内电子的运动规律
经用实测数据计算结果表明，氢分子结构的原子、电子有如下运动规律（见图!）!
（!
）电子围绕原子核运动，有一个大周期，内含有三个小周期!每一个小周期内，就有一个吸、
!
&增刊冯劲松等：用原子的发射光谱对氢原子、氦离子、氦原子内电子的运动瞬时速度和……
放电磁波的过程；每一个大周期内，就有三个不相同的吸、放电磁波的过程!无论氢分子在多长时间以内，它吸、放电磁波均是重复上述过程!在每个周期内，电子将释放!次电磁波，它们是红、绿、兰、紫、紫外"、紫外#!其中每一次释放出的光子个数是"$、"%、"&、"!、"’、"(!第一个小周期：电子释放出红、绿电磁波，其光子个数为："$、"%共计#%个；第二个小周期：电子释放出：兰、紫电磁波，其光子个数分别为："&、"!，共计%"个；第三个小周期：电子释放出紫外"、紫外#电磁波，其光子个数分别为"’、"(，共计%&个!
第二小周期比第一小周期多释放出(个光子；第三小周期又比第二小周期多释放出)个光子!
（#）电子释放红、绿、兰、紫、紫外"、紫外#电磁波时，它所处的位置，运动速度不同!每一个小周期内，电子发射两次电磁波!电子发射电磁波时，在一个位置上的运动速度较快，而在另一个位置上则较慢，即电子时而加快，时而又减慢；电子时而靠近原子核，进而又远离原子核，电子围绕原子核的旋转运动半径"成周期性的变化；同时，电子旋转运动速度的大小也成周期性的变化!
（%）根据实测数据计算表明，电子发射电磁波时，其旋转运动速度减慢；电子吸收到电磁波时，其旋转运动速度就加快!因此，可以断定，电子作减
速运动时，就发射电磁波（发射光子）；电子吸收到电磁波（光子）时，电子就作加速运动!
（)
）氢分子是由两个氢原子结合而成的，将两个氢原子的上述变化规律以及物体的热胀、冷缩规律结合起来分析研究，并可以得到如下结论：物体吸收电磁波（热的本质仍是电磁波）时，原子核与原子核的间距扩大，物体膨胀，其电子围绕原子核的旋转运动半径减小（即原子的真半径减小），电子作加速运动；物体释放电磁波时（释放出热量），原子核与原子核的间距缩小，电子作减速运动!
)
氦离子内电子的运动速度和轨道
半径的实测
（"
）氦离子光谱实测数据：用发射光谱仪测量的氦离子光谱实测数据见表%!
（#）根据氦离子光谱实验实测的波长入!经公式
"!实
#"实"
)$"%（）
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!实（%#$"
!）由此公式计算出里德伯常数（"）的实测值!见表%!
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氦离子内电子的运动速度及轨道半径实测值
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(原子与分子物理学报
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实
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计算电子的瞬时运动速度&
根据氦离子光谱实测数据［!］，用上列公式列
表计算氦离子中电子发射不同频率的光谱时，其电子的瞬时运动速度值，见表!&
（&
）氦离子内电子轨道半径的实测计算：根据公式：（(表示核电荷数）
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列表计算氦离子中电子的轨道半径%值，见表!&
氦离子光谱与氢光谱的性质确实相同，区别在于氦离子内电子吸收、发射电磁波有两个大周期，而氢原子内电子吸收、发射电磁波只有一个大周期&造成氦离子内电子发射电磁波有两个大周期的原因是：氦原子核的内部，即两个质子（两个核电荷数）在其内部的排列的方式及距离的远近的改变，而氦离子内电子一次发射的电磁波一份)*内含有
的光子个数应与氢光谱相同，而氦离子光谱的频
率与氢光谱的频率有一定差别，这只是表明电子的旋转运动速度不相同&氦离子光谱的频率小于氢光谱的频率，表明氦离子内电子的旋转运动速度大于氢原子内电子的运动速度&由于篇幅所限，更详细的规律不再叙述&
’
氦原子内内外层电子的运动速度
和轨道半径的实测
（"
）氦原子光谱实测数据［&］：用发射光谱仪测量的的氦原子光谱数据见表&&
表&
氦原子内、外层电子的运动瞬时速度及轨道半径实测值
光谱位置
序号（+）
实测波长
入实：+,实测里德伯常数
%实’")’-,
.
"电子运动瞬时速度
!实测：/,／0电子轨道半径
’"
)$
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(增刊冯劲松等：用原子的发射光谱对氢原子、氦离子、氦原子内电子的运动瞬时速度和……
（!）根据氦原子光谱实验实测的波长入!经公式
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%）由此公式计算出里德伯常数（#）的实测值!见表#!
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计算电子的瞬时运动速度!
根据氦原子光谱实测数据，用上列公式列表计算氦原子内、外层电子发射不同频率的光谱时，其电子的瞬时运动速度，见表#!
（#
）氦原子内、外层电子运动的轨道半径的计算：
根据公式二：（)表示核电荷数）
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列表计算氦原子内、外层电子运动的轨道半径的+值，见表#,
（$
）氦原子结构内、外层电子的变化规律：长期以来，氦原子内有两个电子这是众所周知的事实，然而，这两个电子，在氦气的收缩、膨胀反应过程中，是如何变化的，这是鲜为人知的,根据实测数据可绘制一示意图（由于篇幅限制，图略）,
从图上可以看出，氦原子的半径的数量级是"*
-"#.，内层电子和外层电子各有一个振动中心轨道———平衡位置,内层电子在"/’’"&$()’%-!/%&#%*%($0"*-"#.的轨道半径范围内高速地运动着，电子的运动速度范围："’*&$"/)-
"&$%"#/*&1.／2，内层电子吸收和发射电磁波有一个大周期，#个小周期；每个小周期内，就有一个吸、放电磁波的过程,外层电子在!/%)!&!*’(-""/)")%(((!"0"*
-"#
.的轨道半径范围内高速地运动着，电子的运动速度范围：%#&*$/#*-
"’*#"!/(*1.／2；外层电子吸收和发射电磁波有一个大周期，三个小周期，每一个小周期内，就有一个吸、放电磁波的过程，每一个大周期内，就有三个不相同的吸、放电磁波的过程,在电子发射电磁波!，"，#，$序号位置上的频率，
均对应地大于%，&，’，(序号位置上的频率，
与氢原子内电子的运动变化规律完全相同,
氦原子内、外层电子在发射不同频率的电磁波时，所处的位置、运动速度均不相同；所发射的电磁波频率并非以其所在轨道半径的大小而成比例地增大或减小,实测证明：电子发射电磁波的频率只取决于电子作减速运动的负加速度,在每一个小周期内，电子发射两次电磁波，电子发射电磁波时，在一个位置上的运动速度较快，而在另一个位置上则较慢，即电子时而加快，时而又减慢；电子时而靠近原子核，进而又远离原子核，电子围绕原子的运动半径+成周期性的变化，同时，电子旋转运动速度的大小也成周期性的变化,
氦离子，经与氦原子的实测参数比较，同种物质电离之后，原子的半径将增大，分子的体积反而将缩小,即原子电离后，其内层电子反而作减速运动，其半径增大,即分子收缩，原子反而膨胀；分子膨胀，原子反而收缩,长期以来，这一规律并没有被人们发现,事实上，电离现象却普遍存在,今后有必要进一步研究物质电离之后的微观规律,（&）氢原子的“行星”—电子运动的“开普勒”定律：
#
)原子与分子物理学报
!**%年
表!氢原子“行星”—电子的“开普勒”第三定律
颜色波长
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轨道半径!
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轨道周长"
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轨道线速度
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周期$
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红,!,-(%&.-/,/&!.-/,/&,&!%+)-.+/&%-%/.(.%0(,-/%+/,!0&.
绿/0,-&+/%&-!!/&,,-)%(+/&/0..-/%,/%-)!)!0(/),-/%+(&,,/+蓝/)/-&%&0-)//&!(-/(,.&&!!%&-().)&-.!%//!&+,-/%+)/!0,&紫/%&-%(&%%-,&&&+(-00/.!&/,+)-/,0+%-!!.!/+(&,-/%+,,)%.)紫外
%)0,-&&)+-)++&/,-)!%&,&!0,&-&&&&&-+.&.+)+(,-/%,+!%0&0紫外
()0/-!0%%)-,(&&0!-!+,.0&/)%)-&))&%-.0/%/0!&,-/%++!(,%/（0）氦原子“行星”—内外层电子的“开普勒”第三定律：
表,氦原子“行星”—内外层电子的“开普勒”第三定律
光谱位置序号（"）
电子的
位置序号
波长
"#
轨道半径!
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轨道周长"
$%&’%/#
轨道线速度（#）
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周期$
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（.）光谱位置序号与电子位置序号的关系：
长期以来，人们认为光谱位置序号决定着原子结构内的电子能级-然而，现在新的实验和理论却证明这是错误的结论-电子的能级只能通过发射光谱测定再推算出其运动速度来确定-因此，光谱线位置序号与电子的位置序号是有本质区别的-电子的位置序号表示电子在发射某一个频率的电磁波时所处的轨道位置，其编号表示各层电子发射电磁波时距离原子核的序号-其编号越小，表示离原子核越近-光谱线位置序号则是某一物质发射的电磁波（光量子）所形成的光谱线的序号，其编号越小，则表示波长越大，频率越小-各层电子所发射的电磁波的光谱序号并不一定连续-这是因为，对于同一物质只有一个光谱序号“系列”，但它对应的却有多层电子而共同发射的电磁波混合所致-即光谱位置序号并不是电子的位置序号-电子发射电磁波频率的大小，它并不是由离原子核距离的远近来决定的，它完全由电子受到的偏离轨道的惯性力的大小来决定，惯性力越大，在这个位置上，电子发射的电磁波频率就越大；否则，就越小-这些实验结果与牛顿力学是一致的-
（%&）原子半径的变化规律
长期以来，人们无法同时测定电子的运动速度和轨道位置，致使人们无法认识到原子具有确切的边界，一直无法设想原子具有真半径-历史上，所谓原子半径，只是原子成键时所显现出的大小，并非单个原子的半径，这是因为单个原子周围的“电子云”，并没有明确的边界-过去各种书籍中所提到的原子半径，实际上只不过是原子核与原子核之间距的一半-这只能够算是原子的假半径，亦即分子内核间距离的一半-现在，电子的运动速度和轨道半径已经能够同时精确测定-原子的真半径已有明确
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增刊冯劲松等：用原子的发射光谱对氢原子、氦离子、氦原子内电子的运动瞬时速度和……。