氢原子是最简单的原子，也是最简单的电荷相互作用体，由一个质子和一个电子组成。如果将电子和质子的运动作经典的轨道运动理解，两者将围绕其质心在同一平面上作同频圆周运动，同时应保证氢原子对外无电磁辐射能量损失，才能达到平衡稳定状态，氢原子结构才可以通过经典理论进行理解。

    考虑到电磁辐射效应，电子和质子除常规洛伦兹力外，还受到辐射反作用力的影响，如图1所示。辐射对电荷的反作用是辐射作用的反过程，如果获得了作用于电荷上的辐射反作用力，就可以求解电荷的辐射。加速电荷等效于变化的电流元，产生变化的磁场，同时导致电磁辐射，但不只是依赖于电荷的加速度，这是因为导致运动电荷加速的洛伦兹力的磁场力分量与两个电荷的速度的矢量积成比，且作用于两个运动电荷是的磁场力大小是相等方向相反的，磁场力的变化率矢量具有相同的大小，并且与电荷的运动方向相反。

图1 氢原子质心坐标系中运动电子e和质子n磁场力互相作用，下标e、n、m分别代表电子、质子和磁场；F代表力，V代表速度；顶标•代表变化率。

    由于变化的磁场是由变化的电流产生，导致感应电场，因此运动电荷的电磁辐射就与电流元的变化率矢量密切相关，根据上面的分析，应由两个电荷运动速度的矢量积的变化率决定。作用于电荷的辐射反作用力自然也就与这个变化度矢量成正比，由此可以得出结果：作用力电子和质子的辐射反作用力是相同的，并可以得出推论：电子与质子所处位置的感应电场的强度也是相同的，并在运动电荷的前方沿速度方向传播。由于电子的运动速度远大于质子，辐射功率可由辐射反作用力与速度的标量积计算，因此此时电子的辐射功率是远大于质子的。

    根据麦克斯韦电磁波理论，变化的感应电场等效于空间位移电流，激发感应磁场并对位移电流产生约束。电子与质子的辐射场等效于两个平行自约束的空间位移电流，由于感应磁场力的作用，空间位移电流在传播过程中会相互靠近而向原子内部弯曲。随着氢原子半径减小，电子和质子的运动速度、频率和加速度都会增加，这些因素都会导致位移电流的感应磁场力剧烈增加和弯曲，如图2所示。当轨道半径小到某一数值时a₀，运动电子产生的弯曲的位移电流即感应电场会直接作用于质子，对质子起加速作用；同时运动质子产生的弯曲的位移电流即感应电场会直接作用于电子，对电子起加速作用。此时，作用于电子和质子的辐射反作用力与加速作用相互抵消，电磁辐射功率为零，处于辐射耦合状态。如果半径小于a₀，位移电流将在两个电荷之间区域通过，位移电流的感磁场对电荷电流产生排斥作用，此时位移电流将导致两个电荷远离。

图2 辐射空间位移电流的相互作用，J代表电流，下标d、e、n分别代表空间位移电流、电子和质子。

    因此，a₀就是氢原子自然稳定和唯一的平衡半径，即氢原子半径大于a₀时，电子和质子处于电磁自辐射状态而降低能量，半径小于a₀时位移电流将导致两个电荷远离，因此是受到禁止的。

    考虑到辐射的影响，即位移电流效应，氢原子中运动电子和质子的电磁效应有以下特点：

1、  两体运动电荷的电磁辐射问题是互相作用问题，作用于运动电荷电磁辐射反作用力由磁场力的变化率决定；

2、  由于空间位移电流的自约束和互相作用，感应场在空间中的传播具有弯曲和定域的特征，随着轨道半径的减小而急剧增强；

3、  氢原子唯一的自然稳定态即基态，是电磁辐射耦合作用的结果。

以上结果可用于光子、氢原子基态、能量最低原理等物理学基本概念的解释。

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