光子具有物质特征，因此是物质。那么光子的质量和能量是从哪里来的呢?

根据量子力学，当原子的某一电子从一个高能级E2跳到一个低能级E1时，将发射总能量为

的光辐射，其中k是量子力学认为发射的谱线频率，根据光子的定义也可以将其理解为光子的数量。按照量子力学，电子的能级为：

RH称作里德伯常数，其理论值将电子质量m0、电量e及h、c值代入，得R∞=109737cm-1，与实验值R相差约0.05%。存在这一差别是因为该计算将原子核当作不动的。如果考虑到发射光子对原子核的反冲作用，根据力学理论，将原子核坐标系转换为质心坐标系，将折合质量代替电子质量m0，则里德伯常数的理论值为修正后得到的值为RH=109 678cm-1，与实验值一致。

电子能级的物理意义是什么?电子的能级实际上是电子轨道的能级，即电子绕核旋转时轨道具有的动能，它和电子轨道半径有关。假设氢原子中电子某一能级的轨道半径为a，电子绕核旋转速度为v。则该电子的能量为：

其中m为电子质量，e为电子电量为电子的动能，同一能级的势能。假设电子在无限远处的势能为0，根据经典力学，在该能级电子受到原子核的电场力为受到的向心力为根据牛顿第二定律，有：

代入(5-4)式，得：

(5-6)式说明电子的能级能量仅与轨道半径a有关。在量子力学中，根据牛顿力学可以证明。

其中，

称作波尔第一轨道半径，简称波尔半径。令

可以证明(5-6)式与(5-3)式完全相同。即，

说明电子的能级完全符合牛顿力学。

上述结论还说明，电子的轨道半径越小，能级越低，其能量就越小。如果能级越低，电子脱离原子核需要的能量越大。不失一般性，假设电子从某一高能级跃迁到某一低能级。电子在高能级的半径为a2，速度为v2；跃迁到低能级的半径为a1，速度为v1。根据假设有a2＞a1，则电子在高能级上的能量为(www.daowen.com)

根据(5-5)高能级的动能为

电子在某一低能级的能量为

其中，动能为

高低能级的能量差为(5-10)式减去(5-12)式，得

由于a2＞a1，因此(5-14)式的值大于0。这说明电子从高能级向低能级跃迁，产生光辐射降低自身能量是能量守恒定律的要求。这也是(5-2)式hk=E2-E1的物理原因。

在上面的分析中，我们注意到在电子的高低两个能级中，电子的电量e和质量m都是相同的，都没有发生改变，只是能量改变了。狭义相对论认为，光子的能量是质量转变而来，质能关系为E=mc2，显然该观点与(5-14)式不符。(5-14)式说明光子的能量是电子轨道差产生的，该式在量子力学中自洽。另一方面，光辐射是怎样将能量和质量带走的呢?

前面已经说过，能量必须以质量作为载体，但(5-12)式中低能级的质量m与高能级相同。这一矛盾应该怎样解决呢?如果我们仔细分析(5-12)式可以发现，唯一可行的方案就是电子从高能级向低能级跃迁时，从电子中分出一部分物质(质量)，以光辐射的形式将多余的能量，即两个能级的能量差带走。

假设电子从高能级向低能级跃迁的整个过程中，光辐射带走的电子质量为Δm，带走的能量为hk=E2-E1，根据(5-1)

若电子在高能级的质量为m，则在低能级的质量为m-Δm。那么，电子在低能级的动能为

该动能由牛顿第二定律确定，

说明电子在低能级上的动能相等，但是质量(m-Δm)比(5-12)式的质量m小，因此由质量m-Δm确定的速度v1′比由m确定的速度v1更大，它们满足关系式(m-Δm)v′21=mv12。事实上，v1′才是真正的电子在低能级的轨道速度。