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为了解决元素线光谱和化学元素原子结构等问题而逐渐建立起来的量子力学，是二十世纪最引起瞩目的物理成果。但仍有许多基本问题需要澄清，如为什么粒子总是存在自旋？为什么元素原子总是具有磁性（包含顺磁性、抗磁性、铁磁性）？为何元素原子辐射的是一定宽度线光谱？为何原子壳层存在允许运动轨道或能级？为何轨道量子数跃迁只能选择±1？波函数统计性本质究竟是什么？为此《物性论》一书，又在《原子壳层新论》一文进一步提出如下基本原理，以图解决上述基本问题。
一、基本原理
《原子壳层新论》一文首先指出原子是涡旋体系统，并在涡旋运动中形成类似太阳系结构方式，壳层中有类似行星和卫星的壳粒，角量子数或轨道量子数为0者相当于行星式壳粒或称基壳粒，其它轨道量子数相当于卫星式壳粒或称谐壳粒，相对于原子核以波纹式轨道运动（波纹式轨道等效于量子力学椭圆轨道的解释）。且一个轨道只能存在一个壳粒，轨道空间分布对应原子核转轴分量相当于量子力学磁量子数。对称趋势使原子核运动中一壳粒轨道运动偏右，另一壳粒轨道运动偏左（或涡旋面的上下），构成相当于正反自旋的量子数，整体上称为原子涡旋趋势结构原理。
这个原理说明元素原子是涡旋运动演变而成的，它周围分离的环逐步演变为壳粒子，一个环只能演变成一个核心壳粒（基壳粒）和周围的环，这些环再演变为另一些不同轨道壳粒（谐壳粒），否则就会在演变中结合在一起为同一壳粒，稳定时则构成某元素原子。这个原理与泡利不相容原理等效的。涡旋运动成形粒子一直保持着旋转运动，自然存在自旋。其微旋化过程中也自然存在核和壳层粒子磁性，核磁性与壳粒总磁性的不同关系，是构成顺磁性、抗磁性、铁磁性材料的基础。也是构成塞曼效应的根源，壳粒与原子核的磁性在外磁场作用下，因状态不同而分离若干可能轨道，相应辐射出多条谱线。
其次周期性变换运动与周期性场质交换是稳定粒子基本状态，元素原子壳层粒子除了自身周期性变换运动可以用波函数或波动方程描述外，还与原子核通过电磁场质交换而联结在一起，原子核质量愈大能够交换的壳粒愈多，平衡时壳粒数与原子量近正比。但原子核交换频率必需是壳粒交换频率整数倍的那些允许轨道或能级上才能同步稳定地运动，并且愈低倍数轨道或能级愈同步稳定，即壳粒自动趋向最里层或能级愈低的轨道上运动（先占有里层，可直接与量子力学中能量最小原理等价），壳粒轨道或能级间跃迁则吸收或辐射量子，可以用位能能级及其差表示。壳粒动能等于总能减去位能E-U，等价于量子力学波动方程中能量关系。称为原子壳层周期变换与交换整数倍同步原理。
它不仅深刻地道出了原子结构量子化或能级化本质或根源，主量子或径量子数n用于描述核与基壳粒交换整数倍的允许轨道能级及其量子数，副量子数或轨道量子数ι用于描述谐壳粒相对核的允许波纹轨道能级及其量子数，取0、1、┉、(n-1)。又由于谐壳粒围绕基壳粒运动轨道（或波纹轨道）相对核轴偏离又跟原子核交换空间取向有关，也要求交换整数倍的磁量子数，即取-ι、…、-1、0、1、…、ι，自旋量子数实际上是原子壳层分布对称趋势引起的正反量子数。每一壳层最多壳粒数为2n²，其中2是对称性分布引起的，n是由里往外壳层次数。
元素是按原子稳定的壳粒数目和分布来分类的，外壳层同为一个壳粒原子分为一类，称为氢元素。外壳层分布两个壳粒原子为另一类，称为氦元素。外壳层三个、四个等等原子分别被分类到元素周期表中的不同元素中去，如外壳层8个壳粒原子为氧元素，外壳层9个壳粒原子为氮元素等。由于涡旋运动生成同元素原子的环境条件差异，原子质量不完全一致，存在一定的分布或具有统计性，所谓原子量实际上是同元素原子质量统计平均值，称为元素原子量统计平均值原理。这个元素原子质量统计性是量子力学中波函数统计与光谱线存在一定宽度的本质或根源。实际上量子力学波函数统计性与海森堡测不准关系所解释的量子现象等都可以用此原理加以解释的。对于重元素原子内层壳粒可以看成原子核外围壳粒群加上外壳层粒子。最外壳层的对称趋势，使其具有除最里层两个外，其它具有8个象限各占一个的对称分布趋势。
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