玻尔原子和量子论_奇点天文奥秘

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玻尔原子和量子论_宇宙时间奥秘
 
 
上面说的这些,和原子有什么关系呢?为了了解这一点,我们首先必须回到 1913 年,去看一下丹麦理论物理学家玻尔的研究工作。对于玻尔的才智有各种评价,它们之间有着天壤之别:卢瑟福把他形容为“我从来没有遇见过的最聪明的小伙子”;而伽莫夫却认为,玻尔的最大特点是“思维和理解的迟钝”。邱吉尔(Winston Churchill)也重复过同样的观点,他认为玻尔是一个枯燥乏味的人。然而,玻尔确实启发和主导了研究世界的新途径,这个新途径是由于量子理论而出现的。
 
针对经典力学不能对付卢瑟福的自我毁灭的原子,玻尔提出了一个尽管不优雅,但是带有根本性变革的解决办法,这个办法介于经典力学和现代量子力学之间。他对围绕原子核旋转的电子,简单地提出了一个人为的假定——用新的量子法则取代牛顿力学。这些法则不能真正称为运动定律,因为它们不具备任何理论基础。这些法则只是直截了当地说,电子占据着固定的轨道,在这些轨道上面它们不发出辐射。玻尔把这些轨道称作“稳定的量子态”。这个想法真可以说是无源之水、无本之木,它和爱因斯坦关于光电效应的想法有许多共同之处。
 
像以前认为的那样,电子在不同的轨道上运行,颇像围绕太阳的行星。但是当原子接收到电磁能量时,例如吸收了一个光子,则其中一个电子会立即跳到离原子核更远的另一个轨道上。这就解释了独特的分立谱线,因为只有当电子再跳回到它原来的轨道,即“稳定的量子态”时,才会有光辐射出来。这里我们可以看到量子体系的一个主要特征:能量不是以一种连续的方式被吸收或者辐射出来,而是只能在发生突然的量子跃迁时,按照原子的能级而改变。
 
玻尔把他的模型用于最简单的原子——氢。氢原子只有一个电子,围绕一个电荷量相等但电性相反的原子核作轨道运动。氢
 
 
光谱的例子。吸收线或发射线出现在分立的光线频率处,这于对原子的量子本质给出了强有力的证据。[录自 W.J. Moore《物理化学》第 587 页。]
 
 
原子核的质量比电子要大得多,它称为质子,是卢瑟福在 1919 年发现的。玻尔运用他的量子法则,首次解释了氢原子辐射的电磁谱。现在物理学家们不仅可以搞明白,为什么氢原子的谱具有包含一系列分立频率的“条形码”结构(这些频率对应于电子的量子跃迁),而且,对谱线出现的准确频率也可以作出预言(见图 9)。
 
虽然这个新理论是令人兴奋的,但它并没有能说明较为复杂的氦原  
子光谱。氦原子是仅次于氢的最简单的原子,它只有两个电子,围绕一个带两倍正电荷的原子核旋转。对于更复杂的原子,这一理论就显得更无能为力。除此之外,使玻尔理论从根本上失去效力的原因,是它没有解释这个人为的量子假定。这样,它只是一个不完全的,或者是一个临时性的原子结构理论。
 
 

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