玻尔的原子

卢瑟福的行星模型提出后，在当时的物理学界几乎没有引起什么反应。这是什么原因呢？原来，这个原子模型有个致命的弱点。在卢瑟福的模型中，电子围绕原子核在不停地旋转。按照电磁理论，任何作加速运动的电荷都要辐射出电磁波。电子带有一个负电荷，所以，当电子在旋转时也应该辐射出电磁波来，与此同时，电子本身的能量就要减少。电子不停地旋转，它的能量将因辐射电磁波而不断减少，直到消耗殆尽，最后，由于受原子核所带正电荷的吸引，电子就会落到原子核上，这个原子就此“垮”下去了。但是，实际上的情况与此相反，原子是非常稳定而长命百岁的。这个矛盾怎样来解决呢？

1911年，卢瑟福的实验室里来了一位丹麦的青年物理学家，他叫玻尔。玻尔原先跟随汤姆孙研究金属中的电子理论，后来却一头扎进原子模型中去了。玻尔选择了最简单的原子——氢原子作为他的研究对象，他想构筑一个新的原子模型，用以解释氢原子的发光现象。我们都看到过霓虹灯，一根根玻璃管里充着氖气、氦气之类的气体，通上高电压后就会发出五颜六色的光来。氢气也是这样，如果将氢发出的光用三棱镜分光之后，可以看到4种颜色的光：红光、蓝绿光、靛光和紫光。如果用光谱仪对氢原子发出的光进行摄谱的话，就会在照相底片上看到一系列细长线条。这些线条叫“光谱线”，这一系列线条的组合叫“光谱”。利用专门的仪器和计算方法，还可以测算出这些光谱线的波长。

长期以来，人们无法从理论上通过计算来求得这些光谱线的波长，而是依靠直接测量来求得它们的。1885年，瑞士的一位名叫巴耳末的中学教师找到一个公式，用它不仅能算出上述这4种颜色的光谱线的波长，而且还能算出其他一些光谱线的波长，理论计算值和实验测量值符合得非常好。人们把这个奇妙的公式称为“巴耳末公式”。这个公式把看上去毫不相干的一些氢原子光谱线统一起来，反映出氢原子发光的规律。这件事与氢原子的结构之间存在联系吗？玻尔的想法是把氢的原子结构与氢原子的发光规律联系在一起，重新构造一个氢原子模型。

玻尔认为，卢瑟福模型是建立在α粒子散射实验的基础上的，有它的合理性。至于它同电磁理论有矛盾，并不说明这个模型不行，而是预示着原子世界中存在着全新的物理规律，这种规律不是用经典物理学的理论所能解释得了的，必须另辟蹊径。

为了克服电磁理论对行星模型的诘难，玻尔作了两个全新的假设。

第一，氢原子中的电子在绕原子核旋转时，只能在一些特定的轨道上运动，不能在其他轨道上运动；玻尔“规定”电子在作旋转运动时不辐射能量，然而，在每个稳定的轨道上运动时，原子具有一定的能量，电子在不同的稳定轨道上运动，原子就具有不同的能量。以氢原子为例，当电子在最里面（即半径最小）的轨道上运动时，氢原子的能量最低，我们把这个起点的能量值计作零；当电子在第二个轨道上运动时，氢原子的能量就是10.29电子伏，当电子在第三、四、五……条轨道上运动时，氢原子所具有的能量值分别为12.09电子伏、12.75电子伏、13.06电子伏……。这些不连续的能量值组成了一系列“能级”。

电子伏

电子伏是量度微观粒子能量的一种单位，以eV表示。1电子伏等于一个电子通过电势差为1伏的电场时所获得（或失去）的能量。1电子伏=1.602×10-19焦。

第二，当电子从高能级跃迁到低能级时，它将发射出一定波长的光，这光辐射的能量恰好等于这两个能级的能量差。再经过换算就能对应某一条氢原子光谱线的波长。

利用这两个假设，玻尔得到了一个简单的公式，它不仅与巴耳末公式完全一致，而且还能计算出其他氢原子光谱线的波长。

氢原子光谱线之谜被解开了！