量子力學那點事長路漫漫之五原子模型——玻爾的宣言

愛因斯坦提出光量子假說的時候，玻爾還沒有大學畢業呢，但是他們倆卻是同一年獲得了諾貝爾獎，怎麼回事呢？

因為愛因斯坦獲獎那一年，諾貝爾獎沒有發，只好等到下一年一塊發，下一年獲得諾貝爾獎的就是玻爾，所以他倆同一年獲得了炸藥獎，算是一段佳話。

說起玻爾的成就，還得從赫茲說起。

赫茲一輩子做了三件小事，一件是發現了電磁波，一件是發現了光電效應，還有一件就是差點發現了電子。為什麼說差點啊？還是因為他活的太短了，年僅37歲就匆匆離世。

電磁波實驗之後，他又重新做了陰極射線的實驗，而且發現了磁場對陰極射線的影響，這離電子的發現只差一步了，現在我們清楚，陰極射線就是電子流，無論電場還是磁場都會使電子流偏轉，可是這時候由於健康原因不得不中斷了實驗。

在赫茲逝世三年後，湯姆孫幾乎完全重複了赫茲的實驗，只是提高了真空管的真空度，減少了空氣分子對陰極射線的影響，發現了在靜電場作用下陰極射線出現了偏轉，從而發現了電子，獲得了1906年的諾貝爾物理獎，開啟了原子物理的新時代。

湯姆孫並不只是撿了個便宜，他也是一代奇人。他是晚婚晚育的模範，他不但自己晚婚晚育，還教導弟子也晚婚晚育，他的弟子就是盧瑟福。

他晚婚晚育的理由是先成名再成家，所以打算獲得諾貝爾獎之後，不對，他那時候還沒有諾貝爾獎，雖然他也獲得了一個炸藥獎。他是在獲得了亞當斯物理獎之後才結婚的，所以後來盧瑟福投到他門下的時候，他也建議盧瑟福也這麼辦。

盧瑟福是窮孩子出身，獲得了獎學金才能繼續求學，所以呢，他沒有獲得獎學金，可是為什麼又得以深造了呢？因為獲得獎學金的那位已經結婚了，覺得那份獎學金不足以支撐小兩口的生活，就沒有去，所以獎學金就落到了盧瑟福頭上。

盧瑟福並不是單身狗，也有意中人。當時盧瑟福最拿手的是關於無線電的研究，其水準不在馬可尼特斯拉之下，盧瑟福打算賣了專利和老婆結婚，可是沒想到老師是晚婚晚育模範啊，又架不住老師天天說，所以就追隨老師，也打算晚婚晚育，他們師徒倆無所謂，只是盧瑟福的老婆暗暗罵了湯姆孫好多年。

別看晚婚晚育，師徒倆的孩子都不一般。湯姆孫的兒子後來也獲得了諾貝爾獎，盧瑟福家是個女兒，招了個女婿就是福勒，福勒就是熱力學第零定律的提出者，福勒還有一個學生就是後來聞名遐邇的狄拉克。

湯姆孫發現電子後，提出了他的原子模型，這就是西瓜模型或者叫梅子布丁模型，還可以叫棗糕模型，總而言之，湯姆孫先生是個吃貨。

湯姆孫原子模型大意就是原子帶正電，帶負電的電子均勻地分佈在原子內部，就象棗糕上的棗，西瓜中的西瓜籽一樣。

湯姆孫的西瓜模型

湯姆孫的原子模型很快被學生盧瑟福推翻了。處於對老師的尊重，盧瑟福打算做實驗驗證一下老師的原子模型，省的被人打臉，於是就做了α粒子散射實驗，湯姆孫確實沒有被別人打臉，卻被自己的學生打臉了。

在盧瑟福的行星模型中，原子核帶正電，具有原子幾乎所有的重量，電子帶負電，就象行星圍繞太陽旋轉一樣圍繞著原子核轉動。

盧瑟福的行星模型

不過盧瑟福也沒有高興多久，他的原子模型被他的學生玻爾推翻了，這回倒不是玻爾做實驗，論做實驗，沒有幾個人能超過盧瑟福，是因為依照盧瑟福的模型，電子最終會落入電子核。

在盧瑟福的原子行星模型中，電子象行星圍繞太陽旋轉一樣圍繞著原子核旋轉，可是根據經典的電磁理論，這樣電子會發出電磁輻射，損失能量，最後會落到原子核中。

打個比方，就好像用一根繩子拴住一個石頭做勻速圓周運動，隨著牽引繩子力量的減小，石頭圓周運動的半徑會逐步連續減小，最後石頭會落向圓心，但是電子卻不會落向原子核，這和實際不符，盧瑟福也不能解釋這個問題。玻爾提出了自己的原子模型

玻爾原子模型

玻爾的原子模型和盧瑟福原子模型的根本區別是玻爾認為電子執行的軌道時不連續的，只能執行在固定半徑軌道上，最小半徑就是玻爾半徑，而電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，會釋放能量，釋放能量的光譜就符合巴爾末公式，同樣，透過玻爾原子模型也可以計算出巴爾末公式的係數，係數和普朗克常數有關。

還是打個比方吧，不過在玻爾的原子模型中，已經不能用繩子拴石頭打比方了，玻爾的原子模型好像是沿著賽道繞賽車場中心賓士的汽車，汽車只能在修建好的固定賽道上執行，而不能隨意在不同半徑上繞圈，否則就要翻車了，要想跨越賽道，必須要釋放能量或者吸收能量，而固定賽道的半徑則由設計師玻爾決定，同時也符合巴爾末公式。

看到不連續性沒有？兩個軌道之間是不連續的，這就是量子論。至此，量子論已經完成，是普朗克、愛因斯坦和玻爾共同完成的。

現在量子論基本完成了，但是量子力學才剛剛開始。這次不用別人提醒，玻爾就發現了問題，他的原子模型解釋氫原子還可以，但是用於解釋多原子就亂七八糟了。

玻爾原子模型最大的問題還是沒有和經典力學完全決裂，儲存了大量經典力學的概念，例如軌道。隨後索末菲對玻爾的原子模型進行了修正，例如把圓形軌道改成橢圓形，但是也於事無補，這還要新的理論出現。

這次的理論不是某一個人提出的，而是一群人提出的，我們終於迎來了地球人的科技爆炸時代。