1. 科學家湯姆生(shēng)、盧瑟福、玻爾、道爾頓關于原子理論（觀點）研究獲得的具體(tǐ)途徑或方法。
2. 美國國家标準與技術研究院的玻爾得室
3. 玻爾原子模型的實驗驗證

一(yī)、科學家湯姆生(shēng)、盧瑟福、玻爾、道爾頓關于原子理論（觀點）研究獲得的具體(tǐ)途徑或方法。

湯姆生(shēng)的"葡萄幹布丁"模型,他認爲原子是一(yī)個均勻的球體(tǐ),質子均勻分(fēn)布其中(zhōng),而電(diàn)子就象葡萄幹一(yī)樣鑲嵌在其中(zhōng).他好象通過測定電(diàn)子的質荷比來提出這個模型的~.(http://www.cnysgz.com:801/ygjy/ygwl/print.asp?articleid=2581 這個是湯姆生(shēng)的方法的介紹)

盧瑟福,他的模型是"太陽系軌道"模型,他認爲原子象太陽系,原子核集中(zhōng)大(dà)部分(fēn)質量和正電(diàn)荷,而電(diàn)子象行星一(yī)樣在外(wài)圍轉動,他是通過阿爾法散射實驗來提出這個模型的,這個實驗高中(zhōng)的原子物(wù)理有介紹.

玻爾,是盧瑟福的學生(shēng),他的模型和盧瑟福大(dà)體(tǐ)相仿,不同的是電(diàn)子運動的軌道是有限的,電(diàn)子隻能在這些軌道上"躍遷",而躍遷就是吸收和放(fàng)出能量的過程.他是通過研究氫原子的光譜(巴爾末公式),而這個研究過程在高中(zhōng)原子物(wù)理學中(zhōng)也有介紹,可以參看相關的書(shū)籍.

道爾頓的原子模型就非常簡單了,他認爲原子是不可再分(fēn)的實心球體(tǐ).

下(xià)面還有相關介紹,看亦可,不看亦可.

原子研究發展史

bc400年希臘哲學家德谟克列特提出原子的概念。

1803年道爾頓提出原子說。

1833年法拉第提出電(diàn)解定律,此暗示原子帶電(diàn),且電(diàn)可能以不連續的粒子存在。

1874年司通内建議電(diàn)解過程被交換的粒子叫做「電(diàn)子」。

1879年克魯克斯從放(fàng)電(diàn)管(高電(diàn)壓低氣壓的真空管)中(zhōng)發現陰極射線。

1886年哥德斯坦從放(fàng)電(diàn)管中(zhōng)發現陽極射線。

1897年湯姆生(shēng)證實陰極射線即陰極材料上釋放(fàng)出的高速電(diàn)子流,并測量出電(diàn)子的荷質比。e/m=1.7588 × 108 庫侖 / 克

1909年米立坎的油滴實驗測出電(diàn)子之帶電(diàn)量,并強化了「電(diàn)子是粒子」的概念。

1911年拉塞福的α粒子散射實驗,發現原子有核,且原子核帶正電(diàn)、質量極大(dà)、體(tǐ)積很小(xiǎo)。其條利用(粒子(即氦核)來撞擊金箔，發現大(dà)部分(fēn)(99.9％)粒子直穿金箔，其中(zhōng)少數成大(dà)角度偏折，甚至極少數被反向折回(十萬分(fēn)之一(yī))。

1913年莫士勒從 x 一(yī)射線光譜波長的關系,建立原子序概念。

1913年湯姆生(shēng)之質譜儀測量質量數 , 并發現同位素。

1919年拉塞褔發現質子。其利用α粒子撞擊氮原子核與發現質子 接著又(yòu)用α粒子撞擊棚 (b) 、氟 (f) 、鋁 (a1) 、磷 (p) 核等也都能産生(shēng)質子,故推論「質子」爲元素之原子核共有成分(fēn)。

1932年查兌克發現中(zhōng)子。其利用α粒子撞擊铍原子核

1935年湯川秀樹(shù)發現介子理論，這種介子使原子核穩定。

1897年，j.j.湯姆遜在研究陰極射線的時候，發現了原子中(zhōng)電(diàn)子的存在。這打破了從古希臘人那裏流傳下(xià)來的“原子不可分(fēn)割”的理念，明确地向人們展示：原子是可以繼續分(fēn)割的，它有着自己的内部結構。那麽，這個結構是怎麽樣的呢？湯姆遜那時完全缺乏實驗證據，他于是展開(kāi)自己的想象，勾勒出這樣的圖景：原子呈球狀，帶正電(diàn)荷。而帶負電(diàn)荷的電(diàn)子則一(yī)粒粒地“鑲嵌”在這個圓球上。這樣的一(yī)幅畫面，也就是史稱的“葡萄幹布丁”模型，電(diàn)子就像布丁上的葡萄幹一(yī)樣。

但是，1910年，盧瑟福和學生(shēng)們在他的實驗室裏進行了一(yī)次名留青史的實驗。他們用α粒子（帶正電(diàn)的氦核）來轟擊一(yī)張極薄的金箔，想通過散射來确認那個“葡萄幹布丁”的大(dà)小(xiǎo)和性質。但是，極爲不可思議的情況出現了：有少數α粒子的散射角度是如此之大(dà)，以緻超過90度。對于這個情況，盧瑟福自己描述得非常形象：“這就像你用十五英寸的炮彈向一(yī)張紙(zhǐ)轟擊，結果這炮彈卻被反彈了回來，反而擊中(zhōng)了你自己一(yī)樣”。

盧瑟福發揚了亞裏士多德前輩“吾愛吾師，但吾更愛真理”的優良品格，決定修改湯姆遜的葡萄幹布丁模型。他認識到，α粒子被反彈回來，必定是因爲它們和金箔原子中(zhōng)某種極爲堅硬密實的核心發生(shēng)了碰撞。這個核心應該是帶正電(diàn)，而且集中(zhōng)了原子的大(dà)部分(fēn)質量。但是，從α粒子隻有很少一(yī)部分(fēn)出現大(dà)角度散射這一(yī)情況來看，那核心占據的地方是很小(xiǎo)的，不到原子半徑的萬分(fēn)之一(yī)。

于是，盧瑟福在次年（1911）發表了他的這個新模型。在他描述的原子圖象中(zhōng)，有一(yī)個占據了絕大(dà)部分(fēn)質量的“原子核”在原子的中(zhōng)心。而在這原子核的四周，帶負電(diàn)的電(diàn)子則沿着特定的軌道繞着它運行。這很像一(yī)個行星系統（比如太陽系），所以這個模型被理所當然地稱爲“行星系統”模型。在這裏，原子核就像是我(wǒ)們的太陽，而電(diàn)子則是圍繞太陽運行的行星們。

但是，這個看來完美的模型卻有着自身難以克服的嚴重困難。因爲物(wù)理學家們很快就指出，帶負電(diàn)的電(diàn)子繞着帶正電(diàn)的原子核運轉，這個體(tǐ)系是不穩定的。兩者之間會放(fàng)射出強烈的電(diàn)磁輻射，從而導緻電(diàn)子一(yī)點點地失去(qù)自己的能量。作爲代價，它便不得不逐漸縮小(xiǎo)運行半徑，直到最終“墜毀”在原子核上爲止，整個過程用時不過一(yī)眨眼的工(gōng)夫。換句話(huà)說，就算世界如同盧瑟福描述的那樣，也會在轉瞬之間因爲原子自身的坍縮而毀于一(yī)旦。原子核和電(diàn)子将不可避免地放(fàng)出輻射并互相中(zhōng)和，然後把盧瑟福和他的實驗室，乃至整個英格蘭，整個地球，整個宇宙都變成一(yī)團混沌。

不過，當然了，雖然理論家們發出如此陰森(sēn)恐怖的預言，太陽仍然每天按時升起，大(dà)家都活得好好的。電(diàn)子依然快樂地圍繞原子打轉，沒有一(yī)點失去(qù)能量的預兆。而丹麥的年輕人尼爾斯.玻爾照樣安安全全地抵達了曼徹斯特，并開(kāi)始譜寫物(wù)理史上屬于他的華彩篇章。

玻爾沒有因爲盧瑟福模型的困難而放(fàng)棄這一(yī)理論，畢竟它有着α粒子散射實驗的強力支持。相反，玻爾對電(diàn)磁理論能否作用于原子這一(yī)人們從未涉足過的層面，倒是抱有相當的懷疑成分(fēn)。曼徹斯特的生(shēng)活顯然要比劍橋令玻爾舒心許多，雖然他和盧瑟福兩個人的性格是如此不同，後者是個急性子，永遠精力旺盛，而他玻爾則像個害羞的大(dà)男孩，說一(yī)句話(huà)都顯得口齒不清。但他們顯然是絕妙的一(yī)個團隊，玻爾的天才在盧瑟福這個老闆的領導下(xià)被充分(fēn)地激發出來，很快就在曆史上激起壯觀的波瀾。

1912年7月，玻爾完成了他在原子結構方面的第一(yī)篇論文，曆史學家們後來常常把它稱作“曼徹斯特備忘錄”。玻爾在其中(zhōng)已經開(kāi)始試圖把量子的概念結合到盧瑟福模型中(zhōng)去(qù)，以解決經典電(diàn)磁力學所無法解釋的難題。但是，一(yī)切都隻不過是剛剛開(kāi)始而已，在那片還沒有前人涉足的處女地上，玻爾隻能一(yī)步步地摸索前進。沒有人告訴他方向應該在哪裏，而他的動力也不過是對于盧瑟福模型的堅信和年輕人特有的巨大(dà)熱情。玻爾當時對原子光譜的問題一(yī)無所知(zhī)，當然也看不到它後來對于原子研究的決定性意義，不過，革命的方向已經确定，已經沒有什麽能夠改變量子論即将嶄露頭角這個事實了。

在濃雲密布的天空中(zhōng)，出現了一(yī)線微光。雖然後來證明，那隻是一(yī)顆流星，但是這光芒無疑給已經僵硬而老化的物(wù)理世界注入了一(yī)種新的生(shēng)機，一(yī)種有着新鮮氣息和希望的活力。這光芒點燃了人們手中(zhōng)的火(huǒ)炬，引導他們去(qù)尋找真正的永恒的光明。

終于，7月24日，玻爾完成了他在英國的學習，動身返回祖國丹麥。在那裏，他可愛的未婚妻瑪格麗特正在焦急地等待着他，而物(wù)理學的未來也即将要向他敞開(kāi)心扉。在臨走前，玻爾把他的論文交給盧瑟福過目，并得到了熱切的鼓勵。隻是，盧瑟福有沒有想到，這個青年将在怎樣的一(yī)個程度上，改變人們對世界的終極看法呢？

是的，是的，時機已到。偉大(dà)的三部曲即将問世，而真正屬于量子的時代，也終于到來。

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飯後閑話(huà)：諾貝爾獎得主的幼兒園

盧瑟福本人是一(yī)位偉大(dà)的物(wù)理學家，這是無需置疑的。但他同時更是一(yī)位偉大(dà)的物(wù)理導師，他以敏銳的眼光去(qù)發現人們的天才，又(yòu)以偉大(dà)的人格去(qù)關懷他們，把他們的潛力挖掘出來。在盧瑟福身邊的那些助手和學生(shēng)們，後來絕大(dà)多數都出落得非常出色，其中(zhōng)更包括了爲數衆多的科學大(dà)師們。

我(wǒ)們熟悉的尼爾斯.玻爾，20世紀最偉大(dà)的物(wù)理學家之一(yī)，1922年諾貝爾物(wù)理獎得主，量子論的奠基人和象征。在曼徹斯特跟随過盧瑟福。

保羅.狄拉克（paul dirac），量子論的創始人之一(yī)，同樣偉大(dà)的科學家，1933年諾貝爾物(wù)理獎得主。他的主要成就都是在劍橋卡文迪許實驗室做出的（那時盧瑟福接替了j.j.湯姆遜成爲這個實驗室的主任）。狄拉克獲獎的時候才31歲，他對盧瑟福說他不想領這個獎，因爲他讨厭(yàn)在公衆中(zhōng)的名聲。盧瑟福勸道，如果不領獎的話(huà)，那麽這個名聲可就更響了。

中(zhōng)子的發現者，詹姆斯.查德威克（james chadwick）在曼徹斯特花了兩年時間在盧瑟福的實驗室裏。他于1935年獲得諾貝爾物(wù)理獎。

布萊克特（patrick m. s. blackett）在一(yī)次大(dà)戰後辭去(qù)了海軍上尉的職務，進入劍橋跟随盧瑟福學習物(wù)理。他後來改進了威爾遜雲室，并在宇宙線和核物(wù)理方面作出了巨大(dà)的貢獻，爲此獲得了1948年的諾貝爾物(wù)理獎。

1932年，沃爾頓（e.t.s walton）和考克勞夫特（john cockcroft）在盧瑟福的卡文迪許實驗室裏建造了強大(dà)的加速器，并以此來研究原子核的内部結構。這兩位盧瑟福的弟(dì)子在1951年分(fēn)享了諾貝爾物(wù)理獎金。

這個名單可以繼續開(kāi)下(xià)去(qù)，一(yī)直到長得令人無法忍受爲止：英國人索迪（frederick soddy），1921年諾貝爾化學獎。瑞典人赫維西（georg von hevesy），1943年諾貝爾化學獎。德國人哈恩（otto hahn），1944年諾貝爾化學獎。英國人鮑威爾（cecil frank powell），1950年諾貝爾物(wù)理獎。美國人貝特（hans bethe），1967年諾貝爾物(wù)理獎。蘇聯人卡皮查（p.l.kapitsa），1978年諾貝爾化學獎。

除去(qù)一(yī)些稍微疏遠一(yī)點的case，盧瑟福一(yī)生(shēng)至少培養了10位諾貝爾獎得主（還不算他自己本人）。當然，在他的學生(shēng)中(zhōng)還有一(yī)些沒有得到諾獎，但同樣出色的名字，比如漢斯.蓋革（hans geiger，他後來以發明了蓋革計數器而著名）、亨利.莫斯裏（henry mosley，一(yī)個被譽爲有着無限天才的年輕人，可惜死在了一(yī)戰的戰場上）、恩内斯特.馬斯登（ernest marsden，他和蓋革一(yī)起做了α粒子散射實驗，後來被封爲爵士）……等等，等等。

盧瑟福的實驗室被後人稱爲“諾貝爾獎得主的幼兒園”。他的頭像出現在新西蘭貨币的最大(dà)面值——100元上面，作爲國家對他最崇高的敬意和紀念。

五

1912年8月1日，玻爾和瑪格麗特在離(lí)哥本哈根不遠的一(yī)個小(xiǎo)鎮上結婚，随後他們前往英國展開(kāi)蜜月。當然，有一(yī)個人是萬萬不能忘記拜訪的，那就是玻爾家最好的朋友之一(yī)，盧瑟福教授。

雖然是在蜜月期，原子和量子的圖景仍然沒有從玻爾的腦海中(zhōng)消失。他和盧瑟福就此再一(yī)次認真地交換了看法，并加深了自己的信念。回到丹麥後，他便以百分(fēn)之二百的熱情投入到這一(yī)工(gōng)作中(zhōng)去(qù)。揭開(kāi)原子内部的奧秘，這一(yī)夢想具有太大(dà)的誘惑力，令玻爾完全無法抗拒。

爲了能使大(dà)家跟得上我(wǒ)們史話(huà)的步伐，我(wǒ)們還是再次描述一(yī)下(xià)當時玻爾面臨的處境。盧瑟福的實驗展示了一(yī)個全新的原子面貌：有一(yī)個緻密的核心處在原子的中(zhōng)央，而電(diàn)子則繞着這個中(zhōng)心運行，像是圍繞着太陽的行星。然而，這個模型面臨着嚴重的理論困難，因爲經典電(diàn)磁理論預言，這樣的體(tǐ)系将會無可避免地釋放(fàng)出輻射能量，并最終導緻體(tǐ)系的崩潰。換句話(huà)說，盧瑟福的原子是不可能穩定存在超過1秒鍾的。

玻爾面臨着選擇，要麽放(fàng)棄盧瑟福模型，要麽放(fàng)棄麥克斯韋和他的偉大(dà)理論。玻爾勇氣十足地選擇了放(fàng)棄後者。他以一(yī)種深刻的洞察力預見到，在原子這樣小(xiǎo)的層次上，經典理論将不再成立，新的革命性思想必須被引入，這個思想就是普朗克的量子以及他的h常數。

應當說這是一(yī)個相當困難的任務。如何推翻麥氏理論還在其次，關鍵是新理論要能夠完美地解釋原子的一(yī)切行爲。玻爾在哥本哈根埋頭苦幹的那個年頭，門捷列夫的元素周期律已經被發現了很久，化學鍵理論也已經被牢固地建立。種種迹象都表明在原子内部，有一(yī)種潛在的規律支配着它們的行爲，并形成某種特定的模式。原子世界像一(yī)座蘊藏了無窮财寶的金字塔，但如何找到進入其内部的通道，卻是一(yī)個讓人撓頭不已的難題。

然而，像當年的貝爾佐尼一(yī)樣，玻爾也有着一(yī)個探險家所具備的最寶貴的素質：洞察力和直覺，這使得他能夠抓住那個不起眼，但卻是唯一(yī)的，稍縱即逝的線索，從而打開(kāi)那扇通往全新世界的大(dà)門。1913年初，年輕的丹麥人漢森(sēn)（hans marius hansen）請教玻爾，在他那量子化的原子模型裏如何解釋原子的光譜線問題。對于這個問題，玻爾之前并沒有太多地考慮過，原子光譜對他來說是陌生(shēng)和複雜(zá)的，成千條譜線和種種奇怪的效應在他看來太雜(zá)亂無章，似乎不能從中(zhōng)得出什麽有用的信息。然而漢森(sēn)告訴玻爾，這裏面其實是有規律的，比如巴爾末公式就是。他敦促玻爾關心一(yī)下(xià)巴爾末的工(gōng)作。

突然間，就像伊翁（ion）發現了藏在箱子裏的繪着戈耳工(gōng)的麻布，一(yī)切都豁然開(kāi)朗。山重水複疑無路，柳暗花明又(yòu)一(yī)村(cūn)。在誰也沒有想到的地方，量子得到了決定性的突破。1954年，玻爾回憶道：當我(wǒ)一(yī)看見巴爾末的公式，一(yī)切就都清楚不過了。

要從頭回顧光譜學的發展，又(yòu)得從偉大(dà)的本生(shēng)和基爾霍夫說起，而那勢必又(yòu)是一(yī)篇規模宏大(dà)的文字。鑒于篇幅，我(wǒ)們隻需要簡單地了解一(yī)下(xià)這方面的背景知(zhī)識，因爲本史話(huà)原來也沒有打算把方方面面都事無巨細地描述完全。概括來說，當時的人們已經知(zhī)道，任何元素在被加熱時都會釋放(fàng)出含有特定波長的光線，比如我(wǒ)們從中(zhōng)學的焰色實驗中(zhōng)知(zhī)道，鈉鹽放(fàng)射出明亮的黃光，鉀鹽則呈紫色，锂是紅色，銅是綠色……等等。将這些光線通過分(fēn)光鏡投射到屏幕上，便得到光譜線。各種元素在光譜裏一(yī)覽無餘：鈉總是表現爲一(yī)對黃線，锂産生(shēng)一(yī)條明亮的紅線和一(yī)條較暗的橙線，鉀則是一(yī)條紫線。總而言之，任何元素都産生(shēng)特定的唯一(yī)譜線。

但是，這些譜線呈現什麽規律以及爲什麽會有這些規律，卻是一(yī)個大(dà)難題。拿氫原子的譜線來說吧，這是最簡單的原子譜線了。它就呈現爲一(yī)組線段，每一(yī)條線都代表了一(yī)個特定的波長。比如在可見光區間内，氫原子的光譜線依次爲：656，484，434，410，397，388，383，380……納米。這些數據無疑不是雜(zá)亂無章的，1885年，瑞士的一(yī)位數學教師巴爾末（johann balmer）發現了其中(zhōng)的規律，并總結了一(yī)個公式來表示這些波長之間的關系，這就是著名的巴爾末公式。将它的原始形式稍微變換一(yī)下(xià)，用波長的倒數來表示，則顯得更加簡單明了：

ν＝r（1/2^2 - 1/n^2）

其中(zhōng)的r是一(yī)個常數，稱爲裏德伯（rydberg）常數，n是大(dà)于2的正整數（3，4，5……等等）。

在很長一(yī)段時間裏，這是一(yī)個十分(fēn)有用的經驗公式。但沒有人可以說明，這個公式背後的意義是什麽，以及如何從基本理論将它推導出來。但是在玻爾眼裏，這無疑是一(yī)個晴天霹靂，它像一(yī)個火(huǒ)花，瞬間點燃了玻爾的靈感，所有的疑惑在那一(yī)刻變得順理成章了，玻爾知(zhī)道，隐藏在原子裏的秘密，終于向他嫣然展開(kāi)笑顔。

我(wǒ)們來看一(yī)下(xià)巴耳末公式，這裏面用到了一(yī)個變量n，那是大(dà)于2的任何正整數。n可以等于3，可以等于4，但不能等于3.5，這無疑是一(yī)種量子化的表述。玻爾深呼了一(yī)口氣，他的大(dà)腦在急速地運轉，原子隻能放(fàng)射出波長符合某種量子規律的輻射，這說明了什麽呢？我(wǒ)們回憶一(yī)下(xià)從普朗克引出的那個經典量子公式：e = hν。頻(pín)率（波長）是能量的量度，原子隻釋放(fàng)特定波長的輻射，說明在原子内部，它隻能以特定的量吸收或發射能量。而原子怎麽會吸收或者釋放(fàng)能量的呢？這在當時已經有了一(yī)定的認識，比如斯塔克（j.stark）就提出，光譜的譜線是由電(diàn)子在不同勢能的位置之間移動而放(fàng)射出來的，英國人尼科爾森(sēn)（j.w.nicholson）也有着類似的想法。玻爾對這些工(gōng)作無疑都是了解的。

一(yī)個大(dà)膽的想法在玻爾的腦中(zhōng)浮現出來：原子内部隻能釋放(fàng)特定量的能量，說明電(diàn)子隻能在特定的“勢能位置”之間轉換。也就是說，電(diàn)子隻能按照某些“确定的”軌道運行，這些軌道，必須符合一(yī)定的勢能條件，從而使得電(diàn)子在這些軌道間躍遷時，隻能釋放(fàng)出符合巴耳末公式的能量來。

我(wǒ)們可以這樣來打比方。如果你在中(zhōng)學裏好好地聽(tīng)講過物(wù)理課，你應該知(zhī)道勢能的轉化。一(yī)個體(tǐ)重100公斤的人從1米高的台階上跳下(xià)來，他/她會獲得1000焦耳的能量，當然，這些能量會轉化爲落下(xià)時的動能。但如果情況是這樣的，我(wǒ)們通過某種方法得知(zhī)，一(yī)個體(tǐ)重100公斤的人跳下(xià)了若幹級高度相同的台階後，總共釋放(fàng)出了1000焦耳的能量，那麽我(wǒ)們關于每一(yī)級台階的高度可以說些什麽呢？

明顯而直接的計算就是，這個人總共下(xià)落了1米，這就爲我(wǒ)們台階的高度加上了一(yī)個嚴格的限制。如果在平時，我(wǒ)們會承認，一(yī)個台階可以有任意的高度，完全看建造者的興趣而已。但如果加上了我(wǒ)們的這個條件，每一(yī)級台階的高度就不再是任意的了。我(wǒ)們可以假設，總共隻有一(yī)級台階，那麽它的高度就是1米。或者這個人總共跳了兩級台階，那麽每級台階的高度是0.5米。如果跳了3次，那麽每級就是1/3米。如果你是間諜片的愛好者，那麽大(dà)概你會推測每級台階高1/39米。但是無論如何，我(wǒ)們不可能得到這樣的結論，即每級台階高0.6米。道理是明顯的：高0.6米的台階不符合我(wǒ)們的觀測（總共釋放(fàng)了1000焦耳能量）。如果隻有一(yī)級這樣的台階，那麽它帶來的能量就不夠，如果有兩級，那麽總高度就達到了1.2米，導緻釋放(fàng)的能量超過了觀測值。如果要符合我(wǒ)們的觀測，那麽必須假定總共有一(yī)又(yòu)三分(fēn)之二級台階，而這無疑是荒謬的，因爲小(xiǎo)孩子都知(zhī)道，台階隻能有整數級。

在這裏，台階數“必須”是整數，就是我(wǒ)們的量子化條件。這個條件就限制了每級台階的高度隻能是1米，或者1/2米，而不能是這其間的任何一(yī)個數字。

原子和電(diàn)子的故事在道理上基本和這個差不多。我(wǒ)們還記得，在盧瑟福模型裏，電(diàn)子像行星一(yī)樣繞着原子核打轉。當電(diàn)子離(lí)核最近的時候，它的能量最低，可以看成是在“平地”上的狀态。但是，一(yī)旦電(diàn)子獲得了特定的能量，它就獲得了動力，向上“攀登”一(yī)個或幾個台階，到達一(yī)個新的軌道。當然，如果沒有了能量的補充，它又(yòu)将從那個高處的軌道上掉落下(xià)來，一(yī)直回到“平地”狀态爲止，同時把當初的能量再次以輻射的形式釋放(fàng)出來。

關鍵是，我(wǒ)們現在知(zhī)道，在這一(yī)過程中(zhōng)，電(diàn)子隻能釋放(fàng)或吸收特定的能量（由光譜的巴爾末公式給出），而不是連續不斷的。玻爾做出了合理的推斷：這說明電(diàn)子所攀登的“台階”，它們必須符合一(yī)定的高度條件，而不能像經典理論所假設的那樣，是連續而任意的。連續性被破壞，量子化條件必須成爲原子理論的主宰。

我(wǒ)們不得不再一(yī)次用到量子公式e = hν，還請各位多多包涵。史蒂芬.霍金在他那暢銷書(shū)《時間簡史》的acknowledgements裏面說，插入任何一(yī)個數學公式都會使作品的銷量減半，所以他考慮再三，隻用了一(yī)個公式e = mc2。我(wǒ)們的史話(huà)本是戲作，也不考慮那麽多，但就算列出公式，也不強求各位看客理解其數學意義。唯有這個e = hν，筆者覺得還是有必要清楚它的含義，這對于整部史話(huà)的理解也是有好處的，從科學意義上來說，它也決不亞于愛因斯坦的那個e = mc2。所以還是不厭(yàn)其煩地重複一(yī)下(xià)這個方程的描述：e代表能量，h是普朗克常數，ν是頻(pín)率。

回到正題，玻爾現在清楚了，氫原子的光譜線代表了電(diàn)子從一(yī)個特定的台階跳躍到另外(wài)一(yī)個台階所釋放(fàng)的能量。因爲觀測到的光譜線是量子化的，所以電(diàn)子的“台階”（或者軌道）必定也是量子化的，它不能連續而取任意值，而必須分(fēn)成“底樓”，“一(yī)樓”，“二樓”等，在兩層“樓”之間，是電(diàn)子的禁區，它不可能出現在那裏。正如一(yī)個人不能懸在兩級台階之間漂浮一(yī)樣。如果現在電(diàn)子在“三樓”，它的能量用w3表示，那麽當這個電(diàn)子突發奇想，決定跳到“一(yī)樓”（能量w1）的期間，它便釋放(fàng)出了w3-w1的能量。我(wǒ)們要求大(dà)家記住的那個公式再一(yī)次發揮作用，w3-w1 = hν。所以這一(yī)舉動的直接結果就是，一(yī)條頻(pín)率爲ν的譜線出現在該原子的光譜上。

玻爾所有的這些思想，轉化成理論推導和數學表達，并以三篇論文的形式最終發表。這三篇論文（或者也可以說，一(yī)篇大(dà)論文的三個部分(fēn)），分(fēn)别題名爲《論原子和分(fēn)子的構造》（on the constitution of atoms and molecules），《單原子核體(tǐ)系》（systems containing only a single nucleus）和《多原子核體(tǐ)系》（systems containing several nuclei），于1913年3月到9月陸續寄給了遠在曼徹斯特的盧瑟福，并由後者推薦發表在《哲學雜(zá)志(zhì)》（philosophical magazine）上。這就是在量子物(wù)理曆史上劃時代的文獻，亦即偉大(dà)的“三部曲”。

二、美國國家标準與技術研究院的玻爾得室

nist的玻爾得實驗室主要開(kāi)展化學、物(wù)理、材料、工(gōng)程和信息科學方面的研究工(gōng)作。具體(tǐ)研究領域包括：電(diàn)磁技術、磁技術、材料可靠性、數學和計算科學、光電(diàn)子學、物(wù)理和化學性質、量子物(wù)理、放(fàng)射頻(pín)率技術（radio frequency technology）、統計建模與分(fēn)析、時頻(pín)等。大(dà)約有400多名科學家、工(gōng)程師和技術和後勤及管理人員(yuán)，每年還接受100多位訪問學者。現任主任爲zelda chapman bailey。

三、玻爾原子模型的實驗驗證

1897年，美國天文學家皮克林在恒星弧矢增二十二的光譜中(zhōng)發現了一(yī)組獨特的線系，稱爲皮克林線系。皮克林線系中(zhōng)有一(yī)些譜線靠近巴耳末線系，但又(yòu)不完全重合，另外(wài)有一(yī)些譜線位于巴耳末線系兩臨近譜線之間。起初皮克林線系被認爲是氫的譜線，然而玻爾提出皮克林線系是類氫離(lí)子he+發出的譜線。随後英國物(wù)理學家埃萬斯在實驗室中(zhōng)觀察了he+的光譜，證實玻爾的判斷完全正确。

和玻爾提出玻爾模型幾乎同一(yī)時期，英國物(wù)理學家亨利·莫斯萊測定了多種元素的x射線标識譜線，發現它們具有确定的規律性，并得到了經驗公式——莫塞萊公式。莫塞萊看到玻爾的論文，立刻發現這個經驗公式可以由玻爾模型導出，爲玻爾模型提供了有力的證據。

1914年，夫蘭克和赫茲進行了用電(diàn)子轟擊汞蒸汽的實驗，即夫蘭克-赫茲實驗。實驗結果顯示，汞原子内确實存在能量爲4.9ev的量子态。1920年代，夫蘭克和赫茲又(yòu)繼續改進實驗裝置，發現了汞原子内部更多的量子态，有力地證實了玻爾模型的正确性。

1932年尤雷（h.c.urey）觀察到了氫的同位素氘的光譜，測量到了氘的裏德伯常數，和玻爾模型的預言符合得很好。