部結構。這兩位盧瑟福的弟子在1951年分享了諾貝爾物理獎金。
這個名單可以繼續開下去,一直到長得令人無法忍受為止:英國人索迪(FrederickSoddy),1921年諾貝爾化學獎。瑞典人赫維西(GeorgvonHevesy),1943年諾貝爾化學獎。德國人哈恩(OttoHahn),1944年諾貝爾化學獎。英國人鮑威爾(CecilFrankPowell),1950年諾貝爾物理獎。美國人貝特(Hans
Bethe),1967年諾貝爾物理獎。蘇聯人卡皮查(P.L.Kapitsa),1978年諾貝爾化學獎。
除去一些稍微疏遠一點的case,盧瑟福一生至少培養了10位諾貝爾獎得主(還不算他自己本人)。當然,在他的學生中還有一些沒有得到諾獎,但同樣出色的名字,比如漢斯·蓋革(HansGeiger,他後來以發明了蓋革計數器而著名)、亨利·莫斯裏(HenryMosley,一個被譽為有著無限天才的年輕人,可惜死在了一戰的戰場上)、恩內斯特馬斯登(ErnestMarsden,他和蓋革一起做了α粒子散射實驗,後來被封為爵士)……等等,等等。
盧瑟福的實驗室被後人稱為“諾貝爾獎得主的幼兒園”。他的頭像出現在新西蘭貨幣的最大麵值——100元上麵,作為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哥本哈根不遠的一個小鎮上結婚,隨後他們前往英國展開蜜月。當然,有一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,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消失。他和盧瑟福就此再一次認真地交換了看法,並加深了自己的信念。回到丹麥後,他便以百分之二百的熱情投入到這一工作中去。揭開原子內部的奧秘,這一夢想具有太大的誘惑力,令玻爾完全無法抗拒。
為了能使大家跟得上我們史話的步伐,我們還是再次描述一下當時玻爾麵臨的處境。盧瑟福的實驗展示了一個全新的原子麵貌:有一個致密的核心處在原子的中央,而電子則繞著這個中心運行,像是圍繞著太陽的行星。然而,這個模型麵臨著嚴重的理論困難,因為經典電磁理論預言,這樣的體係將會無可避免地釋放出輻射能量,並最終導致體係的崩潰。換句話說,盧瑟福的原子是不可能穩定存在超過1秒鍾的。
玻爾麵臨著選擇,要麼放棄盧瑟福模型,要麼放棄麥克斯韋和他的偉大理論。玻爾勇氣十足地選擇了放棄後者。他以一種深刻的洞察力預見到,在原子這樣小的層次上,經典理論將不再成立,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切行為。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。種種跡象都表明在原子內部,有一種潛在的規律支配著它們的行為,並形成某種特定的模式。原子世界像一座蘊藏了無窮財寶的金字塔,但如何找到進入其內部的通道,卻是一個讓人撓頭不已的難題。
然而,像當年的貝爾佐尼一樣,玻爾也有著一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,但卻是唯一的,稍縱即逝的線索,從而打開那扇通往全新世界的大門。1913年初,年輕的丹麥人漢森(HansMariusHansen)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。對於這個問題,玻爾之前並沒有太多地考慮過,原子光譜對他來說是陌生和複雜的,成千條譜線和種種奇怪的效應在他看來太雜亂無章,似乎不能從中得出什麼有用的信息。然而漢森告訴玻爾,這裏麵其實是有規律的,比如巴爾末公式就是。他敦促玻爾關心一下巴爾末的工作。
突然間,就像伊翁(Ion)發現了藏在箱子裏的繪著戈耳工的麻布,一切都豁然開朗。山重水複疑無路,柳暗花明又一村。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:當我一看見巴爾末的公式,一切就都清楚不過了。
要從頭回顧光譜學的發展,又得從偉大的本生和基爾霍夫說起,而那勢必又是一篇規模宏大的文字。鑒於篇幅,我們隻需要簡單地了解一下這方麵的背景知識,因為本史話原來也沒有打算把方方麵麵都事無巨細地描述完全。概括來說,當時的人們已經知道,任何元素在被加熱時都會釋放出含有特定波長的光線,比如我們從中學的焰色實驗中知道,鈉鹽放射出明亮的黃光,鉀鹽則呈紫色,鋰是紅色,銅是綠色……等等。將這些光線通過分光鏡投射到屏幕上,便得到光譜線。各種元素在光譜裏一覽無餘:鈉總是表現為一對黃線,鋰產生一條明亮的紅線和一條較暗的橙線,鉀則是一條紫線。總而言之,任何元素都產生特定的唯一譜線。
但是,這些譜線呈現什麼規律以及為什麼會有這些規律,卻是一個大難題。拿氫原子的譜線來說吧,這是最簡單的原子譜線了。它就呈現為一組線段,每一條線都代表了一個特定的波長。比如在可見光區間內,氫原子的光譜線依次為:656,484,434,410,397,388,383,380……納米。這些數據無疑不是雜亂無章的,1885年,瑞士的一位數學教師巴爾末(JohannBalmer)發現了其中的規律,並總結了一個公式來表示這些波長之間的關係,這就是著名的巴爾末公式。將它的原始形式稍微變換一下,用波長的倒數來表示,則顯得更加簡單明了: