在這裏,台階數“必須”是整數,就是我們的量子化條件。這個條件就限製了每級台階的高度隻能是1米,或者1br2米,或者1br3米……而不能是這其間的任何一個數字。
原子和電子的故事在道理上基本和這個差不多 。我們還記得,在盧瑟福模型裏,電子像行星一樣繞著原子核打轉。當電子離核最近的時候,它的能量最低,可以看成是在“平地”上的狀態。但是,一旦電子獲得了特定的能量,它就獲得了動力,向上“攀登”一個或幾個台階,到達一個新的軌道。當然,如果沒有了能量的補充,它又將從那個高處的軌道上掉落下來,一直回到“平地”狀態為止,同時把當初的能量再次以輻射的形式釋放出來。
關鍵是,我們現在知道,在這一過程中,電子隻能釋放或吸收特定的能量(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:這說明電子所攀登的“台階”,它們必須符合一定的高度條件,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,量子化條件必須成為原子理論的主宰。
玻爾現在清楚了,氫原子的光譜線代表了電子從一個特定的台階跳躍到另外一個台階所釋放的能量。因為觀測到的光譜線是量子化的,所以電子的“台階”(或者軌道)必定也是量子化的,它不能連續而取任意值,而必須分成“底樓”,“一樓”,“二樓”等,在兩層“樓”之間,是電子的禁區,它不可能出現在那裏。正如一個人不能懸在兩級台階之間飄浮一樣。如果現在電子在“三樓”,它的能量用W3表示,那麼當這個電子突發奇想,決定跳到“一樓”(能量W1)的期間,它便釋放出了W3-W1的能量。我們要求大家記住的那個公式再一次發揮作用, 。所以這一舉動的直接結果就是,一條頻率為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,並以三篇論文的形式最終發表。這三篇論文(或者也可以說,一篇大論文的三個部分),分別題名為《論原子和分子的構造》(On the stitution of Atoms and Molecules),《單原子核體係》(Systems taining Only a Single Nucleus)和《多原子核體係》(Systems taining Several Nuclei),於1913年3月到9月陸續寄給了遠在曼徹斯特的盧瑟福,並由後者推薦發表在《哲學雜誌》(Philosophical Magazine)上。這就是在量子物理曆史上劃時代的文獻,亦即偉大的“三部曲”。
在這裏,台階數“必須”是整數,就是我們的量子化條件。這個條件就限製了每級台階的高度隻能是1米,或者1br2米,或者1br3米……而不能是這其間的任何一個數字。
原子和電子的故事在道理上基本和這個差不多 。我們還記得,在盧瑟福模型裏,電子像行星一樣繞著原子核打轉。當電子離核最近的時候,它的能量最低,可以看成是在“平地”上的狀態。但是,一旦電子獲得了特定的能量,它就獲得了動力,向上“攀登”一個或幾個台階,到達一個新的軌道。當然,如果沒有了能量的補充,它又將從那個高處的軌道上掉落下來,一直回到“平地”狀態為止,同時把當初的能量再次以輻射的形式釋放出來。
關鍵是,我們現在知道,在這一過程中,電子隻能釋放或吸收特定的能量(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:這說明電子所攀登的“台階”,它們必須符合一定的高度條件,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,量子化條件必須成為原子理論的主宰。
玻爾現在清楚了,氫原子的光譜線代表了電子從一個特定的台階跳躍到另外一個台階所釋放的能量。因為觀測到的光譜線是量子化的,所以電子的“台階”(或者軌道)必定也是量子化的,它不能連續而取任意值,而必須分成“底樓”,“一樓”,“二樓”等,在兩層“樓”之間,是電子的禁區,它不可能出現在那裏。正如一個人不能懸在兩級台階之間飄浮一樣。如果現在電子在“三樓”,它的能量用W3表示,那麼當這個電子突發奇想,決定跳到“一樓”(能量W1)的期間,它便釋放出了W3-W1的能量。我們要求大家記住的那個公式再一次發揮作用, 。所以這一舉動的直接結果就是,一條頻率為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,並以三篇論文的形式最終發表。這三篇論文(或者也可以說,一篇大論文的三個部分),分別題名為《論原子和分子的構造》(On the stitution of Atoms and Molecules),《單原子核體係》(Systems taining Only a Single Nucleus)和《多原子核體係》(Systems taining Several Nuclei),於1913年3月到9月陸續寄給了遠在曼徹斯特的盧瑟福,並由後者推薦發表在《哲學雜誌》(Philosophical Magazine)上。這就是在量子物理曆史上劃時代的文獻,亦即偉大的“三部曲”。
這確確實實是一個新時代的到來。如果把量子力學的發展史分為三部分,1900年的普朗克宣告了量子的誕生,那麼1913年的玻爾則宣告了它進入了青年時代。一個完整的關於原子的理論體係第一次被建造起來,雖然我們將會看到,這個體係還留有濃重的舊世界的痕跡,但它的意義卻是無論如何不能低估的。量子第一次使全世界震驚於它的力量,雖然它的意識還有一半仍在沉睡中,雖然它自己仍然置身於舊的物理大廈之內,但它的怒吼已經無疑地使整個舊世界搖搖欲墜,並動搖了延綿幾百年的經典物理根基。神話中的巨人已經開始蘇醒,那些藏在古老城堡裏的貴族們,顫抖吧!