應該說,玻爾關於原子結構的新理論出台後,是並不怎麼受到物理學家們的歡迎的。這個理論,在某些人的眼中,居然懷有推翻麥克斯韋體係的狂妄意圖,本身就是大逆不道的。瑞利爵士(我們前麵提到過的瑞利-金斯線的發現者之一)對此表現得完全不感興趣,J.J.湯姆遜,玻爾在劍橋的導師,拒絕對此發表評論。另一些不那麼德高望重的人就直白多了,比如一位物理學家在課堂上宣布:“如果這些要用量子力學才能解釋的話,那麼我情願不予解釋。”另一些人則聲稱,要是量子模型居然是真實的話,他們從此退出物理學界。即使是思想開放的人,比如愛因斯坦和波恩,最初也覺得完全接受這一理論太勉強了一些。

但是量子的力量超乎任何人的想象。勝利來得如此之快之迅猛,令玻爾本人都幾乎茫然而不知所措。首先,玻爾的推導完全符合巴耳末公式所描述的氫原子譜線,而從 這個公式,我們可以倒過來推算ν的表述,從而和巴耳末的原始公式 對比,計算出裏德伯常數R的理論值來。而事實上,玻爾理論的預言和實驗值僅相差千分之一,這無疑使得他的理論頓時具有了堅實的基礎 。

不僅如此,玻爾的模型更預測了一些新的譜線的存在,這些預言都很快為實驗物理學家們所證實。而在所謂“皮克林線係”(Pickering line ries)的爭論中,玻爾更是以強有力的證據取得了決定性的勝利。他的原子體係異常精確地說明了一些氦離子的光譜,準確性相比舊的方程,達到了令人驚歎的地步。而亨利·莫斯裏(我們前麵提到過的年輕天才,可惜死在戰場上的那位)關於X射線的工作,則進一步證實了原子有核模型的正確。人們現在已經知道,原子的化學性質,取決於它的核電荷數,而不是傳統認為的原子量。基於玻爾理論的電子殼層模型,也一步一步發展起來。隻有幾個小困難需要解決,比如人們發現,氫原子的光譜並非一根線,而是可以分裂成許多譜線。這些效應在電磁場的參予下又變得更為古怪和明顯(關於這些現象,人們用所謂的“斯塔克效應”和“塞曼效應”來描述)。但是玻爾體係很快就予以了強有力的回擊,在爭取到愛因斯坦相對論的同盟軍以及假設電子具有更多的自由度(量子數)的條件下,玻爾和別的一些科學家如索末菲(A.Sommerfeld)證明,所有的這些現象,都可以順利地包容在玻爾的量子體係之內。雖然殘酷的世界大戰已經爆發,但是這絲毫也沒有阻擋科學在那個時期前進的偉大步伐。

每一天,新的報告和實驗證據都如同雪花一樣飛到玻爾的辦公桌上。而幾乎每一份報告,都在進一步地證實玻爾那量子模型的正確性。當然,伴隨著這些報告,鋪天蓋地而來的還有來自社會各界的祝賀,社交邀請以及各種大學的聘書。玻爾儼然已經成為原子物理方麵的帶頭人。出於對祖國的責任感,他拒絕了盧瑟福為他介紹的在曼徹斯特的職位,雖然無論從財政還是學術上說,那無疑是一個更好的選擇。玻爾現在是哥本哈根大學的教授,並決定建造一所專門的研究所以用作理論物理方麵的進一步研究。這個研究所,正如我們以後將要看到的那樣,將會成為歐洲一顆最令人矚目的明珠。它的光芒將吸引全歐洲最出色的年輕人到此聚集,並發射出更加璀璨的思想光輝。

在這裏,我們不妨還是回顧一下玻爾模型的一些基本特點。它基本上是盧瑟福行星模型的一個延續,但是在玻爾模型中,一係列的量子化條件被引入,從而使這個體係有著鮮明的量子化特點。

首先,玻爾假設,電子在圍繞原子核運轉時,隻能處於一些“特定的”能量狀態中。這些能量狀態是不連續的,稱為定態。你可以有E1,可以有E2,但是不能取E1和E2之間的任何數值。正如我們已經描述過的那樣,電子隻能處於這些定態中,兩個定態之間沒有緩衝地帶,那裏是電子的禁區,電子無法出現在那裏。玻爾規定:當電子處在某個定態的時候,它就是穩定的,不會放射出任何形式的輻射而失去能量。這樣,就不會出現崩潰問題了。

但是,玻爾也允許電子在不同的能量態之間轉換,或者說,躍遷。電子從能量高的E2狀態躍遷到E1狀態,就放射出E2-E1的能量來,這些能量以輻射的方式釋放,根據我們的基本公式,我們知道這輻射的頻率為ν,從而使得 。反過來,當電子吸收了能量,它也可以從能量低的狀態攀升到一個能量較高的狀態,其關係還是符合我們的公式。每一個可能的能級,都代表了一個電子的運行軌道,這就好比離地麵500公裏的衛星和離地麵800公裏的衛星代表了不同的勢能一樣。當電子既不放射也不吸收能量的時候,它就穩定地在一條軌道上運動。當它吸收了一定的能量,它就從原先的那個軌道消失,神秘地出現在離核較遠的一條能量更高的軌道上。反過來,當它絕望地向著核墜落,就放射出它在高能軌道上所搜刮的能量來,一直到落入最低能量的那個定態,也就是所謂的“基態”為止。因為基態的能量是最低的,電子無法再往下躍遷,於是便恢複穩定狀態。

我們必須注意的是,這種能量的躍遷是一個量子化的行為,如果電子從E2躍遷到E1,這並不表示,電子在這一過程中經曆了E2和E1兩個能量之間的任何狀態。如果你還是覺得困惑,那表示連續性的幽靈還在你的腦海中盤旋。事實上,量子像一個高超的魔術師,它在舞台的一端微笑著揮舞著帽子登場,轉眼間便出現在舞台的另一邊。而在任何時候,它也沒有經過舞台的中央部分!

不僅能量是量子化的,甚至連原子在空間中的方向都必須加以量子化。在玻爾-索末菲模型中,為了很好地解釋塞曼效應和斯塔克效應,我們必須假定電子的軌道平麵具有特定的“角度”:其法線要麼平行於磁場方向,要麼和它垂直。這乍聽上去似乎又是一個奇談怪論,就好比說一架飛機隻能沿著0度經線飛行,而不可以沿著5度、10度、20度經線一樣。不過,即使是如此奇怪的結論,也很快得到了實驗的證實。兩位德國物理學家,奧托·斯特恩(Otto Stern)和沃爾特·蓋拉赫(Walther Gerlach)在1922年進行了一次經典實驗,即著名的斯特恩-蓋拉赫實驗,有力地向世人展示了:電子在空間中的運動方向同樣是不連續的。