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第十章 世界之中的世界
机器,那么,它的结构又怎么能够解释它永远不会停止运转这个事实呢?——它是一台小型的永动机吗?它是我们所知的唯一的永动机吗?行星在绕轨道运行时会不断地失去能量,结果,年复一年,它们的轨道变得越来越小——一点一点地变小,但总有一天它们会掉进太阳里去。如果电子完全像行星一样,那么,它们也会掉进原子核里去的。一定有某种东西阻止电子不断失去能量。这就要求有一种新的物理学原理,以便将电子所能释放出来的能量限制在固定值内。只有这样,才能有一个衡量标准,即一定的能量单位,这种能量单位使电子不致离开有着固定尺寸的轨道。

    尼尔斯?玻尔在马克斯?普朗克(Max planck)于1900年在德国发表的著作中发现了他要寻找的这种能量单位。十多年前,普朗克就已指出:在一个物质以量子的形式存在的世界上,能量也必定是以量子的形式产生的。现在看来,这种观点并无奇特之处。但是,就在他形成这一思想的那一天,普朗克就意识到他的这个思想是多么具有革命性。那天,他像世界各地的学者惯常所作的那样,正带着他的儿子在作一次午饭后的散尗。他对他的儿子说:“今天,我头脑里形成了一个概念,它如同当年牛顿的思想一样,是十分伟大而具有革命性的。”实际情形的确如此。

    于是,从某种意义上讲,玻尔的任务当然就不那么艰难了。他一手有卢瑟福的原子模型,一手有普朗克的量子假说。那么一个27岁的年轻人在1913年把这二者结合起来,提出了现代的原子理论,这到底有什么了不起的地方呢?没有什么,只不过是一种十分奇妙的、显而易见的思维过程,一种综合这两种理论的努力罢了。这是一种在能够找到这一论点的证据的地方去寻求证据的思想:这就是原子的“指纹”,即光谱:在光谱中,我们从外部观察原子的活动,是可以看得见的。

    这是玻尔的一个了不起的思想。原子的内部结构本来是无从窥见的,但是有一个窗口,有一个像装有五彩玻璃似的窗口:这就是原子的光谱。每一种元素都有自己特定的光谱,但这种光谱并不像当年牛顿从白光中看到的那样是连续不断的,而是具有若干标志着元素特性的明亮的光谱线,例如,氢原子的光谱中有三条很活泼的光谱线:一条呈红色,一条呈蓝绿色,还有一条呈蓝色。玻尔把它们分别解释为氢原子中的电子从外层轨道跃入内层轨道时的能量释放。

    只要在一个氢原子中的电子的运动保持在一条轨道上,它就不会释放能量。但是,只要电于外层轨道跃迁到内层轨道,这两层轨道的能量差就会以光子的形式释放出来。从数以亿万计的原子中同时释放出能量,这就形成了我们所看到的那种颇具特色的氢原子光谱线。那条红线表明电子从第三条轨道跃入第二条轨道;而当电子从第四条轨道跃入第二条轨道时,便发出蓝绿色光谱线。

    玻尔写的《论原子与分子的构成》(On titution of Atoms and Molecules)一文很快成为一部经典著作。于是,原子结构也与牛顿的宇宙一样,具有深刻的数学性质。

    不过,它还包含了一个量子原理。尼尔斯?玻尔超越了在牛顿之后维持了两个世纪之久的物理学法则,在原子的内部建立起了一个世界。玻尔载誉凯旋,回到了哥本哈根。丹麦又成了他的家乡和从事科学研究的新天地。1920年,人们在哥本哈根为他建立了“尼尔斯?玻尔研究所”。来自欧洲、美洲和远东的年轻人在这里研究、切磋量子物理学。维纳?海森堡(erner heisenberg)也经常从德国来到研究所,在那里,他深受启发,不断地努力构想出一些极端重要的思想:玻尔从不允许任何人的设想半途而废,不了了之。

    回顾一下玻尔的原子模型的确立所经历的种种
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