按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
意识还有一半仍在沉睡中，虽然它自己仍然置身于旧的物理大厦之内，但它的怒吼已经无
疑地使整个旧世界摇摇欲坠，并动摇了延绵几百年的经典物理根基。神话中的巨人已经开
始苏醒，那些藏在古老城堡里的贵族们，颤抖吧！
（第三章完）
第四章 白云深处
一
应该说，玻尔关于原子结构的新理论出台后，是并不怎么受到物理学家们的欢迎的。这个
理论，在某些人的眼中，居然怀有推翻麦克斯韦体系的狂妄意图，本身就是大逆不道的。
瑞利爵士（我们前面提到过的瑞利…金斯线的发现者之一）对此表现得完全不感兴趣，J。J
。汤姆逊，玻尔在剑桥的导师，拒绝对此发表评论。另一些不那么德高望重的人就直白多
了，比如一位物理学家在课堂上宣布：“如果这些要用量子力学才能解释的话，那么我情
愿不予解释。”另一些人则声称，要是量子模型居然是真实的话，他们从此退出物理学界
。即使是思想开放的人，比如爱因斯坦和波恩，最初也觉得完全接受这一理论太勉强了一
些。
但是量子的力量超乎任何人的想象。胜利来得如此之快之迅猛，令玻尔本人都几乎茫然而
不知所措。首先，玻尔的推导完全符合巴耳末公式所描述的氢原子谱线，而从W2…W1 = h
ν这个公式，我们可以倒过来推算ν的表述，从而和巴耳末的原始公式ν＝R（1/2^2 …
1/n^2）对比，计算出里德伯常数R的理论值来。而事实上，玻尔理论的预言和实验值仅相
差千分之一，这无疑使得他的理论顿时具有了坚实的基础。
不仅如此，玻尔的模型更预测了一些新的谱线的存在，这些预言都很快为实验物理学家们
所证实。而在所谓“皮克林线系”（Pickering line series）的争论中，玻尔更是以强
有力的证据取得了决定性的胜利。他的原子体系异常精确地说明了一些氦离子的光谱，准
确性相比旧的方程，达到了令人惊叹的地步。而亨利•；莫斯里（我们前面提到过的
年轻天才，可惜死在战场上的那位）关于X射线的工作，则进一步证实了原子有核模型的
正确。人们现在已经知道，原子的化学性质，取决于它的核电荷数，而不是传统认为的原
子量。基于玻尔理论的电子壳层模型，也一步一步发展起来。只有几个小困难需要解决，
比如人们发现，氢原子的光谱并非一根线，而是可以分裂成许多谱线。这些效应在电磁场
的参予下又变得更为古怪和明显（关于这些现象，人们用所谓的“斯塔克效应”和“塞曼
效应”来描述）。但是玻尔体系很快就予以了强有力的回击，在争取到爱因斯坦相对论的
同盟军以及假设电子具有更多的自由度（量子数）的条件下，玻尔和别的一些科学家如索
末菲（A。Sommerfeld）证明，所有的这些现象，都可以顺利地包容在玻尔的量子体系之内
。虽然残酷的世界大战已经爆发，但是这丝毫也没有阻挡科学在那个时期前进的伟大步伐
。
每一天，新的报告和实验证据都如同雪花一样飞到玻尔的办公桌上。而几乎每一份报告，
都在进一步地证实玻尔那量子模型的正确性。当然，伴随着这些报告，铺天盖地而来的还
有来自社会各界的祝贺，社交邀请以及各种大学的聘书。玻尔俨然已经成为原子物理方面
的带头人。出于对祖国的责任感，他拒绝了卢瑟福为他介绍的在曼彻斯特的职位，虽然无
论从财政还是学术上说，那无疑是一个更好的选择。玻尔现在是哥本哈根大学的教授，并
决定建造一所专门的研究所以用作理论物理方面的进一步研究。这个研究所，正如我们以
后将要看到的那样，将会成为欧洲一颗令人瞩目的明珠，它的光芒将吸引全欧洲最出色的
年轻人到此聚集，并发射出更加璀璨的思想光辉。
在这里，我们不妨还是回顾一下玻尔模型的一些基本特点。它基本上是卢瑟福行星模型的
一个延续，但是在玻尔模型中，一系列的量子化条件被引入，从而使这个体系有着鲜明的
量子化特点。
首先，玻尔假设，电子在围绕原子核运转时，只能处于一些“特定的”能量状态中。这些
能量状态是不连续的，称为定态。你可以有E1，可以有E2，但是不能取E1和E2之间的任何
数值。正如我们已经描述过的那样，电子只能处于一个定态中，两个定态之间没有缓冲地
带，那里是电子的禁区，电子无法出现在那里。
但是，玻尔允许电子在不同的能量态之间转换，或者说，跃迁。电子从能量高的E2状态跃
迁到E1状态，就放射出E2…E1的能量来，这些能量以辐射的方式释放，根据我们的基本公
式，我们知道这辐射的频率为ν，从而使得E2…E1 = hν。反过来，当电子吸收了能量，
它也可以从能量低的状态攀升到一个能量较高的状态，其关系还是符合我们的公式。我们
必须注意，这种能量的跃迁是一个量子化的行为，如果电子从E2跃迁到E1，这并不表示，
电子在这一过程中经历了E2和E1两个能量之间的任何状态。如果你还是觉得困惑，那表示
连续性的幽灵还在你的脑海中盘旋。事实上，量子像一个高超的魔术师，它在舞台的一端
微笑着挥舞着帽子登场，转眼间便出现在舞台的另一边。而在任何时候，它也没有经过舞
台的中央部分！
每一个可能的能级，都代表了一个电子的运行轨道，这就好比离地面500公里的卫星和离
地面800公里的卫星代表了不同的势能一样。当电子既不放射也不吸收能量的时候，它就
稳定地在一条轨道上运动。当它吸收了一定的能量，它就从原先的那个轨道消失，神秘地
出现在离核较远的一条能量更高的轨道上。反过来，当它绝望地向着核坠落，就放射出它
在高能轨道上所搜刮的能量来。
人们很快就发现，一个原子的化学性质，主要取决于它最外层的电子数量，并由此表现出
有规律的周期性来。但是人们也曾经十分疑惑，那就是对于拥有众多电子的重元素来说，
为什么它的一些电子能够长期地占据外层的电子轨道，而不会失去能量落到靠近原子核的
低层轨道上去。这个疑问由年轻的泡利在1925年做出了解答：他发现，没有两个电子能够
享有同样的状态，而一层轨道所能够包容的不同状态，其数目是有限的，也就是说，一个
轨道有着一定的容量。当电子填满了一个轨道后，其他电子便无法再加入到这个轨道中来
。
一个原子就像一幢宿舍，每间房间都有一个四位数的门牌号码。底楼只有两间房间，分别
是1001和1002。而二楼则有8间房间，门牌分别是2001，2002，2101，2102，2111，2112
，2121和2122。越是高层的楼，它的房间数量就越多。脾气暴躁的管理员泡利在大门口张
贴了一张布告，宣布没有两个电子房客可以入住同一间房屋。于是电子们争先恐后地涌入
这幢大厦，先到的两位占据了底楼那两个价廉物美的房间，后来者因为底楼已经住满，便
不得不退而求其次，开始填充二楼的房间。二楼住满后，又轮到三楼、四楼……一直到租
金离谱的六楼、七楼、八楼。不幸住在高处的电子虽然入不敷出，却没有办法，因为楼下
都住满了人，没法搬走。叫苦不迭的他们把泡利那蛮横的规定称作“不相容原理”。
但是，这一措施的确能够更好地帮助人们理解“化学社会”的一些基本行为准则。比如说
，喜欢合群的电子们总是试图让一层楼的每个房间都住满房客。我们设想一座“钠大厦”
，在它的三楼，只有一位孤零零的房客住在3001房。而在相邻的“氯大厦”的三楼，则正
好只有一间空房没人入主（3122）。出于电子对热闹的向往，钠大厦的那位孤独者顺理成
章地决定搬迁到氯大厦中去填满那个空白的房间，而他也受到了那里房客们的热烈欢迎。
这一举动也促成了两座大厦的联谊，形成了一个“食盐社区”。而在某些高层大厦里，由
于空房间太多，没法找到足够的孤独者来填满一层楼，那么，即使仅仅填满一个侧翼（wi
ng），电子们也表示满意。
所有的这一切，当然都是形象化和笼统的说法。实际情况要复杂得多，比如每一层楼的房
间还因为设施的不同分成好几个等级。越高越贵也不�