博士后

尼尔斯·玻尔成长于一个舒适而受人敬重的家庭，从小就养成了独立思考的习惯。他的父亲是哥本哈根大学著名的生理学教授，不仅自己对哲学和科学感兴趣，也培养两个儿子在这方面的兴趣。尼尔斯的弟弟哈拉尔最终成为一名杰出的数学家。尼尔斯·玻尔早年是个温顺友善的孩子。与爱因斯坦不同，他从来没有过叛逆心理。

在丹麦上大学时，玻尔因设计巧妙的流体实验赢得过一枚金牌。但我们还是直接跳到1912年。这一年玻尔取得了博士学位，转而去英国攻读“博士后”，成了一名博士后学生。

当时，物质的原子属性已被普遍接受，但原子的内部结构尚属未知。实际上，那时学界在这方面存在很大争议。电子——一种比任何原子轻数千倍的带负电荷的粒子——早在十年前就已经由J.J.汤姆孙发现。而原子表现为电中性，因此它必然在某处带有大小等于负电子的正电荷，而且这个正电荷应具有原子的大部分质量。原子的电子和所带的正电荷究竟是如何分布的？

汤姆孙做了个最简单的假设：大质量的正电荷均匀分布于原子体积内；电子——在氢原子中有一个，在最重的原子中几乎有100个——则假想为随机分布在正电荷的背景下，就像八宝粥里的葡萄干。理论家们试图通过计算给出各种不同的电子分布可能形成的各种元素的特征属性。

与此形成竞争的还有另一个原子模型。当时在英国的曼彻斯特大学，欧内斯特·卢瑟福通过用α粒子（电子被剥离后的氦原子）轰击金箔原子来探索原子结构。他看到的情形与汤姆孙的带正电的质量均匀分布的猜想不一致：大约有万分之一的α粒子存在大角度反弹，有时甚至是背散射。这个实验被比作向八宝粥里投杏干。因为用小葡萄干（电子）去碰撞原子达不到像用α粒子杏干轰击的明显实验效果。卢瑟福得出结论：实验中α粒子是与原子的大质量正电荷相碰撞，这个正电荷处集中在原子中心一个很小的区域内，称为“原子核”。

为什么负电子在受到带正电的原子核吸引时不会落向核呢？卢瑟福推测，其原因可能就像行星不会撞向太阳一样：行星会围绕太阳做轨道运动。因此卢瑟福认定，电子是围绕一个致密的、大质量的、带正电的原子核做轨道运动。

但卢瑟福的行星模型有一个问题：不稳定性。由于电子是带电的，因此它在做轨道运动时就应有辐射。计算表明，电子会在不足百万分之一秒的时间里通过辐射可见光而损失能量，旋转着掉入原子核。

物理学界的大多数同行认为，就解释卢瑟福实验中罕见的α粒子大角散射这个问题而言，行星模型的不稳定性要比葡萄干布丁模型的不稳定性问题更严重。但是，卢瑟福是个超级自信的主儿，他知道他的行星模型基本上是正确的。

正在这个当口，年轻的博士后玻尔来到了曼彻斯特。卢瑟福给他安排的工作是解释行星原子如何才能是稳定的。玻尔在曼彻斯特的任期只有六个月，据说是因为支持经费告罄，而且渴望回到丹麦与美丽的玛格丽特结婚可能也是缩短任期的因素之一。尽管玻尔于1913年回到哥本哈根大学任教，但他继续对原子稳定性问题进行研究。

他是怎么得到成功的思路的这一点我们还不清楚。但可以断定，当时其他物理学家都在试图理解从经典物理规律引出的能量的量子化和普朗克常数h，玻尔想必采取这样一种态度：“h，有了！”他只是将量子化当作基本性质。毕竟，量子概念一直是普朗克和爱因斯坦的工作成果。

玻尔写了一个很简单的公式，表示“角动量”——度量物体旋转运动的量——可以仅以量子单位存在。如果事实确实是这样，那么只有特定的电子轨道才是允许的。而且，最重要的是，他的公式给出了最小的可能轨道。玻尔的公式规定，电子“不允许”崩坍到核。如果他的这个专用公式是正确的，那么行星原子就是稳定的。

玻尔的量子概念没有更多的证据，有可能被丢弃。但用这个公式玻尔可以很容易地计算出单个电子绕质子——氢原子的核——做轨道运动的所有容许的能量。然后从这些能量，他可以计算出氢原子“放电”时因电激发所放出的光的特定频率或颜色。（所谓“放电”是指像霓虹灯那样的发光现象，只不过现在灯管里充的是氢气而不是氖气。）

这些频率已经仔细研究了多年，但最初玻尔并不知道这项工作。为什么原子只能发出某些频率的光？这一点以前完全是个谜。每种元素的频谱都独具特色，呈现为一组漂亮的颜色。难道它们比蝴蝶翼翅的特定图案更具重要的意义？不过现在好了，玻尔的量子规则所预测的氢原子的频率具有惊人的精确性：精度达到1/10000。虽然那时玻尔的理论包含了原子以能量量子方式发出的光，但他与几乎所有其他物理学家一样，仍然拒绝采用爱因斯坦的浓缩性的光子概念。

一些物理学家将玻尔的理论贬斥为“数字杂耍”。但爱因斯坦却称它为“最伟大的发现之一”。其他人很快同意了爱因斯坦的观点。玻尔的基本概念很快被应用到物理和化学上。没人明白为什么它有效，但它确实有效。在玻尔看来，这是最重要的东西。玻尔对量子的那种“h，有了”的务实态度为他迅速带来了成功。

我们不妨将玻尔早期在量子概念上的巨大成功与爱因斯坦在光子概念几乎遭到普遍的拒绝时仍坚持信念长期保持“一个人战斗”作一对比。在后面的章节中我们会注意到，这两人的早期经历是如何体现在他们终身友好地进行有关量子力学的辩论中的。 8iW1OMXYmdvATZue1nxsbPeubLHye4ZHtacdL0FBiWgu6AgW2EBE6S5UjoxBclj0