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得到解释的氢原子

与卢瑟福讨论自己的工作以后,玻尔在1913年间发表了数篇原子理论的文章。此理论对氢来说是完好的,看来似乎可以发展到进一步解释更复杂原子的谱了。九月份玻尔参加了英国科学进步协会主办的第83届年会,在会上,他讲了他的工作,与会的有许多最有名的原子物理学家。他的报告总体上是被接受了,詹姆斯·简爵士称它为天才的、有创意的和令人信服的理论。J·J·汤姆逊等人对此保留怀疑。这次会议,即使没有说服一些科学家,但他们至少也知道了玻尔和他在原子方面的工作。

普朗克被迫将量子理论用于光理论后13年,玻尔将量子引入了原子理论。只是又过了13年,真正的量子理论才得以登场。那时,量子理论步履维艰,退一步进两步,有时是退两步进一步才能走到正路上来。玻尔的原子是个大杂烩,他将量子理论观点与经典物理混在一起使用而使模型成立。这种理论“允许”存在的谱线比我们从不同原子中所实际观察到的谱线要多,需引进独断的规则以标定原子中不同能级之间的某些跃迁是要“禁止的”。原子的一个新特性——量子数只是临时性地用于满足实验结果。没有基础物理保证为什么量子数是必需的,以及为何某些跃迁是要“禁止的”。在玻尔引入最初的原子模型时,欧洲被第一次世界大战搅乱了。

如同其他生活形式一样,1914年,科学不会再同以前一样了。战争阻止了研究者们从一国到另一国迁移的自由。从第一次世界大战开始,一些国家的科学家们发现,他们难于再同世界上其他国家的同行们交流了。战争也给物理学曾在20世纪初一度辉煌的科学研究中心带来了直接的影响。在交战国,年轻人离开了实验室,加入了战争,只留下像卢瑟福等一样的老教授尽力做好工作;许多1913年后选择了玻尔的思想并要坚持下去的年青一代都死于战争。中立国的科学家也受到了影响,尽管一些人以某种形式从其他人的灾难中得到了好处。玻尔本人被聘用于曼彻斯特物理杂志;在丹麦城市哥廷根,彼特·德拜(Peter Debye)对晶体结构进行了重要的实验,使用X射线作为探测物。确实,荷兰和丹麦在当时成了科学沙漠的绿洲。玻尔在1916年返回丹麦,成为哥本哈根理论物理学教授,接着在1920年创建了以他名字命名的研究所。来自像阿诺德·索末菲(Arnold Sommerfeld) 之类德国研究者的消息可以传到中立国的丹麦,接着由玻尔再到英国的卢瑟福实验室。研究仍有进展,但情况不再一样。

战后,有许多年德国和奥地利科学家不被邀请参加国际会议;俄国卷入革命的洪流;科学失去了年青的一代,也失去了国际性。将玻尔的原子从半途(确定地说,已被勤奋的研究者们改善为虽摇摇欲坠却很具说服力的理论)推向量子力学的辉煌重任落在全新的一代人身上来了。这代人的姓名在近代物理中很响亮——维尔纳·海森伯、保尔·狄拉克,沃尔夫冈·泡利等等。他们属于第一代量子力学人物,生长在普朗克的贡献之后(泡利生于1900年,海森伯1901年,狄拉克1902年),20世纪20年代才进入科学的研究领域。他们没有经过经典物理学根深蒂固的培训,没有这方面的障碍,不像显著的科学家(如玻尔)需要在原子理论中保留经典的味道。从普朗克发现黑体辐射方程到量子力学的繁荣经历了26年,这也许是恰当的而不不是巧合,正好是将一代物理家培养为科学研究者的时间。这代人除了普朗克常数外,还有另外两种遗产:首先是玻尔的原子,他明确地指出任何让人满意的原子过程必须将量子观点与之结合在一起;第二种遗产来自当时最伟大的科学家,他毫无例外地从未被经典物理学绊住过脚。在1916年,正值战争最激烈的时候,爱因斯坦在德国工作,他在原子理论中引进了概率的概念。他之所以这样做纯属权宜之举,在原子理论这个大杂烩中又增加了一条,目的是为了使玻尔原子与观察到的真实原子相符。但是这权宜之举却比玻尔原子存在的时间更长,成了真的量子理论的基柱,尽管好笑的是爱因斯坦本人在著名的论断“上帝不会掷骰子”中放弃了它。 lT1VmMffi84byGsz87PXqZYettlC3jXo5BlBwJIUBi+Ot4VVZOl5YWD+ks55Gkmb

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