主题：【原创翻译】《量子》----第一部·量子 -- 奔波儿

“当看到巴耳末的公式的那一刹那，”玻尔回忆说，“我的眼前为之豁然一亮。”正是因为电子在不同的轨道间跃迁，才导致原子释放出这些谱线。如果一个氢原子处于基态，即n=1，电子只要吸收到足够的能量，就能“蹦”到具有较高能量的轨道，例如n=2。但原子随即会处于失稳状态，这时电子会从n=2蹦回到n=1，原子再次恢复稳定的基态。在这一过程中，电子需要释放出相应的能量，其数值为两个轨道间的能量差，即10.2eV。而且可以利用普朗克--爱因斯坦公式（E=hv）计算出所产生谱线的波长，在这个公式中，v为所释放的电磁辐射的频率。

当电子从不同的较高能级跃迁到同一较低能级时，就会生成巴耳末系的四条谱线。在这些过程中，释放的量子大小只取决于初始和结束时的能级，这就是为什么巴耳末的公式能够准确预测出波长的原因，他所作的只需令n=2，而令m=3，4，5，6。只要将电子跃迁的目的地，即最低能级，固定下来，玻尔就能得到巴耳末预测出的其它光谱线序列。例如，假定电子是跃迁到n=3这一能级，则就可以通过改变m得到位于红外区域的帕申系（Paschen Series）；而令n=1，则能得到位于紫外区域的莱曼系（Lyman Series）。

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玻尔发现了与电子的量子跃迁相关的一种奇怪的现象，即在电子跃迁的过程中，根本不可能判断电子实际处在什么位置。不同轨道，即能级之间的转换必须在瞬间发生。否则，在量子从一个轨道转移到另一个轨道的时候，必然会不断辐射能量。在玻尔的原子模型中，电子在不同轨道之间是不能容身的。就像是被施了魔法，电子从一个轨道上消失，瞬间就出现在另一轨道上。

“我有充分的理由相信频谱线的问题与量子的问题之间存在内在联系。”这是普朗克在1908年的2月间写在一个笔记本上的文字，这实在是有些让人感到意外。但是，由于普朗克一直以来就试图将量子的影响因素降到最低点，当他接触到了卢瑟福的模型后，就止步不前了。对于原子是以量子的形式释放和吸收电磁辐射这种理论，玻尔是衷心拥护的，但在1913年，他并不认同电子辐射本身也是量子化的。甚至一直到六年以后的1916年，普朗克在他那篇获得了诺贝尔物理学奖的论文中说玻尔的量子原子就是“人们孜孜以求的那把开启神秘的光谱学大门的钥匙”，这时，依旧没有几个人愿意接受爱因斯坦的光量子学说。

1913年3月6日，玻尔向卢瑟福寄出了他的论文三部曲中的第一篇文章，请他将这篇文章投到《哲学杂志》去。在那个时代，以及此后很长一段时间，所有像玻尔这样青年科学家都需要卢瑟福这种资深人物与英国期刊“联络”投寄论文，这样才能确保文章能顺利得以发表。他在信中对卢瑟福说：“我特别想知道你对这篇文章有什么看法”，而且他非常关心卢瑟福对他将量子和经典物理学融合在一起会有什么反应。玻尔很快就收到了回音----“你所提出的有关频谱的生产模式的观点非常有新意，而且看上去很有效；但是，如果你将普朗克的观点和旧有的力学理论混合在一起，这将会使你很难建立一种物理理论，尤其是这种理论是你的整个理论体系的基础。”

和其他人一样，卢瑟福无法在头脑中想象出氢原子的电子是如何在不同能级间进行“跃迁”的。造成这一困难的原因是玻尔违反了经典物理学的关键法则。环行的电子是一个振荡的系统，其中，整个轨道即为振荡路径，而每秒钟电子绕行轨道的次数就是振荡频率。一个振荡系统会以其振荡频率辐射能量，但是由于电子在进行“量子跃迁（Quantum Jump）”时涉及到两个能级，因此存在两种振荡频率。卢瑟福批评说在这两种频率之间，以及在“旧的”力学机制和电子在能级间跃迁时所释放的辐射频率之间，没有任何关联。

同时，他还指出了另一个更加严重的错误：“我认为，而且我相信你自己也完全明白，你的假说存在一个重大的问题，即当电子从一种稳态转移到另一种稳态时，电子如何判断自己应以什么样的频率进行振荡？在我看来，你必须得假定电子应该事先知道它将去往何处。”一个处于n=3能级的电子可以跃迁到n=2或者n=1这两个能级中任意一个。为了实现跃迁，电子应该“了解”它的目的地，这样它所释放的辐射才能具有正确的频率。对于量子原子所存在的这些缺陷，玻尔还没有答案。

第四章·量子原子（6）

• 【原创】《量子》----第四章·量子原子（4）
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