Page 78 - 世界学

062 世 界学 Shi Jie Xue

弹回去。这就圆满地解释了α粒子的大角度散射。卢瑟福发表了一篇著名的论文《物
质对 α 和 β 粒子的散射及原理结构》。

卢瑟福的理论开拓了研究原子结构的新途径，然而，卢瑟福原子模型存在的致
命弱点是正负电荷之间的电场力无法满足稳定性的要求，即无法解释电子是如何稳

定地待在核外。很多科学家都把它看作是一种猜想，或者是形形色色的模型中的一
种而已。卢瑟福也认为自己提出的模型还很不完善，有待进一步的研究和发展。

（2）玻尔原子模型
卢瑟福的理论吸引了一位来自丹麦的年轻人，尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔（Niels

Henrik David Bohr，1885—1962），在卢瑟福模型的基础上，他提出了电子在核外
的量子化轨道，解决了原子结构的稳定性问题，描绘出了完整而令人信服的原子结
构学说。

玻尔 1912 年 3—7 月曾在卢瑟福的实验室进修，在这期间孕育了他的原子理论。
玻尔首先把普朗克的量子假说推广到原子内部的能量，来解决卢瑟福原子模型在稳

定性方面的困难。假定原子只能通过分立的能量子来改变它的能量，即原子只能处
在分立的定态之中，而且最低的定态就是原子的正常态。

玻尔的原子理论给出这样的原子图像：电子在一些特定的可能轨道上绕核做圆
周运动，离核愈远能量愈高；可能的轨道由电子的角动量必须是 h/2π 的整数倍决定；

当电子在这些可能的轨道上运动时，原子不发射也不吸收能量，只有当电子从一个
轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或吸收的辐射是单频的，
辐射的频率和能量之间关系由 E=hν 给出。玻尔的理论成功地说明了原子的稳定性

和氢原子光谱线规律。
玻尔的理论大大扩展了量子论的影响，加速了量子论的发展。1915 年，德国

物理学家索末菲（Arnold Sommerfeld，1868—1951）把玻尔的原子理论推广到包括
椭圆轨道，并考虑了电子的质量随其速度而变化的狭义相对论效应，导出光谱的精

细结构同实验相符。
1916 年，爱因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）从玻尔的原子理论出发用

统计的方法分析了物质的吸收和发射辐射的过程，导出了普朗克辐射定律。爱因斯
坦的这一工作综合了量子论第一阶段的成就，把普朗克、爱因斯坦、玻尔三人的工
作结合成一个整体。