Page 79 - 世界学

第二章 宏观世界学 063

（3）两种原子核结构模型的分析
卢瑟福于 1919 年利用 α 射线轰击氮原子核，在人类历史上第一次实现了核反

应。从此元素再也不是永恒不变的东西了。卢瑟福通过一系列核反应发现了质子也
就是氢离子是一切原子核的组成成分，并预言了中子，中子后来由他的学生查德威

克发现，并且最终确立了以质子和中子为基础的原子核结构模型。泡利不相容原理
建立之后，元素周期律也得到了解释。卢瑟福后来被称为核物理之父。

有核模型在实验上取得了成功，但与当时的基础理论存在严重的冲突。按经典
电动力学认为，由于电子做圆周运动，一定会辐射电磁波，由于损失了能量，会在

1ns 时间内落入原子核，同时发射连续光谱。也就是说，理论上根本就不可能存在
原子这种东西。但是原子的确存在，而且是稳定的，发射线状光谱，有大量的实验
事实和整个化学的支持。后来是玻尔解决了这个问题。

1885 年，瑞士的一位数学教师巴尔末发现了氢原子可见光谱的一个经验公式，
后由瑞典物理学家里德伯推广为里德伯公式。1900 年，德国物理学家普朗克提出

了能量量子化的概念，解释了黑体辐射谱。1905 年，爱因斯坦提出了光量子概念。
这些结论给玻尔很大的启发。在这些启示下，玻尔于 1913 年将量子化的概念用到

原子模型中，提出了玻尔的氢原子模型。这一模型的关键是玻尔引入的三个假设。
定态假设：电子只能在一些分立的轨道上运动，而且不会辐射电磁波。频率条件假设：

能级差与原子吸收（或放出）的光子能量相同。角动量量子化假设：电子的角动量
是约化普朗克常数的整数倍。通过一系列推导，氢光谱之谜逐渐浮出水面，取得了
巨大成功。玻尔因此荣获 1922 年诺贝尔奖。尽管玻尔模型现在看来是比较粗糙的，

但它的意义并不在于模型本身，而在于建立模型时引入的概念：定态、能级、跃迁
等。玻尔引入了对应原理，协调了氢原子模型与经典力学间的冲突。

玻尔成功后，拒绝了导师卢瑟福的邀请，回到祖国，并在哥本哈根成立了研究
所（后改名为玻尔研究所），玻尔研究所吸引了一大批来自世界各地的优秀青年物

理学家，其中就包括量子论的创始人海森伯、泡利和狄拉克，形成了浓郁的学术气
氛，此时的哥本哈根开始了对基本物理规律的探索。

直到现在，物理学仍然大体可以分为两派，一派是以爱因斯坦为代表的经典物
理学派，成员大致有普朗克、德布罗意、薛定谔等；一派是以玻尔为首的哥本哈根
学派，成员大致有波恩、海森伯、泡利、狄拉克等。自然，这场争论还没有结果。