量子力学那点事长路漫漫之五原子模型——玻尔的宣言
科学背后的故事2019-12-04 14:00
爱因斯坦提出光量子假说的时候，玻尔还没有大学毕业呢，但是他们俩却是同一年获得了诺贝尔奖，怎么回事呢？
因为爱因斯坦获奖那一年，诺贝尔奖没有发，只好等到下一年一块发，下一年获得诺贝尔奖的就是玻尔，所以他俩同一年获得了炸药奖，算是一段佳话。
说起玻尔的成就，还得从赫兹说起。
赫兹一辈子做了三件小事，一件是发现了电磁波，一件是发现了光电效应，还有一件就是差点发现了电子。为什么说差点啊？还是因为他活的太短了，年仅37岁就匆匆离世。
电磁波实验之后，他又重新做了阴极射线的实验，而且发现了磁场对阴极射线的影响，这离电子的发现只差一步了，现在我们清楚，阴极射线就是电子流，无论电场还是磁场都会使电子流偏转，可是这时候由于健康原因不得不中断了实验。
在赫兹逝世三年后，汤姆孙几乎完全重复了赫兹的实验，只是提高了真空管的真空度，减少了空气分子对阴极射线的影响，发现了在静电场作用下阴极射线出现了偏转，从而发现了电子，获得了1906年的诺贝尔物理奖，开启了原子物理的新时代。
汤姆孙并不只是捡了个便宜，他也是一代奇人。他是晚婚晚育的模范，他不但自己晚婚晚育，还教导弟子也晚婚晚育，他的弟子就是卢瑟福。
他晚婚晚育的理由是先成名再成家，所以打算获得诺贝尔奖之后，不对，他那时候还没有诺贝尔奖，虽然他也获得了一个炸药奖。他是在获得了亚当斯物理奖之后才结婚的，所以后来卢瑟福投到他门下的时候，他也建议卢瑟福也这么办。
卢瑟福是穷孩子出身，获得了奖学金才能继续求学，所以呢，他没有获得奖学金，可是为什么又得以深造了呢？因为获得奖学金的那位已经结婚了，觉得那份奖学金不足以支撑小两口的生活，就没有去，所以奖学金就落到了卢瑟福头上。
卢瑟福并不是单身狗，也有意中人。当时卢瑟福最拿手的是关于无线电的研究，其水准不在马可尼特斯拉之下，卢瑟福打算卖了专利和老婆结婚，可是没想到老师是晚婚晚育模范啊，又架不住老师天天说，所以就追随老师，也打算晚婚晚育，他们师徒俩无所谓，只是卢瑟福的老婆暗暗骂了汤姆孙好多年。
别看晚婚晚育，师徒俩的孩子都不一般。汤姆孙的儿子后来也获得了诺贝尔奖，卢瑟福家是个女儿，招了个女婿就是福勒，福勒就是热力学第零定律的提出者，福勒还有一个学生就是后来闻名遐迩的狄拉克。
汤姆孙发现电子后，提出了他的原子模型，这就是西瓜模型或者叫梅子布丁模型，还可以叫枣糕模型，总而言之，汤姆孙先生是个吃货。
汤姆孙原子模型大意就是原子带正电，带负电的电子均匀地分布在原子内部，就象枣糕上的枣，西瓜中的西瓜籽一样。
汤姆孙的西瓜模型汤姆孙的原子模型很快被学生卢瑟福推翻了。处于对老师的尊重，卢瑟福打算做实验验证一下老师的原子模型，省的被人打脸，于是就做了α粒子散射实验，汤姆孙确实没有被别人打脸，却被自己的学生打脸了。
在卢瑟福的行星模型中，原子核带正电，具有原子几乎所有的重量，电子带负电，就象行星围绕太阳旋转一样围绕着原子核转动。
卢瑟福的行星模型不过卢瑟福也没有高兴多久，他的原子模型被他的学生玻尔推翻了，这回倒不是玻尔做实验，论做实验，没有几个人能超过卢瑟福，是因为依照卢瑟福的模型，电子最终会落入电子核。
在卢瑟福的原子行星模型中，电子象行星围绕太阳旋转一样围绕着原子核旋转，可是根据经典的电磁理论，这样电子会发出电磁辐射，损失能量，最后会落到原子核中。
打个比方，就好像用一根绳子拴住一个石头做匀速圆周运动，随着牵引绳子力量的减小，石头圆周运动的半径会逐步连续减小，最后石头会落向圆心，但是电子却不会落向原子核，这和实际不符，卢瑟福也不能解释这个问题。玻尔提出了自己的原子模型
玻尔原子模型玻尔的原子模型和卢瑟福原子模型的根本区别是玻尔认为电子运行的轨道时不连续的，只能运行在固定半径轨道上，最小半径就是玻尔半径，而电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，会释放能量，释放能量的光谱就符合巴尔末公式，同样，通过玻尔原子模型也可以计算出巴尔末公式的系数，系数和普朗克常数有关。
还是打个比方吧，不过在玻尔的原子模型中，已经不能用绳子拴石头打比方了，玻尔的原子模型好像是沿着赛道绕赛车场中心奔驰的汽车，汽车只能在修建好的固定赛道上运行，而不能随意在不同半径上绕圈，否则就要翻车了，要想跨越赛道，必须要释放能量或者吸收能量，而固定赛道的半径则由设计师玻尔决定，同时也符合巴尔末公式。
看到不连续性没有？两个轨道之间是不连续的，这就是量子论。至此，量子论已经完成，是普朗克、爱因斯坦和玻尔共同完成的。
现在量子论基本完成了，但是量子力学才刚刚开始。这次不用别人提醒，玻尔就发现了问题，他的原子模型解释氢原子还可以，但是用于解释多原子就乱七八糟了。
玻尔原子模型最大的问题还是没有和经典力学完全决裂，保存了大量经典力学的概念，例如轨道。随后索末菲对玻尔的原子模型进行了修正，例如把圆形轨道改成椭圆形，但是也于事无补，这还要新的理论出现。
这次的理论不是某一个人提出的，而是一群人提出的，我们终于迎来了地球人的科技爆炸时代。
举报/反馈
0
0
收藏
分享
