上一篇咱们介绍了爱因斯坦对量子论的贡献,主要体现在他提出了光量子假说。那么,在量子力学领域,其实还有更重要的一个人物,他被尊称为量子力学的奠基人。
他就是尼尔斯·玻尔,丹麦人,20世纪最伟大的物理学家之一,1922年诺贝尔物理奖得主,量子论的奠基人和象征。为什么他有这么厉害呢?因为他极大地推动了量子力学的发展。量子论最大的一个特别就是概率性,这是他推崇的,而爱因斯坦始终认为“上帝是不会掷骰子的”,所以不认同量子的概率性。他们两人也为此辩论了很久,当然最后是玻尔胜利了。他还创立了著名的哥本哈根学派,以研究量子论著称,而这个学派里,他培养出了一批同样在量子论领域赫赫有名的科学家:薛定谔、海森堡、泡利、狄拉克等人。而在此之前,玻尔提出了以自己名字命名的“玻尔模型”,一举给量子力学做好了奠基。今天咱们就要说道说道这个模型。玻尔做了一个实验,发现氢原子的光谱有一种规律,氢原子只能放射出波长符合某种量子规律的辐射。在《上帝掷骰子吗?》一书中有趣地指出:
一个大胆的想法在玻尔的脑中浮现出来:原子内部只能释放特定量的能量,说明电子只能在特定的“势能位置”之间转换。也就是说,电子只能按照某些“确定的”轨道运行,这些轨道必须符合一定的势能条件,从而使得电子在这些轨道间跃迁时,只能释放出符合巴尔末公式的能量来。所谓巴尔末公式,就是指:
即一个变量n,可以是大于2的任何正整数。n可以等于3,可以等于4,但不能等于3.5,这无疑是一种量子化的表述。所以呢:
当电子离核最近的时候,它的能量最低,可以看成是在“平地”上的状态。但是,一旦电子获得了特定的能量,它就获得了动力,向上“攀登”一级或几级台阶,到达一个新的轨道。当然,如果没有了能量的补充,它又将从那个高处的轨道上掉落下来,一直回到“平地”状态为止,同时把当初的能量再次以辐射的形式释放出来。是玻尔模型首次将量子化的概念应用于原子结构的研究,揭示了原子内部电子运动的量子特性,这是量子力学发展的关键一步,也进一步促成量子力学成为一个独立学科,并因为哥本哈根学派的影响力之大,所以说玻尔是量子力学的奠基人并不为过。就像书中做的定性说明一样:
如果把量子力学的发展史分为三部分,1900年的普朗克宣告了量子的诞生,那么1913年的玻尔则宣告它进入了青年时代。好了,关于量子力学更多历史发展,咱们下期接着唠唠。
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