主题：【原创翻译】《量子》----第一部·量子 -- 奔波儿

除了假设电子围绕着原子核运行，就像是行星绕着太阳那样，卢瑟福再没有谈到原子内部的电子是如何分布的。但是，如果电子是以环状绕行原子核，电子所带的相同电荷会导致彼此之间产生排斥力，从而引起该分布状态失去平衡。电子的分布状态也不可能是静态的；由于相异电荷会互相吸引，电子会被吸入到带有正电荷的原子核。事实上，玻尔在其备忘录中也用文字记录了他的这一看法：“如果电子是静止的，则原子不可能达到均衡状态。”这个年轻的丹麦小伙子需要解决的问题层出不穷。电子不能是环状分布，不能是静态的，也不能环绕原子核。最后，在原子中央，还有这样一个微小的点状的原子核，如果想确定卢瑟福模型中的原子半径根本是无迹可寻。

尽管在其他人看来，这种失稳问题说明卢瑟福的原子模型是错误的，但玻尔却认为这反而说明了现有的物理学理论在这个问题上已达到极限。卢瑟福发现了辐射现象是由“原子核”而不是由“原子”引起的，还有他在放射性元素（后来被索迪命名为“同位素”）以及原子核方面的开创性工作都使玻尔坚信卢瑟福的模型一定是稳定的。虽然用现有的物理学理论无法解释，但并不意味着它会引起原子结构的崩溃。玻尔必须要回答一个问题：为什么不会？

牛顿和麦克斯韦的物理理论已经无数次被实践证明是无可挑剔的，并且预言了电子会和原子核相撞，玻尔觉得“稳定性问题必须得从另外一个视角来解决”。按照他的想法，如果要避免卢瑟福的模型发生崩塌，必须要对其做出“根本性的”改变，他的眼光放在了量子上面。当时，普朗克虽然发现了量子但对它的态度却有些暧昧，而爱因斯坦却在量子研究方面高歌猛进。当辐射与物质发生能量交换时，能量的吸收和释放并非是连续的，而是通过大小不一的能量包进行传递的，这种观点与那些久经岁月洗礼的“经典”物理学理论完全来自两个世界。尽管他和绝大多数人一样，对爱因斯坦的光量子理论持质疑态度，他却明白原子“在一定程度上是由量子统治的”。但是，在1912年的九月，他对这种统治方式一无所知。

终其一生，玻尔都喜欢阅读侦探小说。就像那些优秀的私人侦探，他得从犯罪现场寻找线索，而这第一个线索就是所推测出的不稳定性。当然，卢瑟福的原子模型应该是稳定的。玻尔突然有了一个主意，而这个主意对他正在进行的调查至关重要，这就是静态状态的概念。普朗克已经构建出黑体辐射的公式，而且能够准确地解释实验数据，正是在推导公式的过程中，他提出了量子的概念。玻尔也采用了相同的策略。他是从重建卢瑟福的原子模型入手的，而同时他要确保电子在围绕原子核运行时，不会辐射出能量。稍后，他会试图对他的研究做出调整。

经典物理学对原子内部的电子的运行轨道没有施加任何限制，但是玻尔却加上了约束条件。就像是一位按照客户的严格要求设计大楼的建筑师，他将电子约束在一些“特定的”轨道上，而在这些轨道上，电子既不会连续释放辐射，也不会沿螺旋轨迹坠入原子核。这真是一个天才的想法。玻尔认为在原子世界某些物理理论是不适用的，而且他需要对电子的运行轨道进行“量化”。普朗克是通过想象中的振子对能量的吸收和释放进行量化的，并最终推出了自己的公式，而玻尔所做的与此类似，他首先抛弃了一个被人们广泛接受的认识，即电子可以在任何距离上环绕原子核运行。他认为电子只能沿着屈指可数的固定轨道运行，这些轨道就是所谓的“定态（Stationary States）”；而根据经典物理学的理论，电子的轨道可以有很多种选择。

作为一名理论物理学家，玻尔必须得将这个充斥着活跃电子的原子模型拼装起来。他当下就有一个非常激进的想法，但这是一种缺乏说服力的循环论证，而且这个想法与已有的物理学理论相左，即电子仅沿特定的轨道运行，而且在这些轨道上不会辐射能量；而电子之所以不会辐射能量，是因为它们沿这些特定轨道运行。除非他能够对这种稳定状态，即这些电子运行的特定轨道，给出一个符合现实的物理解释，否则他所做的一切不过是搭建了一个脚手架，而其所支撑起的所谓原子结构根本无人相信。

第四章·量子原子（3）

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