主题：【原创翻译】《量子》----第一部·量子 -- 奔波儿

1897年，荷兰物理学家彼得·塞曼（Pieter Zeeman：1865～1943）发现在磁场中，一条谱线会分裂成几条单独的谱线或者分量，这种现象被称为“塞曼效应（Zeeman Effect）”。而一旦关闭磁场，分裂现象随之消失。接着在1913年，德国物理学家约翰内斯·斯塔克（Johannes Stark：1874～1957）发现当把原子放在电场中时，一条单独的谱线也会分裂成几条线。当斯塔克公布自己的结果以后，卢瑟福写信给玻尔说：“如果现在你能用自己的理论解释塞曼效应和电场效应（即斯塔克效应（Stack Effect）），我觉得你有必要就此写点什么。”

卢瑟福并不是第一个这样说的人。在玻尔发表了他的论文三部曲的第一篇文章以后，他就收到了索末菲的一封贺信。“你会用你的原子模型解释塞曼效应吗？”他问道，“我也想解决这个问题。”玻尔无法解释这一现象，但索末菲却做到了，他的方法非常巧妙，他先是选择椭圆轨道，当电子处于某个固定的能量状态，例如n=2时，增加电子所能占据的量子化轨道的数目。玻尔和索末菲所设想的轨道，无论是环形还是椭圆轨道，都是处于同一平面中的。但当索末菲试图解释塞曼效应的时候，他认识到自己忘记考虑一个关键性的因素，即轨道的方向性。在磁场中，电子所能选择的轨道相应而言可以有不同的方向。索末菲引入了他所命名的“磁（magnetic）”量子数m，从而能够解释这些轨道的方向性。对任一给定的主量子数n，m的取值范围是从-n到n。当n=2时，m的取值可以是-2，-1，0，1，2。

“我相信我从来没有读过比你的研究更加美妙的东西”，玻尔在1916年3月写信给索末菲。电子轨道的方向性，即“空间量子化（Space Quantisation）”在五年后的1921年被实验结果所证实。当存在外部磁场时，现在通过标定三个量子数，即n，k和m，电子就可以占据额外的能量状态，从而引起塞曼效应。

必要性是创新之母，正是为了解释实验中所发现的结果，索末菲不得不引入两个新的量子数，即k和m。由于索末菲的方法所带来的有益启发，其他学者也对斯塔克效应做出了解释，即当存在电场时，不同能级之间的间距会发生变化，从而引起这种现象。尽管玻尔--索末菲原子模型还存在一些问题，例如无法复制谱线的相对强度，但已经取得的这些成功还是使玻尔声望日隆，并使他在哥本哈根有了自己的研究所。正如索末菲后来所赞誉的那样，玻尔通过自己的工作成果，以及他给予他人的那些灵感，正一步步成为“原子物理的引路人”。

这一赞誉之辞让玻尔非常高兴，他一直以来就想做卢瑟福那样的人，有效地领导着自己的实验室，并打造出一种无所不在的创新精神。从自己的导师身上，玻尔学到的东西并不仅仅限于物理学，他目睹了卢瑟福是如何督导一群年轻的物理学家，使他们尽其所能。1917年，玻尔开始原版照搬他有幸在曼彻斯特所学到的东西。他向哥本哈根的管理当局提议在大学里建立一所理论物理研究所，这个提案获得了批准，朋友们筹集了为购买土地和进行施工所必需的经费。第二年，也就是一战刚刚结束之后，施工就开始了，地点离市中不远，紧邻一处美丽的公园。

工作刚刚展开之时，一封来信却让玻尔惴惴不安。信是卢瑟福寄来的，他在曼彻斯特大学为玻尔提供了一个理论物理学的终身教授的职位。“我觉得我们俩人可以试一试，一起推动物理学走向繁荣”，卢瑟福在信中说。这是多么诱人的一个提议，但玻尔却不能离开丹麦，因为他将得到自己所需要的一切东西。也许如果他听从卢瑟福的建议，卢瑟福就不会在1919年离开曼彻斯特去剑桥接替汤姆森，担当卡文迪许实验室的主任一职。

哥本哈根大学的理论物理实验室（Universitetets Institut for Teoretisk Fysik），即后来广为人知的玻尔研究所（Bohr Institute）于1921年3月3日正式建立。这时，玻尔已经把自己那个添丁进口的小家迁到了新居，这是一套带有七个房间的公寓，位于二楼。在经历了纷飞的战火以及战后的艰难岁月，这个研究所正如玻尔所设想的那样，很快就成为了一个充满创造力的港湾。就像磁石一样，它迅速地吸引着全世界最伟大的物理学家，但是，他们中的那些最有才华的人士一般却置身其外。

（第四章完）

第五章·当爱因斯坦遇见了玻尔（1）

• 【原创】《量子》----第四章·量子原子（9）
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