原子光譜

原子光譜（atomic spectra）是每一種原子所發射或吸收的一組特定顏色，對每個元素都獨一無二，就像條碼或指紋。日常畫面：讓發光氣體的光通過稜鏡，你看到的不是平滑的彩虹，而是落在幾個特定顏色上的幾條銳利亮線。氫有一種圖樣，氖是另一種，鈉又是另一種。它們回答的問題是：熱氣體為什麼只在某些純淨的顏色上發光，而不是同時發出所有顏色？

精確地說，原子只有在它的某顆電子從較高能階落到較低能階時才發光，放出一顆能量恰等於能階差的光子：E_photon = h f = E_高 減 E_低。因為能階是量子化的（只有一組固定的值），所以只有某些能階差、也就是只有某些顏色是可能的。發射光譜是熱氣體放出的那組亮線；吸收光譜是冷氣體從穿過它的白光中扣掉的那組對應暗線。對氫而言，可見光的譜線遵循芮得柏（Rydberg）公式所描述的簡單規律。

為什麼重要：原子光譜正是我們得以在從未觸碰的情況下、僅憑閱讀星光中的指紋譜線，就知道遙遠恆星與星雲由什麼構成的方法。光譜印證了波耳模型與整個能階觀念，而今天它們支撐著雷射、霓虹燈與化學分析。誠實的提醒：真實光譜還會出現簡單波耳圖像無法完全解釋的細微分裂、線寬與位移，這些需要完整的量子力學。