基礎與經典危機

波耳模型

1913 年,尼爾斯·波耳提出了一個原子模型,大膽地把經典軌道與量子規則混在一起。他設想電子像行星一樣繞原子核打轉,卻只允許某些特殊的軌道,即電子的角動量恰為 ħ 的整數倍的那些軌道。在這些被選中的軌道上,他乾脆宣布:電子不輻射、也不向內盤旋——繞開了曾讓早先的原子注定毀滅的那場經典災難。

每一條允許的軌道對應一個固定的、量子化的能級。電子可以從一個能級躍向另一個,當它落到較低的能級時,便發出一個攜帶恰為能量之差的光子;吸收這樣一個光子又把它抬回去。憑這幅圖景,波耳從頭推出了芮得柏公式,甚至從基本量算出了芮得柏常數,這是一次驚人的成功,把氫的光譜釘在了原子的結構之上。

波耳模型是一座凱旋的中途客棧。它把氫解釋得很漂亮,卻對多於一個電子的原子失靈,也無法預言譜線的亮度。它那電子跑在整齊小軌道上的圖景,如今已知是錯的——電子占據的是模糊的機率雲,而非軌道——但它的核心洞見,即原子能量是量子化的、光譜來自能級之間的躍遷,完好無損地存活進了完整的理論。

angular momentum L = n·ħ; E_n = −13.6 eV / n² (hydrogen)

只有特殊的軌道被允許;在它們固定的能量之間躍遷,便發射或吸收光子。

切莫把電子繞行如行星的形象當真。現代量子力學用叫作軌域的機率雲取代了清晰的軌道;波耳模型把氫的能級算對,幾乎是出於幸運的巧合,而非源於一幅關於電子在哪裡的正確圖景。

又稱
Bohr model of the atomBohr atom玻尔原子模型波耳原子模型