基础与经典危机
玻尔模型
1913 年,尼尔斯·玻尔提出了一个原子模型,大胆地把经典轨道与量子规则混在一起。他设想电子像行星一样绕原子核打转,却只允许某些特殊的轨道,即电子的角动量恰为 ħ 的整数倍的那些轨道。在这些被选中的轨道上,他干脆宣布:电子不辐射、也不向内盘旋——绕开了曾让早先的原子注定毁灭的那场经典灾难。
每一条允许的轨道对应一个固定的、量子化的能级。电子可以从一个能级跃向另一个,当它落到较低的能级时,便发出一个携带恰为能量之差的光子;吸收这样一个光子又把它抬回去。凭这幅图景,玻尔从头推出了里德伯公式,甚至从基本量算出了里德伯常数,这是一次惊人的成功,把氢的光谱钉在了原子的结构之上。
玻尔模型是一座凯旋的中途客栈。它把氢解释得很漂亮,却对多于一个电子的原子失灵,也无法预言谱线的亮度。它那电子跑在整齐小轨道上的图景,如今已知是错的——电子占据的是模糊的概率云,而非轨道——但它的核心洞见,即原子能量是量子化的、光谱来自能级之间的跃迁,完好无损地存活进了完整的理论。
angular momentum L = n·ħ; E_n = −13.6 eV / n² (hydrogen)
只有特殊的轨道被允许;在它们固定的能量之间跃迁,便发射或吸收光子。
切莫把电子绕行如行星的形象当真。现代量子力学用叫作轨道函数的概率云取代了清晰的轨道;玻尔模型把氢的能级算对,几乎是出于幸运的巧合,而非源于一幅关于电子在哪里的正确图景。
又称
另见