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发信人: Rg (RedGardenia), 信区: Physics
标  题: §26玻尔理论的最初挫折
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月29日09:11:32 星期四), 站内信件


          §26玻尔理论的最初挫折

    说玻尔理论已经取得彻底胜利还为时过早。在往后的十
年里，这个理论获得了巨大的发展。这个理论涉及的现象范
围极为广阔。  它们包括原子发射并吸收光的最最微妙的过
程，以及原子和分子的精细结构。1914年考塞耳奠定了量子
化学的基础，他的理论现在已被包括在每一种有关此专题的
教科书中。  1916年索末菲提出了有关原子光谱起源的更为
确切的理论。  到今天这理论还在帮助人们分析复杂的光谱。
不仅如此，这个新理论能够解释新发现的原子和分子的磁和
电特性。
    与此同时，玻尔的理论却遇到了越来越多的困难。它不
能够解释许多新事实，其中有些还是玻尔理论的产婆。
    第一个困难就寓于玻尔理论帮助解释的光谱之中。问题
在于这种解释是不充分的。
    我们已经说过，光谱线的特征不仅在于波长，而且还在于
亮度。根据玻尔理论，我们能够得出电子轨道能量阶梯的各
个梯距(也就是说能够得出电子从一个梯级向另一个梯级，
即从一个轨道向另一个轨道跳跃时产生的光子的波长)。至
于对有关光谱线的亮度作出解释，这个理论却无能为力。也
就是说  这个理论搞不清楚怎样才能计算出光谱中的光子数
目。
    认为玻尔理论已经战胜了经典力学显然为时过早。虽然
玻尔在开始时抛弃了经典物理学，可是后来又不得不皈依了
它。这表现在他终于采取了所谓对应原理。
    这个原理可以扼要地表述如下。经典物理学能够计算出
光谱的亮度，但不能说明光谱的起源。量子力学能够解释光
谱的本质，但不能计算出光谱线的亮度。玻尔的结论是：两
种理论都必须使用；两种理论在它们多少互相吻合的领域内，
应被套在一辆车上。
    但在哪些领域内它们能够吻合呢?根据经典力学，在环
绕原子核的轨道内运动的电子会越来越贴近核，最后便坠落
其上。
    根据量子力学，原子内的电子辐射分立的光谱线；也就是
说，辐射不连续的光谱。两种光谱有何共同之处呢?
，    电子轨道的能量阶梯具有不同高度的梯级。轨道离核越
远，相邻梯级之间的距离越小。原子能量阶梯有些象一个长
梯子从一端顺着它看去时那样：越接近于远端，梯级显得越密
集。就梯子而言，这只不过是一种错觉；而在原子中，实际情
况就是这样。
    但能级之间的距离对应着光子的能量或它的光谱线的波
长。由此可知，光谱的长波谱线对应着电子在远方两相邻轨
道之间的跳跃，因而这些长波谱线就必然比较密集，以致看上
去几乎象是一个连续的光谱。
    这样看来，在长波区域内量子光谱与经典光谱并没有显
著的差别。在这区域内，物体受热后开始产生的光谱的亮度
可以在经典物理学的基础上进行计算。然后我们再将这种计
算扩大到整个"量子"光谱上去。这些就是对应原理。
    这的确是个高明的想法，只是在实践中物理学家感到很
失望。实验给出的光谱线亮度与理论亮度有出入。
    一般说来，也很难期待更好的结果。如果一个理论还要
求助外援，这个理论不会是很牢固的。如果一个人不得不向
他的新对手求援，他一定是很虚弱的。
    英国物理学家布拉格曾经说过，把经典物理学引入量子
力学中，就象每周的双日传布"经典宗教"，单日传布"量子宗
教"一样。有时科学也要信奉两个神，而且这样会有好处，可
是这实际上只能说明它在理论上的软弱。
    对新原理更细致的观察表明：对应原理还不是玻尔理论
的唯一漏洞。实际上从开头起，它的全部基本前提都带着经
典物理学的鲜明痕迹。
    玻尔拒绝了关于电子运动的经典观点，但却将电子轨道
概念引入原子中。他坚定不移地相信：电子绕原子核旋转正
象地球绕太阳旋转一样。
    玻尔禁止电子在轨道中辐射，可是为此他又找不到任何
恰当的理由。  玻尔理论对原子中光子的起源作了正确的解
释，可是他所描述的光子产生过程仍然是个谜。这种描述不
能从玻尔理论的任何假设中推导出来。
    玻尔理论的这种双重性很快就显示出来了。不能纳入玻
尔理论框框的新事实大量出现。当然，玻尔理论有它的优点。
在认识原子世界上，这个理论向前跨出了一大步。但这个理
论也有它的缺点。它虽然对许多不可能理解的事情作出了解
释，而且这些解释超过了经典物理学力所能及的范围，可是几
乎还有同样多的事情仍然没有得到说明。
    采取新步骤的时刻到来了。新的步子终于迈出了。迈出
第一步的就是法国物理学家路易·德布罗意。

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