了得網自然科學_像物理學家一樣思考

玻爾的原子模型 1913年，丹麥物理學家玻爾提出了一個**合理的學說，使他得到了諾貝爾獎。他的學說跟物理學上的大部分觀念一樣，基本上是很簡單的。
玻爾不從“理論上已知”的原子結構著手。他從他“真正知道”的著手，也就是說從原始的分光資料著手。玻爾推測，電子與原子核的距離並非隨隨便便，而是有一定的軌道，或者說有一定的“外殼”。這些外殼(理論上數量無限)與原子核之間都有一定距離，每一個都帶有一定數量的電子，不會超過。假設一個原子的電子數量已經超過**層外殼能夠容納的數量，超過的就會擠到第二層。如果原子的電子數超過**層和第二層外殼能夠容納的數量，超過的就會擠到第三層；依此類推：外殼層 1 2 3 4 5…… 電子數 2 8 18 32 50…… 玻爾這裡的數字是依照氫原子計算出來的。氫原子隻有一個電子；所以，依照他的理論，這個電子與原子核將一直維持*近的距離。換句話說，這個電子會一直在**層外殼上面。這就是氫原子的*低能量狀態。不論是哪一種原子，其*低能量狀態物理學上都稱之為“基態”。氫原子如果受到刺激，它的電子就會跳到外殼上來。跳到第幾層，跳多遠，要看我們加給它多少能量而定。原子隻要確實加熱了(熱能)，它的電子就會跳得很遠，一直跳到某一層外殼上面。能量越小，跳的距離越小。然而，這個電子(隻要不再加熱)隨時都會回到裡面的外殼；*後便回到**層。電子由外面的外殼跳回裡面的外殼時會放出能量，這就是光。這個時候，它放出的能量即等於向外跳時吸收的能量。玻爾發現，氫原子回返基態(**層外殼)一路上所有可能的跳躍方式，其數目即等於氫光譜上色線的數目。
這就是玻爾對這一個“大鋼琴”的奧秘**的解說。假設在氫原子裡面，電子隻跳躍一次就從外面一路上回到*裡面的外殼，那麼它就釋出某一定數量的能。這在氫光譜上就是一條線。假設電子從外向內小小跳躍一下，那麼它就釋出某一個小小的能量。這在氫光譜上又是另一條線。如果電子是由第五層回到第三層，這又是另一條線。如果是從第六層回到第四層，再從第四層回到**層，這就是另外的兩條線，依此類推。這樣，我們就可以解釋整個氫光譜現像了。
換一個方式，假如我們不用熱而是用白光刺激氫原子，這樣產生的便是我們前面說過的吸收現像。每一個電子由裡面的殼向外面的殼跳的時候，所需要的能量都是一定的，不多也不少。由**層外殼向第二層跳時，需要某一個能量，但也隻需要這一個能量。由第五層跳到第七層也是一樣，依此類推。電子每次由裡面的殼向外面的殼跳所需要的能量都是一定的，不多也不少。
我們用白光照射氫原子的時候，我們給它的是一個備有各種能量的超市。可是它並不能全部都用。它隻能用其中一定的量。譬如說，如果電子由**層外殼跳到第四層，它就會從我們給它的包裹之中拿掉其中的一包。它拿掉這一包以後，就會在原本完整的白光譜上形成一條黑線。從第三層跳到第四層是另一條黑線。從**層跳到第二層，再從第二層跳到第六層，又是另外兩條黑線(跳躍的方式各式各樣)。
總歸一句話，如果我們用自光對著氫氣照射，然後再通過稜鏡，所得的結果便是我們熟悉的白光譜，隻不過上面有一百條以上的黑線罷了。這些黑線每一條都對應了氫原子由內往外跳時的某一個能量。
白光譜上面這些黑線構成的形態，正好就是我們將氫氣光直接照到稜鏡上所得到的形態——隻是黑線換成了色線，而其餘部分則**消失。當然，這些色線都是電子回返內層外殼時造成的。在這個過程中，電子釋出的能量即等於它*初往外跳時所吸收的能量。玻爾的理論使物理學家得以計算出氫原子發光的頻率。這樣計算出來的數字與實際觀察的情形一致。
大鋼琴的奧秘就這樣解決了！玻爾於1913年發表這個理論。不久一群物理學家就把這個理論應用在其他元素上面。在電子數很多的原子，這種計算過程是很復雜的。而且，關於原子現像的性質，物理學家的問題並沒有因此**得到解答。可是，物理學家卻由這個工作得到了許多知識。
就像這樣，這些應用玻爾的理論，甚至做進一步發展的物理學家，大部分都是“技師”。玻爾則是“科學家”，是新物理學家的創始人。
但是，這並不是說技師不重要。技師與科學家形成一種合作關繫。玻爾如果沒有充分的分光數據任他使用，就不可能構成他的理論。這些分光資料，都是實驗室裡無數工作累積的結果。此外，以玻爾一個人的力量亦不足以進一步充實他的理論。技師將他的理論應用在其他元素上，因而為他做了這件工作。技師是科學界裡面很重要的人。然而，因為我們這本書講的是物理師父，而不是技師，所以從現在開始，我們凡是講到“物理學家”，指的都是兼為科學家的物理學家；換句話說，就是那些不為“已知 ”事物所限的人或物理學家。就我們對物理師父有限的了解而言，物理師父就是從這些人裡面出來的。
凡是討論物理學的書都有一些無法克服的難題。**，要講的東西太多，就算是寫二十本都寫不完。而且，每一年出版的“新”材料也很多，所以即使是物理學家也都沒辦法與整個物理學領域齊頭並進。我們*多隻能在閱讀上“節食”，在某一方面跟上潮流而已。相對於本書收入的材料而言，沒有收入的當然*多。關於物理學，不管你學了多少，總是有一些 “新”的你不知道。物理學家同樣有這個問題。P13-15

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