你一定不知道的，原子内部的秘密 03

本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统的讲述物理学本身，今天是第三季第4篇

自古希腊以来，人们一直从科学和哲学层面争论原子是否存在。

直到19世纪末和20世纪初出现大量的证据，人类才确立了“物质由原子组成”的原子论。其中最关键的两个证据：一个是爱因斯坦对布朗运动的解释以及对这一解释的实证材料；另一个是卢瑟福发现的元素的放射性转换。

放射性就是一种元素通过释放辐射而转变为另一种元素的过程。1911年，卢瑟福正式提出了他的原子模型。而这些知识我们在第二季物质的组成一节中已经讲过。(物质的组成)

这一节我们主要谈谈原子内部一个诡秘的现象。

其实我们在中学时代就很清楚，原子内部是由原子核和核外电子组成，然后就没有然后了，这是基于目前我们的认知。而事实是这样的，请往下看。

卢瑟福则告诉我们原子内部有一个很小的致密的原子核。原子的大部分空间是没有物质的，电子就散布在原子核的周围,这是我们已知的。

而在原子中，正负荷的原子核周围如果有固定不动的电子，那就会不稳定，因为带有负载荷的电子会被拉向原子核，无可抗拒。

如果它们像行星围绕着太阳运行那样围绕着原子核运动的话，原子仍会崩溃。

牛顿早就证明，任何做圆周运动的物体都经受加速度。根据麦克斯韦的电磁理论，如果它是个像电子那样的带电荷的粒子，在它加速的过程中，会以电磁辐射的形式连续不断地损耗能量。

思想理论

一个沿轨道运行的电子会在万亿分之一秒之内盘旋着落入原子核。

但是，物质世界的存在本身，就是反对卢瑟福这一带核原子模型的强有力证据。加速后的电子必然损失能量的问题，一直使人们努力推断稳定的原子应是怎样一个结构。

应用牛顿和麦克斯韦的理论，没有发现任何差错，据此预测电子会跌向原子核，丹麦物理学家玻尔于是认为，原子稳定性问题必须要有新的思维范式。他把目光投向了由普朗克不情愿地发现，又由爱因斯坦积极倡导的量子。

玻尔发现，有一种非常奇怪的现象与电子的量子跃迁相关联：在跃迁过程中无法说出电子空间在哪里。轨道之间、能量层级之间的过渡只能是即时发生的。否则的话，当电子从一个轨道迁移到另一个轨道的时候，它应该能连续辐射出能量。

在玻尔的原子中，电子不能占据轨道和轨道之间的空间。它就像变魔术一样，在一个轨道上消失的同时在另一个轨道上出现了。

1912年，玻尔尝试以量子的思维来思考。在辐射和物质的交互作用过程中，能量是以大小不同的量份被吸收和释放，而不是连续释放的。

玻尔对电磁辐射是由原子以量子方式释放和吸收的想法如获至宝。

玻尔利用量子概念提出了至今仍很重要的原子定态、量子跃迁等概念，即原子只能在特定的轨道上运行；它们通过吸收量子化的能量而跃迁到其他高能级的轨道上，当它们跃迁回低能级时，就会发射出光量子。

就这样，科学家们观测到了这种特定波长的光量子，即元素的特征谱线。这有力地冲击了经典理论，推动了量子力学的形成。玻尔模型基本上是卢瑟福行星模型的一个延续。

但是，在玻尔模型中，一系列的量子化条件被引入，从而使这个体系有鲜明的量子化特点。后来，卢瑟福评论说，量子化的原子是“思维对物质取得的一次胜利”。

这部分细节我们下一期再谈！