主题：【原创翻译】《量子》----第一部·量子 -- 奔波儿

对玻尔的成果最好的检验方法就是看看大家对量子原子的最初反应。1913年9月12日，“英国科学促进会（BAAS：British Association for the Advancement of Science）”第83届年会在伯明翰召开，玻尔的模型在大会上首次被公开讨论。当玻尔出现在听众席时，人群中一阵窃窃私语。参加会议的有汤姆森、卢瑟福、瑞雷和金斯，还有包括洛仑兹和居里夫人在内的外宾。“超过70岁的老人就不必对新理论草率发表什么观点了”，当有人征询瑞雷对玻尔原子模型的看法时，他的回答颇具外交辞令的色彩。但是，在私下里，瑞雷根本不相信“大自然会是这种面目”，而且坦承自己“无法接受这是一种真实存在的现象”。汤姆森也对玻尔的量子化的原子持反对态度，认为根本就没有这个必要。詹姆斯·金斯的态度是先不着急发表什么意见，他在一份报告中指出针对玻尔模型的唯一的检验方式就是找出“一个具有决定意义的成功范例”。

在欧洲大陆，人们对量子原子的态度是普遍的不信任。“这是胡扯！麦克斯韦方程组在任何情况下都会成立”，马克斯·冯·劳厄在一次激烈辩论中说，“环形轨道上运行的电子必须要释放辐射。”保罗·埃伦费斯特则开诚布公地对洛仑兹说玻尔的原子“让我感到绝望”。“如果这就是达到目标的方式，”他继续说，“我一定会弃物理学而去。”在哥廷根，玻尔的弟弟哈纳德则告知哥哥大家对他的研究非常感兴趣，但却一致认为他的假说过于“勇敢”和“奇妙”了。

玻尔的理论还是取得了初步的胜利，因为他赢得了包括爱因斯坦在内的一些人的支持。当时，大家认为太阳的光谱线序列是来自氢元素，但根据玻尔的计算，这些序列实际是来自离子化的氦，即原来拥有两个电子的氦现在却失去了其中一个。玻尔对于这条皮克林---福勒谱线（Pickering-Fowler Lines）的解释与其发现者们的看法差别很大。谁才是正确的呢？在曼彻斯特大学，根据玻尔的请求，卢瑟福的研究团队对这条谱线做了详尽的调查，最后给出这个问题的答案。就在伯明翰的BAAS年会开幕前，他们验证了丹麦人所主张的皮克林---福勒谱线是由氦引起的论断。九月底的时候，爱因斯坦在维也纳从玻尔的好朋友乔治·冯·海韦西那儿听说这个消息的。“爱因斯坦的大眼睛，”海韦西在写给卢瑟福的信中报告说，“睁得越发显得大了，他对我说：‘那么，这就是最伟大的发现之一’。”

玻尔的论文三部曲的最后一篇是在1913年11月发表的，当时，卢瑟福的研究团队中的亨利·莫塞莱（Henry Moseley：1887～1915）通过实验验证：对于任何元素而言，其原子核所带有的电荷数，即原子数是一个整数，而且决定了它在元素周期表中的位置。玻尔在七月份访问曼彻斯特的时候和莫塞莱谈起了原子，随后这个年轻的英国小伙子就开始用电子束轰击不同的元素，并检测了X-射线的频谱。

当时，人们已经知道X-射线是一种电磁波，其波长仅为可见光的几千分之一，当带有足够能量的电子轰击金属时，就会产生X-射线。玻尔认为当最内侧轨道的一个电子被轰出了原子以后，就会有较高能级处的电子进入最内侧的轨道去填补空位，并释放出X-射线。这两个能级间是存在能量差的，而这一跃迁过程中所释放的能量就是X-射线。玻尔意识到，依靠自己的原子模型，利用所释放的X-射线的频率就可以得到原子核的电荷数。在和莫塞莱讨论时，他谈到了这个有趣的想法。

莫塞莱精力异常旺盛，当其他人都去睡觉的时候，他却留在实验室，通宵达旦地工作。他花了几个月的时间测量了从钙到锌在内的很多金属所释放的X-射线的频率。他发现当他所轰击的元素越来越重时，所激发的X-射线的频率也随之增高。莫塞莱预测了一些人们还未发现的元素，即原子数为42，43，72和75的这些元素，他所基于的认识就是每种元素都会产生一套独特的X-射线谱线，而在元素周期表中相邻的元素应该具有类似的谱线。莫塞莱逝世以后，这四种元素先后被人们所发现。第一次世界大战爆发后，莫塞莱加入皇家工兵部队，担任信号官。1915年8月10日，在加里波利（Gallipoli），莫塞莱因被子弹贯穿头部而死。这位很有可能获得诺贝尔奖的年轻人，就以这种悲剧方式告别了人世，年仅27岁。卢瑟福个人对莫塞莱予以很高的评价，他称赞他是“一位天生的实验学家”。

由于玻尔成功地预测了皮克林---福勒谱线，再加上莫塞莱所做的与原子核电荷相关的突破性发现，量子原子开始赢得越来越多的支持。1914年4月，使这一模型被人们广泛接受的更重大的转折点到来了，年轻的德国物理学家詹姆斯·弗兰克（James Franck：1882～1964）和古斯塔夫·赫兹（Gustav Hertz：1887～1975）在用电子轰击汞原子的时候发现电子在撞击过程中损失了4.9eV的能量。弗朗克和赫兹认为他们成功地测量出将一个电子从汞原子上轰击下来所需要的能量。但是，由于当时德国物理学界对玻尔的理论普遍持批判态度，他们并没有读到玻尔的文章，因此对他们的测量数据进行解释的任务就落在了玻尔的头上。

如果轰击汞原子的电子所带有的能量少于4.9eV，则风平浪静。但如果电子的能量高于4.9eV，则在撞击发生时，它将失去这部分能量，同时汞原子会释放出紫外线。玻尔指出4.9eV就是基态与第一激发态之间的能量差值，这会引发汞原子内部的电子在这两个能级之间进行跃迁，而这两个能级间的能量差正好可以根据玻尔的原子模型准确预测。当电子回到第一能级，汞原子即恢复基态，这时，它会释放出一份量子能量，这份能量所引发的就是汞的谱线图上的紫外光，其波长为253.7nm。弗朗克---赫兹实验的结果为玻尔模型以及原子能级的存在提供了最直接的证据。虽然弗朗克和赫兹起初对他们的结果解释上犯了错，但他们还是因此被授予1925年的诺贝尔物理学奖。

第四章·量子原子（8）

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