主题：【原创翻译】《量子》----第一部·量子 -- 奔波儿
家园 好文...花.. 小问题.
被命名为“底层态（Ground State）一般翻译成基态.
家园 【原创】《量子》----第四章·量子原子（2） 除了假设电子围绕着原子核运行，就像是行星绕着太阳那样，卢瑟福再没有谈到原子内部的电子是如何分布的。但是，如果电子是以环状绕行原子核，电子所带的相同电荷会导致彼此之间产生排斥力，从而引起该分布状态失去平衡。电子的分布状态也不可能是静态的；由于相异电荷会互相吸引，电子会被吸入到带有正电荷的原子核。事实上，玻尔在其备忘录中也用文字记录了他的这一看法：“如果电子是静止的，则原子不可能达到均衡状态。”这个年轻的丹麦小伙子需要解决的问题层出不穷。电子不能是环状分布，不能是静态的，也不能环绕原子核。最后，在原子中央，还有这样一个微小的点状的原子核，如果想确定卢瑟福模型中的原子半径根本是无迹可寻。
尽管在其他人看来，这种失稳问题说明卢瑟福的原子模型是错误的，但玻尔却认为这反而说明了现有的物理学理论在这个问题上已达到极限。卢瑟福发现了辐射现象是由“原子核”而不是由“原子”引起的，还有他在放射性元素（后来被索迪命名为“同位素”）以及原子核方面的开创性工作都使玻尔坚信卢瑟福的模型一定是稳定的。虽然用现有的物理学理论无法解释，但并不意味着它会引起原子结构的崩溃。玻尔必须要回答一个问题：为什么不会？
牛顿和麦克斯韦的物理理论已经无数次被实践证明是无可挑剔的，并且预言了电子会和原子核相撞，玻尔觉得“稳定性问题必须得从另外一个视角来解决”。按照他的想法，如果要避免卢瑟福的模型发生崩塌，必须要对其做出“根本性的”改变，他的眼光放在了量子上面。当时，普朗克虽然发现了量子但对它的态度却有些暧昧，而爱因斯坦却在量子研究方面高歌猛进。当辐射与物质发生能量交换时，能量的吸收和释放并非是连续的，而是通过大小不一的能量包进行传递的，这种观点与那些久经岁月洗礼的“经典”物理学理论完全来自两个世界。尽管他和绝大多数人一样，对爱因斯坦的光量子理论持质疑态度，他却明白原子“在一定程度上是由量子统治的”。但是，在1912年的九月，他对这种统治方式一无所知。
终其一生，玻尔都喜欢阅读侦探小说。就像那些优秀的私人侦探，他得从犯罪现场寻找线索，而这第一个线索就是所推测出的不稳定性。当然，卢瑟福的原子模型应该是稳定的。玻尔突然有了一个主意，而这个主意对他正在进行的调查至关重要，这就是静态状态的概念。普朗克已经构建出黑体辐射的公式，而且能够准确地解释实验数据，正是在推导公式的过程中，他提出了量子的概念。玻尔也采用了相同的策略。他是从重建卢瑟福的原子模型入手的，而同时他要确保电子在围绕原子核运行时，不会辐射出能量。稍后，他会试图对他的研究做出调整。
经典物理学对原子内部的电子的运行轨道没有施加任何限制，但是玻尔却加上了约束条件。就像是一位按照客户的严格要求设计大楼的建筑师，他将电子约束在一些“特定的”轨道上，而在这些轨道上，电子既不会连续释放辐射，也不会沿螺旋轨迹坠入原子核。这真是一个天才的想法。玻尔认为在原子世界某些物理理论是不适用的，而且他需要对电子的运行轨道进行“量化”。普朗克是通过想象中的振子对能量的吸收和释放进行量化的，并最终推出了自己的公式，而玻尔所做的与此类似，他首先抛弃了一个被人们广泛接受的认识，即电子可以在任何距离上环绕原子核运行。他认为电子只能沿着屈指可数的固定轨道运行，这些轨道就是所谓的“定态（Stationary States）”；而根据经典物理学的理论，电子的轨道可以有很多种选择。
作为一名理论物理学家，玻尔必须得将这个充斥着活跃电子的原子模型拼装起来。他当下就有一个非常激进的想法，但这是一种缺乏说服力的循环论证，而且这个想法与已有的物理学理论相左，即电子仅沿特定的轨道运行，而且在这些轨道上不会辐射能量；而电子之所以不会辐射能量，是因为它们沿这些特定轨道运行。除非他能够对这种稳定状态，即这些电子运行的特定轨道，给出一个符合现实的物理解释，否则他所做的一切不过是搭建了一个脚手架，而其所支撑起的所谓原子结构根本无人相信。
通宝推：可爱的中国,
本帖一共被 2 帖 引用 (帖内工具实现)家园 【商榷】第三段&第四段 如果要捍卫卢瑟福模型，必须要对其做出“根本性的”改变He understood that to save Rutherford’s atom would require a ‘radical change’,
因为做出根本性的改变实际上也推翻了卢瑟福模型，所以应该这么译：
如果要避免卢瑟福的原子坍塌，必须要对其做出“根本性的”改变
在一定程度上是由量子统治的was in some way regulated by the quantum
是由量子通过某种手段来调节的……他对这种调节方式一无所知
第四段
静态状态stationary states
定态
家园 第一处和第三处，同意 第二处，我还是觉得regulate翻译成“统治”更恰当一些。玻尔所创建的原子模型本身就是量子原子模型，而量子在其中的作用和地位，用“调节”没有“统治”好，而且不影响技术性表述。
另外，我的观点是，翻译的时候，在涉及到技术性内容的时候，要做到尽可能可能严格，在不影响意思的前提下，可以稍微形象化一点，便于受众理解。至于其它的内容，则以易于理解为侧重点。所以我常常是翻译完以后，扔下书，再修改一下文字。当然，“信达雅”这一准则是应该奉行的，俺们一直在努力。
家园 好文章 记得中学时候，最喜欢看这些科学家的故事，当时还幻想着将来当科学家来着，现在想来恍如隔世。
可这类科普的书越来越少了，不知道如今的孩子们除了背背课本，是否知道书上那些理论究竟是怎么来的，
上帝从不掷色子，信否。
家园 【原创】《量子》----第三章·金色的丹麦人（1） 英格兰曼彻斯特，星期三，1912年6月19日。
“亲爱的哈纳德，我可能已经窥探到了原子结构的门径，”尼尔斯·玻尔在写给弟弟的信中说。“千万别对任何人说起这件事情，”他告诫说，“否则我以后有啥事儿再不会马上就写信告诉你。”对玻尔而言，保持缄默是必需的，因为他想做的是每一位科学家能梦寐以求的一件事情，那就是揭示“构成物质的最小单位（A little bit of reality）”。玻尔还有一些工作没有完成，但是他“急不可待想尽早完成，为此，我特意从繁重的实验室工作中挤出那么几天（这也是秘密）”。但实际上，这位二十六岁的丹麦小伙子所花费的时间要远远超过他的最初估计，最后他将自己尚未成熟的观点写一个论文系列，包括三篇标题均为“关于原子和分子的结构（On the Constitution of Atoms and Molecules）”的文章。第一篇发表于1913年的六月，这是一篇真正具有革命意义的论文，因为玻尔将量子理论首次引入到原子的世界。
1885年10月7日是艾伦·玻尔（Ellen Bohr）的25岁生日，也就是在这一天，她在哥本哈根生下了一个儿子，并给他取名为尼尔斯·亨瑞克·戴维·玻尔（Niels Henrik David Bohr）。生下这第二个孩子以后，艾伦带着婴儿返回自己的娘家修养一段日子。基督堡（Christianborg Castle）是丹麦议会所在地，隔着一条鹅卵石街道是沙滩街（Ved Stranden）14号，这是本城最豪华的大宅子。艾伦的父亲，即小玻尔的外公，是一位银行家，同时也是一位政治家，是丹麦最富的人之一。玻尔一生住过很多华美的大宅子，外公家是他住过的第一个这样的住宅，他和母亲只待了不长一段时间就一起回家了。
克里斯蒂安·玻尔（Christian Bohr：1855~1911）是哥本哈根大学的一位著名的生理学教授，他发现了血红蛋白释放氧气的过程中二氧化碳所起的作用，这一成就加上他在呼吸系统方面的研究为他赢得了诺贝尔生理学及医学奖的提名。哥本哈根大学的外科医学院有一所宽敞的住宅，玻尔一家从1886年就住在那里，一直到1911年，那一年，玻尔的父亲英年早逝，年仅56岁。这所住宅位于城市里最时尚的街区，从那儿走到当地的学校只需十分钟，这对玻尔家的孩子们来说非常方便。姐姐珍妮（Jenny）比尼尔斯大两岁，弟弟哈纳德（Harald）则比他小十八个月，家里有三位女佣和一位保姆照顾他们。在当时的哥本哈根，由于人口膨胀，普通人家的住宅杂乱拥挤，而玻尔家的孩子的童年生活则是相当的舒适而优越。
由于父亲的学术声誉和母亲的社会地位，玻尔家总是宾客盈门，丹麦顶尖的科学家、学者、作家和艺术家都是家中的常客。其中有三位客人和玻尔的父母关系熟络，和孩子们的父亲一样，都是丹麦皇家科学与文化协会的会员，他们是物理学家克里斯蒂安·克里斯琴森（Christian Christiansen：1843～1917）、哲学家哈那德·霍夫丁（Harald Hoffding：1843～1931）和语言学家维纳海姆·汤姆森（Vilhelm Thomsen）。每次皇家协会开完周会，大人们都会轮流到四人中的一家继续他们的讨论。当轮到波尔的父亲做东时，尼尔斯和哈纳德被允许旁听，两个小家伙会好奇地看着大人们在那儿热烈地辩论问题。在当时的欧洲，一股世纪末（fin-de-siècle）的思潮正在泛滥，这常常是这几位睿智之士的讨论话题，对孩子们来说，能亲历这种文化讨论是一件很幸运的事情。尼尔斯后来回忆说这些讨论在他们幼小的头脑中打下了“最初的也是深刻的烙印”。
玻尔在学校念书的时候，他的数学和科学成绩非常优秀，但是他不喜欢语言课。“那时，”他的朋友回忆说，“一到课间休息时间，他总是玩得很疯。”哥本哈根大学当时是丹麦唯一的一所大学，玻尔在1903年入校学习，而当时的爱因斯坦已经在伯尔尼的专利局工作了一年多时间了。1909年，玻尔获得了硕士学位，而爱因斯坦则已经在苏黎世大学成为一名理论物理学的正教授，并且第一次获得了诺贝尔奖的提名。玻尔也获得了自己的荣誉，虽然与爱因斯坦相比有些微不足道，那是在1907年他二十一岁的时候，凭借一篇关于水的表面张力的论文，玻尔获得了丹麦皇家协会的金质奖章。玻尔的父亲曾经在1885年的时候获得过银质奖章，他对儿子能超越自己感到非常骄傲，经常对人说“我是银子，但尼尔斯则是金子”。
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本帖一共被 2 帖 引用 (帖内工具实现)家园 【原创】《量子》----第三章·金色的丹麦人（12） 在卢瑟福劝阻玻尔发表他的创新观点之后没过多久，一篇新鲜出炉的论文吸引住了玻尔的眼球。这篇文章是卢瑟福的同事中唯一的那位理论物理学家查尔斯·高尔顿·达尔文（Charles Galton Darwin：1887～1962）的大作，此人的祖父就是那位著名的博物学家。这篇文章的着眼点是那些穿透物质的α粒子的能量衰减问题，至于那些被原子核散射的粒子不在讨论范围。这个问题最初是由汤姆森在调查他的原子模型时提出的，但现在达尔文在使用卢瑟福的原子模型时再次探讨了这个问题。
盖革和马斯登观测到了大角度散射的α粒子，卢瑟福利用这些数据进一步发展了自己的模型，他认识到原子中的电子不足以引发这种大角度散射，故而可以忽略它们的影响。因此，在构建以任意角度散射的α粒子所占比例的公式时，卢瑟福将原子实质上是当作一个单独的原子核来对待的。这之后，他只是简单地认为原子核居于原子的中心，其四周围绕着电子，但却没有提及电子是如何分布的。达尔文在自己的文章也使用类似的方法，但他是反其道而行，忽略了原子核对α粒子的影响，而专注于电子。
至于在卢瑟福的原子模型中，电子应该如何排布，达尔文自己也不确定，他认为，最有可能出现的情况是电子均匀地分布在原子的整个空间或者表面。达尔文的结果主要取决于原子核所拥有电荷的多少以及原子的半径，但他发现不同原子半径给出的（测量）结果与已有的计算结果不一致。当玻尔读到这篇文章的时候，他很快就意识到达尔文走到了错误的方向，因为达尔文眼中的电子是自由活动的，而不是被约束在带有正电荷的原子核周围。
玻尔最杰出的才能就是他能够找到现有理论的问题，并在此基础上进行发展。这一本领使他在整个职业生涯中受益匪浅，而且他经常能是通过发现自己工作的问题，以及和其他人结果不一致的地方，进而开展工作的。这一次，达尔文的错误成为了玻尔的出发点。卢瑟福和达尔文将原子核和电子分别单独对待，并忽略了另一方的存在。玻尔意识到如果一种理论要想成功地解释α粒子是如何与原子的电子互相作用的，那么它可能会揭示原子的真正结构。当他着手纠正达尔文的错误时，往日那种因为卢瑟福慢待他的研究成果而带来的不快情绪早已随风而去。
玻尔一改自己以往那种方式来草拟书信，哪怕只是给弟弟写信。“那一刻，我的感觉好极了，”玻尔向哈纳德保证，“几天前，我对α射线的衰减问题有了一些小小的想法（这个问题是这么回事儿：我们这儿有一位年轻的数学家---C.G. 达尔文（那位著名的达尔文的孙子），他针对这个问题发表了一篇论文，但是我觉得他的理论在数学上存在问题（但只是很微小的错误），而且在基本概念上也犯了错。我也对这个问题进行了一点推导，我的理论，大概也不算什么，但可能会有助于揭示原子的结构）。预计不久之后，我就会就此发表一篇小文章。”由于没有规定他必须要去实验室，他承认这对自己“专心致志于他的这个理论研究带来了极大的方便”。
在他准备在自己草草搭起的理论架构上添砖加瓦之前，整个曼彻斯特大学，他唯一能够一吐为快的人就是卢瑟福。尽管卢瑟福对丹麦人所要研究的方向感到有些吃惊，但他还是认真倾听了玻尔的想法，而且这一次他鼓励玻尔坚持下去。由于得到了卢瑟福的批准，玻尔不再去实验室。因为他在曼彻斯特的时间所剩无几，他觉得压力颇大。他在7月17日写给哈纳德的信中说“我想自己已经发现了一些东西；起初，我愚蠢地认为几天就能搞定，但要真正把东西做出来，我显然要花费更长的时间”，这时距离他们第一次分享这个秘密已经过去了一个月。“我希望在启程之前自己能写出一篇小文章给卢瑟福看，因此我很忙，非常之忙；但曼彻斯特这儿的酷热却让我的疲乏雪上加霜。我是如此渴望能和你畅谈一番！”他想告诉弟弟他准备修正卢瑟福模型的错误，那就是把它变成一个量子原子（Quantum Atom）。
（第三章完）
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本帖一共被 2 帖 引用 (帖内工具实现)家园 【原创】《量子》----第三章·金色的丹麦人（11） 玻尔掌握了揭示原子奥秘的钥匙，即放射性实质是一种由原子核引发的现象，而不是由原子引起的。基于这一认识，玻尔指出在放射性衰变过程中，一种放射性元素在变成另一种元素的同时会释放出α、β和γ射线，这种现象与原子核相关。玻尔认为如果他的这一理论是正确的，那么当带有92个正电荷的铀原子核在蜕变成铀-X时，会释放出一个α粒子，失去两个正电荷，这样原子核所带的电荷数将降至90。为了保证原子的中性特点，这个新的原子核不可能控制住所有的92个电子，因此必然会有两个电子瞬时逃逸。在放射性衰变过程所产生的新的原子，为了保证其中性特点，都必然会在一瞬间获得或者失去电子。而这个拥有90个正电荷的原子核的所谓的铀-X元素，实质上是钍的一个同位素。根据玻尔的解释，它们的“原子核都具有相同的电荷数目，但它们的质量及其原子核的结构是不同的”，这也就是为什么那些试图将原子重量为232的钍与“铀-X”，即钍-234分离的人总是不能如愿以偿的原因。
玻尔对放射性衰变的解释是建立在原子核这一层面的，他回忆说这一理论说明“元素在发生放射性衰变的时候，与原子重量的变化没有任何关系，如果它的原子核释放出一个α粒子，它将失去两个正电荷，同时在元素周期表中退后两步；如果它释放出一个β粒子，则其原子核会得到一个正电荷，而在元素周期表中会相应前进一步”。例如，铀发生衰变的时候，释放出一个α粒子，转化成钍-234，其在元素周期表中的位置将后退两步。
β粒子是一个快速移动的电子，其电荷为-1。如果原子核释放出一个β粒子，它的正电荷相应增加一个。这就好比是有两个粒子，一个为正，另一个为负，它们和谐共处一室，而一旦出现电子逃逸现象，这种平衡就被打破，则正粒子就相应增多出来一个。因此，这个发生了β衰变的新原子就比老的原子多出了一个原子核电荷，则其在元素周期表中就会向前移动一位。
当玻尔向卢瑟福讲述他的观点时，后者警告他说“在没有足够的实验证据支持的前提下，任意发挥”是非常危险的。这让玻尔非常诧异，他没想到到自己会被卢瑟福泼了一盆凉水，但他还是试图说服卢瑟福“这将是支持他的原子模型的最有力的证据”。可是，他失败了，部分原因是因为他无法用英语清晰地解释自己的思想。而卢瑟福自己当时正忙着写一本书，根本没有时间去认真思考，因而对玻尔的这一工作成果居然就视若无睹了。按照卢瑟福的看法，尽管α粒子是从原子核中释放出来的，但是β粒子至多只是放射性原子释放出的电子而已。玻尔曾经五次企图说服卢瑟福接受自己的理论，可是卢瑟福对此一直持质疑态度，自然不可能顺着玻尔的逻辑思路得到相同的结论。玻尔感到卢瑟福现在对他还有他的理论已经失去了耐心，于是决定先让这件事情暂缓一阵子。但是，有人却不这么想。
弗雷德里克·索迪不久就发现了与玻尔的观点一致的“位移定律（Displacement Laws）”。不过，与年轻的丹麦小伙子不同，即使没有得到权威们的认同，索迪照样会将自己的研究成果对外公布。索迪是大家公认的那种会在原子研究领域带来突破性进展的人，但是没有人会料到第一个引入这一重要观点的人会是一位42岁的性格孤僻的荷兰律师。1911年7月，在一篇投到《自然》杂志的短篇文章中，安东尼·约翰内斯·范登布鲁克（Antonius Johannes van den Broek：1870～1926）指出任一元素的原子核所带电荷数是由其在元素周期表中的位置决定的，而这个位置应该是指原子数（Atomic Number），而不是什么原子重量（Atomic Weight）。范登布鲁克的观点是受到了卢瑟福的原子模型的启发，但是其理论所基于的很多基本假设后来都被证明是错误的，例如他假定原子核的电荷数是元素原子重量的一半。卢瑟福对此非常恼火，在他看来，一个律师发表“一堆没有充分证据支持的猜想就是瞎胡闹”。
由于没有得到任何人的支持，范登布鲁克在1913年11月27日发表在《自然》期刊上的另一篇文章中，抛弃了他以前提出的原子核所带电荷数为原子重量一半的假设。在这之前，盖革和马斯登在他们发表的一篇文章谈到了α粒子散射现象的最新研究成果。一周以后，索迪向《自然》期刊寄去一封信，谈到范登布鲁克的观点清晰地解释了他的位移定律。随后，卢瑟福也表达他的支持：“范登布鲁克提出原子核的电荷数目与原子数相等，但并非等同于原子重量一半，这个创新性的观点在我看来是如此光芒四射。”他曾经反对玻尔所提出的类似的观点，但在18个月之后却亲自写信盛赞范登布鲁克的文章。
由于卢瑟福的消极态度，玻尔永远地失去了正式发表“原子数”这一概念的第一人的荣誉，而索迪却籍此于1921年获得了诺贝尔化学奖，对此，玻尔从未对人抱怨过。“他对自己所做出的判断总是信心十足，”玻尔每念及此总是很动情，“而且我们每个人都对他强大的人格魅力万分崇拜，这种感情在他的实验室中给予每个人无穷的灵感，而且他谦和而热忱地关注所有人的工作，促使我们每个人都全力以赴来作为回馈。”事实上，玻尔依旧将能从卢瑟福口中获得肯定视作是“我们每个人所期盼的最好的奖励”。如果其他人遇到类似的事情一定会沮丧不堪牢骚满腹，但玻尔却能泰然处之，为什么呢？原因很快就会揭晓。
本帖一共被 2 帖 引用 (帖内工具实现)家园 天哪，玻尔还真看得开 因为卢瑟福的官僚怠慢错失了诺贝尔化学奖，还能一如既往的相信卢瑟福并与之合作，这还真得需要很开明的人才能做到。