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第二十七章 相对论和量子论(2)
待自己理论的革命性的。从1913年到1924年,他肯定在尝试尽可能使他的理论包容更多的经典概念,以使其以quot;符合伟大传统quot;的形态出现。然而,玻尔在谈到他最初的理论时,只是称其为原子quot;模型quot;,这使人想起了爱因斯坦在1905年他的光量子论文中使用的特定的用语quot;启发性quot;。到了20年代初,几乎没有任何人怀疑玻尔理论的革命性,绝大多数哲学家都意识到了这一点。玻尔理论后来的发展包括,从单电子原子(氢)扩展为双电子原子(氦);引进椭圆轨道的概念。许多物理学家对这一伟大理论的发展做出了贡献,除玻尔外,另一位重要的人物是A.索未菲。同所有革命性的科学思想一样,玻尔的量子论也没有立即得到科学界的普遍接受,尽管他与实验发现的规律在数值上符合得更好。或许这种推迟的原因并非由于玻尔原子模型和光谱量子论本质的革命性,而是由于第一次世界大战的影响。大战后,几乎每一个著名的科学家都对量于论发展的重要结果产生了浓厚的兴趣。

    玻尔理论本质上是与爱因斯坦的理论联系在一起的,因为二者都假定电子与光子相互作用的方式是一对一的。在表述光电效应时,爱因斯坦考虑了光子具有足够的能量引起吸能电子辐射并脱离物质表面的情况,而这种情况在玻尔理论中是一种极端条件间离子化);当光子能量较小时,电子不会脱离原子,仅仅quot;跃迁quot;到更高的轨道。玻尔理论中令人难以置信的困难是所谓分立态与定态概念,也就是轨道的概念。而且,正如爱因斯坦一样,玻尔也提出了一个直接同麦克斯韦物理学基本原理相矛盾的假设。麦克斯韦认为,在电场(原子核周围的正电场)中运动的带电体(电子)必然发生辐射。按照所有已被接受的物理学原理,一个轨道电子必然会因为辐射的缘故不断地减少它的能量,那么它的运动轨道也就会不断地降低直至最终落入原子核内。但玻尔假定,一个电子能够在稳定的轨道上绕原子核旋转,而不会释放能量而发生辐射,这就是影响这一理论被接受的主要障碍。M.V.劳厄就是反对者之一,他怀疑玻尔理论的主要理由是其直接违反麦克斯韦物理学。

    那些在3O年代开始学习物理学的人如我本人,一定会回忆起当时的情景。那时,量子论课程(以及许多教科书)的特点之一就是先进行一番历史回顾,然后才开始正题。在历史回顾中,学生们可以一步步地了解到古典辐射理论(包括能量均分原理)的失败以及(普朗克和爱因斯坦开创的)量子论发展的各个阶段。然后,讨论光谱学原理和玻尔理论对这些原理的阐释,接着是索末菲将玻尔理论中的圆轨道发展成椭圆轨道。这一阶段往往特别强调密立根,弗兰克和赫兹的实验的历史意义。最后,学生们会逐步学到电子的自旋,量子数的概念以及伟大的泡利不相容原理。现在看来,之所以对量子论被接受的原因进行历史考察,是因为授课的教授们和教科书的作者们感到有必要让学生们了解前辈科学家们的经历,他们是如何转变的,是如何被迫接受一个全新的观念与尚不完善的物理学基础的。这就是量子论革命性质的一个标志。

    深入研究玻尔1913年至1923年发表的著述可以发现,尽管他运用了普朗克常数并涉及爱因斯坦的光电效应理论,但他并没有明确宣布赞同光量子理论。这就是说,他的工作主要是研究电子轨道(也就是能级)发生变化时光的吸收和辐射问题,而不涉及光的本性和光的传播。在其原始论文(1913)中,玻尔承认了他引进了一个quot;与经典电动力学原理不相容的量,即普朗克常数quot;(见霍尔顿和库恩1969;米勒1984)。现在看来,玻尔理论似乎是经典力学用于确定稳定态的量子化概念以及不连续假设的奇异结合。玻尔(1963,
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