2、20世纪量子力学的奇妙之旅

20世纪量子力学的奇妙之旅

1. 原子结构的早期探索

20世纪初，英国科学家欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）对原子的本质做出了惊人发现。他假设原子就像微小的太阳系，由带正电荷的微小原子核和像小飞机一样围绕它旋转的带负电荷的电子组成。此前，人们认为原子是一个简单的带有正负电荷的球形物质团，因此卢瑟福的见解意义非凡。

1920年，玻尔（Bohr）来到剑桥的卢瑟福实验室，爱上了卢瑟福的原子模型，但这个模型存在一个严重问题。如果将经典牛顿物理学应用于该模型，即带负电荷的电子围绕带正电荷的原子核旋转，电子最终会落入原子核并与之碰撞，这将产生灾难性的悖论，因为电子会在瞬间碰撞，那么万物都不应存在。玻尔意识到了这个问题，他怀着坚定的热情，推迟了自己的婚礼并取消了蜜月，致力于拯救卢瑟福的模型。他在一篇论文中假设电子在固定的、不可改变的轨道上运动，这与牛顿物理学的基础相悖，但借鉴了量子力学之父马克斯·普朗克（Max Planck）的新思想。

2. 普朗克与紫外灾难

普朗克提出，热和光以不可分割的单位存在，他将其称为“能量量子”。普朗克的想法源于他对黑体辐射实验的研究。在黑体辐射实验中，一个能完全吸收内部所有辐射（热量）的物体有一个腔体，允许部分辐射逸出。随着箱内热量增加，辐射频率达到人眼可见范围，会发出不同颜色的光。当时的瓷器制造商就知道，所有物体在特定温度下会产生固定颜色的光，具体如下表所示：
| 温度（°C） | 颜色 |
| — | — |
| 500 | 暗红色 |
| 800 | 樱桃红 |
| 900 | 橙色 |
| 1000 | 黄色 |
| 1200 | 白色 |