2、二十世纪量子力学的奇妙之旅

二十世纪量子力学的奇妙之旅

1. 原子结构的早期探索

二十世纪初，英国科学家欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）对原子的本质有了惊人发现。他假设原子就像微小的太阳系，由带正电的微小原子核和像小飞机一样绕其旋转的带负电电子组成。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，所以卢瑟福的见解非常卓越。

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，但存在一个大问题。如果将经典牛顿物理学应用于卢瑟福的模型，即带负电的电子绕带正电的原子核旋转，电子最终会落入并撞上原子核，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。玻尔看到了这个问题，他满怀热情，推迟了自己的婚礼并取消了蜜月，试图挽救卢瑟福的模型。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，他称之为“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，允许一些辐射逸出。随着盒子内热量增加，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，所有物体在给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 |

经典物理学家的实