如果把原子結構按比例放大,可以想象一下其異乎尋常的特點,如果原子核有一個足球那麼大,那麼最近的電子就得在它一公裡外遠的軌道上運轉,其他空間完全是空白的。換一種方式理解,如果把你身體的所有原子的空白空間抽走,那麼你將會縮小成一粒鹽那麼大,當然你的質量還是保持不變。而如果把全人類都做類似的壓縮的話,那麼七十億人口總體積大概會縮小成一個蘋果那麼大,原子完全不同於我們以前見到過的任何東西,它是如此的奇妙而不可思議。
但同時,原子的這種結構會讓人覺得有個問題,一個大問題。按照20世紀的可靠的科學知識和實踐經驗,電子會逐漸失去能量,速度變得越來越小而盤旋著墜向原子核,這種原子結構與當時已知的科學規律相矛盾。
毫無疑問,當時所有的科學家,包括愛因斯坦對此都覺得莫名其妙,他們願意為之獻身而研究著的科學規律理念在解釋原子時完全失效。研究原子需要新一代的科學家,需要沿著前輩們的步伐,需要更大膽的,富才氣的科學家,他們不像前幾代科學家那樣被已知的科學定律束縛想象力。
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新一代中的第一個就是尼爾斯波爾,1919年波爾來到英國在哥本哈根完成學業後,決定去國外的新物理研究中心留學,曼切斯特大學和歐內斯特盧瑟福吸引他來到英國。
波爾擁有非凡的才華,有時會過於沉迷於細節而不能自拔,據說波爾是通過一遍又一遍的閱讀狄更斯匹克威克的論文而學習英語的。波爾對盧瑟福的原子描述如此著迷,以至於把解開“原子有那麼多的空白空間卻又為什麼沒有崩潰”的謎題作為自己的科研任務。
作為新一代理論物理學家中的代表,他的思想無拘無束,並做好了拋棄人的直覺和普通常識的準備來尋找新的解釋,他開始尋找有關原子結構的線索,不是尋找物質,而是藉助神祕的奇妙的光的性質。
由於原子和光有著明顯的聯絡,大多數物體被加熱時會發光。幾個世紀以來人們已經認識到,不同的物質會發出各自特定顏色的光,就像是簽名一樣,比如銅發出綠色的光,鈉發出黃色的光,鋰發出紅色的光,這些顏色與不同物質相對應,我們稱之為“光譜”。
波爾偉大的洞察力意識到,藉助光譜,我們可以瞭解原子的內部結構,光譜可以解釋為什麼原子有內部的空間。波爾的想法是把物理學家盧瑟福所假設的“太陽系模型”原子結構取代為一種幾乎是不可能想象或預料到的新模式,拋棄空白空間和繞軌道執行的粒子等常規想法,而是取代為一種整個科學界都無法接受的新思維,量子躍遷!
量子躍前一種將花費大多數物理學家許多年的時間才能接受的新思維,用波爾自己的話說:如果你覺得自己已經理解了量子躍遷,那麼說明你還沒有完全理解的透徹,它是整個科學界中最複雜的概念之一,同時也是支撐著整個宇宙的概念!
波爾描述原子的結構並不是像太陽系,而是像一棟多層建築,底層是原子核的位置,電子位於上面的各個樓層。神祕的法則是電子只能位於除底層外的各個樓層上,而不能位於樓層之間。另外還有法則是這樣的,有時候電子會突然的從一層躍遷到另一層,我們稱這種現象為量子躍遷。
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