科学界最复杂的概念之一,揭示了原子微观世界深藏的奥秘!

如果把原子结构按比例放大,可以想象一下其异乎寻常的特点,如果原子核有一个足球那么大,那么最近的电子就得在它一公里外远的轨道上运转,其他空间完全是空白的。换一种方式理解,如果把你身体的所有原子的空白空间抽走,那么你将会缩小成一粒盐那么大,当然你的质量还是保持不变。而如果把全人类都做类似的压缩的话,那么七十亿人口总体积大概会缩小成一个苹果那么大,原子完全不同于我们以前见到过的任何东西,它是如此的奇妙而不可思议。

科学界最复杂的概念之一,揭示了原子微观世界深藏的奥秘!

但同时,原子的这种结构会让人觉得有个问题,一个大问题。按照20世纪的可靠的科学知识和实践经验,电子会逐渐失去能量,速度变得越来越小而盘旋着坠向原子核,这种原子结构与当时已知的科学规律相矛盾。

毫无疑问,当时所有的科学家,包括爱因斯坦对此都觉得莫名其妙,他们愿意为之献身而研究着的科学规律理念在解释原子时完全失效。研究原子需要新一代的科学家,需要沿着前辈们的步伐,需要更大胆的,富才气的科学家,他们不像前几代科学家那样被已知的科学定律束缚想象力。

新一代中的第一个就是尼尔斯波尔,1919年波尔来到英国在哥本哈根完成学业后,决定去国外的新物理研究中心留学,曼切斯特大学和欧内斯特卢瑟福吸引他来到英国。

波尔拥有非凡的才华,有时会过于沉迷于细节而不能自拔,据说波尔是通过一遍又一遍的阅读狄更斯匹克威克的论文而学习英语的。波尔对卢瑟福的原子描述如此着迷,以至于把解开“原子有那么多的空白空间却又为什么没有崩溃”的谜题作为自己的科研任务。

作为新一代理论物理学家中的代表,他的思想无拘无束,并做好了抛弃人的直觉和普通常识的准备来寻找新的解释,他开始寻找有关原子结构的线索,不是寻找物质,而是借助神秘的奇妙的光的性质。

科学界最复杂的概念之一,揭示了原子微观世界深藏的奥秘!

由于原子和光有着明显的联系,大多数物体被加热时会发光。几个世纪以来人们已经认识到,不同的物质会发出各自特定颜色的光,就像是签名一样,比如铜发出绿色的光,钠发出黄色的光,锂发出红色的光,这些颜色与不同物质相对应,我们称之为“光谱”。

波尔伟大的洞察力意识到,借助光谱,我们可以了解原子的内部结构,光谱可以解释为什么原子有内部的空间。波尔的想法是把物理学家卢瑟福所假设的“太阳系模型”原子结构取代为一种几乎是不可能想象或预料到的新模式,抛弃空白空间和绕轨道运行的粒子等常规想法,而是取代为一种整个科学界都无法接受的新思维,量子跃迁!

量子跃前一种将花费大多数物理学家许多年的时间才能接受的新思维,用波尔自己的话说:如果你觉得自己已经理解了量子跃迁,那么说明你还没有完全理解的透彻,它是整个科学界中最复杂的概念之一,同时也是支撑着整个宇宙的概念!

科学界最复杂的概念之一,揭示了原子微观世界深藏的奥秘!

波尔描述原子的结构并不是像太阳系,而是像一栋多层建筑,底层是原子核的位置,电子位于上面的各个楼层。神秘的法则是电子只能位于除底层外的各个楼层上,而不能位于楼层之间。另外还有法则是这样的,有时候电子会突然的从一层跃迁到另一层,我们称这种现象为量子跃迁。

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