玻尔与玻尔氢原子理论

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1、玻尔与玻尔氢原子理论丹麦物理学家，哥本哈根学派的创始人。1885年10月7日生于哥本哈根，1903年入哥本哈根大学数学和自然科学系，主修物理学。1907年以有关水的表面张力的论文获得丹麦皇家科学文学院的金质奖章，并先后于1909年和1911年分别以关于金属电子论的论文获得哥本哈根大学的科学硕士和哲学博士学位。随后去英国学习，先在剑桥J.J.汤姆逊主持的卡文迪许实验室，几个月后转赴曼彻斯特，参加了以卢瑟福为首的科学集体，从此和卢瑟福建立了长期的密切关系。当时卢瑟福的有核原子模型刚刚确立，人们对于原子A部的结构和运动还所知甚少，而无论是光谱学方而的少数儿条定

2、律还是化学方而的元素周期表，也还都停留在经验规律的水平上，还根本没有得到任何满意的理论解释。另一方面，卢瑟福的有核原子模型却明M地和经典物理学不相容，就是说，按照经典理论，卢瑟福模型将不会有物质原子所具有的那种稳定性。在这样的形势下，玻尔经一两个月的废寝忘食的探索，初步创立了他自己的原子结构理论。他于1912年夏回国，在母校任讲师，利用课余时间继续研宂扩展自己的理论。1913年，他以《论原子构造和分子构造》为题，先后分三大部分发表了长篇论文，为20世纪原子物理学开辟了道路。他在H己的理论中，采用了当时已有的量子概念，提出了儿条基本的“公设”，提出了至今仍

3、很重要的原子定态、量子跃迁等概念；有力地冲击了经典理论，推动了量子力学的形成。玻尔的理论在解释氢原子光谱的频率规律方面収得Y相当圆满的结果，在说明星体光谱中某些线系的起源方面纠正了流行的看法，他的定态概念得到了越来越确切的实验验证，他的某些理论预见也得到了实验的证实，成就I•分巨大。但是，在开始时，这种理论还不能很好地说明其他元素的光谱，而且根本无法说明任何一条光谱线的强度和偏振，而玻尔的宏伟目标却从一开始就是要说明各种原子和分子的形形色色的物理性质和化学性质，特别是说明示这些性质的变化情况的元素周期表，为了达到这样的目的，为了更深入地探索经典理论和量子

4、理论之间的关系，玻尔逐步发展并于1918年初次阐述了他的理论。他认力，按照经典理论来描述的周期性体系的运动和该体系的实际量子运动之间存在着一定的对应关系：具体地说，体系的经典广义坐标傅里叶系数和体系的跃迁儿率之间存在着简单的对应关系。后来这一理论被称为对应原理。这一原理在当时的发展水平上成了从经典理论通向量子理论的桥梁，而且后来也形成了海森伯矩阵力学的直接的前奏。玻尔的理论触发了大量的研究工作。玻尔吸收了别人的研究成果，利用自己的对应原理，对各种元素的光谱和X射线谱、光谱线的（正常）塞曼效应和斯塔克效应、原子屮电子的分组和元素周期表，甚至还有分子的形成，

5、都提出了相对合理的理论诠释。由于这些辉煌的成绩，他获得了1922年的诺贝尔物理学奖。1921年，在玻尔的倡议下成立了哥本哈根大学理论物理学研究所。玻尔领导这一研究所先后达40年之久。这一研究所培养了大量的杰出物理学家，在量子力学的兴起吋期曾经成为全世界最重要、最活跃的学术中心，而且至今仍有很高的国际地位。当量子力学的数学表达形式在1924〜1926年间基本上确立以后，玻恩很快地提出了波函数的几率诠释（统计解释），而海森伯也紧接着提岀并按照自己的理解阐述了他的测不准原理。这两种相互关联的看法形成了所谓哥本哈根观点的重要I々容，而作为哥本哈根学派的“精祌领袖

6、”的玻尔，也就在这种基础上提出了他的”互补性"观点（后来被称为“互补原理”），并逐步发展了他的“互补哲学”。海森伯原理的提出，引起了一系列的哲学争议：物质微观运动的基本规律统计性是否是实质的？是否必须放弃或推广决定论或因果原理？量子力学能否看成一种“完备的”理论？微观客体和测量仪器之间到底是什么样的关系？人对事物的认识有没有最终的界限？如此等等。玻尔在1927年首次提出的互补性观点就是企求冋答这许多问题。这一观点并无固定的成文的表达，玻尔在不同的场合提出了不同的说法。按照他的看法，物质世界中的客体，精祌世界中的概念，语言文字屮的单词，全都各自具有许多不同

7、的“方面”，有如数学屮同一个多值函数的许多不同的值。对于同一个研宂对象來说，人们一经承认了它的某些方面就必须放弃另外的一些方面，在这种意义上二者是"互斥的”。然而，那些另外的方而却又不是可以彻底废除的，因为在另外的适当条件下人们还必须用到它们（这时就必须放弃在前面提到的条件下所应承认的那些方面）。在这种意义上二者乂是“互补的”。例如，玻尔认为，微观客体的“粒子性”和“波动性”，就是这样既互斥又互补的两个方面。这种想法，就是所谓互补原理的基本内容。按照玻尔的看法，追宂既互斥又互补的两个方面中哪一个更“根本”，是毫无意义的；人们只有而且必须把所有的方面连同有

8、关的条件全都考虑在内，才能而且必能（或者说“就算是”）得到事物的完备描述。玻尔认