第274章 第二次出手!巴尔末公式!玻尔顿悟!
量子化原子模型虽然解决了行星模型的缺陷。 但它并不是完美的理论。 比如至少电子在原子核外的排布方式什么样,目前玻尔模型就无法解释。 不过,这并不影响它带给物理学家的震撼。 因为只要确定了量子轨道概念的正确性,则电子排布问题总会被解决。 这是大树的根和枝叶的关系。 这也是玻尔为何会从第一个问题入手,因为它是第二个问题的基础。 所以,现在的关键就是,玻尔模型的核心,轨道量子化,它到底是不是正确的。 更进一步,玻尔模型能不能解决实际问题。 玻尔现在就相当于发明了一件武器,但他需要测试一番武器的威力合不合格。 玻尔虽然天才,但他毕竟接触物理学不算太久,他的积累很少。 而年龄的优势这时候就体现出来了。 年龄越大,代表看过的论文越多,知道的各种问题就越多。 这一刻,老一辈物理学家终于感受到了自己的存在感。 至少他们知道,目前物理学有哪些未解决的现象。 或者说已经解决,但是解释的不好,需要新的理论去覆盖。 为此,玻尔只好求助李奇维。 以自己导师那恐怖的知识量,还有庞大的人脉,比自己一个人瞎琢磨强多了。 办公室内,李奇维听到玻尔的问题,不禁一笑。 真实历史上,玻尔是在一位德国朋友的提醒下,将自己的模型用于解释原子的发射光谱。 从而大获成功,奠定了理论的基础。 而现在劳厄等人公开质疑玻尔模型,李奇维正好准备去德国一趟,他也好久没有去看普朗克教授了。 “玻尔,现在知道发表一个全新理论的困难了吧。” “你这还只是刚刚开始呢。” 玻尔憨厚地笑道:“我坚信自己的模型肯定是正确的。” 李奇维笑道:“好!果然不愧是我的学生,就是要有这种自信才行。” “我带你去德国一趟,拜访普朗克教授。” “他老人家的见识比我高多了,看看他能不能给出一点建议。” 玻尔无比兴奋。 这一次,他终于不再是以学生的身份和普朗克教授交流了。 而是以平等的学者身份,只不过他是晚辈而已。 玻尔终于有资格站在物理学的台上,与那些大佬一较高下了,而不是只是台下的看客。 1911年3月15日,布鲁斯携带爱徒玻尔访问德国的消息,瞬间传遍了物理学界。 无数人议论纷纷。 “玻尔果然不愧是布鲁斯最爱的学生啊,这就开始为他造势了。” “是啊,要知道当初钱五师发现超导,布鲁斯教授都没有如此兴师动众。” “超导毕竟只是一个物理现象,和玻尔模型还是没法比的。” “最近听说美国那边研究超导非常猛,甚至都领先欧洲了,超导温度被他们干到了100K。” “哎,还不是布鲁斯教授被他们给胁迫了,写下了超导研究的宝贵理论,美国佬真是不讲文明。” “......” 李奇维和玻尔受到了普朗克等人的热情迎接。 柏林大学门口,普朗克重重地拍了下李奇维的肩膀,眼中的骄傲不言而喻。 这时,他转头看向玻尔,笑着说道:“你就是大名鼎鼎的玻尔吧。” “没想到上次见你,你还只能在一旁记录。” “这才多长时间,你都成为物理学界的明星了。” “真是后生可畏啊。” “你的模型可是帮了量子论的大忙。” “说起来,我和你的导师都得感谢你呢。” “你让量子论又上了一个台阶,成为真正的系统性理论了。” 普朗克显然心情极好,玻尔的理论,是对量子论的最强力支持。 如果玻尔模型被证明是对的,那么量子论的地位将再也不会被撼动。 最重要的是,玻尔是李奇维的学生。 所以普朗克越看对方越喜欢。 要是换做其他人,普朗克最多是欣赏,远远谈不上喜欢。 随后,在普朗克的介绍下,玻尔一一认识了劳厄、玻恩等德国年轻一辈物理学人才。 这些人他之前就早有耳闻,都是真正的天赋绝伦之人。 玻尔自然不敢轻视。 劳厄伸出手,笑着说道:“恭喜你,玻尔。” “玻尔模型真是伟大的理论,我相信它一定会绽放出最璀璨的光芒。” 玻尔说道:“感谢你的夸奖,劳厄,我今天就是来德国学习的。” “我的理论还需要进一步的完善。” 李奇维和普朗克看着玻尔和劳厄交谈,脸上都浮现出笑意。 其实比年龄,劳厄比李奇维还要大一岁。 但是在李奇维眼里,他总把这些人当成晚辈看待了。 这就是地位带来的身份差别。 寒暄完毕,李奇维带着玻尔,在柏林大学,与德国物理学家进行了友好的学术交流。 双方各自针对自己的研究领域,展开了深入的探讨,收获满满。 公开的交流结束后,李奇维带着玻尔又单独和普朗克交流。 主要内容就是希望普朗克能找到一个以前无法解释的现象,但是玻尔模型可以解释。 期间玻尔又给普朗克详细解释了他的理论。 普朗克听完后,微微皱眉,陷入了思考,良久才说道: “玻尔,你的理论的核心其实就是量子化轨道。” “所以,我认为需要从量子不连续的角度去考虑。” “其实,有一个领域就非常适合。” “而且它正好是我们德国物理学界的强项。” 玻尔呼吸急促,果然不愧是物理学的老前辈,这么快就有答案了吗? 普朗克继续说道:“其实玻尔,你是聪明反被聪明误了。” “第一届布鲁斯会议上,你的导师就已经断言,现代物理学的核心就是原子。” “把原子研究清楚了,其余的问题都会迎刃而解。” “不管是现代物理学的放射性、X射线,还是经典物理学的问题,都可以被解释。” “其中经典物理学就有一个问题,元素的光谱问题。” “光谱为什么是分立的,而不是连续的。” “光谱的谱线到底是怎么来的呢,它的产生机理是什么?” “如果说元素的光谱真的和原子的结构有关,那么光谱的分立和电子轨道的量子化,这两者之间会不会有什么联系呢?” “毕竟他们的特征都是不连续。” “而光谱学研究就是我们德国的强项,你或许可以多看些这方面的论文。” 轰! 普朗克的分析令玻尔茅塞大开。 就好像在他的头脑里引爆了一枚炸弹。 被别人奉为圭臬当成珍宝的玻尔笔记,反而被他本人给忽略了。 是啊,玻尔笔记里记载了布鲁斯教授总结的经典物理学问题。 其中元素的光谱,就是比较重要的一个。 而且里面也提到了分立现象。 当初洛伦兹教授甚至还提问:“难道用量子论就能解释光谱问题吗?” 布鲁斯教授因此才让自己研究量子和原子的关系。 怎么自己反倒是忘了呢? 玻尔对自己又气又好笑,自己完全是灯下黑了。 其实这也不能怪玻尔。 在当时,没有人会把量子概念和光谱分立联系在一起。 因为大家都没有理论工具。 李奇维所谓的让玻尔去研究,在其它大佬眼里,也就是一种尝试而已。 就好像导师对学生说,这个方向很有意思,你做个实验看看。 因此,不仅玻尔想不到,其他人也想不到。 然而玻尔模型却让普朗克看到了希望。 或许它就是解开元素光谱秘密的钥匙。 此刻玻尔呼吸急促,对普朗克越发的尊重。 老一辈物理学家果然非同凡响。 他们或许对于现代物理学的研究显得力不从心。 但是那种敏锐的直觉和庞大的知识量不会消失。 他们就是物理学界活着的宝库。 这一刻,玻尔再也不敢小觑任何老一辈物理学家了。 更何况,普朗克还是老一辈中的顶级存在,更加可怕。 面对玻尔,这个自己最得意学生的学生,普朗克没有藏私,他继续说道: “但是光谱学非常复杂凌乱,有很多领域的内容。” “我可以给你一个具体的参考方向。” “我看了你的论文,其中计算电子能级和轨道半径时,用的是氢原子的例子。” “这说明你很聪明。” “氢原子是元素周期表中最简单的原子,它的结构也最简单,很适合作为研究对象。” “所以,光谱学对于它的研究也是最多的。” 说到这里,普朗克忽然问道:“玻尔,你知道巴尔末公式吗?” 玻尔一愣,他真没有听过这个东西。 他的本科专业方向是金属电子论,博士的课题又是原子结构。 所以他很少接触光谱学的内容,至于这个什么巴尔末公式就更不清楚了。 于是普朗克开始给玻尔解释巴尔末公式。 李奇维在一旁听的津津有味,普朗克果然是德国最顶级的物理学家。 这份洞察力简直无与伦比。 要知道,李奇维是有着后世的经验,所以游刃有余。 但是普朗克仅仅凭借论文,就能分析出原子结构和元素光谱之间的联系,简直让人膜拜。 真实历史上,玻尔模型就是因为完美解释了巴尔末公式,以及进一步解释光谱的产生和分立,从而震惊了物理学界。 可以说,玻尔直接把光谱学给终结了。 早在1850年,物理学家们就已经详细测量了氢元素的发射光谱(那时原子的存在还有争议,以元素称呼)。 所谓发射光谱,可以形象地理解为原子会朝外发射不同波长的光。 这些光按照波长依次排列的图案,就是该原子的发射光谱。 而吸收光谱,则是指用光去照射原子时,原子会吸收掉部分波长的光。 这些被吸收的光,按照波长排列后就是吸收光谱。 在可见光的范围中,氢元素的发射光谱有四条谱线。 对应的波长分别是410纳米(紫光)、434纳米(蓝光)、486纳米(绿光)、656纳米(红光)。 当时的物理学家们非常好奇。 氢元素的光谱线是怎么来的? 为什么光谱线条是分立的而不是连续的? 后来,物理学家们发现所有的元素都有各自的光谱。 当然,虽然大家不清楚机理,但这不妨碍物理学家使用光谱去解决问题,比如基尔霍夫等人。 但不管怎么说,光谱的机理始终没有解决。 尽管受限于时代,但物理学家们还是努力做出了尝试。 比如,研究氢元素四条光谱线波长之间的关系,能不能用数学公式去表示,找到其中的规律。 传奇的是,这项工作并不是由物理学家完成的,而是被一个瑞典的中学数学老师解决了。 他的名字就叫做巴尔末。 巴尔末作为数学老师,每天上完课后就觉得非常无聊,那时候也没什么娱乐活动。 他的爱好就是研究数学,但过于高深的数学,凭借他的智商又看不懂。 所以巴尔末很苦恼,他想找点难度不高但有趣的数学问题进行研究。 正好这时,他的一位朋友建议他,可以尝试算下氢元素光谱线波长之间的关系。 也就是410、434、486、656,这四个数字之间的关系。 看起来是不是很像后世的找规律游戏? 巴尔末瞬间来了兴趣,觉得这个可以搞,还能跟物理沾上边。 没想到这一试,还真被他找出了一个数学公式。 λ=B×(m2\/(m2-n2))。 其中λ表示波长,B是经验常数,约等于364纳米,m和n是正整数。 巴尔末发现,当n=2时,m分别取3、4、5、6,代入公式后,计算的结果正好是656、486、434、410。 他的天赋简直无敌,硬生生给凑出来了。 巴尔末反正无聊,于是他又多想一步,要是n取其他的值会怎么样。 比如,n=3时,m再取4、5、6、7,那计算出来的结果代表什么意思呢? 可惜,巴尔末不是物理学家,他没有深究里面的物理本质,而是直接就把结果以论文的形式发表了。 后来,物理学家们惊奇地发现,这个公式实在太厉害了。 巴尔末计算的n=3时的波长,其实是氢元素在红外区域的光谱线(所谓红外区域,就是指波长超过750纳米的光形成的范围)。 它在1908年被德国物理学家帕邢发现,命名为帕邢系。 而原始的氢元素四条发射谱线则被称为巴尔末系。 这时,普朗克的声音打断了李奇维的思绪,“虽然巴尔末公式成功预言了氢元素的发射光谱。” “但是直到现在,依然没有人知道它背后的物理意义。” 轰! 普朗克的话刚说完,玻尔只觉得天崩地裂。 巴尔末公式中的m和n,不正是玻尔模型中的轨道量子数吗。 m和n只能是正整数,不就对应轨道量子数的1、2、3...... “上帝啊,这也太神奇了。” 此刻,玻尔已经完全沉浸在巴尔末公式之中。 他已经想到如何完美诠释这个公式的物理意义了。 普朗克看到玻尔的样子,也是一惊。 这个孩子比他想象中的还要聪明,看来对方这是有答案了? 这也太夸张了吧。 自己根本还摸不着头脑呢。 他不由得又看向了李奇维,果然不愧是他带出来的学生,这份天赋简直一模一样。 看玻尔那个急不可耐的劲头,普朗克就知道不能继续留他在这里了。 于是,他笑着说道:“好了玻尔,既然你已经有了想法,那就赶紧和你的导师一块回去吧。” “赶紧把论文发出来,我还等着看呢。” 玻尔这才从自己的世界中清醒过来,然后就是发自肺腑地感谢。 “真是太谢谢您了,普朗克教授。” “你的建议对我实在太重要了。” 普朗克无所谓地说道:“看着你们年轻一辈能不断取得突破,我就很开心满足了。” “未来是属于你们的。” 很快,李奇维就准备带着玻尔拜别普朗克。 玻尔一直在想巴尔末公式,自顾地往前走,浑然没有觉察到李奇维被普朗克拉住了。 只见他小声地问道:“布鲁斯,你老实地跟我说,你不知道巴尔末公式吗?” “你怎么没有告诉玻尔?” 李奇维尴尬地一笑,摸了摸鼻子,笑着说道:“额,我主要想来看看老师你。” 普朗克闻言一怔,李奇维击中了他内心最柔软的地方。 这种东方式的细腻情感,让德国人普朗克有点招架不住。 他的眼睛瞬间红了,鼻子微酸,一生有此学生,夫复何求。 虽然李奇维从来没有听过他的一节课,但是两人就好像冥冥中认识一样。 普朗克脑海里又回忆起剑桥大学拱桥上的那个下午。 波光粼粼,微风习习,一切刚刚好。 “你呀,这不是折腾玻尔嘛,来回跑这么远。” 李奇维笑着道:“年轻人多跑跑没坏处。” 两人开怀大笑。 走在前面的玻尔这才发现,布鲁斯导师竟然还在后面。 而且他和普朗克教授忽然大笑一声。 玻尔心中美滋滋的,心想他们俩一定是在为自己而高兴吧。 毕竟,他马上就能证明玻尔模型的正确性了。