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2.2 1913年三部曲:量子化原子#

1913年,波耳在《哲學雜誌》發表著名三部曲《論原子與分子的構造》。核心思想:電子只能在特定分立軌道上繞核運動而不輻射,軌道角動量量子化為 \(L=nh/2\pi\) ;電子跳躍軌道時才輻射或吸收光子,能量差等於光子能量。氫原子能階由此給出:

\[ E_n = -\frac{13.6\ \mathrm{eV}}{n^2} \]

譜線頻率為 \(\nu = \dfrac{E_m - E_n}{h}\) 。這一舉同時解釋了:原子的穩定性(基態無法再輻射)、氫光譜的巴耳末與帕申線系、以及里德伯常數的理論值。

值得一提的是,波耳曾說他在看到巴耳末公式前並不知曉其存在——「一看見這個公式,一切都清楚了」。傳聞此事由氫譜專家漢森提醒引發。三部曲最後將模型推廣到週期表結構與分子結合,展現雄心。

因果分析:1913模型是「實驗事實(光譜、散射)× 量子假設 × 拉塞福模型」三重驅動的產物。它的成功立即造成連鎖反應:愛因斯坦盛讚,蒲朗克/索末菲細結構修正隨之而來,波耳因此從無名青年躍升為歐洲物理核心人物——並為日後在哥本哈根建立研究所取得資本。量子革命的序幕由此拉開。