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第269章 行星模型的缺陷!玻尔理论的困

作者:虚空圣堂 字数:4238 更新:2024-12-25 02:24:05

1910年12月25日晚,丹麦哥本哈根。

就在物理学界因为第二届布鲁斯会议而疯狂时,玻尔早已经顺利地回到了家乡。

住在几千平的郊区豪华庄园内,玻尔的父母准备了丰盛的圣诞晚宴。

漂亮的女仆不停地穿梭其间,让玻尔无需动手,就能得到一切。

但是玻尔却兴致不高,只是漫不经心地随便吃点,明显是有心事。

父亲克里斯丁大概知道儿子在想什么,于是笑着说道:“玻尔,吃饱饭才能有力气思考。”

“我作为生理学教授,对于世界的研究比不上你;但是对于人的研究,我一定比你深入。”

“再伟大的物理学家,饿着肚子也思考不出物理难题。”

玻尔听完会心一笑,“谢谢你,父亲。”

“我只是最近有一点压力。”

“没事的,你们不用管我。”

克里斯丁问道:“哦?是布鲁斯教授给了你什么难题吗?”

“最近你们国王学院可是频繁上报纸啊。”

“我甚至还能经常看到你的名字。”

“或许这给你带来了困扰?”

玻尔闻言没有说话,而是安静地吃着东西。

心里则想着这一年半以来的求学经历。

在布鲁斯教授的七个博士生中,自己无疑是对方最看重的一个。

哪怕是钱五师等导师的华夏同乡也比不上。

导师不仅让他作为第一届布鲁斯会议的记录员,而且美国之行也带上了他。

这两个机会都是无数人梦寐以求的机遇。

然而自己却可以轻而易举地得到。

在实验室内,众人都知道他是布鲁斯教授的亲传大弟子,经常有什么系内会议,都让玻尔主持。

大家对于这种安排也觉得理所应当。

因为玻尔确实是最聪明的学生,脑子非常灵活,经常能给出非常超前的想法。

就比如索迪关于元素周期表的解释。

系里的人都知道,玻尔以前曾经谈过相关的内容。

不过由于他的课题是原子结构,所以就没有花费精力去深入研究。

痛惜一个巨大的成果。

但玻尔毫不在意。

可是随着钱五师,小布拉格等年轻一代崛起后,玻尔感受到了一丝压力。

虽然自己被大家戏称为“最聪明的博士生”,但是物理学是讲究成果的。

你再聪明,没有拿得出手的论文也没用。

至于像《自然》子刊那些普通论文,玻尔从来没有考虑过。

那种就算发100篇也没用。

就好比自己的导师布鲁斯教授,虽然十年来只发表了不到十篇学术论文。

但每一篇都是镇压整个物理学界的。

全世界所有期刊的论文加一起,含金量或许都比不上那十篇论文。

这才是玻尔追求的境界。

他一直把布鲁斯教授当成偶像,当成终极目标。

欲戴王冠,必承其重。

玻尔内心的压力可想而知。

不过,他还是微笑着对克里斯丁说道:“父亲,我已经25岁了,可以处理任何我自己的事情。”

克里斯丁拍了拍儿子的肩膀,感觉非常开心和自豪。

自己的儿子一定是在做一件非常非常困难的事情,否则以他的聪明才智,早都解决了。

因此,克里斯丁很感激李奇维,对方是真的花费心思,在用心培养玻尔。

他决定找个时间专程去拜访感谢李奇维。

而玻尔母亲则慈爱地给玻尔递上各种他最爱的食物。

很快,玻尔吃完后,便上楼回到自己的房间,躺在床上静静思考自己的课题。

李奇维给玻尔的博士课题是,关于原子结构行星模型的研究。

这可是当前物理学界最重要的研究方向。

原子研究!

按照第一届布鲁斯会议的预测,现代物理学将以原子为核心。

而行星模型则是原子研究中的核心。

由此可见,李奇维对于玻尔的厚爱,这也是玻尔压力大的原因。

导师把物理学最好最前沿,最有可能出成果的课题留给了自己。

而导师自己却去研究那难度大到不可思议的广义相对论。

玻尔无比感恩。

行星模型很简单。

原子核位于原子内部的中央,而电子围绕着原子核做圆周运动。

类比太阳系,原子核就是太阳,而电子就是地球这样的行星。

但是这个模型有两个问题无法解释,或者说是两个缺陷。

第一,行星模型不稳定。

按照麦克斯韦电磁理论,电子在围绕原子核做圆周运动时,会释放出电磁辐射(即辐射能量),从而导致电子坠入原子核。

但是目前的所有实验都没有观察到这种现象。

这说明电子的运行是稳定的,但行星模型解释不了。

第二,李奇维在行星模型中,没有说明电子在原子核外是如何排列的。

电子是像太阳系一样,每个电子占据一个轨道;还是各自杂乱无章随机分布。

这些,行星模型都没有说明,也无法解释。

当然,李奇维发表行星模型时,索迪的改进元素周期表还没有发表。

但是直到现在,索迪也没有解释电子是如何排列的。

对于第二个问题,玻尔丝毫没有头绪。

但是对于第一个问题,玻尔已经有了想法。

(真实历史上,玻尔是先解决了第一个问题,十年后才解决了第二个问题。)

玻尔的思考很复杂。

电子落入原子核是经典力学和经典电磁学的必然结果。

只要人们相信经典物理学在原子尺度上依然是正确的,那么原子结构必然会坍塌。

而行星模型又是李奇维提出的,他是玻尔的导师。

玻尔必须要在经典物理学和自己的导师之间做出抉择。

要么是经典物理学错了,要么是自己的导师错了。

但玻尔对于李奇维的尊敬是发自骨子里的。

不到万不得已的时候,他是绝对不会认为导师错了。

但经典物理学也不能轻易否定。

玻尔又想到了李奇维的谆谆教诲和美国之行的见闻。

经典物理学没有过时!不应该被抛弃!

它还有太多的秘密等待挖掘!

因此,玻尔做了一个大胆的猜测。

经典物理学和导师的理论都没有错!

只不过二者之间需要一架桥梁连接。

而桥梁就是布鲁斯导师的量子概念。

玻尔认为经典物理学只是在微观尺度上,有些结论不适用而已。

但他依然保留了【轨道】这个经典力学的概念。

玻尔认为想要解释原子为什么不坍塌,那就假设电子只要处在某些特定的轨道上,就不会释放电磁辐射。

他把这些特定的轨道,称为电子的【稳定态轨道】。

玻尔认为,电子在原子核外的轨道,不能像经典物理学那样,可以在任意轨道上运动。

电子有自己的稳定态轨道,而且不连续,也就是所谓的电子轨道量子化。

举个形象的例子。

太阳系内的地球绕着太阳运动,从经典物理学的角度看,地球到太阳的距离可以是任意数值。

但是按照玻尔的理论,地球只能待在现在的轨道上,不能存在其它轨道上。

这就有点匪夷所思了。

这就是玻尔的稳定态轨道假设。

他吸收了经典物理学的轨道概念,和布鲁斯导师的行星模型概念,最后用量子概念整合在一起。

真实历史上,这就是为什么称为旧量子论的原因。

因为玻尔太尊师重道,不管是对卢瑟福,还是对李奇维。

所以玻尔不敢太大胆,只迈出了半步,他保留了轨道的概念。

而后来量子力学则证明,电子的运动和经典物理学的轨道毫无关系。

无论怎么说,玻尔都是量子力学承上启下的人物。

没有他的旧量子论,也不会有后来的量子力学。

但是现在玻尔郁闷的原因就在此,他的稳定态轨道假设毫无道理,没法说服人。

别人问:玻尔,为什么电子存在所谓的稳定态轨道?

玻尔回:因为电子在这些轨道上不会辐射能量。

别人再问:那为什么电子在这些轨道上不会辐射能量?

玻尔再回:因为电子在稳定态轨道上。

别人:×&%¥#@。

这是一个无解的循环论证问题,玻尔也知道它没有什么说服力。

当然,玻尔也可以牛逼哄哄地说:不要问为什么,接受就好,爱信不信。

后期的量子力学就是如此,别问,问就是我也不知道。

不过玻尔可没有傻到这样鲁莽,他现在还是小卡拉米,谦虚低调才是应该的。

要是布鲁斯教授,或许可以如此豪放。

所以,玻尔现在迫切需要一个证据,能说明为什么电子的轨道不连续,它有自己特定的稳定态轨道。

而且,进一步,他还要解释,稳定态轨道的半径是多少,电子在轨道上的能量又是多少。(这些都是经典物理学的概念。)

玻尔不奢求这个证据有多么权威,哪怕能稍微沾点边就行。

毕竟当初布鲁斯教授发表量子论时,也是没有什么证据,只不过可以解释黑体辐射问题。

然而现在,他就需要一个这样的条件。

这就是玻尔最近一直在思考的难题,也是他茶不思饭不想的症结所在。

想来想去,玻尔还是没有头绪。

于是他干脆拿起一本玻尔笔记,打算放空自己的大脑。

但是显然,他集中不了注意力。

就在玻尔心烦意乱之时,忽然卧室门口传来了敲门声。

他问道:“是谁?”

一个清脆的女声回道:“玻尔,是我。”

哗!

玻尔扔下笔记,立马下床,以飞快的速度打开门,惊喜地说道:“玛格丽特,你怎么来了?”

玛格丽特就是玻尔的女朋友,而且两人已经快要到订婚的阶段了。

她的父亲和玻尔的父亲是好朋友。

不过他不是教授,而是一位实业家。

玛格丽特身材高挑,穿着好看的礼服,脸上还化了妆,显然经过了精心打扮。

而且她个性温柔,深受玻尔喜欢。

玛格丽特一边被玻尔拉进房间,一边笑道:“我和父亲今天来拜访叔叔阿姨。”

“克里斯丁说你在楼上,我就想过来看看你。”

“你在英国那边过的好不好。”

“那里可没有什么好吃的。”

见到女朋友的玻尔瞬间满血复活,他让玛格丽特坐在床上,然后给对方讲这一年多的见闻。

期间说到了几件趣事,逗得玛格丽特忍不住轻笑。

不过当玻尔讲到了自己的研究课题时,又是一阵长吁短叹。

玛格丽特说道:“刚刚克里斯丁还和我说,你最近压力很大,让我开导开导你。”

“是因为你的导师布鲁斯教授吗?”

“他那样的大科学家,应该不会为难你吧。”

玻尔笑道:“导师疼我还来不及呢,怎么可能会为难我。”

“是我自己的问题。”

玛格丽特知道玻尔研究的是物理问题,她帮不上什么忙,于是转移话题打趣道:

“我父亲还心心念念,想要见布鲁斯教授一面呢?”

玻尔一愣,笑道:“哦?叔叔为啥要见我导师。”

玛格丽特说道:“最近我家的工厂遇到了一个工艺难题,好像就和物理有关。”

“父亲找了好几个人都解决不了。”

“他认为像布鲁斯教授这样的大科学家肯定可以。”

玻尔大笑道:“哈哈,那想让我导师出面可不容易。”

“你知道吗,他除了学术方面,在科技公司方面的成就丝毫不低。”

“我甚至都怀疑,导师在未来会成为世界首富。”

“啊?”玛格丽特震惊的小嘴张成O字型,看的玻尔内心火热,口干舌燥。

不过他不敢轻举妄动,两人都是虔诚之人,已经有了约定。

“那好厉害哦。”

“玻尔你以后肯定也会和布鲁斯教授一样厉害。”

玻尔苦笑,“哎,我和导师的差距太大了,恐怕一辈子也赶不上。”

“我连自己的论文都还没有头绪呢。”

玛格丽特看着自己未来的丈夫压力这么大,很是心疼。

于是,她经过了几秒的思想斗争,决定好好安慰对方。

“玻尔,要不我帮你缓解一下压力吧。”

“你这样很伤身体的。”

玻尔微微一愣,“你要怎么缓解?”

玛格丽特深情一笑,将玻尔靠在床上,接着自己缓缓退后。

玻尔忽然心脏一颤,仿佛触电一般。

他的心里现在只有一个想法:去他妈的物理!

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