玻尔理论

电子的发现表明了原子不是不可分的。由此卢瑟福及其助手于 1911 年进行了 a 粒子被（薄金属箔中的）原子散射的实验。实验的想法是非常简洁的，但其结果却出乎意料的重要，它们导致了原子的“有核模型”。太阳系模型似乎应是最自然的，但由于按电磁学定律它是不稳定的而必须被抛弃。

任何由电子和带正电的核组成的原子模型，基于经典电磁理论似乎都难以克服其不稳定性困难，因为按照经典电动力学，一个被加速的电荷必然发射出辐射。尼尔斯·玻尔在 1913 年访问曼彻斯特的卢瑟福实验室时， 通过提出两个假设而一举解决了这一难题：即由“量子化条件”

∫ pi dqi

= ni h，ni

= 1，2，3，

i = r，θ，ϕ

（以索末菲 1915 年得出的普遍化形式）确定的定态的新概念，和用于计算原子在两个能量分别为 EM 和 EN 的定态间发生跃迁时发射辐射的频率公

式

hν = E M − E N

玻尔的氢原子光谱理论获得了圆满成功，包括它的应用于氦离子光谱，索末菲的由于电子质量的相对论性变化得出的精细结构理论（1916 年）， 正常塞曼效应（1916 年），空间量子化及其由施特恩—革拉赫实验（1921

—1922 年）所作的证实。对（非氢原子中）定态的一个直接证据，来自关于在电子和汞原子间非弹性碰撞的弗兰克—赫兹实验（1914 年），及随后由他人所作的关于其他原子的实验。

玻尔的氢原子光谱理论的巨大成功，开辟了对原子和分子光谱进行广泛而深入细致研究的时期。

在对原子的复杂光谱的分析中，人们发现有必要引入多个新的“量子数”，例如多重性，L、J 与态的奇数性和偶数性等。起初（在 1925 年引入电子自旋之前），这些量子数的意义并不清楚，因此尽管朗德发现反常塞曼效应的 g 因子是一项惊人的功绩，但也仅仅是增添了累积起来的神秘性而已。乌伦贝克和古兹密特于 1925 年提出的电子自旋理论部分地“解决”了这些问题，同时也为稍早些由泡利（1925 年）提出的泡利不相容原理提供了所缺的一个要素，事实上泡利使用字母“S”来标示这个尚未知的“量子数”。泡利原理为玻尔对周期表中的化学元素的组建原理提供了解释。自旋和泡利原理这两个概念注定了要在基本粒子物理学中发挥重要作用。