(三)接受卢瑟福原子模型

1911 年夏季，玻尔从哥本哈根大学毕业。这年 10 月到英国剑桥大学卡文迪什实验室参加研究工作。起初，他希望在 J.J.汤姆孙指导下继续进行他在金属电子论方面的工作。但是，汤姆孙已对这一课题失去了兴趣， 而且不肯与玻尔密切合作和经常会见，这种会见对于玻尔发展其物理思想是很必要的。玻尔想发表《金属电子论》英译本的努力也没有成功。正当玻尔处于彷徨歧途，无所适从的心境时，当时在曼彻斯特工作得很有成绩的卢瑟福出现在他的面前了。1911 年 10 月间，卢瑟福到剑桥来参加卡文迪什实验室年度聚餐会。他在集会上发表了长篇演讲，论述了自己的新发现。[5]玻尔后来回忆说：他对“卢瑟福性格上的魅力和魄力得到了深刻的印象。”他有转到曼彻斯特工作去的愿望，为此玻尔请曼彻斯特的生理学家史密斯(J.L.Smith，玻尔父亲生前的学生和朋友)安排了他与卢瑟福的会见。卢瑟福向他介绍了他刚参加第一次索尔维物理会议的情况(这次会议的议题是辐射和量子理论)，也提到普朗克和爱因斯坦的看法以及自己对物理学发展前景的看法。这次谈话对玻尔以后的科学生涯产生了十分重要的影响，使他了解到量子论进一步发展的情况，种下了他不久将量子论和原子核模型结合起来的种子。[6]

玻尔于 1912 年 3 月间来到曼彻斯特工作，这在他的终身事业中是一个最有决定意义的转折。当时曼彻斯特大学物理实验室已经形成了一个研究放射性问题的学术中心，在那里集中了一批最有才能的物理学家。玻尔刚刚到达时，就按照卢瑟福的安排作了一些实验。他在这个实验室经受了英国研究风格的训练。后来玻尔时常提到他经历的幸运环境：“生于一个小国，没有民族自负感，在青年时代就接受了两个世界的优良传统，即‘大陆的理论传统和英国的经验主义’。”[6]在卢瑟福实验室，玻尔的这个特点是独树一帜的。玻尔到来时，卢瑟福等人已经确证了原子核的存在，追索原子核所将引起的各个方面的后果，成为整个曼彻斯特科学集体的兴趣中心。

玻尔热心地接受了新的原子模型，而且很快就认识到它的深远含义。他指出元素的化学、物理性质，由原子的核外电子所决定。原子所含的电子数目决定原子在周期表中的位置。也就是说在决定原子的化学性质上， 原子序数比原子量更根本。当玻尔听说周期表在原子量顺序方面显示了一两处反常，已经鉴定下来的稳定元素和衰变元素的数目超过了著名的门捷列夫周期表中可以利用的位置时，他一下子就想到这些在化学上无法分离的物质具有相同的核电荷，其不同只在核的质量和内在结构了。玻尔证明了如果人们承认电荷相同而质量不同的原子核的存在，从而有不止一个原子品种占据周期表中的同一位置，则所有这些反常性都可以消除。后来把

这种具有不同质量而在化学上不可区分的原子命名为“同位素”。[7]

玻尔还指出元素的放射性质直接与原子核有关，由放射性元素放出的α粒子及电子来自原子核。早在 1902 年卢瑟福就提出了放射性元素的嬗变理论。他指出放射性物质是不稳定的，它不断放射出某种射线进行衰变， 即由母元素变为子元素直至变成稳定元素为止。玻尔按照核型模型、放射性衰变必须被设想为原子核的实际嬗变。于是玻尔就论证说，通过α射线的发射，原子核就失去两个单位电荷而变成周期表上退后两位处的那一元素的同位素。另一方面，在β衰变中，一个负电子的发射导致一个单位电荷的获得，从而嬗变后的元素就占据了周期表上前一位的位置。[7]尽管看起来很简单，导致这些放射元素的“位移定律”的那种猜想在当时却不是显而易见的。

当时，曼彻斯特集体中的许多科学家，包括卢瑟福本人在内，他们起初对于发现原子核所引起的深远后果，并不是一下子就清楚地意识到了的。卢瑟福作为一个实验物理学家，他习惯于脚踏实地地工作，对于从已有的事实进行“外推”的作法，则采取一种谨慎的态度。玻尔在回忆中说： “当我找到卢瑟福去听听他对这些见解的反应时，他照例对任何有希望的见解表示了敏锐的兴趣，但他以特有的慎重提出告诫说，不要过度强调原子核型模型的意义，并从比较贫乏的实验资料进行外推。”[7]这时，实验室中对玻尔的见解颇感兴趣，并有所理解的人是匈牙利青年化学家 G.希维思，他利用放射性同位素作为示踪原子进行的化学研究，支持了玻尔的观点，使玻尔在与他的讨论中受到很大的鼓励。[6]