(二)玻尔早期的物理思想

尼耳斯·玻尔(NielsBohr，1885—1962)是丹麦杰出的物理学家，近代

量子物理学的奠基者之一。他出生于哥本哈根大学一个生理学教授的家庭，自幼就受到家庭浓厚的科学文化思想的熏陶。1903 年秋季，玻尔进入哥本哈根大学的“数学和自然科学系”，主修物理学。他在那里作为一个能力非凡的研究者显得与众不同。他的第一件研究工作完成于 1906 年，当时他还是一个学生。他通过观察水柱的规则振动来测定水的表面张力，这项工作使他获得了丹麦皇家科学文学院的金奖章。1909 年 6 月他完成了科学硕士论文《试论述电子论在解释金属的物理性质方面的应用》。1911 年5 月 13 日，他答辩了他的博士论文《金属电子论的研究》，获得了哥本哈根大学哲学博士学位。[4]

建立在 J.J.汤姆孙关于电子存在的实验和洛伦兹关于电子行为的理论基础上的金属电子论，试图通过金属内部存在着自由电子来解释金属的奇特性质。玻尔的研究在经典理论的基础上对以往许多人的工作进行了全面的分析和检查。他在作为博士论文的开场白的底稿中写道：“这些科学家所发展的理论，在许多基本问题上和实验符合得惊人地好⋯⋯但是，在许多本质性问题上，经验和理论结果却完全不相符合。”[4]玻尔认为这种不符合是由于经典理论本身不完善所致。

在讨论外磁场对金属中自由电子的影响时，当时人们对这一问题的看法是很不一致的。有的人认为金属中自由电子的存在对金属的抗磁性有贡献，而另一些人则认为它们对它的顺磁性有贡献。玻尔运用统计观点讨论了这个问题，证明了自由电子对金属的磁性没有任何影响。他在科学硕士论文中写道：“在磁场的影响下，电子的路径将发生弯曲，而且电子将沿一条螺旋线运动，螺旋线的轴线平行于场的轴线。J.J.汤姆孙相信路径的这种弯曲将沿着和外场相反的方向引起磁场，从而包含着自由电子的那块金属就象抗磁体一样地起作用。⋯⋯但是这种似乎得到普遍承认的观点， 在我看来却是错误的。”接着他用统计观点对自由电子不引起任何磁效应加以解释。“现在，考虑受到一个恒定磁场作用的金属内部的一个小体积元，由于对称性，电子将沿着相对于场轴线的一切方向运动，因此这样一个体积元将不引起任何磁效应，从而整块金属也不会引起磁效应。”[4] 他在博士论文中讨论了磁场对金属表面处的自由电子的影响后，得出结论：“一块处于电平衡和温度平衡的金属，不会因为自由电子的存在而具有任何磁学性质。”在他的博士论文的摘要的最后一条中，也就是全篇论文的最后的一句话中，这样写着：“在电子论的目前发展阶段，根据这一理论来解释物质的磁学性质看来还是不可能的。”[4]在玻尔看来，经典电子理论没有解释物质的磁学性质的可能，要做到这一点必须对经典理论加以改造。

在讨论金属对热射线的吸收和反射的问题时，玻尔在他的博士论文中指出：“如果人们坚持保留电磁理论所依据的那些假设，那似乎就不可能解释热辐射定律。这或许是由于这样一种情况：电磁理论和实际情况并不一致。⋯⋯从而不能用它来考察单独一个电子在短的时间间隔中的运动， 因为那将使我们远远超出本论文所处理的那些问题的范围，所以我们将不再接下去讨论在电磁理论中引入根本性变动的那些努力，那些努力似乎正在导致很有兴趣的结果呢！”在这段话中，玻尔更加明确地肯定了经典理论的局限性。他提到的“在电磁理论中引入根本性变动的那些努力”。显然是指普朗克和爱因斯坦在量子理论方面的工作，玻尔认为这些工作“似

乎正在导致很有兴趣的结果”。1911 年 10 月 23 日，他给他的弟弟若哈德写的信中谈到汤姆孙在热射线吸收计算中的问题时说：“我唯一确信的是，他认为可以找到将会在普通电磁学定律的基础上解释热辐射定律的一种机械模型，而正如我已经间接证明并且后来又由麦克拉润直接证明了的，这种事情是显然不可能的。”[4]玻尔在此表明经典的电磁理论不能解决热辐射的问题。由此我们可以看到在玻尔早期的物理思想中已经孕育着新的物理思维，包含着量子概念的萌芽。