(六)玻尔理论的确证及其引起的反响

1896 年到 1897 年，美国天文学家匹克林(E.C.Pickering,1846—1919) 在船舻座ζ星的光谱中发现了一个很象巴耳末系的线系，这个线系中每隔一条谱线和巴耳末系的谱线差不多重合。[3]因此，这种谱线一般被认为属于氢谱线，甚至里德伯也这样认为。杰出的光谱学家佛勒(A.Fowler)也持有这一观点。当时，他刚刚在用充有氢氦混合气体的放电管作的实验中， 观察到了匹克林线及新的有关线系。[7]这一线系曾用 n 的半整数值归结到氢 的公式中

v~ = R

 1 − 1 

n = 2.5,3,3.5,4,

H  22 n2 

按照玻尔的看法，这些数必须有整数值，而这种情况只可能意味着这一线系的里德伯常量对应于带两倍电荷的核，是氢的里德伯常量的四倍。于是， 很自然地可以认为匹克林线系是氦离子产生的。

由于 He 核的电荷 E=2e，所以

~v = 4R

1 − 1

H  n2 n2 

1 2

上式中如果令 n1=4，就得到匹克林线系

~v = 4R

 1 − 1 

n = 5,6,7,

H  42 n2 

将此式改写为

~v = R

 

 

 1 − 1 

H  22

 n 2 

   

 2 

就得到与经验公式一致的结果。这就论证了匹克林谱线是氦离子的光谱线。玻尔写信给卢瑟福请他在他的实验室中给予验证。

“我已经试着把这些谱线归因于氦。这一点是可以用实验来验证的。在一次讨论中，我提出我的观点，在佛勒实验中氢的存在可能并不是这些谱线的直接原因(正如我在论文中所说的那样)。化学家布杰隆博士向我建议说，如果我的观点是正确的，这些谱线就会在充有氦氯混合气的管子里出现；而且他还说，这样的谱线会有更大的强度。不过，我们在哥本哈根没有条件做出满意的实验来。因此我冒昧请求你在你的实验室里检验一下。”[3]应卢瑟福的要求，伊万斯(E.J.Evans)在一个玻璃管内充入极纯净的氦气得到了匹克林谱线。然而佛勒仍然不完全信服，他尖锐地指出， 就这些有争议的谱线而言，里德伯公式中的系数并不精确地等于 4R。玻尔有力地作出答辩，这个微小的差别产生于氦核的不可忽略的运动。在推导公式时假定了核的质量很大，因而可以忽略它的运动。但实际情况是，电子和核都绕公共质心运动。[3]因此里德伯常量表示式中的质量 m 不应被看

成自由电子的质量，而应被看成所谓的约化质量

mM m + M

, 此处M是核的质

量。事实上，将这一改正考虑在内，所预言的氢光谱和氦离子光谱之间的关系，就和一切测量结果完全一致了，从而消除了佛勒的怀疑。

玻尔的“三部曲”发表后，引起了物理学界的强烈反响。有赞同的， 也有反对的。卢瑟福看了“三部曲”的第一部的初稿，承认玻尔关于光谱发射的看法是“很巧妙的，而且看来是很好用的”。但是他接着就提出了问题：

“⋯⋯但是，普朗克概念和旧力学的混合，却很难使人对什么是它的基础形成一个物理概念。在我看来，你的假设中有一个严重的困难，这个困难我毫不怀疑地认为你也充分意识到了。那就是，当电子从一个定态过渡到另一个定态时，它怎么决定将以什么频率运动呢？在我看来，你似乎必须假设电子在事先就知道将在什么地方停下来。”[5]

卢瑟福一针见血的批判，击中了玻尔理论的要害，提出了普朗克理论和经典力学的结合，很难形成统一的理论基础，在理解上造成极大的困难， 在逻辑上难于自洽一致。

在“三部曲”第一部问世不久，有人在瑞士苏黎世的一次物理讨论会上简略地介绍了它的内容。当讨论即将结束时，劳厄曾经抗议说：“这完全是胡扯，麦克斯韦方程在任何情况下都是成立的。”这时爱因斯坦站起来声明：“这是很值得注意的！在它背后一定有点什么玩意儿。我不相信里德伯常量的导出是全靠运气。”[5]1913 年 9 月 7 日，在伯明翰召开的英国科学促进会会议上，金斯(James Jeans)综述了量子理论应用于原子结

构的进展，他说：“玻尔博士对光谱线规律做出了极富天才的解释。我觉得还应加上‘令人信服的’这几个字。”

当海维塞(Joseph George von Hevesy，1885—1966)在维也纳把玻尔的发现告诉爱因斯坦时，爱因斯坦说：“这可是个重大的成就，玻尔的理论一定是正确的。”[3]

1914 年，弗兰克(James Franck，1882—1964)和赫兹通过电子碰撞吸收实验，对玻尔的量子能态假设作出了最直接的实验验证。

玻尔的贡献不仅体现在科学上的非凡成就，而且还以他的科学思想、科学作风、高尚情操影响了一代青年科学家。特别是他的爱国主义精神感人至深。1918 年，玻尔的导师和挚友卢瑟福写出“私人信件，本人亲启” 的邀请信，以“把曼彻斯特办成现代物理研究中心”，“年薪两百英磅(相当于在丹麦收入的两倍)”为前提，两次请玻尔去英国任职。“你知道，我们是多么喜欢有你和我们一起工作啊！我想，你我两人能努力使物理学蓬勃发展起来。好好考虑，一有决定，就立刻告诉我。”

卢瑟福提供的美好前景简直无法抗拒，但是，玻尔回信道： “⋯⋯我一直强烈地希望在您身旁工作，以分享您对大家施予的，使

人受益匪浅的热情和想像力。⋯⋯” “我非常喜欢再次到曼彻斯特去。我知道，这对我的科学研究会有极

大的重要性。但我觉得不能接受您提到的这一职务，因为哥本哈根大学已经尽全力来支持我的工作，虽则它在财力上，在人员能力上，以及在实验室的管理上，都远远达不到英国的水平。”

“我立志尽力帮助丹麦发展自己的物理学研究工作⋯⋯我的职责是在这里尽我的全部力量。”

玻尔对自己祖国的热爱促使他一再婉言拒绝外来的高薪聘请，决心在人口不到五百万的小国建立起物理学的国际中心。确实，他成功了，哥本哈根很快成了物理学家“朝拜的圣地”！

1939 年，当法西斯的铁蹄正在践踏欧洲各国的时候，玻尔毅然决然地从美国回到丹麦。他不仅要回去维持研究所的工作，而且还要继续帮助逃离纳粹占领区的科学家。这就是玻尔爱国主义最生动的写照。玻尔一直记在心里的，并经常加以引用的是丹麦童话家安徒生的名言：“丹麦是我出生的地方，是我的家乡，这里就是我心中的世界开始的地方。”[9]