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傅统先全集第1卷:揭秘原子内部组织!

时间:2023-08-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:由此两基础鲍尔乃进而阐明原子之内部组织且借以解释氢原子之线景。兹以鲍尔原子论释氢景之三系列。第九图 鲍尔之氢原子轨道以示其跳换轨道与莱曼、巴尔麦、帕申三系之关系图示氢原子内之电子由第二轨跳至第一轨则有一定波长之辐射发出。故鲍尔对于原子内部组织之解释诚极有价值。商氏对线景之精微组织有极详细研究。原子之构造非仅由电子与质子说明之,尤

傅统先全集第1卷:揭秘原子内部组织!

太阳系式的原子到一九一三年鲍尔的理论才完成。而鲍尔的原子论是依据拉塞佛德(Rutherford)的原子粗型和蒲朗克的量子论会通而成。在鲍尔的大作《景论与原子组织》的第二篇论文里面说:“我们将依照拉塞佛德之理论而假定原子包含一正荷之原子核而有数电子周绕之。虽原子核较整个之原子其形颇小,然仍几占原子体积之全部。”此即所谓原子之元核论。鲍尔又继续的说:“在本演讲中吾将用量子论之观念。”蒲朗克的结论为物质与辐射之能力的交换是有一定的单位,这就是说,物质不是连续不断的放射能力而是一批一批的能量不连续的放射,其能量之单位曰量子,每一量子为放射振数与h常数之相乘(E=hv)。由此两基础鲍尔乃进而阐明原子之内部组织且借以解释氢原子之线景。

一、鲍尔之原子论 在一九一三年他假定了三个原则以成立其整个之理论。而此三假定是与旧物理学的理论发生直接的冲突。这三个假定是:

(一)不连续的轨道之存在于原子核的周围;

(二)电子沿着一定不移的轨道运动而不散失其能力;

(三)电子能由此一轨道换跳至彼一轨道;因此跳换而电子所放射之能力是依照不连续的量子数而计算的。

鲍尔在他近来出版的《原子论与自然之描素》中也这样说:

“一个原子系有许多的轨道——静状轨道,每一层自有其分别的能力价值而且有其特有的静态。其静态性质就可以显现原子能力每次的变迁皆由其从此一轨道至彼一轨道之跳换所造成。”

“原子之放射与吸收之可能性乃由原子能力之变迁的可能性所决定,且辐射之振数与启动轨道至终点轨道之间所消失的能力以下面公式关联之:hv=E1—E2”。

“这些原则虽不能以传统观念解释之,然对于所观察之物理化学的原素性质则有适当之基础。且尤能给实验之景线律则之基本特性以直接了当之解释。”(自第三十一页至三十二页)

简单的说,原子核在中央,周围绕着几条轨道,电子就在这些轨道上运动。(见第八图)电子或者绕第Ⅰ道走;或者跳到第Ⅱ道上走动,但决不会在Ⅰ轨和Ⅱ轨之间或Ⅱ轨和Ⅲ轨之间。然轨道有一定之限制,如电子跳去此限制之轨道以外则离他而去。鲍尔之理论能算出各不同之轨道上的电子能力。在Ⅰ轨的能力最小,然电子由第一轨至第二轨必需一定的工作,故Ⅱ轨道较Ⅰ轨之能为大,而Ⅲ轨之电子能力较Ⅱ轨尤大。各轨道之距离由Ⅰ轨至Ⅱ轨相隔最远,由之而渐次较近。

第八图 原子轨道图(www.xing528.com)

氢景是怎样发生的呢?本来氢之能力最小常在第一轨道运动。如以电子经过氢气,能力因而增加,如是电子或跳至Ⅱ轨,或跳至Ⅲ,Ⅳ。每次的跳换原子必消失若干能力。这种消失的能力放射出来,故实验所得氢气中乃有若干之景线。照鲍尔之假定因原子之跳换轨道所消失之原子能力必是许多光子的射出来。某一跳换中原子消失的能力等于放射光子之能力。

第九图 鲍尔之氢原子轨道以示其跳换轨道与莱曼、巴尔麦、帕申三系之关系

二、商美费德对原子组织之改进 在鲍尔的原子论里面他假定原子是好像太阳系的。鲍尔为简单起见假定电子运行的轨道是圆的而且是服从牛顿律的。换句话说,鲍尔假定了两件事(一)电子循着圆的轨道绕原子核而行,(二)电子虽运行,其质量(mass)不变。若照精细的计算这两点尚不能完全与实验相符。商美费德(Sommerfeld)对此两点乃力求改进。关于第一点商氏以为电子是循着椭圆形的轨道进行的,原子核是在此椭圆形两焦点之一点的地位。关于第二点商氏以原子论当符合相对论的公式,即物体之质量当依速率而变迁,故电子运行之速率不同,其质量亦时时变迁不定。兹将此两点再分别略述之。

照鲍尔的理论电子在第一轨道是圆圈的绕行,商氏之理论结果亦同。但是当电子跳至第二轨道运行,在鲍氏以为只是一个圆的轨道,商氏则不以为然。商氏以为电子在第二轨道有两个轨道的可能,电子或者绕着圆形的轨道行动,或者沿着椭圆形的轨道行动,但是此电子仍为同一能量。第三轨上也是一样的,在鲍氏也以为只有一个圆形轨道,而在商氏则以为有三个轨道的可能,两个是椭圆形的,一个是圆形的,然而它们同在一能量的层次中。第四轨道上商氏以为有四轨道之可能,三个椭圆形的,一个圆形的。其余以此类推(见第十图)。商美费德以一轨上有数轨道之可能性对于近来由极敏锐的分光器所见每一氢景线仍为数细微之景线组合而成的实验是互相符合的。商氏对线景之精微组织有极详细研究。读者可见其伟著《原子构造及景线》一书。

第十图 商美费德的能量轨道

前面我们已经讲过质量是依速度而变迁的。假使在同一速度中运动,质量是一定不移的。但是电子绕原子核成椭圆形的运行则速度在此椭形轨道上之任何一点都各不相同。因之,电子之质量亦时时的变迁。每离原子核最近的一点其吸力及速度必甚高,而离原子核最远之一点则其吸力及速率必最低。故根据相对论的理电子离原子核最近之轨道上的一点其质量必最大,而离原子核最远之一点其质量则最小。

原子之构造由鲍尔之假定经商美费德之改进乃益臻完善。原子之构造非仅由电子与质子说明之,尤须量子论之解释,相对论之增益。宇宙万有虽千变万化,形形色色,然自然之普遍性或统一性尤不难于原子之构造需电子论、量子论、相对论三者并释之线索中求获之。

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