20世纪前经典物理学不能解决的四个问题是(二十世纪的物理学)

导语：20世纪前经典物理学不能解决的四个问题（一）氢原子光谱

在1900年以前，经典物理学有主要有4个问题不能解决，所以才引入了这个量子论啊，这4个问题都是什么呢？第一：氢原子光谱的规律，第二：光电效应，第三：黑体辐射，第四：原子的稳定性问题，这4个问题在1900年以前就相当于当年的未解之谜。

实际上很多物理规律的发现，都是和这个好奇心和偶然性有很大关系的，尤其是操作实验，一次偶然的机会牛顿把这个太阳光透过一个三棱镜结果就发现了光变成了一排彩色的线，于是就起个名就叫光谱，光的色散就这么发现了。同时物理学家也发现每一种元素通过特定的方式激发，就比方说灼烧，然后再把它这个光透过这个三棱镜就发现光谱，每一种元素的光谱都是特定的一种，而且不同元素的光谱长的又不一样。

光谱学在当时是一个经验学科，之所以成为经验学科就是因为人们也不知道为什么这个元素对应的光谱就是这样的，但是却可以用这个光谱分析的这个方法来判断一个东西里有没有某种元素。就比方说，我现在想判断这个物质A里边有没有某种a元素，可以把A磨成粉末然后烧一烧，烧完了之后再把这种物质煅烧发出的光透过三棱镜。然后看看它的光谱，和现在已经收集的这个光谱对比一下，这种光的光谱和哪种已知的a元素光谱对上了，那么我们就知道这种物质就含有这种元素a。

当时人们是知道这个氢元素是最简单的元素，一个原子和一个垫子，所以就决定从这个氢原子的光谱开始分析。这个氢元素光谱有的地方亮，有的地方它就不亮了，然后每两条线之间这个间距也都不一样，所以乍一看就是毫无规律可言，因此无从下手，人们只能通过这个氢原子光谱计算出每一条线的波长，但是这些波长是怎么去排布的？研究好多年了还是不知道。

直到1884年雅各布巴尔默居然给出了氢原子光谱的公式，实际上这位物理学家在这之前他连一个物理学家都不算，他只能算是一个中学的数学老师，为什么这么厉害呢？1884年8月已经59岁的雅各布巴尔默刚好和刚好正在研究光谱的巴尔博士聊天，刚好谈到氢原子光谱的事情，没想到两周之后真的就算出了一个公式，这个计算公式和实际情况符合得很好，通过这个公式计算的补偿和实际测量的波长。误差不超过1/4万，相当之准。为了纪念巴尔默，所以人们给月球上的一个环形山就被命名为巴尔默环形山，但是物理学家给不出这个公式的解释，只是知道这个公式是正确的。那一年爱因斯坦才5岁，波尔还差一年才出生，跟着伟大的物理时代就来了，20世纪诞生了很多很多杰出的物理学家。

1913年波尔提出了玻尔理论突破了经典概念，提出了定态、量子化条件、分立能级、能级间的跃迁等极其重要的概念，第一次从理论上解释了氢原子光谱的经验规律，成就是巨大的。另一方面，玻尔理论仍未能脱离经典理论的束缚，因而具有很大的局限性。正确的理论要建立在量子力学的基础之上。玻尔理论的基本假定是:

① 原子核外的电子，只能在一系列无辐射的定态轨道上运动，这种特殊的力学平衡状态可以用经典力学方法处理。

② 当一个原子从一个能量为Ei的定态，跃迁到另一个能量为Ef的定态时，就产生辐射(或吸收)，辐射频率v与跃迁始末的两个定态能量之间的关系由下式决定

能级的跃迁是基于不同的状态，不同的状态跃迁会发出不同频率的光，现在是一种很有用的检测手段，下一个文章将会讲解第二个不能解决的问题——光电效应。

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