能量是物理学家最熟悉的东西了，所有的能量都应该是连续变化的，这已为千百年来无数的事实所证明。有谁看到过马路上急驰车辆的动能，会突然从一个数值跳到另一个数值而中间没有过度？又有谁看到过瀑布溅落时，水的势能的变化不是连续的，而是间断成一段一段的呢？更有谁看过光和热的发射是一份一份的呢？
普朗克发现：物体在吸收或辐射能量时，能量居然不是连续变化的，而是跳跃着变化的，即能量是一份一份地发射或吸收的，每一份能量都有一定的数值。这个发现当时连他自己都不相信。
接着，爱因斯坦发现，光的能量也是不连续的，是一份一份发射的，也就是说，光也是量子化的。量子概念冲破了传统物理学中能量连续观念的束缚，是人类认识史上的一次飞跃。但爱因斯坦和普朗克的量子论并不完善，所能解释的物理现象也很有限。
现在，促进量子理论发展的第三个关键人物出场了，他就是丹麦的原子物理学家——尼尔斯·玻尔。他发现原子中的电子运动也是“量子化”的，电子向原子靠近和远离核的过程不是连续的，而是一段一段地跳跃着的，这就是所谓的“量子跃迁”。
登台阶的游戏
虽然两千多年前的古希腊哲学家就提到了“原子”的概念，但人们对原子的真正认识要到20世纪初了。1911年，英国著名物理学家卢瑟福提出了一个崭新的原子结构模型：原子内部的大部分空间都是空虚的，它的中心有一个体积很小、质量很大、带正电的核，带负电的电子则以某种方式运动于核外的空间中。这个原子模型看起来更像一个微型的太阳系，原子核是太阳，电子是围绕太阳运行的行星。
一个新的原子模型建立了，但还不完善，还有许多问题，尤其在电磁理论方面面临着严重的困难。经典的麦克斯韦电磁理论预言，电子绕原子核运动时，由于电荷异性相吸，将会不可避免地相互靠近并释放出辐射能量，最后原子的能量越来越小，电子最终落到原子核上消失。换句话说，卢瑟福描述的原子是不可能稳定存在超过1秒钟的，以此构成的物质世界根本就不可能存在。
现在，卢瑟福原子模型需要一个更好的解释，它在等待一种叫做量子化的理论解释，等待一位即将跨过英吉利海峡，从丹麦远道而来的年轻人——尼尔斯·玻尔。
1885年，玻尔诞生于丹麦哥本哈根的一个书香门第，他的父亲是一位国际知名的生理学家，在哥本哈根大学任教授，曾被提名为诺贝尔生理学和医学奖的候选人。童年时的玻尔经常旁听父亲和知识界朋友的闲谈，大人们的广泛话题使玻尔幼小的心灵深受熏陶。小学和中学时代的玻尔就表现出过人的聪慧，大学时代又浸润了一股强烈的哲学气质，哲学思维的广阔性奠定了他以后空前的成功。
1911年，26岁的尼尔斯·玻尔满怀希望和信心来到英国，师从卢瑟福。在原子模型构建的征途上，这一对师生组成的绝妙的团队，很快就在科学史上激荡起波澜壮阔的奇观。
在卢瑟福原子模型与麦克斯韦电磁理论遭遇到无法调和的矛盾时，年轻的玻尔面临着一次学术信仰的抉择，凭借着对科学的远见卓识，玻尔选择了卢瑟福原子模型。他感觉，建立在宏观物理现象上的经典电磁理论，在微观领域不一定还起作用。就如同解释辐射的“紫外灾难”一样，这一次或许又需要借用普朗克的量子化概念了。
1913年，玻尔在研究原子的光谱线问题时，发现原子的光谱线是不连续变化的，他由此受到启发，认为电子远离或者靠近原子核时的真实情况应该是呈梯度变化的，而不是连续变化的。这就好比一个人在400米高的摩天大厦中，在没有电梯的情况下，他只能沿着楼梯一级一级地上或者下，永远不可能把脚悬空踩在楼梯级之间。电子只能处于一个定态轨道中，两个定态之间没有缓冲地带，那里是电子的禁区，电子根本无法出现在那里。
现在，我们再来看看那个恼人的卢瑟福原子模型，其实再简单不过了。关键在于，电子只能在特定的不连续的轨道上运行，在能量最低的轨道，电子运动可以看成是在“平地”上的状态。一旦电子获得了特定的能量，它就获得了动力，向上“攀登”一个或几个台阶，到达一个新的轨道。当然，如果没有了能量的补充，它又将从那个高处的轨道上掉落下来，一直回到“平地”状态为止。这种过程被称为电子跃迁，每次电子跃迁都要辐射或者吸收量子化的能量而产生一定的光谱。玻尔扫清了原子稳定性的问题，世界终于在人们的心中安全合理地存在了下来。
叛逆者的成功轨迹
起初，玻尔关于原子结构的新理论并不怎么受保守物理学家们的欢迎。这个理论与经典电磁理论是如此的格格不入，在保守的卫道士眼中，量子帝国中的人们活脱脱就是一些企图推翻麦克斯韦完美理论体系的狂妄之徒，真是大逆不道。玻尔在剑桥的导师，约瑟夫·汤姆逊，拒绝对他的新理论发表评论。而有的物理学家干脆在课堂上宣布：“如果物理现象要用量子理论才能解释的话，我情愿沉默。”更激进的人则扬言，如果量子模型居然是真实的话，他们从此隐退物理学界。被完美的经典物理学公式统治了数百年的人们，即使前卫如爱因斯坦和波恩，也对这一理论进行了持久的抨击。
但是事实胜于雄辩，玻尔创立的量子理论对原子辐射谱线的预言和实验值仅相差千分之一，并且，进一步运用该理论预言氢原子尚未被发现的其它谱线，结论也很快被实验验证。胜利来得如此之快又彻底，玻尔本人都几乎茫然无措。紧接着，在玻尔理论的基础上，原子核外电子一层层往外排列的壳层模型也发展起来了。
每一天，新的报告和实验证据都带着相同的信息——量子模型是正确的，如同雪花飞到玻尔的办公桌上。全世界都在祝贺一位理论的国王，无数的大学和社团都希望得到这位国王的莅临。玻尔已经成为原子物理方面的带头人，他的恩师卢瑟福希望他接受在曼彻斯特的高级职位，无论从财富还是学术上说，那将是最好的选择。但是玻尔还是决定留在自己的祖国丹麦，做他的哥本哈根大学教授。后来他在那个弹丸之地建造起自己的研究机构。凭借自己的人格魅力，他的研究所很快像磁场一样吸引了各地才华横溢的年轻人，这里很快就变成了全欧洲的一个学术中心。年轻人充分地感受着这里的自由气氛和玻尔的关怀，在他们中间形成了一种充满活力的工作态度和积极进取的学术精神，史称“哥本哈根精神”。玻尔本人也因其理论的巨大成就而获得了1922年度的诺贝尔奖金。
然而，玻尔对电子运动轨迹的认识仍然是不准确的。当海森堡确立测不准原理后，人们才发现，不但玻尔所认识到的何时何地发生电子跃迁是不确定的，就连电子类似行星的轨道也是莫须有的，在原子微观领域，上帝好像只会掷骰子。玻尔很快认识到了电子行为的不确定性，并与爱因斯坦爆发了一场长达数十年的著名争论。
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