丹麦物理学家玻尔建立原子结构的量子理论

丹麦人尼埃尔·玻尔(1885—1962)是原子物理学的奠基人，是20世纪世界第一流的科学家之一。他最先把量子论用于原子结构的研究，对量子物理学作出重大贡献。
1855年10月7日，玻尔诞生在丹麦哥本哈根一个条件优越的知识分子家庭。他的父亲是哥本哈根大学一位很有才华的生理学教授。由于受到良好的教育和熏陶，玻尔的天赋自幼得到充分的发挥，很早便显露出非凡的才智。玻尔在学生时代爱好体育运动，足球踢得很出色。在大学期间，他做的一项关于测定水的表面张力的实验曾荣获丹麦科学院颁发的金质奖章。从此，他开始走上了科学研究的道路。
1911年，26岁的玻尔以优异的成绩毕业于哥本哈根大学理论物理专业，并获得博士学位。当时，正值英国原子物理学家卢瑟福发现了原子核，创立了类似太阳系结构的原子模型，玻尔立即意识到这一发现的重要性。他决定赴英国从事研究工作。1912年春，玻尔来到英国剑桥大学卡文迪实验室继续深造学习。后因与室主任汤姆生不和，转到曼彻斯特卢瑟福实验室。在这里，玻尔结识了当代著名原子物理学家、诺贝尔奖金获得者卢瑟福，两人建立起深厚的友谊。在卢瑟福的支持和帮助下，玻尔从1912年起致力于原子理论的研究。
当时，卢瑟福是原子理论的世界权威，他提出的关于原子结构的模型使玻尔产生了极大的兴趣。但玻尔并不迷信权威，他夜以继日地工作，大胆地在前人还没有认识的科学领域里继续探索。玻尔分析了卢瑟福提出的原子模型的缺陷，对它作了大胆的改进。玻尔认为要解决卢瑟福模型与经典物理学的矛盾，必须冲破经典理论的束缚，他想到了普朗克的量子假说，以及爱因斯坦用光量子成功地解释了光电效应。
玻尔综合了当时的许多新实验现象和理论，例如：α散射和卢瑟福关于原子核的概念，有关光谱的一些规律，普朗克关于吸收能量和辐射能量是不连续的量子论等等。1913年，28岁的玻尔以《原子构造和分子构造》为题在《哲学杂志》上分三部分阐述了原子结构的量子理论，即玻尔的氢原子理论。
玻尔对卢瑟福关于原子结构的模型，作了修改和重大发展。他认为电子可能处在原子核外几种稳定的轨道当中之一；每种轨道相当一定的能级；当电子运动状态改变的时候，它从一个轨道跳跃到另一个轨道；这个能级的变化就反映在吸收或辐射一定能量的光和热。关于原子结构的这种模型，就称做卢瑟福一玻尔模型，简成玻尔模型。玻尔认为，只有当电子从离核较远的轨道向离核较近的轨道跃迁时，才有光从氢原子辐射出来。按照这个模型，x射线和原子核外内层电子能级的变化有关；可见光、红外光和紫外光起源于外层电子能的变化；放射现象和原子核的变化有关。这个模型满意地解释了一些简单原子的辐射现象，因此在当时被人们广泛地接受，不得不重新认识量子论。但是在解决核外有两个电子的体系时，玻尔模型就显得有些困难了。为此，玻尔曾提出所谓对应原理，这个原理虽然没有使他摆脱困境，但却在经典物理与量子论之间架起了思维的桥梁，为量子论理论的建立奠定了基础。
关于原子结构的玻尔模型，使量子论已经超出辐射问题的领域，进入蓬勃发展的原子物理学。玻尔满意地解释了氢光谱现象，开辟了新的研究途经。玻尔关于原子结构的模型，解释了化学元素周期律。由于玻尔的杰出贡献，他于1922年获得诺贝尔物理学奖金。