像行星系一样的原子世界

20世纪早期，欧内斯特·卢瑟福和他的同事汉斯·盖革及欧内斯特·马士登在有关原子表现的研究课题上共同宣布了一项重大发现，暗示了原子内部大部分是空的这一事实。

当时的卢瑟福已经通过辐射领域的研究成果在学界获得了声望。他和他的同事们在进一步的探索当中发现，一种名为“阿尔法粒子”的放射性微粒可以穿过非常薄的金箔。然而，极其罕见的是，金箔使其中一个阿尔法粒子发生了明显的偏转。该研究结果令人惊异的程度无异于发现一张薄纸能使导弹转向。

1911年，卢瑟福提出，上述结果暗示了原子的内部结构。他认为，其结构应该与太阳系结构类似。原子的核心部位是一个体积微小而密度很大的带电区域（后来被命名为原子核），且由体积更大的低密度电子云所包围。大多数阿尔法粒子穿透了金箔是因为它们是从电子云中穿过，但偶然也会有一个阿尔法粒子撞到了致密的原子核而被弹开。

几年之后，尼耳斯·玻尔开始和卢瑟福一起改进上述模型。玻尔坚信，能量的形式就是离散小块或者“量子”（参考阅读：普朗克定律，第150页）。随后，他提出了自己的观点：围绕着原子核的电子们都有各自独立的运行轨道，并且可以通过吸收或释放能量小包在轨道之间跳跃。

当詹姆斯·弗兰克与古斯塔夫·路德维希·赫兹的试验似乎确证了原子中电子的量子表现之后，玻尔在1913年提出的原子模型在第二年就迎来了大批拥趸。物理学家们不断修正着对原子结构的理解，但时至今日，学生们所学的原子模型仍然是以卢瑟福-玻尔模型为基础的。

在卢瑟福-玻尔模型中，电子们围绕着中央的原子核运动。(www.daowen.com)

卢瑟福-玻尔模型预测了原子内的电子会通过吸收离散能量小包而在“电子轨道”之间跳跃的现象。1914年，在多人的见证下，弗兰克和赫兹的试验证实了上述预测。他们利用充满汞原子的汞蒸气来加快电子的运动速度。当电子通过汞蒸气时，它们的速度逐渐加快（能量也逐渐增大），但是当能量积攒到一个特定水平的时候，电子往往会突然失去所有能量。针对这种现象的解释是，当每一个自由移动的电子最终获得足够多的能量时，它会把汞原子内的一个电子踢到另一条“电子轨道”上。这时，原子内的一个电子便有效地“偷走”那个自由移动的电子的所有能量，使其速度立刻降了下来。

参考阅读//

No. 82 核嬗变，第 168 页

卢瑟福-玻尔模型将传统的（经典）物理学理论与量子物理学这个新领域中的概念结合了起来。

在该模型的假设中，原子就像一个微型的太阳系一样，而电子“行星”则围绕着原子核“太阳”在各自的轨道上运行。