manbet手机版诺贝尔演讲，1920年6月3日

manbet手机版化学原子的结构和光谱变化

manbet手机版可感知物体的构成问题是古希腊人早已思考过的问题。manbet手机版他们形成了一个概念，作为哲学思辨，不可分割的粒子，原子，作为可感知物体的最小组成部分。manbet手机版然而，他们并没有超越假设的这一阶段;manbet手机版他们并没有通过实验研究将其投入生产。

manbet手机版日耳曼民族的思想则不然。manbet手机版他们从他们处理物质的化学经验出发，确定了一些基本物质或化学元素的存在，这些基本物质或化学元素不能进一步分解，并提出了这样的假设:一种化学元素是由相同的个体或原子组成的，这些个体或原子决定了元素的特殊性质，用化学方法既不能进一步分解，也不能彼此区分。

manbet手机版在上个世纪末，人们对化学原子这一概念的认识有些迟钝。manbet手机版成千上万的化学实验证实了这一点，使人们相信，化学原子不仅不能用常用的化学方法分解成更多的部分，而且它是完全、绝对不可分割的。manbet手机版此外，化合物的丰富和它们在日常生活中的重要性阻碍了化学家研究不同元素的原子的个性是由什么组成的这个问题。manbet手机版近三十年来，我们在物理学上的经验使化学原子的概念摆脱了这种迟钝的状态。manbet手机版各种现象的发现使人们认识到这样一个事实:化学原子是一个独立的个体，而这个个体又是由几个单元组成的一个独立的整体。

manbet手机版在这些新发现和新见解中，最重要的是确立了以下事实:电是由大小相等的离散粒子或量子组成的，光是电磁波运动。manbet手机版由此必然得出结论，在化学原子的组成中必须存在一个单独的电量子。manbet手机版因为在某些条件下，化学原子会发出具有特定长度或振荡频率的光波，即我们熟悉的特征光谱，而这些光波只能以电磁波的形式来自加速的电量子。

manbet手机版此外，发现负电子是化学原子的一个组成部分具有根本的重要性。manbet手机版在阴极射线中，物理学家认识了能独立运动的自由负电量子，其质量比氢原子质量的千分之一还小。manbet手机版在电离过程中，他看到这种负量子或电子从化学原子中解放出来。manbet手机版通过对化学元素的光谱线施加磁场的影响，manbet手机版塞曼manbet手机版而且manbet手机版洛伦兹manbet手机版甚至成功地探测到负电子在原子整体中的位置，并作为其组成部分。

manbet手机版此外，在过去三十年的重大物理学发现中，自然史无前例地揭开了物理学家眼前第三个做梦也想不到的秘密的面纱。manbet手机版放射性的发现和研究，即使对最持怀疑态度的人来说，也不仅清楚了原子各部分的可分离性，而且清楚了化学原子的化学和物理特性——特别是母原子的，但同样也清楚了由其衰变产生的原子。

manbet手机版认识到化学原子是由单个可分离的电量子组成，人类在研究自然界方面向前迈出了一大步。manbet手机版然而，这一进步给我们带来了一个新的、更大的问题——原子的结构问题。manbet手机版一种化学元素的原子中有多少个电量子?manbet手机版它们的力场是什么?manbet手机版它们的相互距离是多少?manbet手机版他们的行动是什么?manbet手机版如果它们的平衡状态受到外界干扰，会产生什么力?

manbet手机版15年来，我们一直面临着这些问题。manbet手机版通过一个大胆的设想，猜测不太可能一下子成功地为所有这些问题提供答案。manbet手机版很可能要过一个多世纪，我们才能像了解太阳系那样彻底地了解化学原子的结构。manbet手机版通往这一目标的道路将像迄今为止一样，经历实验研究的困难和惊喜。manbet手机版许多科学家将不得不为解决这个大问题作出贡献;manbet手机版他们将不得不跟踪和测量所有那些直接表现原子结构的现象。

manbet手机版带着这样的想法，近二十年来，我把自己的特殊任务定为对化学原子的结构变化和光谱变化之间的联系进行实验研究。manbet手机版关于这一点，首先可以提出两个问题。

manbet手机版第一个与原子表面结构的变化现象有关。manbet手机版为了使我们能够清楚地把这方面的每一种可能性摆在我们面前，我们将从单个原子出发，它的各个部分都是根据相互平衡来排列的。manbet手机版我们从经验中了解到，当一束电射线照射到原子表面时，一个电子，在某些情况下，第二个甚至第三个电子，就会脱离。manbet手机版代替中性原子结构的是相应的一价、二价或三价原子离子的结构。manbet手机版我们问自己:属于中性原子和正离子这两种原子结构的两种光谱是什么?manbet手机版这个问题可以用第二个问题来补充:如果正电荷原子离子变成中性原子，是否会发射出特定的光谱?

manbet手机版对于这些问题，我已经给出了一定的答案，首先是在试探性地检验了我所知道的所有先前的观察之后，以工作假设的形式给出了答案，以便能够想出一系列具体的实验来检验这些假设。

manbet手机版第一个问题的答案如下:化学元素的光谱序列是正离子结构所特有的，主要在电弧和火花中观察到，而它们的线，正如里德伯格最成功地证明的那样，可以组合在一起，每一组的线是整数的函数。

manbet手机版第二种假设如下:当负电子附着在一种化学元素的正离子上时，它的精细结构带谱会被释放出来，因为在许多不同的附着轨道上，势能会以普朗克量子常数的倍数释放出来。

manbet手机版这两种可行的假设遭遇了截然不同的命运。manbet手机版在提出这一假设后不久，我意识到第二种假设是错误的，两者都没有结出实验的果实。manbet手机版然而，在理论上非常富有成果的是它的核心，即能量的释放与能量的释放是一致的manbet手机版普朗克manbet手机版通过电子围绕一个正电荷改变轨道来实现量子定律。manbet手机版这个假设形成了玻尔系列线发射理论的出发点。manbet手机版虽然我自己曾经站在这个理论的起点上，虽然最后的公式给出了一系列频谱序列中的频率关系，这些关系与观察到的事实非常吻合，但我仍然不能相信它，因为它在其规定中所假定的假设不仅与麦克斯韦的理论相矛盾，而且与物理学的精神本身相矛盾。manbet手机版这种批评不是针对普朗克的量子作用，而是针对与它相联系的玻尔的假设。

manbet手机版但是，让我们回到正离子对光谱序列负责的假设上来。manbet手机版在它形成后不久，我通过下面的思考使它结出了实验的果实。

manbet手机版通过让正离子通过电场，从而赋予它们一定的速度，就有可能将它们与中性、静止的原子区分开来。manbet手机版如果有可能从它们发射的谱线推断出它们的速度，那么这一推论就意味着将移位的谱线分配给作为发射体的移动原子离子。manbet手机版根据多普勒原理，可以推导出光谱线发射体的运动规律。

manbet手机版事实上，我们可以首先将移动的正离子射线束放置在垂直于轴的平面上，在这个平面上我们可以看到它们发出的光谱线。manbet手机版当它们的发射器静止时，它们只出现在光谱中它们通常位于的位置。manbet手机版其次，我们可以让正原子离子束在我们的视觉轴上接近我们，然后它们的光谱线在我们看来从光谱中正常的位置向较短的波长偏移，偏移量与发射系统的速度成正比。manbet手机版第三，如果我们让视线轴上的原子离子远离我们，那么它们的光谱线在我们看来就会从正常位置移到相反的一侧。

manbet手机版1905年，我着手用实验证明刚才所描述的现象。manbet手机版当时的研究状态意味着人们必须将管道射线视为正离子，这些射线接近辉光电流的阴极，并通过其中的穿孔从另一侧出现。manbet手机版我首先使我的摄谱仪的准直器的轴垂直于一束氢管射线的轴，然后在第二次我让准直器轴上的管射线接近它。manbet手机版在比较得到的两种谱图时，预期的多普勒效应在氢的序列谱线中出现了，后来在许多其他化学元素的序列谱线上得到了同样的结果。

manbet手机版因此，在1906年初，似乎已经确定了化学元素光谱系列的发射器是它们的正离子。manbet手机版对我观察结果的这种解释，的确很快就遭到了质疑。manbet手机版特别是，因为manbet手机版w·维恩manbet手机版而且manbet手机版J.J.汤姆森manbet手机版已经证明，管状射线除了含有正电荷的原子离子射线外，通常还含有中性射线，因此不可能准确地确定显示多普勒效应的谱线是属于前者还是后者。manbet手机版然而，后来发现的情况是，只含有正离子的管道射线在它们发出的光谱线中显示出多普勒效应。manbet手机版即使在今天，我仍然把一种化学元素的正电荷原子离子视为其光谱系列的发射体，但我现在已经不像以前只考虑自由的正电荷原子离子那样限制这个概念了，因为它们的正电荷总电荷被电场加速。manbet手机版更确切地说，在我目前的观点中，序列线可能还可以从一个不自由的正离子原子中发射出来，而这个正离子原子上已经开始附着一个负电子;manbet手机版只是电子必须还没有如此接近原子离子，以至于后者的发射已经对电子的电场敏感并被电子的电场干扰。

manbet手机版在这方面，可以提到氢的紫外连续光谱。manbet手机版我预期，当负电子附着在正电荷原子氢离子的过程中，它的侵蚀持续到目前为止，连续谱线的发射明显受到干扰时，会发射出连续谱线。manbet手机版因此，我寻找并发现了氢管射线的连续光谱。

manbet手机版自从发现管射线中的多普勒效应以来，人们对这一现象进行了大量的实验。manbet手机版从它们可以简单地推导出下列结果。

manbet手机版光谱系列的发射器无一例外是单个原子，而不是原子的化合物。manbet手机版高价原子离子的光谱与同一元素的原子离子的光谱不同，而是低价原子离子的光谱。

manbet手机版带谱——例如，氢和氮的带谱——通常不显示出管状射线多普勒效应。manbet手机版因为我期望一方面他们的排放是积极分子离子组成的多个原子,因为另一方面积极分子离子还发现运河射线在低压下,我开始解释没有乐队的多普勒效应的理论,当刺激发生碰撞,发出光,超过一个原子的分子离子分离后短时间内存在。manbet手机版这一概念也使得通道射线多普勒效应在小速度和低压力的波段上出现成为可能。manbet手机版事实上，Würzburg物理研究所的Rau先生最近成功地证明了负氮带的情况。manbet手机版此外，他所有的观察都得出这样的结论:这些带的发射体是正的双原子氮分子离子。

manbet手机版这一新进展的宣布使我们认识到，关于管腔射线多普勒效应的研究工作绝不是完整的，化学元素的各种光谱起源的问题还没有得到确切的回答。

manbet手机版如果实验物理学家已经在这一领域做了大量工作，那么理论物理学家还几乎没有开始评估可能使他得出关于原子结构的结论的实验材料。manbet手机版然而，人们已经证实，中性原子的结构要转变为离子的结构，就涉及到保留在结构中的电量子振荡的根本变化。manbet手机版然而，从中可以得出关于中性原子和离子的结构的什么结论，仍然是一个没有答案的问题。

manbet手机版从原子表面去除一个电子——即原子的电离——意味着它的表层发生了根本性的结构变化。manbet手机版与此同时，表层光谱也发生了同样根本性的变化，这从一开始就可以预料到。manbet手机版我把第二种结构变化作为实验研究的主题，情况就不同了。

manbet手机版我们必须永远牢牢记住，化学原子是一个独立的、独立的正负电量子结构。manbet手机版一个外电场，遇到它并通过它，对原子中正电荷和负电荷的影响一样大，并把前者推到一边，把后者推到另一个方向。manbet手机版当然，这种位移很快就会被它在量子中所唤醒的相互相对位移的相反的力所制止，但是这种位移还是发生了，这意味着一种变形，一种原子结构与它在受到外部电场影响之前的形式相比的变化。manbet手机版问题就来了，这种原子结构的改变，这种由电场引起的变形，是否会在原子光谱的改变中表现出来。manbet手机版换句话说，电场对光谱线的影响问题由此产生。

manbet手机版当我开始研究这个问题的时候，福格特已经发展出了一个与塞曼效应类似的电子理论。manbet手机版这一理论的结果并不令人鼓舞;manbet手机版因为这意味着电场对光谱线振荡频率或波长的改变是如此之小，以至于无法测量。manbet手机版这一结果似乎得到了证实，因为研究完全没有成功地发现这种影响会持续数年。

manbet手机版然而，我无法接受这一理论的前提——即一个原子的谱线发射仅仅是原子中一个独立运动的电子的工作。manbet手机版在我看来，整个原子的结构是一个个体的结构，它的所有部分都是相互联系的，谱线的发射在我看来是几个电量子的相干和合作的结果。manbet手机版因此，我认为，由于外部电场对原子结构的改变，也会引起原子结构谱的改变。manbet手机版我试图通过在发光气体中产生强电场来解决我的问题。manbet手机版我通过使管道射线穿过阴极上的穿孔，在另一边的阴极和另一个放置在它对面的辅助电极之间的强电场中传播来实现这一点。

manbet手机版我的第一张氢和氦管道射线谱图揭示了电场对一些光谱线的影响，并暗示了新开辟的领域中丰富的现象。manbet手机版此外，这一发现也再次表明，大自然的作品比人类的思想丰富得多，具有独创性得多。manbet手机版如果观察者观察发光电场的轴垂直于场的轴，该理论假定每一条光谱线在电场的影响下都会分裂成两个分量，相对于法线，这两个分量都将向较长的波长偏移，其中一个平行振动，另一个垂直于场。manbet手机版现实是多么不同啊!manbet手机版例如，红色的氢线与法线对称地分裂成9个分量，其中6个的电振动平行于场，3个垂直于场。

manbet手机版自从1913年发现电场对光谱线的作用以来，已经进行了大量的实验。manbet手机版它们最常见和最重要的结论是，对不同元素的相应系列的作用的性质和大小，在很大程度上是这些元素的原子结构的特性，或者至少是表面结构的特性的表现。manbet手机版因此，对氢系列的影响，对单价和二价正原子氦离子系列的影响，对锂、汞和铝系列的影响，在特征方面彼此不同。

manbet手机版下面的结果可能会引起详细的兴趣。

manbet手机版沿着从波长较长到波长较短的一系列线，电场的影响随着序列号的增加而变得更大——也就是说，随着波长的减小。

manbet手机版在多个元素的情况下，序列系统中各个级数的强度所占的比例取决于变形电场的强度。manbet手机版因此，在它的影响下，新的序列可以被看到，在电场之外，它们的强度非常小，以至于无法被观察到。

manbet手机版随着气体压力或离子密度的增加，光谱线的变宽和位移源于单个原子的电场对邻近发光原子的影响。manbet手机版与此相关的是Haber的一个很有前途的想法，即通过分子电场将固体表面的多相催化追溯到分子结构的变形。manbet手机版也许对这样的电场进行精确的光谱分析是可能的。

manbet手机版但是，让我们把这些细节抛之脑后，再回到原子结构的问题上来。manbet手机版我们必须扪心自问，是否可以从电场对串联线的作用中得出关于原子结构的结论，或者至少关于串联线的发射过程的结论。manbet手机版现在,manbet手机版波尔manbet手机版和爱泼斯坦为上述效应发展了一种理论，该理论给出了电场中组成线的数目和间隔，这与观测到的事实惊人地吻合，至少在单价原子氢离子和二价原子氦离子的序列情况下是这样，或者更确切地说，在电子粘附在这些离子上的情况下是这样。manbet手机版这个一致性有力地支持玻尔的光谱线发射理论，从而也支持他的假设，起源于manbet手机版卢瑟福manbet手机版，关于氢原子和氦原子的结构。

manbet手机版尽管我对这个理论的成就有很高的评价，但我不能把它当作决定性的东西来接受;manbet手机版除了我不能相信它的某些预设之外，它也不完全符合我们的经验。manbet手机版它不能解释下面的观察结果，在我看来，这对研究原子结构是非常重要的。

manbet手机版一束发光的氢管道射线，由于其速度，与电场的方向完全相同，而电场可以使它在电场中运动。manbet手机版如果光束的轴垂直于场的轴，每条被分割的单线的分量的强度相对于正常皮棉是对称的，就像分量位于它的左右的间隔一样。manbet手机版另一方面，如果射线的方向与场的方向相同，那么位于波长较长的一侧的那些分量的强度就会增加。manbet手机版如果管道射线的运动方向与磁场的方向相反，那么manbet手机版反之亦然manbet手机版时，波长较短的分量强度较大。manbet手机版因此，看起来好像一个氢原子或它的离子在电场中具有沿电场轴的极性——也就是说，可以在这条轴上区分两边。

manbet手机版这一现象不仅重要，而且引人注目。manbet手机版我们可以合理地期望能够从它的理论含义中，得出关于氢原子结构的结论。manbet手机版如果我们不仅像迄今为止那样考虑到原子表面上对单个电子的影响，而且从观察中得出推论的出发点是组成单个结构的原子各部分之间的联系，那么，这是很有可能成功的。

manbet手机版提到这一点，我们又回到了原子结构的问题上。manbet手机版当我们回头看一眼已经被覆盖的土地时，我们就会意识到这个问题的严重性。manbet手机版对化学原子结构变化所引起的光谱变化的研究揭示了一系列新的现象。manbet手机版从原子表面移走一个电子——或重新附着——会导致能振荡的原子部分的光谱发生根本变化;manbet手机版原子结构在电场作用下的变形可以用对原子部分振动的各种形式的影响来表示。manbet手机版但是，尽管这些新现象已经取得了丰富的实验成果，尽管开始建立在这些新现象之上的理论似乎很有希望，但它们几乎还没有开始阐明这个大问题，仅仅阐明了实验工作的一小部分，更不用说整个理论领域了。manbet手机版对这些现象的研究，对于解决原子结构这一重大问题，只能作出一点贡献。manbet手机版要达成这一解决方案，仍需要几代人的努力。manbet手机版我们从希腊人头脑形成的关于原子的思思性假设，到通过上个世纪日耳曼人的研究发现原子结构的电性，这一进展应该是对下个世纪的鼓励和教训。