原子结构模型的演变
原子是由电子和原子核构成的，这一大家熟悉的结论，是在19世纪和20世纪初经过较长时间实验和理论的研究才得到的。对于原子结构的认识，古希腊哲学家德谟克利特认为：物质是由许多极小的微粒构成的，这种微粒称为原子，在希腊文中“原子”有不可再分的意思，而这种学说只是一种设想，没有实验依据。19世纪初，人们通过大量的实验总结出了定比定律和倍比定律[1]，在此基础上，1803年道尔顿提出了他的原子学说，其核心思想：元素是由原子构成的，
不同元素的原子，质量各不相同，原子可能按几种不同的比率化合成几种化合物的分子。也基本上保留了德模克利特观点，但对物质构成的认识向前跨了一步。原子是不是有内部结构，一直是困惑人们的谜团。到1897年汤姆逊在电解实
验定律和荷质比定律的基础上，大胆提出原子中包含电子，后被密立根油滴实验所证实。电子的发现揭示了原子的可分性，抛弃了原子不可分的思想，表明了电子是构成原子的基本成份。由于电子带有负电荷，而整个原子是电中性，说明
原子内部尚有带正电荷的部分，从而显示出原子应有复杂的内部结构，这个结构到底是什么样的呢？为了进一步探究原子结构，必须做更多实验，但没有理论做指导，谁也不知道做什么实验，这种理论指导一般来源于某种原子模型，这种
模型必须以上述初步认识为依据，同时必须做出某种预见，去指导实验，最后接受实验的检验。1898年，汤姆逊最早提出了原子模型，其核心思想：带正电部分均匀分布在整个原子中，而电子则镶嵌在正电部分中，每个电子绕其平衡位
置做谐振动，并且不断地向外辐射能量。这是人们对电子运动状态最原始的一种描述。在1911年，卢瑟福为了证实该模型的正确性而
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了α粒子散射实验，实验的结果发现有大角散射现象，而按汤姆逊模型经理论分析不可能发生大角
散射现象，为了克服上述困难，卢瑟福提出了核式结构模型，其核心思想是：原子中心有一个极小的原子核，它带有正电和差不多全部原子的质量；所有电子都围绕着原子核旋转。这样就继承了原子是由带正电部分和电子构成的，抛弃了电
子镶嵌在正电部分里边的观点，建立了有核结构模型[2]。在1885年巴尔末发现了氢原子光谱是线状光谱。要解释氢原子的线状光谱，必须研究氢原子的结构，然而，这种轨道式的电子运动状态，根据经典电动力学，原子应该连续地向外
辐射能量，电子的轨道半径，将迅速缩小，直至为零，这样原子将不是一个稳定的系统，辐射的频率应连续地变化。这显然和实际相违背，为了克服以上困难，1913年，丹麦物理学家波尔提出了新原子结构模型，其核心思想是：原子只
能存在于一系列不连续变化的稳定状态，称为定态，这些状态与一定的能量相对应，在这些状态下，电子虽有加速度，也不会发生辐射，只有电子从一个轨道跃到另一个轨道时，才以光子形式发射单色辐射，其频率遵守：
hv=En－Em（1）
及量子比条件：。
波尔的原子结构模型很好地解释了氢原子光谱。他的思想基本保留了电子绕核做轨道运动，抛弃了绕轨道运动就向外辐射能量的观点。波尔的原子结构模型虽然表面上解决了这一矛盾，但仍未从本质上阐明电子的运动状态。从汤姆逊模型到波尔理论，都没有摆脱经典理论的框架，只能看作是半经典半量子的理论。1924年德布罗意在光的波粒二象性思想的启迪下，提出了微观实物粒子也具有波粒二
象性，德布罗意关系为：
E=hv（3）
λ=h/p（4）
德布罗意关系利用普朗克常数将粒子性和波动性有机地联系在一起，更全面地揭示了微观客体的本质，后来电子的波动性被戴维逊—革末实验所证实。德布罗意对电子的认识又向前跨了一大步，他保留了电子具有粒子性，同时提出了电子也具有波动性。如何来描述微观粒子的这种复杂的二象性，一向是人们关注的问题，20世纪30年代建立和发展起来的非相对论和相对论量子力学，阐述电子的状态用态矢量来描述，用相应的力学量算符来表示。大量事实已表明：量子力学关于电子运动状态的描述，对于解决经典理论所遇到的困难，取得了很大的成就，是比较成功的理论。当然这种理论也存在着局限性，非相对论量子力学的数学表达式不满足洛仑兹协变性、因而不能用来描述高能过程、即使是相对论量子力学，在理论上也存在着负能级和负几率的困难，对于粒子数不守恒问题，这种理论更显得无能为力。
综上所述，随着自然科学的发展，实验手段的先进，人们对原子结构的认识会逐渐完善。人们的认识是不断否定的过程；现有的认识成果，只是真理性认识过程中的一个阶梯和环节，它必将被更新的认识成果所代替，人们的认识必将
逐步深化和发展。
参考文献：
[1]杨福家.原子物理学（第三版）[M].北京:高等教育出版社,2000.1-23.
[2]宋健.现代科学技术基础知识[M].北京:科学出版社,1994.67-78.
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