物質是由原子、分子、離子組成的,原子的結構是什麼樣子的?隨著人類認識的逐步深入,原子的模型也是在逐漸變化的。歷史上盧瑟福給出的行星模型以及玻爾給出的分層模型是很有影響力的模型,後來也被人們認識到其中的不足。之後電子云模型逐步被科學界接受。
人類已經認識到微觀粒子有波粒二象性,認識到不確定原理,認識到電子沒有軌道的概念,可是目前原子的行星模型和玻爾的氫原子模型依然寫在教科書中。這是有原因的。
人的學習要循序漸進,先簡單後複雜,人類對世界的認識也是一個循序漸進的過程。沒有學過微積分就去學量子力學,那是不可能學好的。玻爾的氫原子模型可謂是聯繫經典物理學和量子力學的一個樞紐,在學習量子力學以及量子力學給出的電子云模型之前必須要學習玻爾的氫原子模型。
在玻爾之前,普朗克於1900年給出了量子的概念,愛因斯坦於1905年將量子化的概念應用到電磁波中,成功解釋了光電效應。1913年,玻爾將量子化的概念應用到氫原子中,提出電子只能在特定的軌道上繞原子核轉動,這就是軌道的量子化。電子在不同的軌道上原子的能級也是不一樣的,這體現出能量的量子化。
玻爾的氫原子模型很好地解釋了氫原子光譜,理論和實驗值吻合得非常好。該模型還能夠解釋氘的光譜以及電離掉一個電子後氦的光譜。該模型取得了非常大的成功,玻爾也憑此獲得了1922年的諾貝爾物理學獎。
正是因為玻爾成功地解釋了氫原子光譜,量子論才被越來越多的科學家接受。玻爾也因此成為了量子力學哥本哈根派的領軍人物。
玻爾的模型保留了軌道等經典的概念,也給出了定性的假設。在解釋比氫稍微複雜的氦的光譜時玻爾就遇到了困難,後來發現的氫原子光譜的精細結構也讓玻爾束手無策。量子力學建立起來後,玻爾的一些假設可以自然而然地推導出來,玻爾的原子模型開始讓位給電子云模型。儘管如此,玻爾的模型由於簡單、便於理解,會一直寫在物理學的教科書中。