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前面說到，在氫的可見光譜中，埃斯特朗標出了四條暗線的波長，然後瑞士數學教師巴爾末費老大勁了，終於找出了可以把這四個波長數字聯繫起來的一個公式。雖然只是一個純粹的數字遊戲，但巴爾末卻向世人證明，原子譜線的背後一定有著某種不為人知的物理規律。誰能發現這個規律？巴爾末選擇另請高明，而自己還是繼續當自己的女子學校老師。
今天的故事要從1897年開始說起。在這一年，約翰-湯姆遜發現了一種新的物質，這個物質便是電子，原子不可繼續分割的理論就此打破。不過，湯姆遜還是無法確定電子的質量與電量究竟是多少，他只得出了電子的質量與電量的比值。除此之外，湯姆遜還發現，氫原子的質量與電量之比，要比電子的質量與電量之比，大上1000倍。這就說明，要麼就是電子的質量非常非常小，要麼就是電子的電量非常非常大，要麼就是兩者兼而有之。而且更有意思的是，電子的質量與電量比是一個負值，由於質量肯定是正的，這就說明電子所帶的是負電。
湯姆遜
有了電子這一大發現之後，人們終於可以開始討論，原子究竟擁有著怎樣的結構。1900年，愛爾蘭物理學家菲茨傑拉德提出，氫原子大約是由500個電子所組成的。三年之後，湯姆遜又提出，氫原子是由1000個電子所組成的。總的來看，這兩種模型沒有什麼區別，無非就是電子到底有多少。但它們卻存在著兩大致命問題，首先就是，原子本身是電中性的，而電子是帶負電的，那麼是什麼在原子內部提供正電來中和電子的負電呢？其次，原子是穩定的，不會輕易地就分崩離析，但這麼多電子擠在一起，同性相斥，原子根本不可能保持穩定。
菲茨傑拉德
妥了，面對著這兩個問題，人們的思路一下就來了，那就是電子既然已經被發現了，那咱們接下來找到原子中的正電部分不就行了麼？1902年，開爾文勳爵提出，原子是一個帶正電的球體，而電子便鑲嵌其中，這便是歷史上著名的「葡萄乾布丁」模型。
葡萄乾布丁模型
不過到此為止，還有一個的問題沒有解決，那就是原子中到底有幾個電子呢？1906年，湯姆遜提出，原子中的電子數，與這個原子的原子量大致相同，也就是說，氫原子中應該只有一個電子，氦原子中那就有4個電子。當然了現在我們知道，這個結論其實是錯誤的，畢竟當時人們還並不知道中子的存在。
擁有兩個電子的氦原子
與此同時，隨著實驗技術的不斷發展，人們也有了新的發現，在實驗中，物理學家利用電子轟擊金屬箔，結果發現，電子居然掌握了穿牆術，它可以毫無阻礙地穿過，而且還絲毫不發生任何偏移。由此人們得出結論，物質雖然是硬邦邦的，但放眼微觀，原子裡面大部分卻是空空如也。這一全新的發現，毫無疑問地否定了開爾文勳爵的「葡萄乾布丁」模型，因為布丁可是實心的。
那麼原子模型究竟如何呢？對這一問題繼續發起挑戰的，是歐內斯特-盧瑟福。盧瑟福這哥們特別喜歡α粒子，究其原因，是因為正是盧瑟福在1898年發現了α粒子。1908年，盧瑟福進一步證明，α粒子帶兩個正電荷。接下來，盧瑟福也開始使用α粒子來轟擊金屬箔了，主要是兩種，鋁箔和金箔。結果發現，大部分α粒子都垂直無障礙地通過了鋁箔和金箔，但還是有一小部分發生角度上的偏移，而且穿過金箔發生偏移的α粒子數量，要大於穿過鋁箔的α粒子。那麼既然α粒子可以穿過金箔，又是什麼東西造成了它的偏移呢？肯定不是電子，因為當時人們已經了解了電子的質量與電量，渺小的電子根本無法與「龐大」的α粒子相抗衡。
盧瑟福
自己苦於找不到結果，盧瑟福就去找人幫忙，找的人也是一個大神——德國物理學家漢斯-蓋革，蓋革計數器那個蓋革，同時，蓋革還帶了一個本科生一起做實驗，這哥們名叫歐內斯特-馬士登。雖然與盧瑟福進行的實驗完全相同，但蓋革爺倆卻有了更加令人吃驚的發現，那就是當α粒子轟擊金箔時，竟然有一些被原路給彈回來了，這種結果非常少見，大約做8000次實驗才能出現一次。但你甭管出現多少次，結論是顯而易見的，α粒子肯定是碰到了原子中某些非常堅實的東西，這個東西很巨大，也擁有著強電場。這可是個大發現，原子很空，但卻並不完全空。今天，這一實驗被稱為蓋革-馬士登實驗，也被稱為盧瑟福散射實驗。
蓋革
馬士登
盧瑟福散射實驗
有了實驗結果之後，盧瑟福便開始了苦思冥想，具體怎麼想的咱就不知道了，總之在1911年年初的一天，當盧瑟福見到蓋革時，他說了這樣一句話：我知道原子是什麼樣的了。什麼樣呢？盧瑟福描述道：原子裡面有一個帶正電的、比原子本身小10000萬倍的中心，這個中心同時也包含了原子的大部分質量，對於金原子來說，這個中心的電量是電子電量的100倍，而電子則圍繞著這個帶正電的巨大中心，周而復始地做著圓周運動。
盧瑟福與蓋革
盧瑟福原子模型
1911年秋天，本來工作關係在曼徹斯特大學的盧瑟福，在劍橋大學的一次講座中，首次公開了自己的原子模型，第二年10月，盧瑟福首次使用原子核來命名這個巨大的中心。而就在劍橋大學的那次講座中，聽眾中有一位來自丹麥的26歲年輕人，他本是湯姆遜的學生，但是在聽了講座之後，他毅然地決定離開劍橋大學，投靠到了盧瑟福的門下，這位年輕人便是量子力學革命的靈魂人物——尼爾斯-玻爾。
玻爾
1912年3月，帶著自己的鋪蓋卷玻爾來到了曼徹斯特，本打算就此常住，結果沒想到玻爾只在曼徹斯特呆了4個月就回丹麥老家了。為什麼呢？因為去到曼徹斯特之後，他的心思完全不在實驗上，而是集中到了盧瑟福原子模型的問題之上，與其在英國那破地方吸霧霾，倒不如回到山清水秀的丹麥老家靜靜思考。
那麼盧瑟福模型究竟面臨著怎樣的問題呢？玻爾指出，相對於有史以來的所有原子模型，盧瑟福模型確實是最接近原子真實狀態的，但它仍然有一個致命傷，那就是不穩定。原因很簡單，圍繞著原子核運動的電子，會不斷地向周圍空間釋放電磁輻射，從而損失電磁能，這種能量的損失是災難性的，原子最終會分崩離析，我們的世界也就不復存在。
但現實顯然不是如此。於是令人意想不到的一幕出現了，玻爾以一種大無畏的精神，堅定地拋棄了物理學中已經存在的法則，他指出，電子所環繞原子核運行的軌道，是一種「定常軌道」，在定常軌道上，電子發生著沒有能量的輻射。不過，輻射雖然沒有能量，但根據牛頓物理法則，繞核運動的電子還是應該具有能量的，玻爾表示他可以表示這種能量，而且這種能量還呈現出量子化的特性，這種能量便是所謂的「能態」。
玻爾提出，量子化條件制約著相應的能量和相應的電子軌道，只有某些軌道可能存在，而且這些軌道之間絕不是連續的，電子會從一個軌道突然間「躍遷」到另一個軌道，這是之前任何物理學法則，都不會允許的現象，但微觀世界就是這麼不走尋常路。具體來看，氫原子的能態越大，電子的軌道也就越大，所以我們可以將玻爾的氫原子模型做這樣的描述：位於中心的原子核，被不連續的電子軌道所環繞。最小的軌道能量最低，稍大一些的軌道能量也大一些，以此類推到更大軌道和更大的能量。而在各種不同的能態中，氫原子最穩定的結構是能量最低的能態，一般來說，氫原子都處於這一能級，所以這一能級的軌道，便決定了氫原子的大小。根據這一理論，玻爾計算得出，氫原子的直徑為0.11nm，而實驗得出的結果為0.1nm，二者基本相符。同時，玻爾還計算出了將電子與原子核完全分離所需要的電離能，他的結果是13V，實驗結果為11V，也是十分接近。
玻爾原子模型
不僅如此，玻爾的原子模型也解釋了為什麼氫原子光譜上，存在著不連續的暗紋，因為這些暗紋正對應著氫原子不同的能態，而巴爾末所得出的數學規律背後的物理規律，也正在於能級的躍遷。玻爾也利用公式將量子躍遷表達了出來，關於這個公式咱就不細說了，反正你也看不懂，關鍵是我也看不懂。
毫無疑問，雖然玻爾創造了一個可以定量研究的原子模型，雖然他的模型解釋了原子譜線的由來，也雖然很多實驗都支持了玻爾的計算結果。但是由於對一些傳統觀念的徹底顛覆，以及經典物理法則與量子法則一團亂麻的混用，玻爾的理論依然掀起了軒然大波，比如盧瑟福就提出了這樣一個關鍵問題：一個電子離開一個能級時，它怎麼知道能去哪裡呢？還比如物理學家奧託-斯特恩就曾表示：如果那個瘋狂的玻爾模型，最終被證明是正確的，那我就離開物理學界。當然了，他最後不但沒有踐行自己的諾言，反而成為了玻爾模型的受益者，因為作為一名核物理學家，斯特恩獲得了1943年的諾貝爾物理學獎。
斯特恩
當然了今天我們知道，玻爾的原子模型也並非完美，它的最終完善還需要薛丁格、海森堡等人對量子力學的進一步發展。但玻爾無疑是幸運的，因為他的研究對象選擇了氫原子，如果玻爾當初選擇的是氦原子，或是其他任何原子的話，他都不可能提出玻爾原子模型，更無法奠定量子力學大廈的基礎。而且事實上，氫原子也不是完美的，因為在1891年，麥可遜發現，波長為656.2nm的第一條譜線，其實並不是一條線，而是兩條非常接近的譜線，玻爾模型還是無法對其進行解釋的。
不過這不要緊，因為即便有著些許缺陷，玻爾模型對後世的影響依然是深遠的，直到今天，我們依然在說原子的能級，同時，我們對原子和分子光譜的了解，也是以玻爾理論為基礎的。也正是由於玻爾的開創性貢獻，1925年-1926年，一種全新的解釋世界的理論——量子力學，真正誕生了，而玻爾毫無疑問地成為了這個事件的中心人物。正如美國物理學家魏斯科普夫所說：玻爾和他的追隨者們，觸動了這個宇宙的神經。
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