原子物理学的历史

经过长时间的探索，直到20世纪初，人们对原子的结构和内部运动规律有了清晰的认识，现代原子物理学才逐渐建立起来。1897年前后，科学家们逐渐确定了电子的基本特性，确立了电子是各种原子的共同成分。通常情况下，原子是电中性的，既然所有的原子都有带负电的电子，那么其中必然有带正电的物质。20世纪初，提出了两种不同的假说。在1904中，汤姆逊提出原子中的正电荷分布在体积密度均匀的球体中，而带负电荷的电子分布在球体的不同位置，分别以一定的频率振动，从而发出电磁辐射。这个模型被形象地比作“坚果面包”模型，但模型理论与实验结果相矛盾，很快就被放弃了。

在1911中，卢瑟福提出原子的中心是一个带正电的重核，与整个原子的大小相比，它是非常小的。电子围绕原子核旋转，类似于行星围绕太阳旋转。这个模型被称为原子的核模型，也称为行星模型。从这个模型得出的结论与实验结果符合得很好，并很快得到认可。

根据经典电磁理论，电子应该自动辐射能量，使原子的能量逐渐降低，辐射的频率逐渐变化，所以发射光谱应该是连续的。由于能量的降低，电子沿着螺旋逐渐靠近原子核，最后落在原子核上，所以原子应该是一个不稳定系统。

但实际上原子是稳定的，原子发出的光谱是线性的，而不是连续的。这些事实表明，从宏观现象的研究中建立起来的经典电动力学不适用于原子中的微观过程。这就需要进一步分析原子现象，探索原子内部运动的规律性，建立适合微观过程的原子理论。

1913年，丹麦物理学家玻尔在卢瑟福提出的核模型基础上，结合原子光谱经验定律，应用1900年普朗克提出的量子假说和1905年爱因斯坦提出的光子假说，提出一个原子所拥有的能量形成不连续的能级。当能级跃迁时，原子会

玻尔假说可以解释氢原子光谱等一些原子现象，首次成功建立了氢原子结构理论。玻尔理论的建立是原子结构和原子光谱理论的一大进步，但对原子问题的进一步研究显示了这一理论的不足，只能算是一种非常粗糙的近似理论。

1924年，德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性的假设，后来的观测证明微观粒子具有波动性。在此基础上，薛定谔在1926建立了波动力学。同时，其他学者，如海森堡、玻恩、狄拉克等人，从另一个途径建立了等价理论。这个理论现在叫做量子力学，可以很好的解释原子现象。

20世纪前30年，原子物理学处于物理学的前沿，发展迅速，促进了量子力学的建立，开创了现代物理学的新时代。因为量子力学已经成功解决了当时遇到的一些原子物理问题，所以很多物理学家认为原子运动的基本规律是清楚的，只剩下一些细节问题。

由于认识的局限和研究原子核和基本粒子的吸引力，除了一些光谱学家对原子能级的精细结构和超精细结构进行了深入研究并取得了一些成果外，许多物理学家都把注意力集中在研究原子核和基本粒子上。长期以来，他们未能对原子物理进行全面深入的研究，这在一定程度上影响了原子物理的发展。

20世纪50年代后期，由于空间技术和空间物理的发展，工程师和科学家发现，利用现有的原子物理知识来解决空间科学和空间技术的问题是不够的。过去，人们已经精确地测量了许多谱线的波长，深入地研究了原子的能级，并精确地解释了谱线和能级。

而我们对光谱线强度、跃迁几率、碰撞截面等空间科学的基础知识知之甚少，甚至只知道这些物理量的一些参数的数量级。核试验遇到的很多问题也和这个知识有关。因此，有必要对原子物理进行新的实验和理论探讨。