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“粗結構”的氫原子發射光譜(圖片來源:維基百科)

在玻爾的模型中,這些光譜對應著電子在不同軌道間的躍遷。當電子躍遷時,會吸收或發射特定頻率的電磁輻射。由於電子的軌道是分立的,輻射出的能量頻率也必然是特定的數值,這便完美解釋了氫原子光譜的不連續性。


玻爾的模型首次將量子的概念引入原子結構,初步解釋了氫原子光譜的不連續性,也開啟了通往現代量子力學的大門。



氫原子的玻爾模型,中心是原子核,電子在特定軌道上繞著原子核轉動,當電子從高能級軌道向低能級軌道躍遷時會釋放一定頻率的光。(圖片來源:維基百科)


然而,玻爾的氫原子模型並不能與氫原子光譜的實驗結果完全吻合。玻爾模型不僅與當時最精確的光譜測量結果有一些微小的偏差,更關鍵的是,實驗測得的光譜在某些能級似乎分裂成了兩個,而玻爾模型則只預言了一個。這些分裂的微小能級被稱為原子的精細結構。




真實的氫原子光譜序列,包括多個精細結構(圖片來源:Wikipedia)

1916年,德國物理學家阿諾德·索末菲進一步發展了玻爾模型。為了解釋氫原子光譜的精細結構,索末菲考慮了電子的相對論效應,並在方程推導過程中得到了一個常數——氫原子第一軌道電子速度與光速之比,並將其稱之為精細結構常數α:


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