在氢的可见光谱中，埃斯特朗标出了四条暗线的波长，然后瑞士数学教师巴尔末费老大劲了，终于找出了可以把这四个波长数字联系起来的一个公式。虽然只是一个纯粹的数字游戏，但巴尔末却向世人证明，原子谱线的背后一定有着某种不为人知的物理规律。谁能发现这个规律？巴尔末选择另请高明，而自己还是继续当自己的女子学校老师。
今天的故事要从1897年开始说起。在这一年，约翰-汤姆逊发现了一种新的物质，这个物质便是电子，原子不可继续分割的理论就此打破。不过，汤姆逊还是无法确定电子的质量与电量究竟是多少，他只得出了电子的质量与电量的比值。除此之外，汤姆逊还发现，氢原子的质量与电量之比，要比电子的质量与电量之比，大上1000倍。这就说明，要么就是电子的质量非常非常小，要么就是电子的电量非常非常大，要么就是两者兼而有之。而且更有意思的是，电子的质量与电量比是一个负值，由于质量肯定是正的，这就说明电子所带的是负电。
汤姆逊
有了电子这一大发现之后，人们终于可以开始讨论，原子究竟拥有着怎样的结构。1900年，爱尔兰物理学家菲茨杰拉德提出，氢原子大约是由500个电子所组成的。三年之后，汤姆逊又提出，氢原子是由1000个电子所组成的。总的来看，这两种模型没有什么区别，无非就是电子到底有多少。但它们却存在着两大致命问题，首先就是，原子本身是电中性的，而电子是带负电的，那么是什么在原子内部提供正电来中和电子的负电呢？其次，原子是稳定的，不会轻易地就分崩离析，但这么多电子挤在一起，同性相斥，原子根本不可能保持稳定。
菲茨杰拉德
妥了，面对着这两个问题，人们的思路一下就来了，那就是电子既然已经被发现了，那咱们接下来找到原子中的正电部分不就行了么？1902年，开尔文勋爵提出，原子是一个带正电的球体，而电子便镶嵌其中，这便是历史上著名的“葡萄干布丁”模型。
葡萄干布丁模型
不过到此为止，还有一个的问题没有解决，那就是原子中到底有几个电子呢？1906年，汤姆逊提出，原子中的电子数，与这个原子的原子量大致相同，也就是说，氢原子中应该只有一个电子，氦原子中那就有4个电子。当然了现在我们知道，这个结论其实是错误的，毕竟当时人们还并不知道中子的存在。
拥有两个电子的氦原子
与此同时，随着实验技术的不断发展，人们也有了新的发现，在实验中，物理学家利用电子轰击金属箔，结果发现，电子居然掌握了穿墙术，它可以毫无阻碍地穿过，而且还丝毫不发生任何偏移。由此人们得出结论，物质虽然是硬邦邦的，但放眼微观，原子里面大部分却是空空如也。这一全新的发现，毫无疑问地否定了开尔文勋爵的“葡萄干布丁”模型，因为布丁可是实心的。
那么原子模型究竟如何呢？对这一问题继续发起挑战的，是欧内斯特-卢瑟福。卢瑟福这哥们特别喜欢α粒子，究其原因，是因为正是卢瑟福在1898年发现了α粒子。1908年，卢瑟福进一步证明，α粒子带两个正电荷。接下来，卢瑟福也开始使用α粒子来轰击金属箔了，主要是两种，铝箔和金箔。结果发现，大部分α粒子都垂直无障碍地通过了铝箔和金箔，但还是有一小部分发生角度上的偏移，而且穿过金箔发生偏移的α粒子数量，要大于穿过铝箔的α粒子。那么既然α粒子可以穿过金箔，又是什么东西造成了它的偏移呢？肯定不是电子，因为当时人们已经了解了电子的质量与电量，渺小的电子根本无法与“庞大”的α粒子相抗衡。
卢瑟福
自己苦于找不到结果，卢瑟福就去找人帮忙，找的人也是一个大神——德国物理学家汉斯-盖革，盖革计数器那个盖革，同时，盖革还带了一个本科生一起做实验，这哥们名叫欧内斯特-马士登。虽然与卢瑟福进行的实验完全相同，但盖革爷俩却有了更加令人吃惊的发现，那就是当α粒子轰击金箔时，竟然有一些被原路给弹回来了，这种结果非常少见，大约做8000次实验才能出现一次。但你甭管出现多少次，结论是显而易见的，α粒子肯定是碰到了原子中某些非常坚实的东西，这个东西很巨大，也拥有着强电场。这可是个大发现，原子很空，但却并不完全空。今天，这一实验被称为盖革-马士登实验，也被称为卢瑟福散射实验。
盖革
马士登
卢瑟福散射实验
有了实验结果之后，卢瑟福便开始了苦思冥想，具体怎么想的咱就不知道了，总之在1911年年初的一天，当卢瑟福见到盖革时，他说了这样一句话：我知道原子是什么样的了。什么样呢？卢瑟福描述道：原子里面有一个带正电的、比原子本身小10000万倍的中心，这个中心同时也包含了原子的大部分质量，对于金原子来说，这个中心的电量是电子电量的100倍，而电子则围绕着这个带正电的巨大中心，周而复始地做着圆周运动。
卢瑟福与盖革
卢瑟福原子模型
1911年秋天，本来工作关系在曼彻斯特大学的卢瑟福，在剑桥大学的一次讲座中，首次公开了自己的原子模型，第二年10月，卢瑟福首次使用原子核来命名这个巨大的中心。而就在剑桥大学的那次讲座中，听众中有一位来自丹麦的26岁年轻人，他本是汤姆逊的学生，但是在听了讲座之后，他毅然地决定离开剑桥大学，投靠到了卢瑟福的门下，这位年轻人便是量子力学革命的灵魂人物——尼尔斯-玻尔。
玻尔
1912年3月，带着自己的铺盖卷玻尔来到了曼彻斯特，本打算就此常住，结果没想到玻尔只在曼彻斯特呆了4个月就回丹麦老家了。为什么呢？因为去到曼彻斯特之后，他的心思完全不在实验上，而是集中到了卢瑟福原子模型的问题之上，与其在英国那破地方吸雾霾，倒不如回到山清水秀的丹麦老家静静思考。
那么卢瑟福模型究竟面临着怎样的问题呢？玻尔指出，相对于有史以来的所有原子模型，卢瑟福模型确实是最接近原子真实状态的，但它仍然有一个致命伤，那就是不稳定。原因很简单，围绕着原子核运动的电子，会不断地向周围空间释放电磁辐射，从而损失电磁能，这种能量的损失是灾难性的，原子最终会分崩离析，我们的世界也就不复存在。
但现实显然不是如此。于是令人意想不到的一幕出现了，玻尔以一种大无畏的精神，坚定地抛弃了物理学中已经存在的法则，他指出，电子所环绕原子核运行的轨道，是一种“定常轨道”，在定常轨道上，电子发生着没有能量的辐射。不过，辐射虽然没有能量，但根据牛顿物理法则，绕核运动的电子还是应该具有能量的，玻尔表示他可以表示这种能量，而且这种能量还呈现出量子化的特性，这种能量便是所谓的“能态”。
玻尔提出，量子化条件制约着相应的能量和相应的电子轨道，只有某些轨道可能存在，而且这些轨道之间绝不是连续的，电子会从一个轨道突然间“跃迁”到另一个轨道，这是之前任何物理学法则，都不会允许的现象，但微观世界就是这么不走寻常路。具体来看，氢原子的能态越大，电子的轨道也就越大，所以我们可以将玻尔的氢原子模型做这样的描述：位于中心的原子核，被不连续的电子轨道所环绕。最小的轨道能量最低，稍大一些的轨道能量也大一些，以此类推到更大轨道和更大的能量。而在各种不同的能态中，氢原子最稳定的结构是能量最低的能态，一般来说，氢原子都处于这一能级，所以这一能级的轨道，便决定了氢原子的大小。根据这一理论，玻尔计算得出，氢原子的直径为0.11nm，而实验得出的结果为0.1nm，二者基本相符。同时，玻尔还计算出了将电子与原子核完全分离所需要的电离能，他的结果是13V，实验结果为11V，也是十分接近。
玻尔原子模型
不仅如此，玻尔的原子模型也解释了为什么氢原子光谱上，存在着不连续的暗纹，因为这些暗纹正对应着氢原子不同的能态，而巴尔末所得出的数学规律背后的物理规律，也正在于能级的跃迁。玻尔也利用公式将量子跃迁表达了出来，关于这个公式咱就不细说了，反正你也看不懂，关键是我也看不懂。
毫无疑问，虽然玻尔创造了一个可以定量研究的原子模型，虽然他的模型解释了原子谱线的由来，也虽然很多实验都支持了玻尔的计算结果。但是由于对一些传统观念的彻底颠覆，以及经典物理法则与量子法则一团乱麻的混用，玻尔的理论依然掀起了轩然大波，比如卢瑟福就提出了这样一个关键问题：一个电子离开一个能级时，它怎么知道能去哪里呢？还比如物理学家奥托-斯特恩就曾表示：如果那个疯狂的玻尔模型，最终被证明是正确的，那我就离开物理学界。当然了，他最后不但没有践行自己的诺言，反而成为了玻尔模型的受益者，因为作为一名核物理学家，斯特恩获得了1943年的诺贝尔物理学奖。
斯特恩
当然了今天我们知道，玻尔的原子模型也并非完美，它的最终完善还需要薛定谔、海森堡等人对量子力学的进一步发展。但玻尔无疑是幸运的，因为他的研究对象选择了氢原子，如果玻尔当初选择的是氦原子，或是其他任何原子的话，他都不可能提出玻尔原子模型，更无法奠定量子力学大厦的基础。而且事实上，氢原子也不是完美的，因为在1891年，迈克尔逊发现，波长为656.2nm的第一条谱线，其实并不是一条线，而是两条非常接近的谱线，玻尔模型还是无法对其进行解释的。
不过这不要紧，因为即便有着些许缺陷，玻尔模型对后世的影响依然是深远的，直到今天，我们依然在说原子的能级，同时，我们对原子和分子光谱的了解，也是以玻尔理论为基础的。也正是由于玻尔的开创性贡献，1925年-1926年，一种全新的解释世界的理论——量子力学，真正诞生了，而玻尔毫无疑问地成为了这个事件的中心人物。正如美国物理学家魏斯科普夫所说：玻尔和他的追随者们，触动了这个宇宙的神经。
