拉塞福與波耳

葡萄乾布丁模型

近代原子模型的創始者是拉塞福的老師湯木生(J.J. Thomson，1856~1940)，他認為原子應該是像葡萄乾布丁一樣，大部分的區域是軟的，只有少數的點像葡萄乾一般，有較高的質量密度。

太陽系原子模型

拉塞福用質子轟擊金箔，發現質子大部分都直穿而過，少部份會大角度反彈，推論出原子應該是在內部有一個質量密集的硬核，其他大部分區域只佔極小比例的質量，可以直穿而過。這和他 老師湯木生的葡萄布丁模型是相違背的！

拉塞福認為原子應該像是太陽系一樣，中心是類似太陽、帶正電的原子核，周圍則是圍繞固定軌道運行的電子。拉塞福在論文最後特別提到「長崗曾從數學上考慮過(土星)原子的性質」，他肯定知道長崗的土星模型和佩蘭1901年提過的核模型都因上述困難而未獲成功。但他卻大膽地堅決地站在他們這一邊，勇敢地向經典理論挑戰，因為它有大角度 散射實驗事實作為依據。

他相信自己的散射理論要比J.J.湯姆生的散射理論更具普遍性，既能解釋大角度散射，又能解釋散射，是經得起實踐檢驗的。

對於穩定性的問題，在論文一開始，並不諱言，就申明：「在現階段，不必考慮原子所提的穩定性，因為顯然這將取決於原子的細微結構和帶電的組成部分的運動。」在論文中他只是確認「正電荷集中在原子中心」這一點，沒有做更多的推斷。

波耳原子模型

英國大物理學家拉塞福(Rutherford,1871~1937)，門生中英髦輩出，其中最著名的是量子力學之父波耳(N. Bohr,1885~1962)。

波耳根據原子吸收或放射光透過稜鏡分光的分布譜線，解決了拉塞福模型的穩定性問題，建立新的原子模型。

他認為電子所在的軌道是不能連續變化的，逐漸縮小旋轉半徑同時放出光線以釋出能量是不可以的，只有在某些半徑的軌道可以存在，軌道間的轉換是突然的。所以放出的光線能量，也是分別開來的，在稜鏡分光後出現的不是明亮帶，而是明亮譜線。

波耳是丹麥人，早年在哥本哈根大學攻讀物理，1909年和1911年作碩士和博士論文的題目是金屬電子論，在這過程中接觸到量子論，1911年，赴英國劍橋大學學習和工作，1912年在曼徹斯特大學拉塞福的實驗室裡工作過四個月，其實正值拉塞福發表有核原子理論並組織大家對此一理論進行檢驗。

波耳參加了射線散射的實驗工作，幫助他們整理數據和撰寫論文。波耳很欽佩拉塞福的工作，堅信他的有核原子模型是符合客觀事實的，也很了解他的理論所面臨的困難，認為要解決原子的穩定性問題，唯有靠量子假說，也就是說，要描述原子現象，就必須對經典概念進行一番徹底的改造。

正在他日夜苦思之際，他的一位朋友漢森向他介紹氫光譜的巴耳末公式和斯塔克的著作。後來，波耳回憶道：「當我一看到巴耳末公式，我對整件事就豁然開朗了。」他從斯塔克的著作學習了價電子躍遷產生輻射的理論，於是很快就寫出了著名的「三部曲」，題名《原子構造和分子構造》－I、II、III的三篇論文，發表在1913年《哲學雜誌》上。

參考資料：

• 郭中一，科學從好奇開始，文經社

• 郭奕玲、沈慧君：物理通史，凡異出版社。

如何用氣壓計量測一座大樓的高度？

拉塞福(Rutherford ,1871~1937)擔任英國皇家學院校長期間，有一次一位老師來請教他，因有一位學生在考試中寫出不令他滿意的答案，而給他零分，但這位學生堅持他應該得到一百分，應該怎麼辦？

這位老師的考題是：「請問如何用氣壓計量測一座大樓的高度？」

這一題的標準答案當然是：可以量測樓底跟樓頂的氣壓，再依氣壓差得到答案。

可是這位學生就是故意不講『標準答案』，他說可以用繩子將氣壓計從樓底吊到樓頂，再量出繩長即可。老師認為這位學生故意搗蛋，因此不給他分數。

拉塞福找來這位學生，要他講答案，結果他又給了許多各種各樣的答案，但就是不寫『標準答案』。

將氣壓計拿到大樓頂端，身體貼近屋頂邊緣，拋下氣壓計，用馬表計算落地的時間。然後利用自由落體公式，即可算出大樓的高度。

舉例來說，你可以在大晴天將氣壓計拿到室外，量出氣壓計及其影子的長度，再量出建築物影子的長度，利用簡單的比例關係，即可計算出建築物的高度。

有一個非常基本的計算法，我想你會喜歡的。只要拿著氣壓計沿著階梯而上，一面沿著牆壁用氣壓計的長度為單位，畫下記號。最後，計算一下這些記號的數目，即可得到大樓的高度，這是一個非常直接的方法。

當然啦，如果你希望用一個較複雜的方法，可以將氣壓計繫於繩子的末端，當作鐘擺一般擺動，然後分別在街道，以及樓頂測出其重力加速度，利用此差異即可求出大樓的高度。

還有其它的方法可以解決此一問題。也許最好的方法就是直接帶著氣壓計去敲管理員的門。當管理員出來應門時，對他說：「管理員先生，我這兒有個很棒的氣壓計，如果你願意告訴我這棟大樓的高度，我就把它送給你。」

這位學生後來解釋，他不是要搗蛋，也知道老師要的答案是什麼，但是他對老師限定學生的思考感到很厭煩。

這位敢於挑戰老師固有思維方式的學生是誰呢？

他就是大名鼎鼎的~~

資料來源：腦力發電(郝廣才著)p132

補充說明：

郝廣才在書中提到這個故事是拉塞福在1908年領取諾貝爾獎(化學獎)時說的故事。

根據考證，波耳(N. Bohr,1885~1962)是丹麥人，1903~1907年期間在丹麥哥本哈根大學大學部就讀。他在拿到哥本哈根大學的博士學位後，於1911年赴英國劍橋大學卡文迪西實驗室學習和工作，1912年到曼徹斯特大學拉塞福的實驗室裡工作了四個月。

因此，根據推測，拉塞福所提到的這位學生很可能不是波耳。

這一個廣為流傳的故事，第一次是出現在1958年的讀者文摘(Reader's Digest)，故事可能是真的，但主角應該不是拉塞福和波耳。

相關考題：

1. 小強跟爸去爬山，當他爬到山頂時，拿氣壓計一量，發現山頂上的氣壓只有640公釐水銀柱高，假設當時海平面氣壓為1大氣壓，又每升高100公尺，大氣壓力減少8公釐水銀柱高，請你幫小強算一算，此山的高度為( 　 ) 公尺。

2. 甲、乙、丙、丁四種實驗，那幾種實驗的結果組合後可以決定電子質量？

甲：拉塞福的 α 粒子散射實驗　乙：湯木生的陰極射線實驗　丙：侖琴的X射線實驗　丁：米立坎的油滴實驗

(A)甲、乙、丙、丁　(B)甲、乙、丙　(C)乙、丁　(D)丁、丙

3.下列有關拉塞福的α粒子散射實驗的敘述，何者正確？

(A)拉塞福以α粒子撞擊金屬箔片

(B)拉塞福發現大部分用來撞擊的粒子皆穿透過金屬箔片，只有少數被反彈回來

(C)拉塞福的實驗顯示出湯木生的原子模型和實驗結果不符合

(D)拉塞福的實驗證實原子核帶正電

(E)拉塞福的實驗證實中子的存在

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