量子这个词无处不在，随之而来的是量子跳跃。马克斯·普朗克的开创性想法，即原子可以以离散的数量发射和吸收能量，总是相同数量的倍数，这些小块辐射被命名为量子。
量子革命中的另一个关键想法：尼尔斯·玻尔1913年的原子模型，它给了我们量子跳跃。不知何故，玻尔把一堆新想法放进了一个袋子里，把它们与经典物理学中的旧概念混合起来，提出了原子量子化轨道的概念。波尔看到了当时没有人能看到的东西：原子与人们至少2000年来的想法完全不同。事实上，它们是任何人都无法想象的，想除了波尔。
从最简单的粒子
玻尔的原子模型有点疯狂，他将新旧概念混合在一起的拼贴是玻尔惊人直觉的结晶。只看氢，这是所有原子中最简单的一个，玻尔形成了一个微型太阳系的图像，质子在中心，电子围绕着它旋转。
按照这位物理学家的行事方式，他想用最简单的模型来解释他的一些观测数据。但有一个问题，带负电的电子被带正电的质子吸引。根据描述带电粒子如何相互吸引和排斥的经典电磁学理论，电子将螺旋向下到达原子核。当它绕着质子旋转时，它会辐射掉能量并落入水中。没有轨道是稳定的，原子也不可能存在。显然，需要一些新的、革命性的东西。
为了挽救原子，玻尔不得不发明与经典物理学相冲突的新规则。他勇敢地提出了一个令人难以置信的问题：如果电子只能在某些轨道上绕着原子核旋转，在太空中像阶梯或洋葱层那样彼此分离，那该怎么办？就像你不能站在台阶之间一样，电子不能停留在两个轨道之间的任何地方。它只能从一个轨道跳到另一个轨道，就像我们在台阶之间跳跃一样。波尔刚刚描述了量子跳跃。
量化动量
但这些量子轨道是如何确定的？再次，我们将屈服于波尔惊人的直觉。但首先，是对角动量的尝试。
如果电子围绕质子旋转，它们就有我们所说的角动量，这是一个测量圆周运动强度和方向的量。如果你把一块岩石绑在绳子上旋转，它会有角动量：旋转得越快，绳子越长，或者岩石越重，这个动量就越大。如果旋转速度或绳子的长度没有变化，角动量就守恒了。在实践中，由于摩擦，旋转的岩石永远不会守恒。当一个旋转的滑冰运动员将伸展的手臂放在胸前旋转时，她使用的是近乎保守的角动量：较短的手臂和较多的旋转会产生与较长的手臂和较慢的旋转相同的角动量。
波尔建议电子的角动量应该量子化。换句话说，它应该只有由整数（n=1，2，3…）给出的特定值。如果L是电子的轨道角动量，波尔公式为，L=nh/2π，其中h是我们在上周文章中解释的著名普朗克常数。量子化的角动量意味着电子的轨道在空间中像阶梯一样分开，电子可以从一个轨道（比如说n＝2轨道）跳到另一个轨道上（比如说，n＝3轨道），要么跳下并靠近质子，要么跳上并远离质子。
彩色量子指纹
玻尔将经典物理学的概念与全新的量子物理学巧妙地结合在一起，形成了原子的混合模型。他意识到，极小的世界需要一种新的思考物质及其性质的方式。
在这个过程中，玻尔解开了物理学中一个古老的谜团，即化学元素在加热时发出的颜色，即发射光谱，钠灯中的强烈黄色是一个常见的发射光谱中主色的例子。事实证明，从氢到铀，都有自己的光谱，以一组独特的颜色为特征，它们是元素的光谱指纹。19世纪的科学家知道化学光谱的存在，但没有人知道原因。波尔认为，当电子在轨道之间跳跃时，它会发射或吸收一大块光。这些光量被称为光子，它们是爱因斯坦对量子物理学的关键贡献。
由于负电子被正原子核吸引，它需要能量才能跳到更高的轨道。这种能量是通过吸收光子获得的。这是吸收光谱的基础，每次你爬上梯子时都会做同样的事情。重力想把你压下去，但你利用肌肉中储存的能量向上移动。
另一方面，元素的发射光谱由电子从较高轨道跳到较低轨道时发出的光子（或辐射）组成。光子带走了电子向下跳跃时失去的角动量。波尔认为，发射光子的能量与两个轨道之间的能量差相匹配。
为什么不同的元素有不同的发射光谱？
每个原子的原子核中都有数量独特的质子，因此其电子被特定的强度所吸引。每个原子的每个允许轨道都会有自己的特定能量。当电子在两个轨道之间跳跃时，发射的光子将具有精确的能量，而没有其他能量。回到梯子的类比，就好像每个化学元素都有自己的梯子，台阶之间的距离不同。
通过这一点，波尔解释了氢的发射光谱，这是他的混合模型的一个胜利。当电子处于最低能级，n=1时会发生什么？嗯，波尔认为这是它能达到的最低水平。他不知道怎么回事，但电子被卡住了，它不会撞击到原子核。他的学生维尔纳·海森堡将在大约13年后给出答案：不确定性原理，但这是另一个故事。
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