科学史-物理学编年史-86巴尔末推动氢原子光谱研究

时间：公元1885年。

约翰·雅各布·巴耳末（Johann Jakob Balmer）瑞士数学家、物理学家。 主要贡献是建立了氢原子光谱波长的经验公式——巴耳末公式。为纪念巴耳末，月球表面的一个环形山也以他的名字命名

巴耳末在巴塞尔大学兼任讲师期间，受到该校一位研究光谱的物理学教授哈根拜希（E.Hagenbach）的鼓励，开始试图寻找氢原子光谱的规律。巴耳末开始研究工作时，可见光区域的4条氢谱线已经过埃姆斯特朗等人大量较精确的测定，紫外区的10条谱线也在恒星光谱中发现。但是，当时这些数据是零散的，它们波长的规律尚不为人所知。

巴耳末首先否定了把谱线类比声音的做法，而从寻找可见光区域4条氢谱线的波长的公共因子和比例系数入手。他说：“看到前面叙述的三个波长的数字以后，就可以看出它们之间存在着一定的数字比例，就是说这些数字包含有一个公共因子。”

最初，为寻找这一公共因子，他用数字试探的方法寻找谱线之间的谐和关系，曾顺利地找到了巴耳末认为不十分小的一个因子，但是，这一因子反映不出各波长之间的实际规律，只好放弃。巴耳末擅长投影几何，对建筑结构、几何素描有浓厚兴趣，受透视图中圆柱排列的启示，他改用几何方法。巧妙地利用几何图形为这些谱线的波长确定了另一个公共因子，其值为，然后用最简便的方法表示这些波长的数量关系。

1885年又刊载在1885年《物理、化学纪要》杂志上。 巴耳末公式的提出经历了一个曲折的过程。巴耳末公式计算出的波长与实际测量值的误差不超过波长的1/40000，吻合得非常好。随后巴耳末又继续推算出当时已发现的氢原子全部14条谱线的波长，结果和实验值完全符合。

氢原子由一个质子及一个电子构成，是最简单的原子，因此其光谱一直是了解物质结构理论的主要基础。研究其光谱，可借由外界提供其能量，使其电子跃至高能级后，在跳回低能级的同时，会放出能量等同两高低阶间能量差的光子，再以光栅、棱镜或干涉仪分析其光子能量、强度，就可以得到其发射光谱。亦或以一已知能量、强度之光源，照射氢原子，则等同其能级能量差的光子会被氢原子吸收，因而在该能量形成暗线。另一个方法则是分析来自外太空的氢原子，要取得纯粹氢原子的光谱也非十分容易，主要是因为氢在大自然中倾向以双原子、分子存在，但科学家仍能借由阴极射线管使其分解成单一原子。

氢原子光谱指的是氢原子内之电子在不同能级跃迁时所发射或吸收不同波长、能量之光子而得到的光谱。氢原子光谱为不连续的线光谱，自无线电波、微波、红外光、可见光、到紫外光区段都有可能有其谱线。根据电子跃迁的后所处的能阶，可将光谱分为不同的线系。理论上有无穷个线系，前6个常用线系以发现者的名字命名：来曼系列、巴耳末系列、帕申系列、布拉格系列、蒲芬德系列和韩福瑞系。

巴耳末原为一名默默无闻的数学教师，直到年届60岁才取得重要的成就，被视为“大器晚成”的代表。他的事迹也因此为人们所称道。巴耳末对于原子光谱的工作，特别是巴耳末公式的建立，对近代原子物理学的发展产生了重大影响。。

巴耳末公式是一个经验公式。它对原子光谱理论和量子物理的发展有很大的影响，为所有后来把光谱分成线系，找出红外和紫外区域的氢光谱线系（如莱曼系、帕邢系、布拉开系等）作出了楷模，对N.玻尔建立氢原子理论也起了重要的作用。

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