急求:一个科学家探索原子结构的故事((大纲))
德国科学家希托夫在1869年发现阴极射线后，克鲁克斯、赫兹、勒纳、汤姆逊等一大批科学家对阴极射线进行了二十多年的研究。最后，约瑟夫·约翰·汤姆森发现了电子的存在(请参观科学园里的“神秘绿色荧光”)。正常情况下，原子不带电荷。既然比自己质量小1700倍的带负电的电子也能跑出原子，说明原子内部是有结构的，原子内部有带正电的东西，应该会和电子携带的负电荷中和，使原子呈中性。
除了电子，原子里还有什么？电子如何留在原子中？原子中带正电荷的是什么？正电荷是如何分布的？带负电的电子如何与带正电的东西相互作用？很多新问题摆在物理学家面前。根据当时的科学实践和实验观察结果，物理学家们运用丰富的想象力，提出了各种原子模型。
行星结构的原子模型
1901年，法国物理学家让·巴蒂斯特·皮兰(1870-1942)(左)提出了一个结构模型，认为原子的中心是一些带正电的粒子，外围是一些轨道运行的电子，电子轨道运行的周期对应于原子发出的谱线频率，最外层。
中性原子模型
1902年，德国物理学家Learnard (1862-1947)(右)提出了中性粒子动力学子模型。Learnard早期的观察表明，阴极射线可以穿过真空管中的铝窗到达管外。根据这一观察，他在1903通过吸收实验证明了高速阴极射线可以穿过成千上万个原子。按照当时流行的半唯物主义者的说法，原子的体积大部分是空的，刚性物质大约只有10-9(也就是十万分之一)。Learnard设想“刚性物质”是分散在原子内部空间的大量正负电荷的合成。
固体带电球原子模型
开尔文勋爵(1824 ~ 1907)(左图)，英国著名物理学家、发明家，原名威廉·唐慕孙。由于他在安装第一条大西洋海底电缆方面的功勋，英国政府于1866年和1892年授予他爵士称号。开尔文的研究范围很广，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理学、数学和工程应用等领域都做出了贡献。他一生发表论文600多篇，获得发明专利70项。他在当时的科学界享有很高的声誉。开尔文1902提出了固体带电球体原子模型，即把原子看成是一个均匀带正电的球体，球体内部埋有带负电的电子，正常情况下处于静电平衡状态。这个模型后来被J.J .唐慕孙发展，后来被称为唐慕孙原子模型。
葡萄干蛋糕模型
约瑟夫·约翰·汤姆森(1856-1940)(右)继续他更系统的研究，并试图描述原子结构。汤姆逊认为原子包含一个均匀的阳极球体，几个负电子在这个球体中运行。根据阿尔弗雷德·迈耶(Alfred Mayer)对浮动磁铁平衡的研究，他证明了如果电子的数量不超过一定的限度，这些运行的电子形成的环将是稳定的。如果电子数超过这个限制，就会列为两个环，以此类推。这样，电子的增加导致了结构上的周期性相似，门捷列夫周期表中物理化学性质的反复再现也可能得到解释。
在汤姆森提出的这个模型中，电子在球体中的分布有点像点缀在蛋糕中的葡萄干。很多人把汤姆逊的原子模型称为“葡萄干蛋糕模型”。不仅可以解释原子为什么是电中性的，电子在原子中是如何分布的，还可以解释阴极射线现象和金属在紫外线照射下可以发射电子的现象。而且根据这个模型，可以估算出原子的大小约为10-8 cm，这是一件了不起的事情。因为汤姆逊模型可以解释当时很多实验事实，所以很容易被很多物理学家接受。
土星模型
长冈汉太郎(1865-1950)1903 1904在东京数学物理学会口头发表，1904年分别在日文、英文、德文杂志上发表《解释线性和带谱及》。他批判了汤姆逊的模型，认为正负电不能互相渗透，提出了一个他称之为“土星模型”的结构——一个电子环绕着带正电的内核旋转的原子模型。一个带正电的大质量球被一圈等间距分布的电子包围着，这些电子以相同的角速度做圆周运动。电子的径向振动发出线谱，垂直于环面的振动发出带谱。环上的电子飞出为β射线，中心球体上的带正电粒子飞出为α射线。
这个土星模型对他后来的原子成核模型影响很大。1905年，他分析了α粒子荷质比测量等实验结果，发现α粒子是氦离子。
1908年，瑞士科学家利兹提出了磁原子模型。
他们的模型在一定程度上可以解释当时的一些实验事实，但不能解释很多新的实验结果，所以没有进一步发展。几年后，汤姆逊的“葡萄干蛋糕模型”被他的学生卢瑟福推翻。
玻尔模型
卢瑟福的理论吸引了一位来自丹麦的年轻人，他的名字叫尼尔斯·玻尔(1885-1962)(左)。他在卢瑟福模型的基础上，提出了原子核外电子的量子化轨道，解决了原子结构的稳定性问题，描述了一个完整的、令人信服的原子结构理论。
玻尔出生于哥本哈根的一个教授家庭，1911年获得哥本哈根大学博士学位。1912三月到七月在卢瑟福的实验室学习，这期间他的原子理论诞生了。玻尔首先将普朗克的量子假说推广到原子内部的能量，以解决卢瑟福原子模型稳定性中的困难。假设原子只能通过离散能量光子改变能量，即原子只能处于离散稳态，最低稳态是原子的正常态。然后受好友汉森的启发，从谱线的组合定律得出了稳态跃迁的概念。他在1913和11的7月和9月发表了他的长文《论原子结构和分子结构》的三个部分。
玻尔的原子理论给出了这样一个原子形象:电子以某种特定的可能轨道围绕原子核运动，离原子核越远，能量越高；可能的轨道是由电子的角动量必须是h/2π的整数倍决定的；当电子在这些可能的轨道上运动时，原子并不发射或吸收能量，只有当电子从一个轨道跳到另一个轨道时，发射或吸收的辐射才是单频的。辐射的频率和能量之间的关系由e = h ν给出。玻尔的理论成功地解释了原子的稳定性和氢原子谱线的规律。
玻尔的理论极大地扩大了量子理论的影响，加速了它的发展。1915年，德国物理学家阿诺德·索末菲(1868-1951)将玻尔的原子理论扩展到包括椭圆轨道，并考虑了电子质量随其速度变化的狭义相对论效应。衍生光谱的精细结构与实验一致。
191955年，阿尔伯特·爱因斯坦(1879-1955)根据玻尔的原子理论统计分析了物质吸收和发射辐射的过程，推导出普朗克辐射定律(左边是玻尔和爱因斯坦)。爱因斯坦的工作综合了量子理论第一阶段的成果，将普朗克、爱因斯坦、玻尔的工作整合成一个整体。