应该指出，当时还有一个默认的假设并没有为后来的研究所证实。这一
假设认为，原子中的微粒或电子是按照牛顿的动力学运动的，在最初的时候，
人们甚至把原子比做一个小型的太阳系，电子在其中的运动有如行星之绕太
阳。但在1930 年以前，我们明白这种行星轨道的概念，并不一定符合事实，
因而应该放弃。
接着人们便发现还可以用许多别的方法获得微粒或电子：例如高温下的
物质及受到紫外光作用的金属，都能发出电子。这些效应由勒纳德（Lenard）、
埃尔斯特（Elster）和盖特尔（Geitel）、理查森（O.W. Richardson）、拉
登堡（Ladenburg）等人加以研究，此后这种热效应在无线电报与电话所用的
热离子管中就取得了重要的实用意义。
阳极射线或原子射线
由上所述，阴极射线是在真空管放电时，自阴极射出的。其对应的、自
阳极发出的阳射线，是戈尔茨坦在1886 年发现的。观察阳射线的方法是在阳
极对面的阴极上穿些小孔，这样在放电时，便有发光的射线经过这些孔，人
可以在阴极以外去观察它。维恩（Wien）和汤姆生在1898 年先后测量了这种
“极隧射线”的磁偏转与电偏转。其e/m 的数值表明这种阳射线是由质量与
普通原子或分子相近的阳性质点所组成的。
汤姆生在1910 年和1911 年把阳射线的研究推进了一步。他利用一个高
度抽空的大仪器，在阴极装上一个长而细的导管，这样便得到一个很细的射
线束，其位置可以在仪器内的照相底片上加以记录。妥善安排磁力与电力，
使二者所生的偏转互成直角。由于磁偏转与质点的速度成反比，而电偏转与
其速度的平方成反比，如果射线中有速度不同的同类质点，则照片上将呈现
抛物线形的曲线。但实际出现的曲线则视仪器中残存气体的性质而定。如气
体为氢，则基本曲线所给与的e/m 为104或m/e 为10-4，与液体电解质中氢
离子的数值相等。第二条曲线所给出的值为前者的两倍，即表明有一种氢分
子，其质量二倍于负有一个单位的电荷的氢原子的质量。其他元素给出多条
抛物线组成的复杂体系。每个元素的m/e 与氢原子的m/e 之比，汤姆生称之
为“电原子量”。
汤姆生考察氖元素（原子量为20.2）时，发现两条曲线，一条表示原子
量为20，另一条表示原子量为22。这说明，普通制备的氖气可能是两种化学
性相同而原子量不同的元素的混合物。某些放射现象也说明有这种元素，并
且可以给予解释，索迪（Soddy）把它们叫做“同位素”。
汤姆生的实验由阿斯顿（Aston， 1877—1945 年）加以继续和发展①。
他用改进的仪器，求得各元素的有规律的“质谱”。这样就证实氖有同位素。
氯的原子量为什么是35.46，也是化学家长久所不了解的，至此也证明氯是
原子量为35 与37 的两种氯原子的混合物了。阿斯顿于他种元素也得到相似
的结果。如果将氧的原子量定为16，则其他所有已经测验过的元素的原子
量，都非常接近整数，差别最大的是氢的原子量，它不是1，而是1.008。这
些原子量所以与整数有微小差别，是由于原子核中阴阳二单位体密积在一起
的缘故。这个问题还要在后面详细讨论。
①
F.W.Aston，lsolopes， London，l922，1924，1942。
这样，阿斯顿就澄清了另一老问题。纽兰兹与门得列耶夫的工作，证明
各元素不同的性质与其原子量的陆续增加有某种关系，因而不可避免他说明
原子量自身应当形成一个简单顺增的序列。普劳特关于各元素的原子量都是
氢原子量的倍数的假说，至此证明接近真实。至于其中的稀微差异，在现代
原子论中，既可予以解释，也饶有趣味。
放射性
在柏克勒耳对于铀的放射性质进行了创始的观察以后，跟着便发现铀的
射线亦如х射线，能使空气和他种气体产生导电性。钍的化合物也经人发现
有类似的性质。1900 年，居里（Curie）夫妇进行了有系统的研究，在各种
元素与其化合物以及天然物中寻找这种效应。他们发现沥青铀矿与其他几种
含铀的矿物，比铀元素本身更为活跃。他们采用化学方法，即按其放射性分
离了沥青铀矿的成分。于是三种很活跃的物质，即镭、钋与锕的盐就由几位
学者分离出来。其中最活跃的是镭，是居里夫妇与贝蒙特（Bemont）合作而
发现的。沥青铀矿中镭的含量极微，许多吨的矿，经过漫长而繁重的工作，
仅能分离出一克的极小分数的镭盐。
1899 年，蒙特利尔（Montreal）的卢瑟福教授，即以后的剑桥大学教授
卢瑟福爵士，发现铀的辐射里有两部分，一部分不能贯穿比1/50 毫米更厚的
铝片，另一部分则能贯穿约半毫米的铝片，然后，强度就减少一半。前者，
卢瑟福叫做α射线，能产生最显著的电效应；而贯穿性较大的一部分叫β射
线，能通过不漏光的遮幕，而使照相底片变质。以后又发现第三种更富贯穿
性的辐射，称为γ射线，在贯穿一厘米厚的铅片之后，还能照相，并使验电
器放电。镭放射所有这三种射线比铀容易得多，与其一般活动性成比例，所
以研究这些辐射，也以用镭最为便利。
贯穿性中等的β射线，容易为磁铁所偏转，而柏克勒耳还发现它们也为
电场所偏转。柏克勒耳确凿地证明它们是射出的荷电质点。进一步的研究，
证明β射线在一切方面都象阴极射线，虽然其速度约为光速的60 至95％，
但比已经试验过的任何阴极射线的速度都大，所以β射线就是阴性的微粒或
电子。
强度足够使β射线产生相当大的偏转的磁场和电场，并不足以影响很容
易被吸收的α射线。虽然在1900 年前后，人们已经认为α射线很可能是荷阳
电的质点，其质量较组成阴性β射线的质点的质量大，但在若干时期以后，
才由实验证明它也能为磁场和电场所偏转，但其方向与β射线偏转的方向相
反而已。卢瑟福在1906 年对于α射线进行实验，求得其e/m5.1×103。电解
液中氢离子的e/m 为104。因为已有证据（见后）表明，α射线是氦的组成
物，由此可知α质点是荷有二倍于单阶离子的电荷的氦原子（原子量为4）。
它们的速度约为光速的1/10。
贯穿性最强的λ射线，不能为磁力或电力所偏转。它们与其他两种射线
不是同类的，而和х射线相似，由一种与光同性质的波所组成，其波长经康
普顿（A.H. ComptOn）、埃利斯（C.D.Ellis）与迈特纳（Fraulein Meitner）..
等测量，远比光波为小。它们似乎也象某些х射线一样，含有发射体所特有
的各种单色成分。
①
E.Rutherford，Radio-activity，Cambridge，l904and 1905.J.Chadwick ，Radio-activity，London，l921。
1900 年，威廉?克鲁克斯爵士发现，如果以碳酸氨使铀自其溶液中沉淀，
而再溶其沉淀物于过量的试剂中，则所余留的为少量不溶的渣滓。这点渣滓
克鲁克斯称为铀-х，以照相法试验，异常活动，但再溶解的铀，则无照相效
应。柏克勒耳也得到相似的结果：他发现活动的渣滓如果搁置一年，则丧失
其活动性，而不活动的铀反恢复其固有的辐射性。
1902 年，卢瑟福与索迪发现钍也有相同的效应，即在为氨所沉淀时，钍
的活动性，即消失其一部分。滤液蒸干，则产生放射性极强的渣滓。但经过
一月，渣滓的活动性丧失，针则恢复其原有的活动性。这种活性的渣滓，钍
х，证明是另外一种化学物质，因为它只能为氨全部分开，别种试剂虽能使
钍沉淀，但不能使它与钍-х.. 分离。因此当时断定这些х化合物（未知的化
合物）当是另外的个体，不断地由母体发出，而渐渐丧失其活性。
1899 年，卢瑟福发现从钍发出的辐射变异无常，尤其易为吹过放射物质
表面的空气缓流所影响。他认为这种效应是由于有一种物质放射出的缘故，
这种物质的性质好象一种有暂时放射性的重气体。这就是当时所谓的“射
气”。这种射气必须与上述以高速度依直线进行的辐射明显分开。射气慢慢
地弥散到大气里去，好象挥发性液体的蒸气一般。它的作用象是直行辐射的
独立源泉，但随时间的进展，其活动性就变得衰弱起来。镭和锕发出相似的
射气，但铀和钋则否。镭射气和氖与氩相似，是一种惰性气体，现在叫做氡。
放射物质所发出的射气为量极小。1904 年，拉姆赛与索迪从几分克溴化
镭得到一个很小的射气泡。在一般情形下，其量之微，远不足以影响抽空器
内的压力；除利用其放射性侦察它之外，也不能用其他方法去侦察它。普通
所得到的，是它与大量空气的混合物，只能和空气同时从一器输入他器。
1899 年，居里夫妇发现如将一棒暴露在镭射气里，则棒自身也获得放射
性质。同年，卢瑟福于钍也得着相同的结果，而且进行了详细的研究。如果
将棒自盛有射气的器内取出，而塞入检验筒内，则此棒可使筒内的气体电离。
如将暴露于钍射气而得到放射性的铂丝，用硝酸洗涤，铂丝的放射性不受损
失。可是如果用硫酸或盐酸洗涤，其放射性就差不多全部丧失。将酸蒸干则
得含有放射性的渣滓。这些结果，表明铂丝的放射性是由于积有某种新的放
射物的缘故，这种放射物与各种化学试剂有其一定的反应。这种新的放射物
当是它由之形成的那种射气分裂的产物。
卢瑟福与索迪在1902 年研究了钍-х放射性的衰变率，而获得重要的发
现：即在每一段短时间内的变率与这段时间开始时的放射物的强度成比例。
铀-х也有类似的现象。其过程有如图12 所示。这与化合物按每个分子分解
为比较简单的物体时，在量上的减少遵循同一定律。但当两个或多个分子互
相反应引起化学变化时，两者的定律便不相同了（见245 页）。
1903 年，居里与拉波尔德（Laborde）注意到一个奇特的事实：镭的化
合物不断地发热。他们从实验的结果算出每克纯镭每小时可发热约100 卡。
以后的结果证明一克镭与其产物平衡时，每小时发热135 卡。这种热能的发
出率，不论将镭盐放在高温或液体空气的低温下，都不改变，甚至在液体氢
的温度下也不至减小。
卢瑟福认为热能的发射与放射性有关。丧失了射气的镭，如以电的方法
测量，其放射性的恢复与其发热本领的恢复保持同一速率，而其分离出来的
射气发热量的变化，也与其放射性的变化相应。放射物的电效应主要是由于
α射线。而其热效应也主要决定381 于α质点的发射。在上述的每小时135
卡中，只有5 卡来自β射线，6 卡来自γ辐时。α与β射线的热效应显然得
自射出质点的动能。
由于发现镭的化合物不断发热，人们进行了许多探索，力求解释这个好
像永不枯竭的能量的泉源，人们的注意力也集中于放射问题本身。
需要解释的事实可以总结为以下几点：（1）什么时候有放射性即有化学
变化出现，什么时候就有新体出现；（2〕这种化学变化是单质点的分离，而
不是化合；（3）放射性与放射元素（不论其是独立的或化合的）的质量成比
例，因此分离的质点不是分子而是原子；（4）其所放出的能量是已知的最猛
烈的化学反应的万千倍。
1903 年，卢瑟福与索迪根据他们对于射气与其遗留的放射物的实验结
果，提出一个学说来解释所有已知的事实。这个学说就是：放射性是基本原
子的爆炸分裂造成的。在数百万个原子中，这里和那里忽然有一个爆裂时，
射出一个α质点，或一个β质点和一个γ射线，所遗留下来的部分就成为另
一不同的原子。如果射出的是一个α质点，这个新原素的原子量将有所减少，
减少的数值是一个氦原子的原子量的四个单位。
现在把最初制订的镭族的系谱列表于下（根据最近的研究，这个系谱已
经有所不同）。这个系谱从铀开始，这是一个重元素，原子量为238，原子
序数为92，这个数字，以后还要说明，是原子外部的电子数。镭族系谱列如
下表：
原子序数原子量半衰期放射物
原子序数原子量半衰期放射物
铀I
↓
铀X1
↓
铀X2
↓
铀II
↓
锾
↓
镭
↓
镭射气
↓
镭A
↓
镭B
↓
镭C
↓
镭C’
↓
镭D
↓
镭E
↓
镭F （钋）
↓
铅
92
90
91
92
90
88
86
84
82
83
84
82
83
84
82
238
234
234
234
230
226
222
218
214
214
214
210
210
210
206
4.5 × 109 年
24.5 日
1.14 分
106 年
7.6 × 104 年
1600 年
3.82 日
3.05 分
26.8 分
19.7 分
10-6 秒
25 年
5 日
136 日
无放射性
α
β，γ
β，γ
α
α
α
α
α
β，γ
α，β，γ
α
β，γ
β，γ
α
铀原子放射一个α质点，即一个质量为4 而阳电荷为2 的氦原子后，所
遗下的是一个铀X1 原子，其原子量为238－4＝234，而原子序数为92－2＝
90。铀X1 所放射的仅仅是β与γ射线。β射线的质量很小.载有一个阴电荷，
所以，由铀X 变来的所谓铀X2，较铀X1 少一阴电荷，换言之即多一阳电荷，
因此其原子序数为91，其原子量实际没有什么变化，仍为234。铀X2 也只放
射β与γ射线，所以其子体铀H 的原子序数为92，而原子量仍为234。
这样照表中所示类推。在放出α射线时，产物的原子量减少4 单位，其
原子序数少2 单位。如果放出的是β射线，则重量几无改变，而其原子序数
则增加1 单位。
镭族的最后已知子体为铅，其原子量经理查兹（Richards）与赫尼格斯
密特（Honigschmit）测定为206，而普通铅的原子量为207。钍族的最后产
物也证明为铅，其原子量经索迪测定为208。阿斯顿还测定锕铅的原子量有
正常的数值207，在铀族里还有一种具有放射性的铅，以镭D 的身分出现，
其原子量为210。这四种铅具有相同的化学性质，因而可以认为是同位素。
原子学说，虽然由道尔顿的化学工作确立起来，但是百余年来一直不能
证明有单个原子存在；我们只能按成万成亿的数目对原子作统计式的处理。
而今，利用放射性，我们已经能够探索单个α质点的效应了。克鲁克斯将硫
化锌的荧光幕暴露在一个溴化镭小点之下，用放大镜观察到幕上的闪烁。这
是最初的办法，今天已经有其他的侦察方法了。
如果我们用比激发火花所必需的强度稍弱的电场对几毫米水银柱压力下
的气体施加作用，这种气体就进入非常灵敏的状态。一个α质点，因为速度
极大会因为与气体分子碰撞，而产生成千上万的离子。这些离子，受到强电
场的作用，也作急速的运动，通过碰撞而更产生其他离子。这样，一个α质
点的总效应就成倍地增加可以使灵敏静电计的指针在标尺上有20 毫米或更
大的偏转。卢瑟福用一个极薄的放射物质膜，使指针的转动减少到每分钟三、
四次，而数计所发射的α质点的数目，由此可以估算出镭的寿命。计算表明，
镭的质量在1600 年中减少一半。
另一方法是威尔逊发明的。当α质点射过为水蒸气所饱和的空气时，α
质点所产生的离子就形成水蒸气凝结的核心。因此空气中呈现雾的路径，代
表每个α质点的行程，而这些雾的路径，是可用照相方法去记录的。
卢瑟福关于放射性的研究，最后指明了物质嬗变的可能性——中世纪点
金术士的梦想。不过，一直要到后来，才发现了加速这些变化的人为方法，
特别是控制这些变化的人为方法。这些变化的发生完全决定于原子内部的偶
然情况，而变化发生的频率也符合熟悉的概率的定律。但在1919 年，卢瑟福
发现用α射线进行撞击时可以引起几种元素（如氮）的原子的变化。氮的原
子量为14，384 其原子为三个氦核（共重12）与两个氢核所组成。在受到α
质点撞击时，氦核就被击破，氮原子组成成分中的氢核就以高速射出。在这
里我们第一次看到用人力随意分裂原子（单向嬗变）的可能性，此后，这种
方法又有很大的扩大。可是破坏易而建设难：这不等于说我们能够用轻而简
单的原子造出重而复杂的原子。当时，有证据表明，复杂的放射性原子发放
出能量来，因此，人们起初以为物质的演化历程是单向的：即由复杂原子分
裂为简单原子与辐射能。但是以后的研究证明，虽然重原子分裂时发出能量，
而轻原子形成时也能发出能量（见后391，422 页）。
X 射线与原子序数
伦琴所发现的X 射线，既不象普通光那样折射，也找不到什么有规律的
反射与偏振的痕迹；但是，另一方向，x 射线也不象阴极射线或α及β质点
那样可以为磁场或电场所偏转。因此X 射线的性质一度成为大家讨论的问
题。到1912 年，劳厄（Laue）方提出一项意见，认为如果X 射线是波长很短
的以太波，则晶体中各原子有规则的排列就可以使X 射线发生衍射，正像刻
有许多平行线痕的平面可以当作光棚使用来使普通光衍射一样。劳厄求出其
繁复的数学理论，弗里德里希（Friedrich）与基平在实验中成功地证实了这
①
Sir WilliamandW.L.Bragg，X－Rays and Crystal Structure, London, 1915，5th ed.1925.G.W. C.Kaye,X-
Rays,London,1914，4thed.1923。
种理论。于是人们才知道X 射线是比光波更短的电磁波，而这一发现，也就
开辟了一个研究晶体结构的新天地。最先探勘这个新天地的主要是威廉?布
拉格（William Bragg）和他的儿子劳伦斯（Lawrence）?布拉格。他们利
用岩盐（简单的正六面形晶体），用这种衍射现象证明，与岩盐天然晶面平
行的原子面间的距离为2.81×10-8厘米，而用阴极射线撞击钯靶时所发生的
特有的X 射线的波长为0.570×l0-8厘米，仅合钠光波长的万分之一。这样，
人们所知道的辐射的波长就包括了很大范围，从无线电通信的长波，一直到
X 射线和γ射线的短波，中间大约有60 个倍频程（每一个倍频程是频率增加
一倍的频率范围）①。其中可见光大约仅占一个倍频程。
威廉?布拉格爵士、莫斯利、C.G.达尔文和凯（Kaye）的工作证明，把
晶体当作光栅所产生的X 射线的衍射光谱，是由一定限度内一切波长的漫射
辐射混合组成的，并且包括作为“谱线”叠于光谱之上的某些更强烈的一定
频率的辐射。这些具有特征的线辐射是一种同利用可见光所得的线光谱相似
的衍射现象。随着这一现象的发现，牛津大学一位青年学者莫斯利在1913
和1914 年又有一个非常重要的发现②。他不久就死于欧战。这是物理科学界的一个莫大的损失。
莫斯利将阴极射线所撞击的靶，从一种金属换成另一种金属，并且以亚
铁氰化钾晶体作为光栅，对每一金属靶所生的X 射线的光谱加以考察，发现
光谱中具有特征的谱线的振荡频率，由于改换金属，而发生简单的改变。如
果以n 代表X 射线光谱中最强谱线每秒钟振荡次数，则按照周期表从一个元
素到下一个元素，n 的平方根增加的数目都是相等的。如果将n2(1) 乘一常数，
使这种有规则的增加成为单位，我们就得到一系列的原子序数。在这个序列
中，所有已经测量过的固体元素的原子序数，都排列得很有规律，从铝的13
到金的79。如果再把其他已知的元素填人，我们就发现，从氢的1 到铀的92，
中间只有两三个空位代表尚未发现的元素。这几个元素后来也发现了（见426
页）①。
① 60 个倍频程，即60 翻或260 个频率倍数的范围。——译注
②
Phil.Mag. 1913， 1914,Ser.6,vol. XXⅥ,pp.210，1024，and vol. XXⅥ，p.703。
① 表内所列原子量采用1969 年国际原子量，以碳12 等于12 为基准，表中黑体字表示后来发现的元素或后
来查明的原子量。──译注
元素表
原子序数元素符号原子量原子序数元素符号原子量
1 氢H 1.0080 14 硅Si 28.086
2 氦He 4.00260 15 磷P 30.9738
3 锂Li 6.941 16 硫S 32.06
4 铍Be 9.01218 17 氯Cl 35.453
5 硼B 10.81 18 氩A 39.948
6 碳C 12.011 19 钾K 39.102
7 氮N 14.00067 20 钙Ca 40.08
8 氧O 15.994 21 钪Sc 44.9559
9 氟F 18.9984 22 钛Ti 47.90
10 氖Ne 20.179 23 钒V 50.9414
11 钠Na 22.9898 24 铬Cr 51.996
12 镁Mg 24.305 25 锰Mn 54.9380
13 铝Al 26.9815 26 铁Fe 55.847
续表
原子序数元素符号原子量原子序数元素符号原子量
27 钴Co 58.9332 60 钕Nd 144.24
28 镍Ni 58.71 61 钷Pm 145
29 铜Cu 63.546 62 钐Sm 150.4
30 锌Zn 65.37 63 铕Eu 151.96
31 镓Gs 69.72 64 钆Gd 157.25
32 锗Ge 72.59 65 铽Tb 158.9254
33 砷As 74.9216 66 镝Dy 162.50
34 硒Se 78.96 67 钬Ho 164.9303
35 溴Br 79.904 68 铒Er 167.26
36 氪Kr 83.80 69 铥Tm 168.9342
37 铷Rb 85.4678 70 镱Yb 173.04
38 锶Sr 87.62 71 镥Lu 174.97
39 钇Y 88.9059 72 铪Hf 178.49
40 锆Zr 91.22 73 钽Ta 180.9479
41 铌Nb 92.9064 74 钨W 183.85
42 钼Mo 95.94 75 铼Re 186.2
43 锝Tc 98.9062 76 锇Os 190.2
44 钉Ru 101.07 77 铱Ir 192.22
45 铑Rh 102.9055 78 铂Pt 195.09
46 钯Pd 106.4 79 金Au 196.9665
47 银Ag 107.868 80 汞Hg 200.59
48 镉Cd 112.40 81 铊Tl 204.37
49 铟In 114.82 82 铅Pb 207.2
50 锡Sn 118.69 83 铋Bi 208.9806
51 锑Sb 121.75 84 钋Po 209
52 碲Te 127.60 85 砹At 210
53 碘I 126.9045 86 氡Rn 222
54 氙Xe 131.30 87 钫Fr 223
55 铯Cs 132.9055 88 镭Ra 226.0254
56 钡Ba 137.34 89 锕Ac 227
57 镧La 138.9055 90 钍Th 232.0381
58 铈Ce 140.12 91 镤Pa 231.0359
59 镨Pr 140.9077 92 铀U 238.029
量子论
1923 年康普顿发现，当X 射线为物质所散射时，波的频率变小。他用辐
射的光子单元理论，来解释这个效应。这种光子单元可以和物质或电荷的电
子与质子相比。电子在原子轨道中运动自然不免发放辐射能量。按照牛顿动
①
要知概要，见J.H.Jeans, ReportOnRadiationandtheQuantumTheory, 2nded. London, 1924。
力学，这个效应将使其轨道缩小，从而使其转动周期变短，使其发射的频率
增高。在这个过程的所有阶段中，都会有原子存在，所以在一切光谱里都应
该可以发现一切频率的辐射，而不是我们在许多元素的线状光谱中所看到的
少数确定不变的频率的辐射。
就是在白炽固体的连续光谱内，能量也不是均匀分布的，而是在某些频
率之间为最强。这个最强辐射的区域随温度增高，在光谱里由红端至紫端移
动。这些事实很难用原子或电子辐射的旧理论去解释。事实上，数学的计算
表明频率高的振子应该比频率低的振子发出更多的能量；因此，可见光比不
可见的红外线应该发出较多的热，而紫外线又应该比可见光所发的更多。但
是这一切都是与众所周知的事实相反。
为了解决这些困难，1901 年普兰克提出了“量子论”②，主张辐射不是
连续的，而象物质一样，只能按个别的单元体或原子来处理。这些单元的吸
收与发射，服从在物理学与物理化学的其他分支中早已广泛地使用的概率原
理。辐射出来的能量，其单元大小并不是一样的，而与其振荡频率成正比。
所以只有当拥有大量可用的能量的时候，振子才能拥有和发射出高频率的紫
外线；因为振子拥有许多这样的单元的机会很小，所以其发射的机会和发射
的总能量也都很小。反之，频率低的辐射是以小单元射出的，振子拥有许多
小单元的机会较多，因而其发射的机会也可以较多;但由于其单元甚小，其总
能量也甚小。只有在某段适中的频率范围内，单元的大小适中，机会也好，
于是发出的单元数目可以相当大、而其总能量便得达到其最高值。
为了解释这些事实，必须假设普兰克的能量子ε与频率成正比，或者说
与振荡周期成反比。因此我们可以写成
h
e= hn= ,
T
式中γ表频率，T 表振荡周期，而h 是一常数。因此，普兰克常数h 等
于能量与时间的乘积εT，这个量被称为作用量。这个守恒的作用单位，当然
不随频率而改变，事实上是不随任何变化的东西而改变。这是一个真正的自
然单位，和从电子中求得的物质和电的自然单位类似。
我们可以把一种专为解释某一系列事实而创立的理论加以调整，使其与
那些事实相适合，但不论怎样适合，以及其形式怎样新颖，这个理论可以普
遍适用的证据也许并不充分。可是，如果有另一套完全不同的现象，也可以
用同一的理论去解释，尤其是在这些现象没有别的合理的解释的时候，这种
证据的价值必大为增高，而我们也就开始相信，我们可以依赖这个理论去解
释更多的关系。
普兰克的理论本来是为了解释辐射的事实而创立的。因为与传统的动力
学有抵触，所以一般学者虽非怀疑，也以审慎的态度对待，亦属当然。但当
其为爱因斯但、奈恩斯特与林德曼（Linde－mann）①，特别是德拜（Debye）
②用以解释比热现象之后，它广泛应用的可能性便大为增加了。
普通的分子运动论以为，固体中单原子分子的原子热，应为气体常数的
3 倍，或约为每度6 卡，而且此数不受温度的影响。金属都含有单原子分子，
②
AnnalenderPhysik，vol. IV, 1901.p.553。
①
SolvayCongress，Brusselse,1912.pp. 254，407.
②
AnnalenderPhysik, Vol. XXXⅨ，1912，p，789。
其原子热在普通温度下大致不变，等于6。但在低温下，则此数值便减小了。
解释这个现象首先获得成功的是爱因斯但。他指出，如果能量只能以一
定的单元或量子而被吸收，则吸收的速率必随单元的大小而改变，因而必随
振荡的频率与温度而改变。德拜从量子论推出一个与实验符合的公式，特别
显著的例子是碳元素，其原子热即使在普通温度下，也随温度而改变，比较
金属的数值小得多。
依照量子论，光在发射与吸收的刹那间，既不是弗雷内尔的稳定以太波，
也不是麦克斯韦与赫兹的连续电磁波。它好象是一团一团的微量的能量所组
成的流；这些细团的能量几乎可以看做是光的原子，虽与牛顿的微粒不同类，
而却与之相当。这个现象与干涉现象的协调是留待将来解决的难题。如果将
一线光分为两道，而使其经过长短不同的路程，则这二路程虽相差至数千个
波长，但在这两道光的最后会合处，也可见干涉的条纹。又在大望远镜里看
见的星像的衍射花样，表明每个原子所发的光都充满着整个物镜。以前，人
们认为这些事实足以证明光是以稳定的“波列”前进的，均匀地分布于几千
个波长的距离之内，而且在横向上扩展，足以充满望远镜全部空间。
可是，如果使这颗星的光线落在钾的薄膜上，则被星光所发出的电子，
每个都有与该星光相当的量子的能量。这里，光的行动不象是波，而象是能
量集中的枪弹。距离增大，则一定面积上所受到的枪弹必减少，但是枪弹冲
击的动量还是相等。另外一个现象即X 射线使气体发生电离，也是光的旧理
论难于解释的。如果波阵面是均匀的，它对于其行程上所遇到的分子应发生
相同的效应，但实际上每百万个分子当中或者只有一个被电离。有许多理由
说明。
这大概不是由于不稳固的分子太少。J.J.汤姆生等人说这现象是由于X
射线与光并不按宽的波阵面，而只沿局部的以太丝（法拉第的力管）前进的
缘故。
接着，量子论又表示光在另一方面也不是连续的。为了解释全部事实和
调和互相矛盾的观点，汤姆生设想“光是由质点组成的，每一质点为一闭合
的电力圈，并伴有一列的波”。德布罗意引用新近的概念建立一个理论，将
波的性质和微粒的性质联系起来，而成立一种新型的“波动力学”。一个运
动的质点的性能像一个波群，其速度ν与波长λ和质点的速度ν及其质量Μ
的关系为λ=h/mv,式内h 为普兰克常数。波的速度①为c2/v，式内C 为光的
速度，而ν为质点与波群的速度。于是我们不能不注意到这些现代的光的理
论与牛顿想像的微粒和波的综合体很相似。
原子结构
现代的原子理论开始于1897 年，当时发现各元素都有阴电微粒，并且查
明这些微粒即是电子。这一发现，也说明原子之所以有电的性质是由于其所
含电子多于或少于电子的正常数目，而其光学性质则可以解释为电子的振
荡。
① 这里指波的“相速度”。──译注
② N.Bohr,TheTheory ofSpectraand AtomicConstitution, Cambridge, 2nded. 1924. A. Sommerfeld,
AtombauundSpektrallinien4thed. 1924. E.N.da C.Andrade,TheStructureoftheAtoms,Londonl923.3rded.
1927.B.Russell, TheA.B.C.of Atoms, London，1923.
勒纳德早期的观察大明，阴极射线能通过真空管内铝窗而至管外。根据
这种观察，他在1903 年以吸收的实验证明高速的阴极射线能通过数千个原
子。按照当时盛行的半唯物主义者的看法，原子的大部分体积是空无所有的
空间，而刚性物质大约仅为其全390 部的10-9（即十万万分之一）。勒纳德
设想“刚性物质”是散处于原子内部空间里的若干阳电和阴电的合成体。
这个关于必需的阳电荷的说法不能使人满意，于是J.J.汤姆生又进行了
