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约翰·雅各布·巴耳末

瑞士数学家J.J.巴耳末

约翰·雅各布·巴耳末(Johann Jakob Balmer),瑞士数学兼物理学家。1825年5月1日生于瑞士洛桑。1898年3月12日在巴塞尔逝世。1849年在巴塞尔由于摆线的论文获博士学位。从1859年起一直在巴塞尔女子中学任数学教师,1865~1890年兼任巴塞尔大学讲师。1884年6月25日在巴塞尔公开发表了氢光谱波长的公式(巴耳末公式)。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,N.玻尔建立氢原子理论也起了重要的作用。

 

生平简介

 

巴耳末(Johann Jakob Balmer,1825~1898),瑞士数学兼物理学家。1825年5月1日生于瑞士洛桑。1849年在巴塞尔由于摆线的论文获博士学位。从1859年起一直在巴塞尔女子中学任数学教师,1865~1890年兼任巴塞尔大学讲师。1898年3月12日在巴塞尔逝世,终年73岁。

巴耳末在巴塞尔大学兼课时,受到该校一位对光谱很有研究的物理教授哈根拜希的鼓励,试图寻找氢光谱的规律,终于在1884年6月25日在巴塞尔公开发表了氢光谱波长的公式(巴耳末公式),后刊载在1885年《物理、化学纪要》杂志上。

 

科学研究

 

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。当时氢光谱见光区波段的4条谱线已经过埃姆斯特朗等人的精确测定,通过观测恒星光谱也发现了紫外波段的10条谱线,然而它们波长的规律尚不为人所知。巴耳末从寻找可见光波段4条谱线波长的公共因子和比例系数入手,否定了将谱线类比声音的思路。受投影几何的启发,巴耳末利用几何图形为这些谱线的波长确定了一个公共因子,写出了巴耳末公式。

其中λ是谱线的波长,,是一个常数。

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。1884年6月25日,巴耳末在巴塞尔自然科学协会的演讲中公布了这个公式,同年又将其发表在当地一个刊物上,1885年又刊载在《物理、化学纪要》杂志上。几年后,巴耳末又发表了有关氦光谱和锂光谱的各谱线频率之间的类似关系。

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。为纪念巴耳末,人们把氢光谱中符合巴耳末公式的谱线系命名为巴耳末系。月球表面的一个环形山也以他的名字命名。

 

经验公式

 

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。

巴耳末公式是1885年由瑞士数学教师巴耳末提出的用于表示氢原子谱线波长的经验公式

其中λ是谱线的波长,这个式子和前面一个式子是一样的。

 

研究过程

 

巴耳末公式的提出经历了一个曲折的过程。在巴塞尔大学兼任讲师期间,年近60岁的巴耳末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。当时氢光谱见光区波段的4条谱线已经过埃姆斯特朗等人的精确测定,通过观测恒星光谱也发现了紫外波段的10条谱线,然而它们波长的规律尚不为人所知。巴耳末从寻找可见光波段4条谱线波长的公共因子和比例系数入手,否定了将谱线类比声音的思路。受投影几何的启发,巴耳末利用几何图形为这些谱线的波长确定了一个公共因子,写出了巴耳末公式。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。1884年6月25日,巴耳末在巴斯勒自然科学协会的演讲中公布了这个公式,同年又将其发表在当地一个刊物上,1885年又刊载在《物理、化学纪要》杂志上。几年后,巴耳末又发表了有关氦光谱和锂光谱的各谱线频率之间的类似关系。

巴耳末

 

历史影响

 

巴耳末公式对光谱学和近代原子物理学的发展产生了重要影响。用巴耳末公式表达的一组谱线位于可见光区,为纪念巴耳末,人们把这组谱线系命名为巴耳末系。随后又发现了不同于巴耳末系的赖曼系、帕刑系等线系,它们都符合比巴耳末公式更为普遍的里德伯公式。

 

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