概述
約翰·雅各布·巴耳末(Johann Jakob Balmer,1825.5.1-1898.3.12)瑞士數學家、物理學家。 主要貢獻是建立了氫原子光譜波長的經驗公式——巴耳末公式。
人物簡介
1825年5月1日生於瑞士洛桑,是家中的長子。大學時期曾留學德國的卡爾斯魯厄大學和柏林大學,攻讀數學,1846年回到瑞士,擔任中學時期的母校巴塞爾中學的工程製圖教師。1849年巴耳末以關於擺線的論文在瑞士巴塞爾大學獲得博士學位。1859年起在瑞士巴塞爾女子中學擔任數學教師,1865年到1890年期間兼任瑞士巴塞爾大學講師。1868年和克里斯廷(Christine Pauline Rinck)結婚,先後生育了6個孩子。1887年巴耳末出版了一本專著《投影幾何學教程》。1898年在巴塞爾逝世,終年72歲。
巴爾末公式
巴耳末在巴塞爾大學兼任講師期間,受到該校一位研究光譜的物理學教授哈根拜希(E.Hagenbach)的鼓勵,開始試圖尋找氫原子光譜的規律。巴耳末開始研究工作時,可見光區域的4條氫譜線已經過埃姆斯特朗等人大量較精確的測定,紫外區的10條譜線也在恆星光譜中發現。但是,當時這些數據是零散的,它們波長的規律尚不為人所知。
巴耳末首先否定了把譜線類比聲音的做法,而從尋找可見光區域4條氫譜線的波長的公共因子和比例係數入手。他說:“看到前面敘述的三個波長(指Hα,Hβ,Hδ)的數字以後,就可以看出它們之間存在著一定的數字比例,就是說這些數字包含有一個公共因子。”
最初,為尋找這一公共因子,他用數字試探的方法尋找譜線之間的諧和關係,曾順利地找到了巴耳末認為不十分小的一個因子(30.38mm/10),但是,這一因子反映不出各波長之間的實際規律,只好放棄。巴耳末擅長投影幾何,對建築結構、幾何素描有濃厚興趣,受透視圖中圓柱排列的啟示,他改用幾何方法。巧妙地利用幾何圖形為這些譜線的波長確定了另一個公共因子,其值為,然後用最簡便的方法表示這些波長的數量關係。
lambda=Bfrac{n^}{n^-4}qquad n=3,4,5cdots 其中λ是譜線的波長,B=3.6546×10-7m。,是一個常數。1885年又刊載在1885年《物理、化學紀要》雜誌上。 巴耳末公式的提出經歷了一個曲折的過程。
巴耳末公式計算出的波長與實際測量值的誤差不超過波長的1/40000,吻合得非常好。隨後巴耳末又繼續推算出當時已發現的氫原子全部14條譜線的波長,結果和實驗值完全符合。1884年6月25日,巴耳末在巴塞爾自然科學協會的演講中公布了這個公式,同年又將其發表在當地一個刊物上,刊載在《物理、化學紀要》雜誌上。幾年後,巴耳末又發表了有關氦光譜和鋰光譜的各譜線頻率之間的類似關係。
巴耳末原為一名默默無聞的數學教師,直到年屆60歲才取得重要的成就,被視為“大器晚成”的代表。他的事跡也因此為人們所稱道。巴耳末對於原子光譜的工作,特別是巴耳末公式的建立,對近代原子物理學的發展產生了重大影響。。
巴耳末公式是一個經驗公式。它對原子光譜理論和量子物理的發展有很大的影響,為所有後來把光譜分成線系,找出紅外和紫外區域的氫光譜線系(如萊曼系、帕邢系、布拉開系等)作出了楷模,對N.玻爾建立氫原子理論也起了重要的作用。
為紀念巴耳末,人們把氫光譜中符合巴耳末公式的譜線系命名為巴耳末系。月球表面的一個環形山也以他的名字命名