数学史 · 中文镜像

数学家传记

约翰·雅各布·巴耳末Johann Jakob Balmer

出生
1825年5月1日 瑞士巴塞尔乡村州劳森
逝世
1898年3月12日 瑞士巴塞尔

约翰·雅各布·巴耳末最为人所铭记的是他在光谱系方面的工作以及他提出的氢原子光谱线波长公式。

完整传记

巴耳末的父亲也叫约翰·雅各布·巴耳末,是一位首席法官。巴耳末的母亲是Elizabeth Rolle 巴耳末。巴耳末是他父母儿子中的长子。他在利斯塔尔上了第一所学校,这个镇刚刚成为巴塞尔乡村半州的首府。然后,为了接受中等教育,他在巴塞尔的一所学校学习,在那里他的数学成绩优异,并决定在大学学习这门学科。

为了在大学学习数学,巴耳末先后就读于卡尔斯鲁厄大学和柏林大学。他的学习课程最终导致他于1849年从巴塞尔大学获得博士学位,学位论文是关于摆线的。
巴耳末一生都在巴塞尔教书。从1859年到1898年去世,他一直是该市一所女子中学的数学教师。从1865年到1890年,他还兼任巴塞尔大学的数学讲师,其主要兴趣领域是几何学。他于1868年43岁时与Christine Pauline Rinck结婚,他们有六个孩子。

然而,尽管巴耳末一生都是数学教师和讲师,他最为人所铭记的是他在光谱系方面的工作,以及他在1885年给出的氢原子光谱线波长的公式。这一点只写在他关于元素光谱的两篇论文之一中,第二篇写于1897年。令人惊讶的是,巴耳末写出使他闻名的关于氢原子光谱线的论文时已经六十岁,而写出他关于这一主题的唯一另一篇著作时已经七十二岁。但如果不是因为他在一个实质上属于物理学的问题上的工作,巴耳末在数学史上今天会不为人知,因为尽管几何学是他一生感兴趣的主题,他却没有对几何学做出特别重要的贡献。

然而,巴耳末做出的主要贡献更多地依赖于他的数学技能,而不是他对物理学的理解,因为他提出了一个公式,给出了氢原子产生的观测谱线的波长,而没有给出任何物理解释。巴耳末的著名公式是λ=hm2m2n2\lambda = \Large\frac {hm^2 }{m^2 - n^2 }。代入n=2n = 2h=3654.6×108h = 3654.6 \times 10^{-8} cm,该公式对mm = 3, 4, 5, 6给出的波长精确度很高。以前的尝试寻找的是完全不同类型的公式,未能得出任何与实验证据相符的结果。代入m=7m = 7,巴耳末得到了下一条谱线的预测值,事实上,巴塞尔大学的一位同事能够告诉巴耳末,这条谱线已被观测到,其波长与巴耳末的公式预测的波长高度精确地一致。

在1885年的论文中,巴耳末提出,给nn赋予其他小整数值将给出氢原子产生的其他谱线的波长。事实上,这一预测被证明是正确的,这些谱线系后来被观测到。该公式成立的原因在巴耳末有生之年未被理解,直到1913年尼尔斯·玻尔的理论工作才得以解释。

巴耳末的公式引出了其他原子光谱线的更一般公式。其他基于巴耳末的思想而能够取得此类结果的人包括约翰内斯·里德伯、Kayser和卡尔·龙格

参考文献

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