經過相當長時期的探索,直到20世紀初,人們對原子本身的結構和內部運動規律才有了比較清楚的認識,之後才逐步建立起近代的原子物理學.

1897年前後,科學家們逐漸確定了電子的各種基本特性,並確立了電子是各種原子的共同組成部分.通常,原子是電中性的,而既然一切原子中都有帶負電的電子,那麼原子中就必然有帶正電的物質.20世紀初,對這一問題曾提出過兩種不同的假設.

1904年,湯姆遜提出原子中正電荷以均勻的體密度分布在一個大小等於整個原子的球體內,而帶負電的電子則一粒粒地分布在球內的不同位置上,分別以某種頻率振動著,從而發出電磁輻射.這個模型被形象的比喻為“果仁麵包”模型,不過這個模型理論和實驗結果相矛盾,很快就被放棄了.

1911年盧瑟福在他所做的粒子散射實驗基礎上,提出原子的中心是一個重的帶正電的核,與整個原子的大小相比,核很小.電子圍繞核轉動,類似大行星繞太陽轉動.這種模型叫做原子的核模型,又稱行星模型.從這個模型導出的結論同實驗結果符合的很好,很快就被公認了.

繞核作旋轉運動的電子有加速度,根據經典的電磁理論,電子應當自動地輻射能量,使原子的能量逐漸減少、輻射的頻率逐漸改變,因而發射光譜應是連續光譜.電子因能量的減少而循螺線逐漸接近原子核,最後落到原子核上,所以原子應是一個不穩定的系統.

但事實上原子是穩定的,原子所發射的光譜是線狀的,而不是連續的.這些事實表明：從研究宏觀現象中確立的經典電動力學,不適用於原子中的微觀過程.這就需要進一步分析原子現象,探索原子內部運動的規律性,並建立適合於微觀過程的原子理論.

1913年,丹麥物理學家玻爾在盧瑟福所提出的核模型的基礎上,結合原子光譜的經驗規律,應用普朗克於1900年提出的量子假說,和愛因斯坦於1905年提出的光子假說,提出了原子所具有的能量形成不連續的能級,當能級發生躍遷時,原子就發射出一定頻率的光的假說.

玻爾的假設能夠說明氫原子光譜等某些原子現象,初次成功地建立了一種氫原子結構理論.建立玻爾理論是原子結構和原子光譜理論的一個重大進展,但對原子問題作進一步的研究時,卻顯示出這種理論的缺點,因此只能把它視為很粗略的近似理論.

1924年,德布羅意提出微觀粒子具有波粒二象性的假設,以後的觀察證明,微觀粒子具有波的性質.1926年薛定諤在此基礎上建立了波動力學.同時,其他學者,如海森伯、玻恩、狄喇克等人,從另外途徑建立了等

現代原子結構理論，主要內容包括：多電子原子結構理論的基本概念、非相對論性原子結構計算的對角和方法和拉卡方法、相對論性原子哈密頓的推導及其球張量表示、非相對論性原子結構的相對論修正、原子的精細結構、原子的超精細結構、原子的塞曼效應和斯塔克效應理論。

本書可以用作高等院校原子與分子物理、天體物理、化學物理、材料物理等專業的碩士研究生“原子結構理論”課程的教學參考書，也可用作物理、化學、材料科學等專業高年級本科生的參考教材或者選修課教材，還可供有關科技工作者閱讀參考。[1]

目錄

第一章 量子力學預備知識

1.1 有心力場中粒子運動的基本特徵

附錄 的共同本徵函數

1.2 氫原子的初等量子理論

1.2.1 氫原子哈密頓的本徵解

1.2.2 類氫離子哈密頓的本徵解

1.2.3 類氫離子徑向函數的廣義拉蓋爾多項式表示

1.2.4 類氫離子的勢能和離心勢能的平均值

1.2.5 類氫離子的徑向矩陣元

1.2.6 氫原子徑向矩陣元的遞推關係

1.3 角動量算符和角動量的耦合

1.3.1 角動量算符的基本性質

1.3.2 兩個角動量的耦合

1.3.3 3個角動量的耦合

1.3.4 4個角動量的耦合

1.4 不可約張量及其角向矩陣元

1.4.1 不可約張量的基本概念

1.4.2 Wigner-Eckart定理

1.4.3 不可約張量的標量積及其矩陣元

1.4.4 不可約張量的張量積及其矩陣元

第二章 原子結構理論基礎

2.1 原子結構的基本概念

2.1.1 電子狀態的標記法

2.1.2 電子波函數與原子波函數的標記法

2.1.3 薛定諤方程與變分原理

2.1.4 哈特利方程組和哈特利-福克方程組

2.2 有心力近似與自洽場方法

2.2.1 哈特利方程組的近似解法

2.2.2 哈特利-福克方程組的近似解法

第三章 非相對論性原子能級結構

3.1 有心力近似下原子能級的簡併度

3.2 滿殼層組態的原子能量

3.2.1 滿殼層組態的原子能量公式

3.2.2 計算徑向積分和徑向函數的變分方法

3.3 含有開殼層的原子組態的能量

3.3.1 簡併微擾論的另一數學形式

3.3.2 原子哈密頓非對