波耳的电子元素周期表是建立在原子结构的基础上的，它实质上与门捷列夫建立的在化学反应基础上得到的周期表一样（在波耳以前，还有汤姆森的金字塔周期表，维尔纳在1905年绘制的超长周期）。无论是从元素的化学性质推断出来的周期表，还是从元素原子的电子球壳推断出来的周期表，结论都一样。摩斯利和波耳都曾清楚地说明周期表是建立在一个基本的数字序列基础上的，这个数列决定了每个周期内元素的数目：第一周期2个，第二和第三周期8个，第四和第五周期18个，第六也许还有第七周期32个。我对自己一遍又一遍地重复说着这个序列--2、8、8、18、18、32……
在这个时候，我又重新开始去参观自然科学博物馆，再一次花费几个小时在那儿盯着元素周期表看，这一次，我集中精神看的是写在红色小格子里的原子序数。比如说，我会盯着钒元素看，在它那栏有个闪闪发光的金属块。我会想它是23号元素--23是5加18：在球壳最外层有5个电子，另外18个围绕着惰性气体般的核心转。外层5个电子，也就是说它的最大化合价是5，若只有3个电子，则球壳不完整。现在我知道了，就是这样的不完整导致了钒元素独特的颜色和磁化率。这种量化并没有取代对钒的具体的现象研究，而是令我对其的现象研究更加深入，因为我把它看成一种启示，从原子的角度来解释为什么钒元素有这些性质。定性研究和定量研究在我的脑中融为了一体，现在对钒的研究既可以定量，也可以定性。
波耳和摩斯利使我见识到周期表的数字之美。虽然从原子量也可看出端倪，但不容易。元素的很多特点和性质可以从它们的原子序数推断出来，原子序数不再只是表示核电荷的数目，而且还代表了每个原子本身的结构。上帝的算盘打得真是完美，富有逻辑，简单而又经济。
是什么原因使金属具有金属的特性？电子的结构解释了金属为什么形形色色。金属的一些机械属性，如高密度和高熔点现在能够得以解释了，那就是因为金属原子的电子与原子核结合紧密。一个内部连接非常紧密的原子，也就是具有高“结合能”的原子，看上去会具有非比寻常的硬度、密度和高熔点。我最喜爱的几种金属就是这样--钽、钨、铼、锇，这些可做灯丝的金属拥有很高的结合能。我很高兴有充分的理由来解释这些原子的杰出特性，也解释了我对它们的偏爱。金属的导电性则和可自由移动的电子脱离原子核释放出来的“气体”有关，这就解释了为什么电场能够促使自由电子流过电线。金属表面存在大量的自由电子，这也就解释了金属特有的光泽，因为自由电子在光照的作用下剧烈振动，在移动的过程中散射或者反射光。
这种电子气态理论进一步暗示出，在温度和压力达到极端条件时，所有的非金属元素都能变成金属。在20世纪20年代，人们已经成功地把磷变成了金属，并且在30年代，人们预测，当压力超过100万个大气压时，氢也可能变成金属，人们推测，木星这样巨大的气体行星的固体核心就是这么来的。我觉得所有物质都可以变成金属化这种观点很令人满意。
与长波光相比，我一直都对蓝色光、紫色光和紫外线的奇特力量感到迷惑不解。这在暗室里表现非常明显：在暗室里开非常明亮的红色安全灯不会使正在冲洗的底片变得模糊，而只要有一丝白光或是日光（里面当然含有蓝色光），就会立刻使底片模糊。在实验室里也非常明显，比如说，在红光下氯可以很安全地和氢化合在一起，但是只要有一丝白光的话，这个化合物就会立刻爆炸。在戴维舅舅的矿石柜子中也很明显，人们可以用蓝色光或紫色光来激发磷光和荧光，但是用红色光或橙色光却做不到。最后一个例子，亚伯舅舅家里的光电池在微弱的蓝光下就可以反应，但是在强烈的红光照射下却毫无反应。是什么原因使得大烈的红光比微弱的蓝光效果差？在学了波耳和普朗克的一些理论后，我才意识到这些看似矛盾的问题的答案在于辐射和光的量子性质。光或者辐射以最小单位传播，或者说以量子传播，而量子的能量取决于它们的频率。短波光的一个量子，也可以说是一个蓝色量子，它的能量比一个红色量子的能量高，而X射线和γ射线的量子拥有比蓝色量子还要高很多的能量。每一种原子或分子--无论是感光乳剂中的银盐，实验室中的氯元素或氢元素，还是亚伯舅舅光电池中的铯元素或硒元素，抑或是戴维舅舅的矿石柜中的硫酸钙和钨酸钙，都需要某一种特定的能量级来引起反应。这可能只需要一个高能量量子，而1000个低能量的量子却实现不了。早在20世纪，人们就有疑问，如果气温降到接近绝对零度，金属里的“电子气”将会发生什么变化，它们会“冻住”所有的电子吗？金属会变成绝缘体吗？人们用水银做实验，发现事实完全相反，在4.2℃时，水银突然失去了所有的电阻，变成了完美的导体--超导体。因此，人们可以用液态氦来冷却水银，得到一个水银圈，电流可以永远在水银圈内流动而不会减弱。
小时候，我觉得光是有形态和大小的，像花一样的蜡烛的光，就好像含苞未放的木兰，我舅舅钨丝灯泡里发出的光则是多边形的。一直到亚伯舅舅给我看了他的放射性侦测仪，在那里面看见了闪光，我才开始意识到所有的光来自原子或分子，这些原子分子先被激发，然后回到它们的基态，将多余的能量以可见光的形式发散出来。用加热了的固体，比如白热的灯丝，能释放出多种波长的能量；而对于白炽的蒸汽，比如钠光中的钠蒸气只会发出某一种特定波长的光。我小时候曾对蜡烛火焰中的蓝光十分着迷，后来我才知道这种蓝光是碳分子燃烧吸收热，在冷却的过程中把能量释放出来的结果。
但是太阳及其他恒星与地球上的光不同，它们具有耀眼的强光，比地球上最亮的白炽灯还要亮（有一些恒星，比如天狼星，几乎是蓝色的）。人们通过太阳辐射出来的能量，能够推断出太阳表面的温度大约是6000℃。亚伯舅舅提醒我说，他年轻时没有人知道是什么产生了太阳巨大的炽热和能量。炽热几乎不算是个合适的词，因为太阳上没有通常意义上的燃烧、氧化--事实上大多数化学反应在1?000℃以上时都会停止。
重力能，也就是由于巨大的质量收缩而生成的能量，是使得太阳能够持续燃烧下去的能量吗？这看上去似乎不能充分解释太阳和恒星数十亿年没有消逝的强大的热量和能量。放射能也不是能量的合理来源，因为放射性元素在恒星中的含量远远不到所需的量，并且它们放射出来的能量太慢而且不可加速。
直到1929年另一种观点才被提出来：在恒星内部的高温和巨大压力下，光的原子可能会熔合在一起形成更重的原子，也就是氢原子，从氢原子开始，融合成氦。总之，宇宙能量来源于高热原子核反应。大量的能量打入光核子，使其融合，但是一旦融合之后，更多的能量会被释放出来。这样反过来会加热并融合其他原子，生成更多的能量，这些能量会促使热核聚变反应继续进行。太阳内部能达到很高的温度，大概在2000万度左右。我觉得很难想象这样高的温度--这么高温度的炉子（正如乔治·加莫在《太阳的诞生与灭亡》一书中所写）会烧毁它周围方圆百里的所有东西。
在这样的温度和压力环境下，原子的原子核--即裸核，被剥夺了所有电子的原子核--会高速四处乱撞（它们热运动的平均能量和α粒子的能量类似），并且不断地碰撞进入彼此，最终融合在一起形成更重元素的原子核。加莫写道：“我们必须把太阳内部想象成一个巨大的天然的炼金实验室，在那里多种元素很容易地转换成其他元素，就像在地面上的实验室里发生的普通化学反应一样容易。”
氢转换成氦会产生大量的光和热，因为氦原子的质量比4个氢原子的质量略轻--根据爱因斯坦的著名公式E=mc2，这种质量上的微小差异会被完全转换成能量。要想生成太阳内部那些能量，每秒钟需要数百吨的氢被转换成氦，但是太阳主要是由氢构成的，并且它的质量巨大，所以在地球的整个生命中，只有一小部分会被消耗掉。如果融合的速度减慢，太阳就会收缩和加热，来恢复速度；如果融合速度过快，太阳就会膨胀冷却，来使速度减慢，因此，正像加莫说的那样，太阳代表着最精致，也许是唯一可能的一种核机器，一种自动调节的熔炉，其内部原子核融合的爆炸力被地心引力完美地平衡了。氢融合成氦不仅会提供大量的能量，而且会创造出新元素。氦如果被给予足够的热量，能够融合成更重的元素，这些元素再接着融合成更重的元素。
因此，令人兴奋的巧合是，两个古老的难题同时得以解决：恒星的闪耀和元素的形成。波耳曾经设想过所有元素都来自氢，这是想象，但是这样的设想在恒星上得到了证实。氢不仅是宇宙中的燃料，而且还是宇宙的基本单位，最原始的原子，就像布劳特在1815年设想的那样。这种设想妙不可言，宇宙的构成竟如此简单。
波耳的原子在我看来有一种难以言喻的美--电子以每秒数万亿的圈数在预定好的轨道上永恒地旋转，这是极小的量子促成的永恒运动。更复杂的原子就更美，因为它们有数十个电子在一层又一层的轨道上运行，这些复杂原子的结构就像是小洋葱一样。在我看来它们不仅很美，而且这些微小的但是不可破坏的东西简直是完美，它们的数量、力量和能量之间的平衡就像方程式那样完美（事实上它们确实可以用方程式来表达）。没有什么东西或者说没有什么力量能够破坏它们的完美性。波耳的原子就像是莱布尼兹所说的完美世界。
伦恩姨妈过去经常说：“上帝用数字来思考，数字是世界构成的方式。”我从来没忘记这种说法，现在这种说法似乎适用于整个物质世界。这时候我已经开始读一些哲学书了，在我所能理解的范围内，莱布尼兹最吸引我了。他提出一种“神圣数学”理论，人可以用最经济的手段创造出最丰富的现实，现在，在我看来，这种理论到处都有很明显的例子：数以百万的化合物由几十种元素构成，百来种元素只是来自氢，这就是经济；整个原子都是由两三种粒子构成的，这就是经济；原子的稳定性和属性由它自身的量子数来保证--所有这些都非常美妙，足以称得上是上帝的杰作。
到1914年，英国、法国、德国和奥地利的科学家们都以不同的方式卷入了第一次世界大战。在这段时间，理论化学和理论物理学很大程度上停滞不前，取而代之的是应用科学和军事科学。卢瑟福停止了他所从事的基础研究，他的实验室被改组来进行潜艇侦查研究。为卢瑟福做α粒子散射实验的盖革和马斯顿发现他们在前线站在了对立面上。卢瑟福的年轻同事查德威克和埃利斯成了德军战俘。而摩斯利，在加利波利因头部中弹身亡，年仅28岁。我父亲过去经常谈论那些在战争中逝去的年轻诗人、学者，以及这一代人中的精英。他提到的大多数名字我都没有听说过，但是摩斯利的名字我熟悉，也让我最为哀伤。
这也给了波耳预测的能力。摩斯利曾经观察到72号元素还未出现，但是他并没有说这是不是稀土元素（57至71号元素是稀土元素，73号钽元素是过渡元素，但是没人能确定到底有多少种稀土元素）。波耳清楚地知道每个电子球壳所容纳的电子数，因此他能够推测出72号元素不会是稀土元素，而是一种更重的锆的类似物。他建议他在丹麦的同事去锆矿里寻找这种新元素。很快它就被找到了，并且根据哥本哈根的古名把它命名为铪。这是人们第一次不靠化学类比而是通过电子结构的纯理论基础推断出元素的存在和其性质。
加莫构想，宇宙最初可能比拳头还小，而密度几乎是无限大。加莫和他的学生拉尔夫·拉尔法进一步猜测（在一篇写于1948年的著名文章中，也就是在汉斯·贝特加上他的名字后，命名为“α、β、γ论文”），这个最初只有拳头大小的宇宙爆炸之后，开创了时间和空间，在这次爆炸中（霍伊尔把它嘲笑为“砰”的一声巨响），所有的元素都被创造出来了。但是在这一点上，他错了。在这次宇宙大爆炸中，只有最轻的元素--氢和氦，也许还有一点锂--被创造出来。直到20世纪50年代人们才弄清楚更重的元素是怎样生成的。一颗普通的恒星消耗完它所有的氢要几十亿年，但是质量更重的恒星过几十亿年也还远远不到熄灭的时候，它们会收缩，变得更热，然后开始进一步的核子反应，氦进一步融合生成碳，碳再接着融合成氧，然后是硅、磷、硫、钠、镁，就这样一直融合生成新元素，一直到铁。铁之后??能量不能再通过进一步的融合释放出来，所以就达到核合成的终点。难怪金属陨石的铁这么丰富。地心中的铁也很多。那些比铁重的元素是怎么来的，在更长的一段时间内一直是个难解之谜；显然，它们只能通过超新星的爆炸来生成。
