第二步,我們再來考察右圖中宏觀可以測量的光譜頻率和強度。光譜產生的原因是原子中電子在兩個能級之間的躍遷,能級差決定了光譜的頻率,躍遷的概率決定了譜線的強度。因此,頻率和強度是由兩個能級(n和m)決定的。每兩個任意能級間都有可能產生躍遷,因此,n和m是兩個獨立的變量。
如何將軌道中的量(例如x(t))用n和m兩個獨立變量表示出來呢?這第三步難倒了海森堡:x(t)是一個變量n的函數,卻要用兩個變量n和m表示!海森堡也顧不了花粉熱的糾纏,沒日沒夜地思考這個問題。
終於在一個夜晚,海森堡腦海中靈光一閃,想通了這個問題。有什麽不好表示的?把它們兩者之間的關系畫成一個“表格”呀!海森堡大概規定了一下用這種表格進行計算的幾條“原則”,然後,剩下就是一些繁雜的運算了。後來,海森堡在回憶這段心路歷程時寫道:
大約在晚上三點鍾,計算的最終結果擺在我面前。起初我被深深震撼。我非常激動,無法入睡,所以我離開了屋子,等待在岩石頂上的日出。
計算結果非常好地解釋了光譜實驗結果(光譜線的強度和譜線分布),使得電子運動學與發射輻射特征之間具有了關聯。但海森堡仍然希望對玻爾模型的軌道有個說法。
海森堡想,玻爾模型基於電子的不同軌道,但是,誰看過電子的軌道呢?也許軌道根本不存在,存在的只是對應於電子各種能量值的狀態。對,沒有軌道,只有量子態!量子態之間的躍遷,可以精確地描述實驗觀察到的光譜,還要軌道幹什麽?如果你一定要知道電子的位置x(t)及動量p(t),對不起,我只能對你說:它們是一些表格,無窮多個方格子組成的表格。
6月9日,海森堡返回哥廷根後,立即將結果寄給他的哥們兒泡利,並加上幾句激動的評論:“一切對我來說仍然模糊不清,但似乎電子不再在軌道上運動了”。
1925年7月25日,《海德堡物理學報》收到了海森堡的論文。這天算是量子力學(新量子論)真正發明之日,距離普朗克舊量子論的誕生,已經過去了25年。