1920年，查德维克（1891—1974年）进一步改进了实验装置，依据这个理论通过实验直接测出了原子的核电荷数值Z，这是历史上的第一次。并与其他方法给出的结果加以比较，证明了原子的核电荷数等于这一元素的原子序数。这就是大家所熟悉的原子序数与原子核的正电荷数（以电子电量e为单位）、原子中的负电荷数，即电子的个数的一致性。
这些事实有力地证明了卢瑟福原子模型的正确性，也就是说这种模型能客观地揭示了原子世界一些鲜为人知的秘密。太阳系的尺度与原子的尺度真可谓天壤之别，但它们之间却有着惊人的相似之处，真是令人回味无穷。
卢瑟福的难题
卢瑟福原子模型最重要的意义是提出了原子的“核式结构”，也就是提出了以核为中心的新观念，从而将原子划分为核外与核内两部分。原子的半径为10-10米，而原子核的半径为10-15米～10-14米，彼此相差万倍以上，但原子核却集中了原子全部质量的99.98％。原子核思想的确立，使人们对原子微观结构的认识向前推进了一大步，为现代原子模型的建立奠定了有力的基础。
事物都是一分为二的，卢瑟福模型有它正确的一面，也有它不足和问题的一面。总的来看，这一模型还是很粗糙的。它虽然指出了原子内正负电荷的分布，但是，核外电子在原子内如何排列，这些电子的运动状态如何并没有交待清楚。另外，这一模型与已经建立起来的经典理论之间存在着尖锐的矛盾，主要表现在以下几个方面。
（1）一成不变：按照经典理论得知，任何带电粒子当它做加速运动的时候，都要不断地向外辐射能量。电子带有负电荷，当它绕着原子核作加速运动的时候，也要不断地向外辐射能量。随着能量的减少，使得电子运动的轨道半径会越来越小。最后，在非常短的一刹那，大约只有10-9秒，电子将与原子核相碰，正负电荷中和，使得原子塌陷。然而，谁也没见到这类事情的发生。原子不但没有坍塌，连丝毫变化都未曾有过。埋在地下几百年、几千年的金子，今天你把它挖出来，人们一眼就会认出它。这就表明了原子是非常稳定的，是一成不变的。对于这样的事实，卢瑟福模型解释不了。
（2）互不相容：电子围绕原子核运动的过程中，向外辐射能量的频率是连续变化的，因而形成的光谱是连续的；而实际上原子的光谱是分立的，呈现出线状光谱。这一尖锐的矛盾卢瑟福模型无法解释。
（3）天下一家：我们生活在地球上，它属于太阳系的一员。今天的太阳系是由宇宙当初形成时的初始条件决定的。初始条件不一样，形成的结果也是不相同的。宇宙的变化浩瀚莫测，因此，在广寂的宇宙中找不到第二个完全一样的太阳系。然而原子的情况就截然不同了，我们可以轻而易举地就能找到相同的原子。来自地球各个不同地方的铁，宇航员从月球上带回地面的铁，同我们国家的铁，它们的原子结构是一模一样的，真可谓天下一家。原子的这种同一性，用卢瑟福原子模型来解释显得无能为力。
（4）恢复原状：在太阳系中，一旦哪颗行星与彗星遭遇，那么，这颗行星原来的面貌便被破坏，产生难以治愈的创伤，留下“终身痕迹”。从月球表面拍回来的照片，被小彗星、流星撞击的惨状至今依然可辨。1994年的6月份，一颗彗星与木星发生连续大碰撞，使木星的表面伤痕累累，成为永恒的留念，这是大家非常熟悉的常识。对于原子则是另一番情景，一个原子同外来的粒子相互作用以后，一旦这个外来不速之客离开，原子便会很快恢复原状，就好像什么事情都没有发生一样，这就是所谓的原子再生性。对于原子这种奇异功能，卢瑟福模型更是目瞪口呆。
面对这种种不可逾越的障碍，说明卢瑟福原子模型还很不完善，表现出很大的局限性，需要进一步改进。同时，也给人们提出了新的问题，迫使人们去思考、去研究，孕育着新理论的诞生。
尼·玻尔的新思想
卢瑟福原子有核模型的提出以及相应理论的建立对尼·玻尔（1885—1962年）的研究工作影响很大。作为卢瑟福的学生，玻尔非常钦佩和赞赏卢瑟福开创性的工作，他坚信原子有核模型是正确的，是符合客观事实的。对于理论所遇到的困难，玻尔认为要解决原子的稳定性问题，只有靠量子假设。要描述原子现象，进一步揭开原子内部结构的密秘，必须对传统的经典概念来一次彻底的改造，建立起新的理论。
另外，当时已经建立起来的氢原子光谱的实验规律，仅是个经验规律，需要人们从原子内部的运动情况给予理论解释。在这种背景情况下，玻尔受普朗克（1858—1947年）和爱因斯坦（1879—1955年）已经建立起来的量子论的启示，于1913年首先把量子论应用于原子内部，提出了量子态的新观念，建立了关于氢原子的理论。并于同年的7月、9月、11月3个月中在《哲学杂志》上连续发表了具有历史意义的3篇论文，堪称玻尔理论的“三部曲”，即《原子结构与分子结构》。毫不夸张地说，玻尔创造性的工作，开创了原子物理学的新时代，改变了物理学发展的进程。
玻尔关于原子模型的新思想包括以下几个方面。
新见解
原子能够比较长久地停留在一些稳定的状态，这些状态称为定态。对于每一个定态，原子的能量有确定的值。原子处于定态时，既不向外辐射能量，也不从外界吸收能量，只有当原子从一个定态过渡到另一个定态时，它的能量才发生改变。
按照玻尔这一大胆假设，当原子处于定态时，尽管电子围绕原子核的运动是一种加速运动，但由于电子束缚在原子内，与处于自由状态情况不一样，并不向外释放能量。由于没有能量损失，原子自然是稳定的。这种思想与传统的经典电磁理论是不相容的，可谓离经叛道，是一种大胆行为。按照这一思想，卢瑟福模型中原子坍塌问题便得到很好的解决。
新条件
当原子中的电子从一个能量为En的稳定状态跃迁到另一个能量为Em的稳定状态时，原子将发射或吸收辐射，辐射频率的大小只与电子跃迁前后两个状态的能量有关，而与电子围绕原子核运转的频率无关。
当En>；Em时，原子向外辐射能量，释放一个光子；若En<em，则表示原子从外界吸收一个光子，其过程可参看图2-10。
光子的能量用ε表示，它的大小与辐射频率ν成正比，即ε∝ν，或写成ε=hν。比例系数h便是大家所熟悉的普朗克常数。ε与En和Em的关系表示为：
ε=|En-Em
也就是
ν=|En-Emh
这就是玻尔提出的频率条件，又称为辐射条件。按照经典电磁理论，电子围绕原子核运动的频率与能量辐射的频率和光谱的频率是完全一致的；而玻尔摆脱了经典理论的框架，提出了新的频率条件假设，并得到了理论和实验的证明。另外，玻尔还创造性地将普朗克常数h引入了原子领域。从而使人们对原子内电子运动状态的研究步入了新的阶段。
新观点
玻尔指出，电子围绕原子核运动的轨道不是任意的，是有一定的制约条件。只有当电子的角动量mur与2π的乘积等于普朗克常数h的整数倍时，相应的轨道方允许存在。这个条件可以表示为：
mur·2π=nh
式中，u为电子运动的速率；m为电子的质量；r为轨道半径；n是正整数。称为轨道角动量量子化条件。如果令L=mur，=h2π量子化条件可以表示为：
L=n
玻尔理论的建立有着非常重要的意义。
（1）成功地解释了卢瑟福原子模型无法解释的一些问题。
（2）为解释原子光谱的实验现象和规律提供了理论依据。
原子内每一个稳定状态，它的能量是确定的。各个状态之间的跃迁，能量改变也是一定的。处于能量比较高的状态的原子总是不稳定的，它们要自发地或在外界条件的影响下，跃迁到能量比较低的状态。在这过程中，改变的能量便以光波的形式辐射出来，形成谱线，频率由辐射条件决定。我们进行观察时，是处于不同激发态的大量原子的跃迁情况，而且观察总要持续一段时间。因此，会出现各种各样的跃迁，产生各种频率的谱线，这便产生了原子的线状光谱。
原子核外只有一个电子的离子称为类氢离子，如He+、Li++等，它们的结构与氢原子类似，仅是质量和所带电荷数不同。对于这样一类离子所形成的光谱，玻尔理论也能够给出满意的解释。
自然界中存在一种性质与电子非常相似的粒子，它们是“同胞兄弟”，叫做μ-粒子。带有一个单位的负电荷，质量是电子的207倍。当μ-粒子被原子核俘获，并围绕原子核运转，形成一个类似原子的结构，称为μ-原子。它是我国著名物理学家张文裕教授于1948年首先发现的，为了纪念张先生，称这种原子为“张原子”。
后来还相继发现π-、k-等一类粒子同样可以被原子核俘获，形成“原子结构”，这些“原子”与氢原子的结构相似，称为类氢原子。由于这些粒子的性质极不稳定，寿命短，它们与原子核组成的体系也是不稳定的，通过跃迁辐射能量，形成各自的光谱。对于这类“原子”产生的光谱，运用玻尔理论也可以得到解答。
（3）不仅如此，依据玻尔理论，运用经典物理的一些基本规律，可以揭示出原子内部许多量子化的特性，这是人们探索原子内部结构进程中一次飞跃，奠定了现代原子模型的基础，已经广为人们接受。正因为如此，尼·玻尔被誉为现代微观物理学的先驱者。爱因斯坦为玻尔的成功叫好，称玻尔理论是一个重大的成就。
若有幸拜谒玻尔墓的人，一定会看到阿塞斯腾教堂公墓那古树参天、幽静肃穆的风景。位于公墓“Q区”的玻尔家合葬墓，矗立着一个用灰紫色石头雕成的墓碑，略呈椭圆柱状，墓碑的顶端刻了一头鹰，丹麦人认为鹰是智慧之鸟。这虽不是玻尔本人的原意，但确能表明玻尔对人类做出的特殊贡献。正是由于这只智慧之鸟在原子王国的天空中遨游，才在原子物理学领域结出氢原子模型及其理论这种智慧之果，为人类探索奇妙的微观世界铺下了又一块基石。
</em，则表示原子从外界吸收一个光子，其过程可参看图2-10。