Страница 25 из 161
Согласно желанию Альфреда Нобиля премия должна предназначаться человеку, который своим открытием или изобретением принес пользу человечеству. Вначале это создало определенные трудности предоставления премии за теоретические исследования. Первым лауреатом по физике был в 1901 г. Вильгельм Конрад Рентген (18451923) за особые заслуги, которые он оказал открытием замечательных лучей, впоследствии названных его именем.
Формула Бальмера
Гипотеза Сале, что спектры являются характерными для атомов и молекул, была полностью подтверждена электромагнитной теорией Максвелла, согласно которой колеблющиеся электрические заряды испускают излучение. Начались исследования с целью выяснить, существует ли соотношение между спектральными линиями одного и того же вещества или между линиями разных веществ.
Рис. 11. Спектр атома водорода. На верхнем спектре показаны линии Бальмера в видимой области; нижний спектр увеличенная область конца правой части спектра с линиями Бальмера в ультрафиолете
25 июня 1884 г. швейцарец �оганн Якоб Бальмер (1825-1898) представил Научному Сообществу Базеля работу на эту тему. Бальмер, шестидесятилетний преподаватель женской школы, особый интерес уделял числами. Он создал реконструкцию �ерусалимского храма на основании измерений, сделанных исходя из данных видения библейского персонажа �езекииля. Его интересовало число ступеней великих пирамид и т.д. Однажды, беседуя с приятелем, он пожаловался, что ему нечего делать, на что приятель ответил: Ну, раз ты так интересуешься числами, то почему бы тебе не заняться числами, которые получаются из спектра простейшего элемента, водорода? Он дал ему длины волн трех линий, известных в то время в видимой области спектра. Занимаясь этой проблемой, Бальмер установил, что последовательность этих трех линий можно выразить аналитически
λ = 3,36∙10-5n/(n24)
РіРґРµ λ длина волны, СЃРј; n целое число, принимающее значения 3, 4 Рё 5. Соответственно, эту формулу можно записать, используя волновые числа v0, С‚.Рµ. величиной обратной длине волны Рё представляющее число волн, которые укладываются РІ сантиметре. Рто волновое число, умноженное РЅР° скорость света, обозначаемое Р±СѓРєРІРѕР№ СЃ, дает частоту f или число колебаний РІ секунду. РџСЂРё использовании волнового числа формулу Бальмера можно записать как
v0 = 1/λ= 109678∙(1/41/n2),
РіРґРµ λ РїРѕ-прежнему длина волны, СЃРј, Р° число 109 678, которое позднее было обозначено Р±СѓРєРІРѕР№ R, получило название константы Ридберга. Рта формула дает волновые числа Рё длины волн РЅРµ только для трех известных РІ то время линий, РЅРѕ Рё для новых, открытых позднее линий (СЂРёСЃ. 11).
Во время затмения Солнца в 1898 г. были измерены 29 линий серии Бальмера: значения всех их получались этой формулой при изменении n от 3 до 31.
Ридберг и комбинационный принцип
Р’ 1886 Рі. Александ РЎ. Гершель, сын великого астронома Джона Гершеля, Рё Генри Десландрес (18531948) нашли математические описания различных полосатых спектров. Более того, шведский физик теоретик Р�оганн Роберт Ридберг (18541919) опубликовал результаты анализа спектров, который РѕРЅ провел РІ 1890 РіРѕРґСѓ. Ртот анализ показал, что спектральные серии Бальмера, Р° также РґСЂСѓРіРёРµ серии линий РІРѕРґРѕСЂРѕРґР° РІ ультрафиолетовой Рё инфракрасной областях спектра можно представить общим выражением, которое сегодня РЅРѕСЃРёС‚ его РёРјСЏ.
Ридберг интересовался вопросами спектров и начал свои исследования задолго до того, как Бальмер опубликовал свою формулу. Он также интересовался периодической классификацией элементов, которую дал русский химик Дмитрий Менделеев (18341907). Менделеев установил, что единственный метод классификации элементов заключается в рассмотрении их атомных весов. Когда элементы располагаются в порядке увеличения атомных весов, обнаруживается явная периодичность их свойств. Таким образом, в рядах увеличивающихся атомных весов получаются колонки химических элементов со сходными свойствами (таблица Менделеева). �нтуиция Ридберга привела его к осознанию, что эта периодичность является результатом атомной структуры.
В период между 1882 г. и 1887 г., когда он был ассистентом физического факультета университета Лунда, Ридберг изучал зависимость физических и химических свойств элементов от их атомных весов, рассматривая атомный вес как принципиальный параметр, от которого зависят эти свойства. Он начал с изучения соотношений, имеющих место среди спектральных линий элементов. Проблема, которую он хотел решить, требовала систематического изучения имеющегося спектроскопического материала, для того, чтобы получить полуэмпирическую формулу, которая универсально моделировала бы эти данные.