Страница 42 из 161
Р РёСЃ. 19. Представление энергетических уровней атома РІРѕРґРѕСЂРѕРґР°. Стрелки указывают некоторые РёР· переходов. РџРѕ ординате даются энергии уровней РІ электрон-вольтах (1 СЌР’ = 1,6∙1019 Дж). Верхний уровень СЃ нулевой энергией соответствует случаю, РєРѕРіРґР° электрон покидает атом (ионизация)
Модели, разработанные до Бора
Как мы уже видели, когда возникают совершенно новые идеи, их формулировка часто предопределяется некоторыми новыми концепциями, появляющимися как неполные теории, или теории, в которых такие концепции смешиваются с ошибочными представлениями. В некоторых отношениях модель Бора также предопределялась.
Р’ 1910 Рі. венский физик Р¤.Р. Хаас (1884-1941), аспирант Венского университета, обсуждал модель атома РІРѕРґРѕСЂРѕРґР°, согласно которой электрон движется РїРѕ положительно заряженной поверхности сферы радиуса Рі (поэтому это РЅРµ модель Резерфорда) Рё обладает квантованной энергией (это интересная идея).
Р’ РЅРѕСЏР±СЂРµ 1911 Рі. Джон Вильям Николсон (1881 1955) РІ Тринити колледже Кембриджа использовал недавно введенную модель Резерфорда Рё обнаружил, что спектры атомов являются, существенно, квантовыми явлениями. РћРЅ писал: Фундаментальные физические законы должны быть найдены РІ квантовой теории излучения, недавно разработанной Планком Рё РґСЂСѓРіРёРјРё, согласно которой, изменения энергии РІ системе периодического РІРёРґР° РјРѕРіСѓС‚ получаться только РёР· некоторых определенных величин, определяемыми частотами системы. Также РѕРЅ установил, что следует предположить применение квантового принципа Рє атому Резерфорда, С‚.Рµ. что угловой момент атома может увеличиваться или уменьшаться лишь дискретными квантами. Николсон, однако, РЅРµ следовал идеи Конвея, что только РѕРґРёРЅ электрон может РІ определенный момент времени испускать излучение, Рё исследовал колебания большого числа электронов, вращающихся РІРѕРєСЂСѓРі СЏРґСЂР°. РћРЅ предполагал, что атом СЃ РѕРґРЅРёРј электроном РЅРµ может существовать Рё, что простейшие Рё легчайшие атомы должны быть РІ СЂСЏРґСѓ РєРѕСЂРѕРЅРёСЏ (гипотетический элемент, который был открыт РІ солнечной РєРѕСЂРѕРЅРµ) СЃ атомным весом около половины РІРѕРґРѕСЂРѕРґР°, затем РІРѕРґРѕСЂРѕРґР° Рё небулия (гипотетический элемент, который предполагался РІ некоторых туманностях; сегодня РјС‹ знаем, что спектральные линии, приписываемые РєРѕСЂРѕРЅРёСЋ Рё небулию, РЅР° самом деле принадлежат атомам кислорода Рё азота РІ высоких возбужденных состояниях) СЃ 2, 3 Рё 4 электронами соответственно. Более того, РѕРЅ полагал, что гелий был соединением. Рто была нелепость ошибочных идей: гелий элемент, Р° РєРѕСЂРѕРЅРёР№ Рё нибулий РЅРµ существуют (спектральные линии, приписываемые РєРѕСЂРѕРЅРёСѓРјСѓ, РЅР° самом деле принадлежат обычным металлам, таким как железо Рё никель, РІ крайне высоких условиях возбуждения), Рё нет никаких элементов легче, чем РІРѕРґРѕСЂРѕРґ.
РќР° следующий РіРѕРґ идея квантования углового момента атома СЃРЅРѕРІР° была исследована голландским С…РёРјРёРєРѕРј Нильсом Бёррумом (18791958) Рё Полем Рренфестом (18801933), которые вывели правильные выражения, РІ которых появилась константа Планка h.
Все эти частные результаты, однако, появились с целью попытаться устранить общее видение всей проблемы и смешивались с совершенно ошибочными рассмотрениями. Бор построил свою модель, стараясь дать объяснение многих существующих изысканий и последующих, даже если он и не мог обосновать свои гипотезы.
Признание гипотезы Бора
РњС‹ можем спросить, как же появилась теория Бора. Резерфорд, которому Бор послал СЃРІРѕСЋ СЂСѓРєРѕРїРёСЃСЊ для публикации, представил ее РІ престижный английский журнал Philosophical Magazine. Рто предполагало, что РѕРЅ поддерживает ее, даже несмотря РЅР° то, что РєРѕРіРґР° Бор прислал СЂСѓРєРѕРїРёСЃСЊ РёР· Дании, РѕРЅ возражал СЃРѕ СЃРІРѕРёРј обычным практицизмом: откуда электрон знает, РЅР° какую орбиту ему перепрыгивать? Его аргументом был тот факт, что если электрон РїСЂРё переходе испускает фотон, который имеет энергию, равную разности между первоначальным Рё конечным энергетическим состоянием, РѕРЅ должен знать СЃРІРѕРµ прибытие (конечное состояние), прежде чем фотон будет испущен. РќР° этот РІРѕРїСЂРѕСЃ только Рйнштейн СЃРјРѕРі дать ответ РІ 1916 Рі. путем введения законов вероятности. Р’Рѕ РІСЃСЏРєРѕРј случае Резерфорд предложил Бору сократить СЂСѓРєРѕРїРёСЃСЊ, РЅРѕ Бор, хотя РѕРЅ был моложе Рё менее авторитетнее, чем его учитель, энергично отказался. Другие европейские физики выразили возражения; однако РѕРЅ РїСЂРѕСЏРІРёР» настойчивость.
Представляя СЃРІРѕСЋ модель, Бор РЅРµ собирался дать окончательное описание атомных систем. Разрыв СЃ классической физикой, который предопределил Бор своей теорией, был так радикален, что для некоторых людей его работа представлялась простым вычислительным фокусом, РЅРѕ ее способность предсказательных соотношений, подтверждаемых экспериментом, делала ее очень привлекательной. Поэтому, хотя РѕРЅР° Рё РЅРµ вызвала сенсации, РѕРЅР° мало-помалу признавалась. РўСЂРё работы были опубликованы РІ Philosophical Magazine между летом Рё осенью 1913 Рі. Бор прочел информационный РєСѓСЂСЃ лекций РІ Копенгагенском университете, что позволяло ему получить профессорский фант. Р’ течение этого РіРѕРґР° РѕРЅ совершил несколько поездок РІ Англию Рё, РІ сентябре, обсуждал СЃРІРѕСЋ теорию РЅР° ежегодном собрании Британской Ассоциации развития науки РІ Бирмингеме. Рто сообщество было организовано РІ 1831 Рі. РІ Йорке как некоторый противовес Королевскому обществу. Тем РЅРµ менее собрания были интересными, как, например, РІ 1899 Рі. РІ Дувре, РіРґРµ Дж. Дж. РўРѕРјСЃРѕРЅ сообщил РѕР± открытии электрона.