Нильс Бор (стр. 5 из 7)

При переходе из состояния, соответствующего

, в состояние, соответствующее , испускается количество энергии

W_r2 - W_r1 =

,

следовательно:

- 19 -

.

Если положить

= 2 и варьировать , то получают серию Бальмера. Если положить = 3, получают серию которую наблюдал в 1908 г. Пашен в инфракрасной области. Бор отмечает, что если = 1 и = 4, 5,..., то получают в крайней ультрафиолетовой и соответственно в крайней инфракрасной области серии, которые еще никем не наблюдались.

Путь, по которому шел Бор к своему открытию он описал в воспоминаниях о Резерфорде. "Мои письма к Резерфорду, написанные осенью 1912 г., посвящены продолжавшимся усилиям, выяснить роль кванта действия в электронном строении атома Резерфорда, включая сюда проблему молекулярной связи, а также вопросы излучения и магнитные эффекты. Однако вопросы устойчивости, неизбежно возникающие при таких рассмотрениях, резко увеличивали трудности и вынуждали искать более надежную основу для решения проблемы. После многочисленных попыток использовать квантовые идеи в более строгой форме ранней весной 1913 г. мне пришло в голову, что ключом к решению проблемы атомной устойчивости, непосредственно приложенным к атому Резерфорда, являются изумительно простые законы, определяющие оптический спектр элементов"

Об этом же писали Л. Розенфельд и Э. Рюдингер в статье "Годы перело- ма". Они отметили, что летом и осенью 1912 г. Бор построил несколько моделей атомов и молекул в их основном состоянии. В начале февраля 1913 г. "он напал на след третьего и самого важного члена головоломки, а именно формулы выведенной 28 лет тому назад швейцарцем Бальмером. Когда Бору задавали вопрос, не удивительно ли, что никому раньше и в голову не приходило, что формула Бальмера и другие родственные ей формулы должны были раскрыть основные закономерности, он только сказал: "Их воспринимали так же, как прекрасные узоры на крыльях бабочек, красота которых всех очаровывает, но никто не подозревает, что она поможет раскрыть основные биологические закономерности".

Бор многократно говорил, что как только он увидел формулу Бальмера, ему все сразу же стало ясно. Еще 31 января 1912 г. в письме к Резерфорду и в письме к Хевеши от 7 февраля 1913 г. Бор упоминает, что он не занимается вопросом вычисления частот, соответствующих наблюдаемым линиям в видимом спектре. Однако вскоре было сделано фундаментальное открытие. В данном случае, мы являемся свидетелями совершенно невероятного процесса созидания: все приобретенные Бором знания, все его мысли о строении атомов ,с разгадкой последнего звена головоломки, мгновенно предстали перед его глазами, и с такой наглядностью воссоздали картину целого, что Бор менее чем в месяц

- 20 -

сумел закончить знаменитую первую часть своего труда о строении атомов, в основу которого положено соответствие с оптическими спектрами.

В 6 марта 1913 г. Бор послал свою статью вместе с письмом Резерфорду. В письме он подчеркнул важность решения вопроса о происхождении линии Пикеринга. Он пытался узнать, нельзя ли в лаборатории Резерфорда провести необходимые опыты.

20 марта 1913 г. Резерфорд в ответном письме писал, что мысли Бора относительно причин возникновения спектра водорода очень остроумны. Он считает их хорошо продуманными, но их сочетание с идеей Планка создает большие трудности. "Я - пишет Резерфорд, - обнаружил серьезное затруднение в связи с Вашей гипотезой, оно состоит в следующем: как может знать электрон, с какой частотой он должен колебаться, когда он переходит из одного стационарного состояния в другое? "Этот вопрос в дальнейшем стал предметом многих дискуссий. Кроме того, в своем письме, Резерорд трижды подчеркнул, что работа Бора представляется ему слишком длинной и что ее следует сократить. "Надеюсь, что Вы не будете ничего иметь против, если я по собственному усмотрению сокращу то, что считаю в Вашей статье лишним. Будьте любезны ответить". Зная, как тщательно обрабатывал свои статьи Бор, легко представить его ужас при мысли о таком вмешательстве! Правда, получив письмо, Бор отослал Резерфорду еще несколько дополнений к своей статье, но, чувству опасность столь критической ситуации, он решил тотчас же отправиться в Манчестер, чтобы , как он сам выразился, "выиграть дело" у Резерфорда. И ему это удалось.

В 1897 г. Э.Ч. Пикеринг обнаружил в

спектре звезды Кормы серию, которую он трактовал как побочную серию водорода. В 1898 г. Фаулер обнаружил одну из линий этой серии в спектре солнечной хромосферы. В 1912 г. Фаулер нашел линии Пикеринга в разрядной трубке, содержащей смесь водорода и гелия. Бор естественным образом объяснил происхождение этих линий, приписав их гелию. Согласно теории Резерфорда, нейтральный атом гелия состоит из положительного ядра с зарядом 2е и двух электронов. Если рассматривать ионизированный гелий, в котором имеется связь одного электрона с ядром, то принимает значение

.

Полагая

=1 или 2, получают серии линий в крайнем ультрафиолете. если полагать = 3 и варьировать , то получают серию, включающую две серии, наблюдавшиеся Фаулером. Если = 4, то получают серию, которую Пикеринг наблюдал в спектре Кормы.

- 21 -

Еще в своем ответном письме от 20 марта 1913 г. Резерфорд писал: "Кстати, я очень заинтересовался Вашими предположениями относительно спектров Фаулера. Я рассказал здесь об этом Эвансу, который ответил мне, что его этот вопрос также занимает; я считаю вполне возможным, что он попытается поставить несколько опытов в этом направлении..."

Опыты показали, что каждая вторая линия в серии Пикеринга идентична одной из линий серии Бальмера в спектре водорода. Что рассматриваемый спектр не наблюдался в обычных гелиевых трубках, Бор считал возможным объяснить тем, что в этих трубках ионизация гелия не столь большая как в

Кормы, или в опытах Фаулера. Бор не ограничился рассмотрением спектров водорода и гелия. Он рассмотрел также вопрос о спектрах систем, содержащих большее число электронов. Очевидно, что для таких систем в линейчатых спектрах должны существовать более сложные закономерности. В 1908 г. Ритц обобщил теорию Ридберга. Он нашел, что частота, соответствующая линии какого-либо элемента, может быть выражена формулой:

,

где:

и - целые числа,

- функции вида

, ,

где: K =

- универсальная постоянная.

По-видимому, происхождение линии в спектрах других элементов по- добно тому как это имеет место в спектрах водорода. Линии соответствуют тому излучению, которое имеет место при переходе системы из одного стационарного состояния в другое стационарное состояние.

Для многоэлектронных систем существует много различных конфигура- ций электронов, которые необходимо учитывать как стационарные состояния. Это имеет своим следствием существование различных групп серий у этих систем.

В первой части своей работы Бор рассмотрел также вопрос о поглощении излучения. Предположения о механизме поглощения излучения необходимы были такие, которые соответствовали бы используемым при объяснении механизма испускания. Бор предполагает, что система, состоящая из ядра и вращающегося вокруг него электрона, при определенных условиях поглощает из-

- 22 -

лучение, частота которого соответствует частоте монохроматического излучения, испускаемого при переходе атома между двумя стационарными состояниями.

Если рассмотреть испускание излучения переходе системы между двумя стационарными состояниями А₁ и А₂ , которым соответствуют числа

и , где > , аналогично тому, как необходимым условием испускания рассматриваемого излучения является пребывание системы в состоянии А₁, необходимым условием поглощения излучения является пребывание системы в состоянии А₂ .Бор считает, что опыты с рентгеновскими лучами позволяют думать, что на основе классической электродинамики нельзя рассматривать соударения электронов, из которых , один связан в атоме. Он анализирует расчеты энергии -частиц, опубликованные Резерфордом. "Эти расчеты, - пишет Бор, - наводят на мысль, что этот вывод сильно отличается от результатов, которые получаются, если рассматривать столкновения на основе обычных законов механики". Бор считает, что то, что классическая механика не дает правильного ответа на вопрос о характере столкновения, можно было ожидать, поскольку закон равномерного распределения кинетической энергии не применим при рассмотрении взаимодействия между свободными электронами и связанными в атоме.