- вся масса атома сосредоточена в ядре , которое несет положительный заряд . Движение электронов совершается по орбитам разного радиуса. На орбите может быть не более семи электронов. Добавление нового электрона равносильно образованию новой оболочки, т.е. группы элементов. Несмотря на убедительность теории Резерфорд посоветовал Бору не спешить с выводами и был прав. Последний изложил свои мысли на бумаге и счастливый от работы уезжал из Манчестера домой.
4. На пути к атомной теории.
| А |
в следующем месяце была свадьба Нильса и Маргаретт. Бор совершил много визитов к своим друзьям в Кавендишскую лабораторию, к Резерфорду домой, в Шотландию и все , кто видел Нильса и Маргаретт были очарованы этой чудесной парой. Молодая чета нашла квартиру в Копенгагене и Бор приступил к чтению лекций по термодинамике в Копенгагенском университете. Мысли Бора не переставала занимать модель атома. Он пришел к убеждению , что квант действия введенный Максом Планком можно использовать в качестве величины, ограничивающий определение координат и скорости электронов. Бор решил выразить свои мысли в статье “О строении атомов и молекул ”. Он очень спешил написать ее , потому что видел , что ученые все ближе и ближе подходят к решению проблемы ограничения классических представлений в микромире. Когда статья была закончена , Резерфорд , прочитав ее , указал Бору на избыток вопросов и неопределенностей, однако согласился с тем , что ее надо издать в журнале. Основные выводы , которые Бор смог сделать в ней вошли в физику под названием “Постулатов Бора”. Они сразу взбудоражили мир физиков , и хотя ни Томпсон, ни Релей , ни Зееман не приняли новые постулаты , чаша весов , на которую была положена судьба атомного мира неуклонно склонялась на сторону Боровской трактовки мира атома.
Для того , чтобы понять , почему так неоднозначно были встречены постулаты Бора необходимо вспомнить положение физики в начале ХХ века. Всем известна речь лорда Кельвина о безоблачности неба физики , произнесенная в 1900 году в Королевском институте. Хорошо помнится и упомянутое им маленькое облачко , связанное с проблемой излучения , из которого потом грянул гром переворота в физике. Все было ясно в классической теории физики , которую построили Галилей и Ньютон, Максвелл и Лоренц. В ней природа не делает скачков , она равномерна и предсказуема. И вдруг невероятная гипотеза Планка , которая доказала, что скачкообразные процессы квантования также свойственны природе , как и непрерывность. Эйнштейн убирает из физики эфир , исчезли законы сохранения массы и размеров. От старой физики остались развалины . а взамен ничего нового предложено не было .
В 1916 году после некоторой неопределенности с работой Бору предложили должность профессора теоретической физики в Копенгагенском университете, на что он охотно согласился. В сентябре 1916 года Бора выбирают председателем датского физического общества . Он читает лекции по механике, теории упругости, термодинамике, электронной атомной теории. Слава о Боре в ученом мире начинает разрастаться. Став членом Датского королевского общества , молодой Нильс начинает вынашивать очень смелую идею : “Организовать при университете Институт теоретической физики “. У Бора помимо научных способностей раскрываются прекрасные организаторские способности. Ему удается объединить вокруг себя много сторонников, он находит поддержку и в Королевском обществе , и в Муниципалитете, и среди деловых кругов Дании. И вскоре приступают к строительству детища Бора - 1-го Института физики в Дании.
5. Институт теоретической физики.
| Б |
ор жил в постоянной спешке , он везде был быстрее всех . Полтора года огромного энтузиазма с которым работал сам Бор и каким он заражал других дали свои результаты. Несмотря на рост цен , несмотря на I-ую мировую войну и огромной число других препятствий институт был сдан в назначенный срок . 15 сентября 1920 года состоялось официальное открытие института , который в последующие 20 лет будет едва ли ни единственным международным центром по изучению квантовой теории.
В институте сразу же образовалось ядро молодых и талантливых ученых , которое потом назвали “копенгагенской группой” . Бор был прекрасным организатором , умел подбирать лучших людей. Группа Бора занималась проблемой Теории атома . Проблема эта в то время сделалась важнейшей в мире и к Бору стекалось очень много талантливой молодежи . Был даже заведен специальный журнал , в котором регистрировали всех , кто приезжал и уезжал и по которому потом было очень интересно судить о миграции ученых к Бору. К нему также поступало много заявок на чтение лекций в различных Вузах мира. Он старался на все предложения ответить согласием , вследствие чего большая загруженность + административные обязанности привели к болезни Бора. Поставленный диагноз гласил : “Острое переутомление”. Прошло почти полгода , пока Бор смог приступить к своим обычным обязанностям .
По мере работы копенгагенской группы становились очевидными многие неясные вопросы атома , и в 1922 году Бору присудили Нобелевскую премию в области физики “За заслуги в исследовании строения атомов и атомного излучения”. Его нобелевская речь была обзором всего существующего , всего , что было достигнуто квантовой теорией строения атома, но при этом он четко давал понять , что теория находится в начальной стадии своего развития и что основные проблемы еще впереди. Блестящим подтверждением правильности новой теории явилось известие о получение нового 72 - го элемента Периодической системы элементов Д.И.Менделеева, существование которого предсказывала квантовая теория. Этот элемент назвали Гафний , в честь древнего названия Копенгагена - Hafn.
6. Создание квантовой механики.
| П |
олнейший развал физики ХХ века казалось был немного приведен в порядок . Однако этот порядок достиг рубежа за которым появлялось все больше различных “но” которые не вписывались в рамки существующей теории атома. В теории использовались одновременно как классические , так и квантовые понятия , что приводило к явной незавершенности учения. Все ждали разрешения проблем. Теория Бора была лишь промежуточным звеном между классикой и чем-то совершенно новым. Положение , в котором находилась теоретическая физика вызывало чувство грусти и безнадежности. Ученые заново начали проверять все, что только можно было подвергнуть сомнению . На кон был даже поставлен закон сохранения энергии . Бор связывал большие надежды в решении этой проблемы со своими молодыми сотрудниками : Паули, Гейзенбергом, Дираком, Шредингером. Как ученый , он на удивление прекрасно чувствовал себя в окружении большого количества ученых , он работал , руководил группой очень остроумных людей , которые в свободной , .порой даже в шутливой обстановке пытались разгадать загадки природы атома. Такой стиль работы впоследствии был назван “Копенгагенским стилем”.
Первым результатом напряженной работы стал принцип “Запрета Паули” который утверждал , что в определенном квантовом состоянии может находиться не более 1-го электрона. Этот принцип сразу пролил свет на теорию строения атома и на периодичность химических и физических свойств элементов. За этот принцип Паули была присуждена Нобелевская премия мира, правда в последствии - за 1946 год. Последующие два года 1922-1924 года длились в мучительных поисках решения проблем квантования , в течение которых у Бора было два приятных события:
1-ое у него родился четвертый сын (всего их было 5)
2-ое : Кембриджское философское общество приняло его в свои члены.
Осенью 1924 года началось то, чего ученый мир ждал с надеждой и тревогой. Сложность квантовой теории достигла предела, ее буквально разрывали внутренние противоречия. И вот в институте Бора появляется человек , который раньше не занимался проблемами атома , но лишь вступив в стены Института сразу же взялся за работу. Это был Гейзенберг. Его гениальность проявилась в том , что он предложил заменить все ненаблюдаемые величины для электрона (координаты, скорость, частоту обращения) наблюдаемыми , которые можно измерять в непосредственном эксперименте (частота спектральных линий, интенсивность) - т. наз. “Гейзенберговский формализм”. Идею Гейзенберга подхватил Борн и пришел к выводу , что “Гейзенберговский формализм идентичен матричному исчислению , хорошо известному в математике. В результате совместных действий Гезенберга , Борна и Иордана была создана матричная механика. Последний шаг в решении проблем квантования сделал Шредингер . Введенные им собственные значения , а также рассмотрение электрона не как частицы , а как распределение плотности вероятности привели Бора в глубокое волнение. Взволновался он потому, что поначалу казалось , что волновая механика Шредингера и матричная Гейзенберга несовместимы. Однако все закончилось благополучно . Гейзенберг сформулировал свое соотношение неопределенностей , а Шредингер записав впервые свое волновое уравнение заложил основы для создания совершенно новой науки - квантовой механики. Как только были описаны все основы нового направления все стало на свои места. Теперь легко объяснялись правила квантования, принцип запрета Паули, периодическая система элементов Д.И.Менделеева.
В 1927 году в Италии в г.Комо состоялся Международный физический конгресс . На конгрессе главным был доклад Бора на тему “Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории”. В своей докладе Бор сформулировал принцип , который смог ответить на все вопросы , которые в то время стояли перед теорией атома. Это был принцип дополнительности , который гласил , что любой предмет может проявлять себя как частица , так и как волна. Этот принцип сразу вошел в обиход физических понятий , и применялся не только в физике , но и в других науках.