Нильс Бор
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 [pic]спектре звезды [pic]
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 [pic]принимает значение
[pic].[pic]
Полагая [pic] =1 или 2, получают серии линий в крайнем
ультрафиолете. если полагать [pic] = 3 и варьировать [pic], то получают
серию, включающую две серии, наблюдавшиеся Фаулером. Если [pic] = 4, то
получают серию, которую Пикеринг наблюдал в спектре [pic] 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 [pic] 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:
[pic],
где: [pic] и [pic] - целые числа,
[pic] - функции вида
[pic], [pic],
где: K = [pic] - 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
[pic][pic] и [pic], где [pic] > [pic], 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 [pic]-
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.
В первой своей работе Бор допускает, что в системах, где ядро
связывает несколько электронов, в основном состоянии конфигурация
электронов такова, что они располагаются в кольце вокруг ядра. Во
второй части Бор предполагает, что электроны расположены на равных
угловых интервалах в коаксиальных кольцах, которые вращаются вокруг
ядра. Для определения частоты и размеров кольца Бор прибегает к гипотезе,
что в основном состоянии атома момент импульса каждого электрона
относительно центра своей орбиты равен 2[pic]. Бор в то время
считал, что на одной и той же круговой орбите могут двигаться, на
равных друг от друга расстояниях, несколько электронов.
Предполагалось, что все кольца расположены в одной плоскости.
Рассматривался вопрос о распределении электронов по различным
кольцам. Бор предположил, что в атоме гелия два электрона движутся по
одной орбите, при этом они постоянно остаются на противоположных концах
диаметра орбиты. В отношении атома лития он предположил, что два атома
движутся по одной орбите, а третий - по орбите имеющий больший радиус.
На второй орбите в атомах бериллия, бора и углерода движутся два, три,
соответственно у углерода - четыре равностоящих друг от друга электрона.
Если на орбите симметрично расположены несколько электронов, то
на каждый из них кроме притяжения к ядру действуют еще отталкивающие
силы со стороны остальных электронов. Если рассмотреть кольцо, состоящее
из n-электронов, вращающихся вокруг ядра и расположенных на равных
угловых
- 23 -
интервалах по окружности, то суммарная потенциальная энергия системы,
стоящей из электронов и ядра,
Р = [pic] ,
где:
[pic]cosec[pic]
где: E - заряд ядра,
a - радиус окружности,
n - число электронов.
В дальнейшем Бор отказался от представления о кольцах. Считали,
что электроны движутся по эллиптическим орбитам, а по одному и тому
же эллипсу не может происходить устойчивое движение более чем
одного электрона. Кроме того, пришлось оставить представление о том,
что орбиты всех электронов расположены в одной плоскости. В
дальнейшем строились модели орбит, расположенных в различных
плоскостях. Идея об "электронных кольцах" была заменена идеей об
"электронных слоях".
В заключительных замечаниях ко всей работе Бор не
рассматривает вопрос о кольцах. Он отмечает, что цель работы была
"развить теорию строения атомов и молекул на основании представлении,
введенных Планком для расчета излучения черного тела, и теории
строении атома, предложенной Резерфордом для объяснения рассеяния [pic]-
частиц веществом."
Он указывает, что вибратор Планка основан на предположении о
квазиупругих силах и несовместим с теорией Резерфорда, согласно которой
силы, действующие в атомной системе между частицами, обратно
пропорциональны квадрату расстояния между ними. Совместить результаты
Планка с теорией Резерфорда можно лишь на основе атомистических
предположений об испускании и поглощении излучения.
Бор выдвигает пять предположений:
1) Испускание или поглощение энергии происходит не непрерывно, но
лишь при переходе системы из одного стационарного состояния в другое.
2) В стационарных состояниях динамическое равновесие системы
определяется обычными законами механики. Для перехода системы из
