частота излучения, тоЕ± E2 = hv и следовательно v = — -~Е2, где h — постоянная Планка.
В стационарных состояниях электроны в атоме движутся по определенным орбитам.
Энергия атома однозначно связана с радиусом орбиты; поэтому при каждом изменении энергии изменяется скачком и радиус орбиты. Таким образом при возбуждении атома радиус орбиты увеличивается скачком от нек-рого минимального (случай невозбужденного атома) значения до значения, определяемого конечным уровнем энергии. При испускании кванта энергии (излучение) электрон «перескакивает» с более отдаленной орбиты на ближнюю. Электрон может вращаться не по любой, возможной с точки зрения классической механики, орбите, а только по избранным (квантованным) орбитам, подчиняющимся условию, чтобы момент количества движения электрона по этим орбитам был бы величиной, кратной h, где Д = .
Применение квантовой теории к теории строения атома разрешило прежние затруднения классической электродинамики. В самом деле, прерывистый спектр излучения, как того и требует формула Бальмера, и эмпирические формулы распределения линий в спектре водорода нашли свое объяснение. По теории Бора, излучаемые частоты не могут быть любыми и зависят от разностей уровней энергии атома. Далее теория Борц объясняет устойчивость атомной системы: если атом по своей энергии находится на самом низком уровне, то электрон уже не может более приближаться к ядру, и система устойчива.
Для водородного атома, обладающего сравнительно простой структурой (один электрон, орбита мало отличается от круговой), теория Бора весьма хорошо совпадает с опытом. Франк и Герц (1913) экспериментально доказали, что и более сложные атомы (гелий, неон, аргон) имеют дискретные уровни энергии. Так, если в трубку поместить одноатомный газ и пропускать через него электроны с определенной скоростью, то оказывается, что пока скорость электронов не достигнет нек-рого определенного для данного газа предела, они будут пролетать сквозь газ без всякой отдачи энергии.
Но как только этот предел достигнут, атомы газа при соударении с электронами поглотят ту часть (порцию) кинетической энергии, которая соответствует указанной предельной скорости, а избыток энергии, если он имелся, оста-* нется у электронов. Если энергия электронов достигает двух, трех и т. д. указанных порций, то она также поглотится атомами газа, вновь оставив у электронов только избыток над энергией, кратной первой порции.
Следовательно атомы газа поглощают энергию только квантами; при этом они сами возбуждаются и начинают испускать поглощенную энергию.
Теория Бора была затем усовершенствована Зоммерфельдом, Эпштейном и др. В частности, Зоммерфельд ввел в рассмотрение эллиптические орбиты и дал общее выражение квантовых условий для т. н. многократно-периодических систем (систем, координаты которых меняются периодически). Кроме того . он ввел поправку, учитывающую зависимость массы электрона от его скорости, чего требует теория относительности; это позволило ему объяснить тонкую структуру спектральных линий.Эти успехи теории Бора завоевали ей общее признание. Однако при дальнейшем развитии знаний о строении атома стали все более сказываться недостатки теории Бора. Недостатки эти обнаружились в различных направлениях. Во-первых, теория Бора давала количественное объяснение, хорошо совпадающее с опытом только для водородного атома. Для более сложных атомов она давала только качественное совпадение. Так, уже для следующего по сложности атома — гелия, у к-рого имеется два электрона, вычисленный по теории Бора ионизационный потенциал (см.) — 20, 63 электрон-вольт — расходится со значением, установленным на опыте (на 4 вольта больше).
Кроме того теория Бора не могла объяснить строения молекул даже в наиболее простых случаях (молекула водорода). Во-вторых, теория Бора не дает ответа на ряд важнейших вопросов; например, определяя частоты излучения, она совершенно не разрешает вопроса об интенсивности излучения. Наконец в теории Бора выступают в искусственном сочетании явно противоречивые элементы: стационарные состояния описываются на основе законов классической механики; но в то же время считается, что классическая электродинамика для них неприменима; переходы же из одного стационарного состояния в другое вообще не подчиняются законам классической физики.
Все эти причины привели к необходимости пересмотра основ механики. Нужно было создать основы новой механики атома, к-рая обобщала бы законы классической механики так, чтобы дискретность действия и условия квантования получались бы в качестве естественных выводов. Такой пересмотр основ механики и был произведен с двух различных точек зрения: с одной стороны, Л. де Бройлем и Шрёдингером, с другой — Гейзенбергом и др.
С. С.
III.
Обоснование
К. м. Шрёдингером бергом.
и
Гейзен Мы уже выше показали, как физики пришли к выводу (блестяще подтвержденному экспериментом) о двойственной природе света; с одной стороны, свет — это волнообразный процесс (точнее — периодически меняющееся непрерывное электромагнитное поле), а, с другой стороны, — это поток частиц, получивших название фотонов. В 1924 французский физик-теоретик Луи де Бройль, исходя из идей, высказанных еще в начале 19 в. Гамильтоном об аналогии между механикой и геометрической оптикой, предположил, что двойственная природа должна быть присуща не только свету, но также и всякому микрообъекту. Подобно тому, как поток фотонов имеет волновые свойства, также, по гипотезе Луи де Бройля, и поток электронов (катодные лучи) или каких-либо других микроскопических частиц должен иметь волновые свойства. Л. де Бройль сделал допущение, что поток частиц, обладающих массой т, импульсом р — — . и летящих со скоро — K‘-S
стью v, должен проявить себя как поток волн, имеющих длину волны, равную Я = ^- (где h — постоянная Планка). Если рассматривать частицы, движущиеся со скоростью, малой в сравнении со скоростью света, т. е. рассма-
