газами, почему одни легко соединяются друг с другом, а другие - нет, и

выяснить в конце концов, почему все огромное разнообразие элементов на Земле

имеет свою определенную форму.

Бор предположил, что источником альфа- и бета-излучения является ядро и что

от расположения электронов, вращающихся вокруг ядра подобно планетам,

возможно, зависят обычные физические и химические свойства всех элементов.

Электроны, вращающиеся вокруг ядра, определяют все химические свойства

элемента. Это они превращают его в твердый материал - такой, как железо, или

придают ему мягкость и податливость, или же делают его газом. Здесь кроется

разгадка различных свойств каждого элемента.

Но может ли такая система существовать? Могут ли электроны вращаться вокруг

ядра? Вот вопрос, который настоятельно требовал ответа. В соответствии с

законами ньютоновой механики электрон, вращающийся вокруг ядра, теряет

энергию в процессе вращения. И по мере того, как его энергия будет переходить

в излучение, электрон начинает постепенно приближаться к центру атома и в

конце концов столкнется с ядром.

Атом имел совершенно другие масштабы, он был как бы из другого мира, к

которому не подходили классические законы.

И Бор принялся за вычисления, которые должны были доказать справедливость

(или необоснованность) его собственной теории строения атома. Он работал день

и ночь, чем навлек нарекания своих английских друзей, которые безуспешно

пытались вытащить его из лаборатории.

Однако всякий раз на смену одному, казалось бы, решенному вопросу появлялся

другой, требующий решения. Но Бор продолжал трудиться.

Свадьба Нильса и Маргрет была назначена на 1 августа, и Бор собирался отплыть

в Копенгаген 24 июля. Он решил закончить свою работу и показать ее Резерфорду

до отъезда. Поэтому, как он писал Харальду, "страдать от безделья не

приходится".

К 22 июля работа была закончена, и Бор счел возможным показать ее Резерфорду.

С этой целью он направился в кабинет профессора, и хотя Резерфорд в то время

был целиком поглощен своей впоследствии знаменитой книгой "Радиоактивные

вещества и их излучения", он охотно согласился выслушать Бора. Ему очень

нравился молодой датчанин, и он нередко говорил своим коллегам: "Этот Бор -

самый талантливый парень, которого мне приходилось встречать". Исключительная

скромность Бора, его абсолютная непредвзятость, доброта и отзывчивость - все

было по душе Резерфорду.

Бор поклонился профессору, отдавая этим дань подлинному к нему уважению, и

начал говорить, от волнения делая больше ошибок в английском, чем обычно: "В

соответствии с моделью атома, предложенной профессором Резерфордом с целью

объяснения "сильного рассеяния" альфа-частиц, атомы состоят из положительного

заряда, сконцентрированного в точке. общий заряд которой равен заряду

положительного заряженного ядра; предполагается, что ядро несет в себе всю

свою массу атома.

В таком атоме не может быть равновесия, если электроны, окружающие ядро, -

это словно уже входило в употребление - не находятся в движении".

Бор должен был доказать, что электроны, вращающиеся вокруг ядра, могут

двигаться по орбите без потери энергии.

"Рассматриваемая модель атома, - Бор продолжал раскручивать длинный свиток

склеенных вместе листов, - может дать вероятное объяснение периодического

закона химических свойств элементов".

Но Бор пошел еще дальше: в предлагаемой им теории, возможно, таится ключ к

объяснению химической реакции между двумя атомами; скажем, каким образом

образуется вода из водорода и кислорода? Он кратко изложил Резерфорду, что

может произойти, когда атом кислорода со своими электронными орбитами

соединится с двумя атомами водорода и их электроннами орбитами. Возможно, эти

системы совпадут друг с другом, осмелился высказать догадку Бор, хотя у него

не было никаких доказательств.

Резерфорд внимательно выслушал Бора. Исполнив свой долг наставника по

отношению к ученику, он тут же с увлечением принялся обсуждать новые идеи

Бора и кончил тем, что настоятельно посоветовал ему подготовить статью для

публикации.

Бор был на седьмом небе. В невероятной спешке укладывая в лаборатории свои

вещи, он успел набросать небольшое письмо Маргарет, в котором сообщал, что

Резерфорд одобрил его работу и что завтра он выезжает в Копенгаген. На родину

Бор отплыл, как и предполагал, 24 июля.

На протяжении всей своей последующей жизни Бор вспоминал Манчестерскую

лабораторию как средоточение самых талантливых молодых ученых всех стран,

объединившихся вокруг великого ученого, который ободрял и наставлял молодежь

в ее попытках достичь высочайших вершин науки.

По прибытии в Копенгаген Бор сразу погрузился в атмосферу счастливых

предсвадебных хлопот. 1 августа 1912 года состоялась свадьба. С точки зрения

любого ревнителя красоты Маргрет была прекрасна: стройная, с почти

классическими чертами лица, обрамленного пепельными волосами. Она не даром

была сестрой математика; острый ум позволил ей стать ближайшей помощницей

мужа, а необычная живость и женская теплота располагали к ней малознакомых

людей.

Сразу же после церемонии новобрачные отправились в Норвегию в короткое

свадебное путешествие. Там Бор закончил работу над своей первой статьей. Из

Норвегии молодожены отправились в Англию, чтобы передать законченную рукопись

Резерфорду.

Полные счастья и надежд, Нильс и Маргрет отправились в Шотландию для

завершения своего свадебного путешествия. Им казалось, что открывшиеся перед

ними перспективы превосходят их скромные желания. Нильс прекрасно понимал,

что ему предстоит невероятно трудная работа. Строение атома таило в себе

массу неизвестного, но Бор знал, что он сделал все, что в его силах.

ТРИЛОГИЯ. НА ПУТИ К АТОМНОЙ ТЕОРИИ.

Когда Нильс и Маргрет вернулись из свадебного путешествия, с копенгагенских

буков падали листья. Но холод осени словно отступил перед теплотой приема,

оказанного им родственниками и знакомыми. Молодожены быстро подыскали для

себя маленькую квартиру и обосновались там - Нильсу не терпелось как можно

скорее приступить к работе.

Будущее Бора ни у кого не вызывало сомнений. Все прошлое ученого, образование

и приобретенные знания подготовили его для университета. Он сразу же получил

пост доцента в Копенгагенском университете; было решено, что он будет читать

курс лекций «Механическое обоснование термодинамики». Лекции должны были

начаться 16 октября и продолжаться до 18 декабря.

На подготовку лекций требовалось время, но Бор использовал каждую свободную

минуту для продолжения работы, связанной с моделью атома. Но прежде чем он

мог приступить к новой статье, ему потребовалось выяснить и проверить

множество вопросов, причем Бор стремился к всесторонней и исчерпывающей

проверке.

Работа оказалась исключительно трудной. В письме от 4 ноября 1912 года Бор

писал Резерфорду: «Я чувствую себя очень виноватым, что не сумел закончить

свою статью по атому и направить ее Вам». В первоначальном наброске письма

было сказано: «Мне удалось добиться кое-каких успехов в отношении проблемы

рассеяния», но перед тем как дать письмо Маргрет для переписки набело и

отправки Резерфорду, он вычеркнул слова «кое-каких». На самом деле Бор

добился весьма значительных успехов, и он закончил письмо словами: «Надеюсь

завершить статью в течение ближайших недель».

Резерфорд всегда быстро отвечал на письма. В своем ответе, посланном ровно

через неделю, 11 ноября, он советовал Бору не торопиться: «Не думаю, чтобы

Вам следовало спешить с опубликованием второй статьи по строению атома; мне

кажется, сейчас этим вопросом никто не занимается... Надеюсь, что Вы успешно

преодолеете все трудности».

У Бора было совершенно иное мнение относительно внимания других ученых к

вопросу о строении атома. В журналах начали появляться многочисленные статьи

по родственным проблемам, и Бор был уверен, что вот-вот другие физики

поставят перед собой этот самый трудный и самый важный вопрос: что же

представляет собой атом и каково строение Вселенной? Вопрос был настолько

важным, что Бор просто не мог понять, как могли другие не замечать его.

За несколько дней до Рождества пришло первое доказательство того, что другие

физики почти вплотную подошли или по крайней мере работают над частными

проблемами строения атома. Бор получил оттиски статей Д.У. Никольсона.

Правда, английский ученый занимался изучением Солнца, но в конечном счете

речь шла об одном и том же.

При первом чтении статей сердце Бора упало. Казалось, Никольсон отрицает все

положения, которые он выдвигал. «Неужели я так ошибаюсь?» - мучительно

вопрошал себя Бор.

Если атомы на Солнце непрерывно излучают «порции» энергии, как утверждал

Никольсон, то в конце концов атом как таковой неизбежно должен исчезнуть. Бор

не видел другого выхода, и в то же время вся его теория основывалась на том,

что атом не исчезает, а, наоборот, сохраняет свою форму и структуру с

завидной стабильностью.

Если системы, рассматриваемые Никольсоном, существуют только в таких

условиях, когда атомы непрерывно разрушаются и образуются заново, скажем,

внутри звезды или в вакуумной трубке, где происходит газовый разряд, то

никакого конфликта с его теорией не возникаем Ведь он рассматривает атомы в

их обычном, а не критическом состоянии «смерти» и рождения заново. И если это

действительно так, то работы Никольсона не только не отрицают его теорию, но,

наоборот, подкрепляют ее. Этот вывод несказанно обрадовал Бора.

Работая как каторжный, Бор закончил свое исследование по альфа-лучам, и в

конце января его статья была готова для пересылки Резерфорду. Кроме того,

сообщил он профессору, работа по строению атома также успешно продвигается.

Сейчас еще больше чем в Манчестере, ученый был уверен, что структура

электронных орбит и процесс их возникновения могут только объяснить

периодическую систему элементов, но и показать, как и почему происходит

соединение элементов. Появится возможность объяснить, почему два атома

водорода соединяются в молекулу, тогда как "два атома гелия отказываются

соединяться".

Бор прекрасно отдавал себе отчет, что выдвигаемая им теория коренным образом

изменит установившиеся в физике представления.

Первые четыре орбиты по боровской модели строения атома водорода.

Электроны могут совершить любой из указанных «прыжков».

Перед Бором открылась возможность по-новому разрешить загадку атома.

Перемещение электрона с одной орбиты на другую происходило примерно так, как

если бы автомобиль, едущий по автостраде, рассчитанной на высокие скорости

движения, внезапно получил способность летать и перепрыгнул на шоссе,

предназначенное для движения на небольших скоростях. Если бы этот скачек

сопровождался вспышкой света, его можно было легко зарегистрировать.

Бор понимал, что его теория будет иметь смысл лишь в том случае, если наряду

с процессом испускания она так же хорошо будет описывать и процесс

поглощения. Поэтому необходимо было предположить, что система, состоящая из

ядра и вращающегося вокруг него электрона, может при соответствующих условиях

поглощать излучение с частотой, равной частоте излучения, испускаемого при

переходе системы из одного стационарного состояния в другое.

Анализируя системы, в которых вокруг положительно заряженного ядра вращается

большее число электронов, Бор пришел к выводу, что устойчивой конфигурацией

электронов является такая конфигурация, которая представляет собой кольцо

вокруг ядра.

Бор заложил основы теории строения атомов и молекул, но решил, что подробнее

остановиться на них во второй части своей статьи. Бор писал одному из друзей:

"Боюсь, что мне следует торопиться с опубликованием, если я хочу представить

что-то новое; эта проблема является в высшей степени актуальной".

Вторая часть статьи "Строение атомов и молекул" называлась "Системы,

содержащие только одно ядро".

На основе идеализированной модели Бор предположил, что электроны вращаются

вокруг ядра по коаксиальным орбитам. Но сколько электронов находятся на

каждой орбите, как располагаются сами орбиты и каким образом их конфигурации

определяют химические свойства элементов?

Если к единственному электрону атома водорода прибавить еще один электрон,

рассуждал Бор, то оба электрона будут вращаться вокруг ядра, образовав

элемент гелий. В этом случае орбита будет заполнена и тенденция к

приобретению еще одного электрона исчезнет. И действительно, гелий - инертный

газ, не вступающий в соединения с другими элементами.

Но если ядро с зарядом в три единицы притянет к себе третий электрон, то этот

дополнительный электрон займет свою собственную орбиту, внешнюю по отношению

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6