к первоначальной орбите, занятой двумя электронами.

Предположение о ядре, окруженном кольцами с размещенными на них электронами,

позволяло решить еще одну важную проблему. При переходе электрона с одной из

внешних орбит сопровождающее этот процесс выделение энергии в виде излучения

воспроизведет обычный линейный спектр элемента - характерные для него

спектральные линии.

"По аналогии можно предположить, - продолжал Бор, - что характеристическое

рентгеновское излучение возникает при переходе системы, у которой электроны

внутренних орбит выбиты с помощью какой-то внешней силы, скажем воздействием

катодных частиц, в равновесное состояние".

Слева - атом водорода со своим одним электроном. Справа - многочисленные

орбиты атома криптона, у которого тридцать шесть электронов.

С радиоактивностью дело обстояло хуже. Это явление не могло быть объяснено

излучением энергии электронами, вращающимися вокруг ядра. Бор утверждал, что

в рамках атома Резерфорда допустимо только одно объяснение: источником альфа-

лучей является ядро.

Кроме того, бору казалось совершенно ясным, что ядро является также

источником излучения быстрых бета-частиц.

"Эта точка зрения на происхождение альфа- и бета-частиц с необычайной

простотой объясняет, каким образом изменение химических свойств радиоактивных

веществ связано с природой испускаемых частиц. Результаты экспериментов могут

быть выражены двумя правилами:

1. Всякий раз, когда излучается альфа-частица, образующийся элемент

переходит в группу, на две единицы меньшую, чем группа периодической системы,

к которой принадлежал исходный элемент.

2. Всякий раз, когда излучается бета-частица, группа периодической

системы, к которой принадлежит образующийся элемент, на единицу больше

группы, в которой находится исходный элемент".

Именно это доказывал произведенный Бором анализ структуры атомов. Эксперимент

и теория не просто согласовывались, они согласовывались с точностью,

превосходящей все ожидания.

Итак, молекула является комбинацией двух или более атомов и образуется двумя

отделенными друг от друга ядрами и их электронами. Бор начал свои

исследования с простейшего случая - он рассмотрел два ядра, каждое из которых

имело всего по одному электронному кольцу. Он доказал, что при сближении двух

атомов друг с другом соприкасаются только их внешние электронные оболочки.

Внутренняя часть атомов при соединении их в молекулу изменениями не

подвергается.

"Основная часть электронов должна размещаться вокруг своего ядра примерно

так, как если бы другое ядро отсутствовало, - говорил Бор. - Всего лишь

несколько электронов будут располагаться по-новому, вращаясь по круговой

орбите, охватывающей оба ядра. Новое электронное кольцо, удерживающее всю

систему, и является химической связью".

Таким образом, молекула в гениальном воображении ученого превратилось в

доступные объяснению организованные комбинации микроскопических солнечных

систем, в которых вокруг ядер по орбитам, расположенным во многих плоскостях,

вращаются электроны.

В заключении к трем статьям - трилогии, как их вскоре стали называть, - Бор

суммировал основные идеи своей теории. Он использовал гипотезу Планка для

объяснения атома Резерфорда и при этом выдвинул собственные гипотезы

относительно испускания и поглощения излучения атомной системой. Гипотезы эти

сводятся к следующему:

1. Поглощение и излучение энергии происходит непрерывно, как

предполагала классическая физика прошлого, а только во время перехода систем

из одного "стационарного" состояния в другое.

2. Хотя равновесие систем в их стационарном состоянии описывается

обычными законами механики, эти законы неприменимы в момент перехода систем

из одного стационарного состояния в другое.

3. Излучение испускается в виде одной неделимой порции - кванта Планка.

4. Стационарные состояния определяются испусканием энергии и вращением

электрона.

5. Устойчивым состоянием любой атомной системы является такое состояние,

при котором излучаемая энергия максимальна.

"Атом" Бора не приняли многие физики старой школы, однако игнорировать его

они не могли. Хотели они того или нет, три статьи Бора изменили физику. Это

изменение можно сравнить с тем, что было внесено в науку открытием ядра

атома, сделанным Резерфордом двумя годами раньше.

Так родилась атомная физика, вошедшая в жизнь в наши дни. Чтобы оценить

масштабы революции, произведенной Бором, потребовалось время, но независимо

ни от чего революция эта произошла, и это непреложный факт.

МАНЧЕСТЕР ВОЕННОГО ВРЕМЕНИ И ОРБИТЫ.

Произошла революция в понимании физики. И хотя никто из физиков в то время не

мог предположить, что она изменит политическую структуру мира и потрясет

основы жизни, многие чувствовали, что изменения эти весьма глубоки и наука

вступает в новую эру.

Правда, мало кто предполагал или верил и в то, что надвигается другое

событие, которое перевернет мир, - война.

И тем не менее "вооруженный мир" продолжал существовать. По мере приближения

весны Нильс и Маргрет Бор мирно строили планы на будущее. Нильсу было всего

29 лет, но он уже был признанным ученым; его квантовая теория атома внесла

коренные изменения в физику. Бору предложили должность профессора кафедры

теоретической физики Копенгагенского университета.

Бор подал заявление 4 марта 1914 года. За день до этого он написал

Резерфорду, рассказав о своих планах, и попросил рекомендацию, которую то

давно обещал. Восторженная и внушительная рекомендация Резерфорда прибыла

следующей же почтой. Но она не понадобилась. Все отлично понимали, что

квалификация Бора не вызывает сомнений, и а Копенгагенском университете

впервые была создана самостоятельная кафедра теоретической физики.

Однако прежде чем вопрос был формально разрешен, пришло письмо от Резерфорда,

датированное 20 мая и изменившее планы Бора: "Я полагаю, что срок контракта с

Дарвином истек, и мы ищем ему преемника, - писал Резерфорд. Мне бы хотелось,

чтобы им оказался молодой ученый, мыслящий оригинально".

Резерфорд имел в виду Бора. Молодой датчанин, несомненно, отвечал этим

требованиям. Несмотря на сложность политической обстановки, возможность

работать в течение двух лет у Резерфорда, в самом сердце современной физики,

была слишком соблазнительна.

Предложение Резерфорда буквально окрылило Бора. Это было исполнением самой

заветной его мечты. Ректорат университета проявил удивительное понимание и

пошел навстречу Бору, предоставив ему двухлетний отпуск. Бор послал в Англию

заявление, и Резерфорд отыскал, наконец, "молодого ученого, мыслящего

оригинально".

28 июня черные заголовки газет возвестили всему миру: "Убийство эрцгерцога

Франца-Фердинанда". Австро-Венгрия, с отчаянием разваливающейся империи,

решила воспользоваться убийством в качестве предлога для захвата Сербии и

предъявила ей ультиматум. Германия обещала свою поддержку Австро-Венгрии в

случае, если Россия воспротивится "превентивным мерам" против Сербии. Еще

через месяц Австро-Венгрия объявила Сербии войну и на следующий день начала

обстрел Белграда. Второй ультиматум немцы направили Франции с требованием

нейтралитета.

4 августа 1914 года в 8 часов утра колонны одетых в серые шинели немецких

солдат перешли бельгийскую границу, превратив объявление войны Францией и

Англией, в пустую формальность. Германия действовала по строгому расписанию -

ее армия должна вступить в Париж на 39-й день после начала наступления.

Офицеры хвастливо заявляли, что они вернутся домой, прежде чем "опадут листья

с деревьев".

К беспокойству за судьбы Европы и Родины у Боров примешалось с беспокойство

по поводу запланированной поездки в Англию. Бор неоднократно советовался с

университетскими друзьями и в правительстве: вправе ли он в такой момент

уехать в Манчестер?

Немцы объявили о том, что они начали минирование Северного моря. 28 августа

эскадра английских миноносцев направилась к Гельголанду с приказом атаковать

базу, но англичанам удалось взять в свои руки контроль над морем.

В начале сентября супруги Бор взошли на борт корабля. Стремясь миновать

опасный район, корабль повернул к северу и обогнул Шотландию. Штормы и туман

преследовали путешественников. Казалось, будто сама природа созвучна

безжалостным силам , выпущенным людьми на свободу.

В Манчестере датского ученого и его жену встретили с теплотой и облегчением -

все были счастливы, что путешествие закончилось благополучно. А кроме того,

лаборатория крайне нуждалась в Боре.

Мозли и Чарльз Дарвин - внук "того самого" Дарвина - начали работать в

Манчестере вместе с Бором. После того как Бор предложил, что атом обладает

электронами, "перепрыгивающими с орбиты на орбиту, испуская (или поглощая)

при этом энергию, их исследования пошли по новому пути.

Согласно гипотезе Бора, атом водорода имеет на орбите один электрон,

следующий элемент - два, элемент за ним - три и так до девяноста двух

электронов в самом тяжелом из известных элементов. Измерения Мозли и

полученные им фотографии позволили связать номер каждого элемента в

периодической системе с числом единиц заряда положительного ядра. Таким

образом, теория Бора получила убедительное подтверждение.

В статье, опубликованной в журнале "Philosophical Magazine" за 1913 год,

Мозли писал: "Полученные результаты имеют большое значение для изучения

внутренней структуры атома и полностью подтверждают точку зрения Резерфорда и

Бора".

За последние пять лет это было третье величайшее открытие, имевшее огромное

значение для физики: вначале открытие ядра атома, принадлежавшее Резерфорду,

затем расшифровка структуры атома, сделанная Бором, и наконец объяснение

периодической системы элементов, данное Мозли. Все эти открытия были тесно

взаимосвязаны.

Несмотря на все волнения, напряжение и печаль первого года войны, Бору

пришлось немало поработать с тем, чтобы согласовать свою теорию с новыми

открытиями, которые неизбежно повлияли на нее, а также ответить на некоторые

критические замечания. Работая урывками, он все-таки сумел справиться с этой

сложной задачей, и в 1915 году в журнале "Philosophical Magazine" появилась

его статья под названием "О квантовой теории излучения и строении атома".

Основная часть его теории, касающаяся строения атома, не изменилась: Бор по-

прежнему представлял себе атом в виде ядра, окруженного облаком электронов,

вращающихся на определенных орбитах. Однако теперь он имел возможность

подробнее остановиться на состояниях атома. Его положения сводились к

следующему:

1. Атомная система обладает рядом состояний, которые не сопровождаются

излучением энергии, даже если частицы двигаются относительно друг друга, хотя

такого излучения и следовало бы ожидать на основе законов классической

электродинамики. Такие состояния являются "стационарными" состояниями систем.

2. Любое испускание или поглощение излучения будет соответствовать

переходу из одного стационарного состояния к другому.

Бор уточнил свою точку зрения относительно тех процессов, которые могут

происходить внутри крошечного, но могучего атома. Если один электрон удален

из атомной системы, его место может быть занято электроном, пришедшим извне,

или электроном, "перепрыгнувшим с одной из внешних по отношению к данному

электрону орбит. В последнем случае место переместившегося с внешней стороны

орбиты электрона будет занято другим электроном, пришедшим извне.

Переход электрона с внешней орбиты на внутреннюю будет сопровождаться

излучением, которое создает определенную спектральную линию; переход

электрона со второй орбиты будет сопровождаться другим типом излучения, и Бор

считал вероятным, что третьей орбите может соответствовать свой, третий тип

излучения. Если мощный удар выбивает из атомной системы более чем один

электрон, то, доказывал Бор, выбитые электроны могут быть заменены

электронами извне, причем такое резкое изменение в системе приведет к

излучению спектра еще более высокой частоты.

Бор добился продления срока своего пребывания в Манчестере еще на год, но

оставаться сверх этого стока он не мог - Копенгагенский университет ждал его

на пост профессора теоретической физики.

Когда Бор вернулся в Копенгаген, где ему предстояло организовать новый

факультет теоретической физики, его мысли все чаще и чаще возвращались к

Манчестеру. Несомненно, у Бора такой идеал был - как сознательно, так и

бессознательно он стремился походить на Резерфорда.

ИНСТИТУТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ЭЙНТШТЕЙН.

Все лето 1916 года грохотали пушки. В это время в Копенгагене Бор отдавал

всего себя решению важных проблем.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6