 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
146
ряд других экспериментальных данных, нужно отказаться от ряда принципов классической физики.
Бор взял за основу модель атома Резерфорда и дополнил ее новыми гипотезами, которые не следуют
или даже противоречат классическим представлениям. Эти гипотезы известны как постулаты Бора.
Они сводятся к следующему.
1. Каждый электрон в атоме может совершать устойчивое орбитальное движение по определенной
орбите, с определенным значением энергии, не испуская и не поглощая электромагнитного излучения.
В этих состояниях атомные системы обладают энергиями, образующими дискретный ряд: Е¹, Е², ..., Е
n
.
Состояния эти характеризуется своей устойчивостью. Всякое изменение энергии в результате
поглощения или испускания электромагнитного излучения может происходить только скачком из
одного состояния в другое.
2. Электрон способен переходить с одной стационарной орбиты на другую. Только в этом случае
он испускает или поглощает определенную порцию энергии монохроматического излучения
определенной частоты. Эта частота зависит от уровня изменения энергии атома при таком переходе.
Если при переходе электрона с орбиты на орбиту энергия атома изменяется от Е
m
до Е
n
, то
испускаемая или поглощаемая частота определяется условием
Эти постулаты Бор использовал для расчета простейшего атома (водорода), рассматривая
первоначально наиболее простую его модель: неподвижное ядро, вокруг которого по круговой орбите
вращается электрон. Объяснение спектра водорода было большим успехом теории Бора.
Квантовые постулаты Бора были лишь первым шагом в создании теории атома, поэтому пришлось
воспользоваться следующим приемом: сначала задача решалась при помощи классической механики
(заведомо неприменимой полностью к внутриатомным движениям), а затем из всего непрерывного
множества состояний движения, к которым приводит классическая механика, на основе квантовых
постулатов отбирались квантовые состояния. Несмотря на все несовершенство этого метода, он
привел к большим успехам — позволил объяснить сложные закономерности в атомных и
молекулярных спектрах, осмыслить природу химических взаимодействий и др. Такой подход, по сути,
является частным случаем общего принципа, играющего важную роль в современной теоретической
физике — принципа соответствия, который гласит, что всякая неклассическая теория в
соответствующем предельном случае переходит в классическую.
Важным достижением Бора и других исследователей было развитие представления о строении
многоэлектронных атомов. Предпринятые шаги в развитии теории строения более сложных (чем
водород) атомов и объяснении структуры их спектров принесли некоторые успехи, однако здесь
исследователи столкнулись с большими трудностями. Введение четырех квантовых чисел,
характеризующих состояния электрона в атоме, установление принципа Паули (согласно которому две
тождественный частицы с полуцелым спином не могут одновременно находиться в одном состоянии)
и объяснение периодической системы Менделеева — большие успехи теории атома Бора. Однако они
не означали, что эту теорию можно считать завершенной. Во-первых, постулаты Бора и многие
принципы его теории имели характер непонятных, ни откуда не следуемых утверждений, которые еще
должны получить свое обоснование. Во-вторых, в некоторых даже довольно простых случаях
применение данной теории встречало непреодолимые трудности; так, например, попытки теоре-
тически рассчитать даже такой, казалось бы, простой атом, как атом гелия, не привели к успеху.
Физики ясно понимали неудовлетворительность боровской теории атома.
Таким образом, в первой четверти XX в. перед физикой все еще стояла задача поиска новых путей
развития теории атомных явлений. Ее решение потребовало отказа от ряда давно установленных поня-
тий и выработки совершенно новых теоретических представлений и принципов.
9.3.3. Создание нерелятивистской квантовой механики
Такие новые представления и принципы были созданы плеядой выдающихся физиков XX в. в
1925—1927 гг.: В. Гейзенберг установил основы так называемой матричной механики; Л. де Бройль, а
за ним Э. Шредингер разработали волновую механику. Вскоре выяснилось, что и матричная механика,
и волновая механика — различные формы единой теории, получившей название квантовой механики.
К созданию матричной механики В. Гейзенберг пришел в результате исследований спектральных
закономерностей, а также теории дисперсии, где атом представлялся некоторой символической
математической моделью — как совокупность виртуальных гармонических осцилляторов.