 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
145
должна была бы перейти к электромагнитному полю.
В 80-е гг. XIX в. эмпирические исследования закономерностей распределения спектральных линий
и изучение функции
?(?
,
Т) стали более интенсивными и систематическими. Была усовершенствована
экспериментальная аппаратура. Для энергии излучения абсолютно черного тела В. Вином в 1896 г.,
Дж. Рэлеем и Дж. Джинсом в 1900 г. были предложены две различные формулы. Как показали
экспериментальные результаты, формула Вина асимптотически верна в области коротких волн и дает
резкие расхождения с опытом в области длинных волн, а формула Рэлея — Джинса асимптотически
верна для длинных волн, но не применима для коротких.
В 1900 г. на заседании Берлинского физического общества М. Планк предложил новую формулу
для распределения энергии в спектре серного тела. Эта формула давала полное соответствие с опытом,
но ее физический смысл был не вполне понятен. Дополнительный анализ показал, что она имеет
смысл только в том случае, если опустить, что излучение энергии происходит не непрерывно, а
пределенными порциями — квантами (
?).
Более того,
?
не является любой величиной, а именно,
? =
h?,
где
h
— определенная константа, a v
— частота света. Это вело к признанию наравне с атомизмом
вещества атомизма энергии или действия, дискретного, квантового характера излучения, что не
укладывалось в рамки представлений классической физики.
Формулировка гипотезы квантов энергии была началом новой эры в развитии теоретической
физики. С большим успехом эту гипотезу начали применять для объяснения других явлений, которые
не поддаваясь описанию на основе представлений классической физики.
Существенно новым шагом в развитии квантовой гипотезы было ведение понятия квантов света.
Эта идея была разработана в 1905 г. Эйнштейном и использована им для объяснения фотоэффекта. В
целом ряде исследований были получены подтверждения истинности этой идеи. В 1909 г. Эйнштейн,
продолжая исследования законов излучения, показывает, что свет обладает одновременно и
волновыми, и корпускулярными свойствами. Становилось все более очевидно, что корпускулярно-
волновой дуализм светового излучения нельзя объяснить с позиций классической физики. В 1912 г. А.
Пуанкаре окончательно доказал несовместимость формулы Планка и классической механики.
Требовались новые понятия, новые представления и новый научный язык, для того чтобы физики
могли осмыслить эти необычные явления. Все это появилось позже — вместе с созданием и развитием
квантовой механики.
9.3.2. Теория атома И. Бора. Принцип соответствия
В свете тех выдающихся открытий конца XIX в., которые революционизировали физику, одной из
ключевых стала проблема строения атомов. Еще в 1889 г. в своей Фарадеевской лекции Д.И.
Менделеев отмечал, что в результате выявления специфической периодичности химических свойств
элементов, расположенных по возрастающим атомным весам, центральной проблемой физики
становится проблема строения атома *.
*
Менделеев Д.И. Полн. собр. соч. М., 1937. Т. 2. С. 347.
В 1909—1910 гг. Э. Резерфордом были проведены экспериментальные исследования рассеяния
?
-
частиц тонким слоем вещества. Как показали эти исследования, большинство
?
-частиц,
пронизывающих тонкий слой вещества, рассеиваются силовыми центрами, которые действуют на них
с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния. Некоторые сравнительно немногие частицы
отклонялись на угол 90° и более; по-видимому, они встретились с очень сильными электрическими
полями. Результаты этого исследования позволили Резерфорду в 1911 г. сформулировать планетарную
модель атома. По модели Резерфорда, атом состоит из положительного ядра гораздо меньших
размеров, нежели атом, — порядка 10
-13
см. Вокруг ядра вращаются электроны. Общий заряд атома
равен нулю, поэтому заряд ядра по абсолютной величине равен nе, где n — число электронов в атоме,
е — заряд электрона. Резерфорд полагал также, что число электронов в атоме должно быть равно
порядковому номеру элемента в периодической системе Менделеева. Но модель Резерфорда не
объясняла многих выявленных к тому времени закономерностей излучения атомов, вид атомных
спектров и др.
Более совершенную квантовую модель атома предложил в 1913 г. молодой датский физик Н. Бор,
работавший в лаборатории Резерфорда. Бор понял, что для построения теории, которая объясняла бы и
результаты опытов по рассеянию
?
-частиц, и устойчивость атома, и сериальные закономерности, и