Постулати Бора

Залишалося визнати, що усередині атомів перестають діяти відомі закони класичної фізики. Мікросвіт підпорядковується зовсім іншим законам.

Перший прорив у пізнанні законів мікросвіту належить великому датському фізику Нільса Бора. Він запропонував три постулата10, різко розходяться з механікою і електродинамікою, але тим не менш дозволяють правильно описати найпростіший з атомів – атом водню.

Класична фізика добре описує безперервні процеси – рух матеріальної точки, зміна стану ідеального газу, поширення електромагнітних хвиль. . . Енергія об’єкта, що підкоряється механіці або електродинаміки, в принципі може приймати будь-які значення. Однак лінійчаті спектри вказують на дискретність процесів, що відбуваються всередині атомів. Ця дискретність повинна фігурувати в законах нової теорії.

Перший постулат Бора. Всякий атом (і взагалі, всяка атомна система) може знаходитися не в усіх станах з будь-яким, наперед заданим значенням енергії. Можливий лише дискретний набір обраних станів, званих стаціонарними, в яких енергія атома приймає значення E1, E2, …, En, … Перебуваючи в стаціонарному стані, атом не випромінює електромагнітні хвилі.

Як бачимо, перший постулат Бора кричущим чином суперечить класичній фізиці: накладається заборона на будь-які значення енергії, крім обраного переривчастого набору, і зізнається, що електрони, начебто рухомі прискорено, насправді не випромінюють. Виглядає фантастично, чи не так? Проте в тому ж 1913 році, коли Бор запропонував свої постулати, існування стаціонарних станів було підтверджено експериментально – у спеціально поставленому досвіді німецьких фізиків Франка і Герца. Таким чином, стаціонарні стани – це не вигадка, а об’єктивна реальність.

Значення дозволеного набору E \, E2, …, En, … називаються рівнями енергії атома. Що відбувається при переході з одного рівня енергії на інший?

Другий постулат Бора. Якщо атом переходить зі стаціонарного стану з більшою енергією En в стаціонарний стан з меншою енергією Ek, то різниця цих енергій може вивільнитися у вигляді випромінювання.

Справді, атом може випромінювати хвилі лише тих частот, які відповідають різницям значень енергії дозволеного дискретного набору E \, E2, …, En, …; відповідно, набір цих частот також виходить дискретним. Ось чому спектр випромінювання атомів складається з окремо розташованих різких яскравих ліній.

Разом з тим, атом може поглинути не будь-який фотон, а тільки той, енергія hv якого в точності дорівнює різниці En – Ek якихось двох дозволених значень енергії En і Ek. Переходячи в стан з більш високою енергією En, атоми поглинають рівно ті самі фотони, які здатні випроменити при зворотному переході в початковий стан Ek. Попросту кажучи, атоми забирають з безперервного спектру ті лінії, які самі ж і випромінюють; ось чому темні лінії спектра поглинання холодного атомарного газу знаходяться якраз в тих місцях, де розташовані яскраві лінії спектра випущення цього ж газу в нагрітому стані.

Якісного пояснення характеру атомних спектрів, однак, недостатньо. Хотілося б мати теорію, що дозволяє обчислити частоти спостережуваних спектрів. Бору вдалося це зробити в найпростішому випадку – для атома водню.

Посилання на основну публікацію