Нильс Бор
Страница 2
Опыты Рентгена привлекли к себе внимание Анри Беккереля, много занимавшегося фосфоресценцией. В начале 1896 г., в тот самый день, когда в Париже стало известно об опытах Рентгена, Беккерель решил проверить, не испускают ли рентгеновские лучи всякое фосфоресцирующее вещество. Опыты не подтвердили его предположения, но он произвел следующий опыт. Фотографическая пластинка с бромжелатиновой эмульсией была завернута в слой черной бумаги. Плоский кристалл сернокислой соли урана был положен сверху. Когда пластинку проявили, на ней был обнаружен черный отпечаток фосфоресцирующего кристалла. Поместив между фосфоресцирующим веществом и бумагой монеты, Беккерель обнаружил на пластинке изображение. Он заключил, что взятое им фосфоресцирующее вещество испускает излучение, проникающее через светонепроницаемую бумагу и действующее на соли серебра.
После того, как Беккерель установил, что источником открытых им лучей
- 7 -
является уран, естественно возник вопрос о том, не существуют ли другие химические элементы, обладающие такими же свойствами. В 1898 г. открытие Беккереля привлекло к себе внимание Г. Шмидта в Германии и М. Кюри во Франции. Кюри исследовала на радиоактивность различные минералы. Некоторые из них оказались радиоактивными, в том числе урановая смоляная обманка, хальколит, отенит и другие. Эти минералы содержат или уран или торий.
Бор многократно обращался к оценке работ М. Кюри. Он полагал, что решающий прогресс в атомной физике стал возможным благодаря порази- тельному открытию радиоактивности некоторых элементов, в истории которого замечательной вехой явилось выделение радия Марией Кюри.
Для рассматриваемого периода существенную роль сыграли работы Дж. Дж. Томсона. Исследуя прохождение электрического тока сквозь разряженные газы, Томсон в 1897 г. показал, что отношение электрического заряда к массе (е/m) для частиц - носителей катодных лучей (электронов) во много раз больше, чем для ионов водорода при электролизе. На основании полученного отношения e/m он высказал гипотезу, что в катодных лучах электрические заряды переносятся "корпускулами", размер и массы которых во много раз меньше размеров атома водорода.
В 1898 г. Томсон определил заряд "корпускулы" и нашел его равным заряду иона водорода при электролизе. Впервые Томсон сделал вывод о существовании элементарной частицы, названой электроном.
Оптические и рентгеновские спектры, модели атома, учение Планка об излучении - основные вехи на пути создания теории атома Бора. До теории атома Бора было выдвинуто много различных гипотез относительно строения атомов ("модели атома"). В 1902 г. Вильям Томсон (Лорд Кельвин) предположил, что атом имеет вид сферы, равномерно наполненной положительным электричеством. Внутри сферы находится такое число электронов, которое эквивалентно заряду самого шара. Дж. Дж. Томсон широко разработал и усовершенствовал модель атома Вильяма Томсона. Он изучил условия равновесия различных групп электронов внутри сферы с положительным зарядом. Электроны, находящиеся внутри положительного шара, должны совершать гармонические, колебательные движения, вызывая, тем самым, испускание атомами лучистой энергии, которое дает резкие спектральные линии.
Бор придавал большое значение стремлению Дж. Дж. Томсона объяснить периодическую систему исходя из устойчивости различных электронных конфигураций. Он писал: "Со времени знаменитой попытки Дж. Дж. Томсона истолковать периодическую систему на основании исследования устойчивости различных электронных конфигураций идея о разделении электронов в атоме на группы стала исходным пунктом и более новых воззрений. Предположение Томсона, о распределении положительного заряда в атоме, оказалась несовместимо с опытными результатами, полученными на основании изучения ра-
- 8 -
диоактивных веществ. Тем не менее, эта работа содержит много оригинальных мыслей, и оказала большое влияние на дальнейшее развитей атомной теории".
Вместе с тем Бор отметил, что объяснение спектральных законов не удавалось согласовать с оценкой числа электронов в атоме, произведенной Дж. Дж. Томсоном из наблюдения рассеяния рентгеновских лучей, использую при этом классическую теорию.
Бор особенно ценил Дж. Дж. Томсона за то, что в те времена, когда многие физики скептически относились к существованию атомов, Томсон начал исследование внутриатомного мира. Существенно для Бора было то, что из общих идей Томсона о соотношении между числом электронов и местом элемента в периодической таблице следовало обобщение, что для любого элемента число электронов вне ядра в нейтральном атоме определяется атомным номером, указывающим положение элемента в таблице Менделеева.
Решающими, однако, для возникновения теории атома Бора были работы Резерфорда и Планка. В 1895 г. в Кавендишскую лабораторию пришел Резерфорд. Первое время он продолжал начатые им ранее работы по приему электромагнитных волн и совершенствовал свой магнитный детектор. Затем он приступил к работе по ионизации газов рентгеновскими лучами. В сентябре 1898 г. Резерфорд переехал в Монреаль, где стал изучать радиоактивные свойства урана и тория. С января 1901 г. Резерфорд работает вместе с Фредериком Соди. Ими было обнаружено, что радиоактивность сопровождают такие превращения, при которых возникают новые элементы. Они показали, что радиоактивность есть атомное явление, связанное с химическими превращениями, в результате которых появляются новые элементы.
Об этом периоде Бор писал, что благодаря экспериментальным открытиям в области радиоактивности положение с изучением составных частей атома значительно изменилось. Изучение прохождения частиц, испускаемых радиоактивными веществами, привело Резерфорда к мысли о ядерном строении атома. Он предположил, что в атоме имеется ядро, заряженное положительным электричеством. Это ядро очень мало по сравнению с размерами всего атома, однако, в нем сосредоточена большая часть массы атома. Вокруг ядра движется строго определенное число электронов.
Бор многократно обращался к оценке деятельности Резерфорда. В 1913 г. в статье "Теория торможения заряженных частиц при прохождении через вещество" он анализировал работу Резерфорда 1911 г., посвященную теории рассеяния 
-частиц веществом. Бор писал, что в соответствии с теорией рассеяния -частиц веществом, развитой Резерфордом, предполагается, что :
1) атомы вещества состоят из облаков электронов и ядра;
2) электроны удерживаются силами притяжения к ядру;
- 9 -
3) ядро обладает положительным зарядом, равным сумме отрицательных зарядов электронов;
4) на ядро приходится основная часть массы атома;
5) Размеры ядра малы по сравнению с размерами атома;
6) -частица есть ядро атома гелия.
Расчеты Резерфорда навели Бора на мысль, что очень быстрый электрон, пролетающий через атом и сталкивающийся со связанными электронами, теряет свою энергию определенными конечными порциями - квантами. Рассматривая столкновение между свободным и связанным электроном, Бор заключил, что связанный электрон не может приобрести энергию меньшую, чем разность энергий между двумя последовательными стационарными состояниями, а, следовательно, свободный электрон, сталкиваясь с ним, не может терять меньшее количество энергии.
В то время Бор считал, что необходимым следствием теории атома Ре- зерфорда является внутриядерное происхождение - частиц и что быстрые - частицы испускаются ядром.
- 10 -
3. РАЗВИТИЕ УЧЕНИЯ О СПЕКТРАХ.
Во второй половине XIX в. широкое развитие получило изучение оптических спектров. Их разделяют на спектры испускания, поглощения, рассеяния и отражения. Оптические спектры по виду разделяют на линейчатые, полосатые и сплошные.