16
Д. Рождественский
ЭВОЛЮЦИЯ УЧЕНИЯ О СТРОЕНИИ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ
Мы приводим здесь часть доклада, который академик Д. С. Рождественский сделал 15 ноября 1932 года на юбилейной.ccсии Академии наук, посвященной пятнадцатилетию Великой Октябрьской социалистической революции. Публикацию подготовил В. Лешковцев.
Не было эпохи в истории физики, когда развитие ее шло бы так быстро и решительно, как в последние 15—20 лет. В это время была возведена новая и чудесная постройка научной мысли, решения была загадка строения atomов…
Постройка atomа возвrigалась быстро в связи с тем, что огромные запасы материалов были уже поднесены и горами лежали в порядке, ожидая строителя. Периодические свойства atomов, после вековой работы химков уложенные Менделеевым в законченную систему, до сих пор сохранившую почти весь свой первоначальный облик, требовали теоретического обоснования. Десятки тысяч работ по спектральному анализу, точный закономерности в спектрах, казалось, с очевидностью указывали, где и как нужно вести стройку. Но строитель запоздал. И теперь мы знаем, почему.
Лучшие умы того времени безусловно пытались приложить свои руки к укладке фундамента. Рэлей писал о своем бессилии. Ритц, всю свою недолгую жизнь глубокого исследователя посвятивший теории спектрального анализа, не нашел пути. Неcomменно, теоретиками, прославившимися на переломе столета, было передумано гораздо большше, чем написано, так как бесплоскость попыток обнаруживать с первых же шагов.
Всем известна последняяlectraция Дж. Дж. Томсона. Ему удалось построить модель atoma химического. Внутри широкой, положительно заряженной по всему объему сферы правильно расставлены электроны. Их силы прятжения и отталкивания взаимно уравновешиваются, они неподвижны. Это требует классическая электродинамика, так как всякое движение равносильно излучению, потере энергии, а запас энергии в atomе не может не быть построенным. Эта модель atomа удачно подчеркивала восмкратную периодическую систему Менделеева и потому пользовалась выданной успехом. Но перед законами спектрального анализа и она оказалась бессильной. А опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц … показали знакомую нам картину легких электронов, окружающих тяжелое ядро в числе, равном номеру элемента.
Но почему не падают электроны на ядро, нейтрализу его заряд, если движение им воспрещено? Этот узел dado было разрубить Нильсу Бору. В июле 1913 года он провозгласил два принципа, которые не только прочно утвердили позначение atomа, но и произвели сдвиг в основах физики.
Чтобы сделать это, нужно была смелость, почти дерзость.
18
тенсивность света? Она пропорциональная числу падающих квантов. Эта мысль была отчетливо высказана Эйнштейном. Ее логическое развитие требует признания, что интенсивность света пропорциональная вероятисти падения кванта света, а отсюда — что кванты света распространяются по каким-то непонятным пока законом вероятисти. Забегая вперед, можно сказать, что подобный ход мысли теперь (в 1932 году) является для нас естественным, но тогда он не был в сознании даже Эйнштейна. Наоборот, он пишет: «… волновая теория света столбрасно оправдалась в описании оптических явлений, что она, конечно, никака не будет заменена другой теории». И, несомненно, тогда еще не была подготовлена почва; самоое понятие о кванте света было резолюционным. Как известно, кванткомок или квант-игла далеко не сразу были приняты в науке. Они будили сомнение, но не вызывали согласия. Слишком трудно было свойства волны — интерференцию, диффрацию — приписать комку, частице. Бордо не принимал идеи о кванте света как частице…
Но в первой стадии квантовой теории даже самоое понятие о кванте света как частице мало интересовало исследователей. Все мысли заняты были изучением строения atoma водорода, анализом действия на него электрического и магнитного полей. В особенности много успешная изучения упругих и неупругих соударений электронов со всемозможными atomами (знаменитые опыты, начальные Франком и Герцем уже в 1913 году). Они на первых порах служили одним из главных подтверждений принципов Бора. Здесь в особенности стало до конкретности ясно, как каждый atom может существовать в различных состояниях и как налетящий со стороны электрон перекидывает электрон atoma с уровня на уровень, всегда отдельным скачком…
Когда мы наблюдаем поглощение и лученспускание монохроматического света одной и той же длины волны, то подобный процесс страная оптика трактует как резонанс. Свет синхронно раскачивает электроны, и они лученспускают. Иначе в квантовой теории: поглощаемый квант света переводит электрон с уровня на уровень, из состояния 1 в состоянии 3 (см. рис.). Побыв в состоянии 3, электрон самоостояльно перескакивает назад в состоянии 1, теряя такой же monохроматической квант, какой раньше был поглощен. Это качество мало удачной перефазировкой старого воззрения. Но вот оказывается, что есть atoms — и их немало, а молекулы почти все,— где возврат идет из состояния 3 не только в состоянии 1, но и в совсем новое состояние 2. Если же прибавить, что новым подходящим квантом можно изловить электрон в состоянии 3 или 2 и перевести в состояние 4 и далее таким образом перекидывать электрон, как футбольный мяч, из состояния в состоянии, то ясно, что экспериментатор вполне овладел понятем о многочисленных состояниях atomов: квантовой сторон вопроса…
Забегая несколько вперед, можно сказать, что опыты настоящего конкретизировали поступаты Бора, что самое назначение поступата потеряло смысл; утверждение Бора — теперь ясные и необходимые выводы опыта. Это касается в особенности обмена энергии квантами, второго поступата, плодоворность которого была и остается изумительной.