94
Глава 3.
ектов, в частности, электрона. Это дало возможность в 1926 г. Шредингеру показать, что устойчивым движением электрона в атоме соответствуют стоячие волны, причем стационарным орбиталям электронов соответствуют целые числа волн на орбите. Развитие этих представлений позволило разрешить все накопившиеся противоречия, разработать методы расчета распределения плотности электронного заряда в атомах и молекулах, рассчитать энергии электронов в сложных атомах и многое другое.
Важный общий принцип, связанный со спином электрона, был открыт швейцарским физиком Паули в 1925 г. Согласно этому принципу в каждом электронном состоянии в атоме может находиться только один электрон; если данное состояние уже занято каким-либо электроном, то последующий электрон, входя в состав атома, вынужден занимать уже другое состояние. На основе принципа Паули были окончательно установлены числа заполнения электронных оболочек в атомах, определяющие периодичность свойств элементов.
Все дальнейшее развитие квантовой механики базировалось на перечисленных выше постулатах, принципах и моделях, начало которым было положено планетарной моделью Резерфорда.
Однако, несмотря на, казалось бы, общую стройность всей концепции квантовомеханических представлений об устройстве атома, существует множество вопросов, на которые квантовая механика сегодня ответить не в состоянии, и главные вопросы касаются все того же устройства атома.
В самом деле, как все же устроен атом, даже простейший -атом водорода? Почему он состоит из протона и электрона? Почему в сложных атомах положительный заряд ядра в точности равен суммарному заряду орбитальных электронов, а заряды электронов все равны между собой? Чем обеспечивается стационарность орбит, почему, собственно, целое число колебаний электронной волны на орбите обеспечивает ей стационарность? А если это будет не целое число, то каков механизм рассеивания энергии? Ведь отдельные колебания, вероятно, появляются на орбите в разные моменты времени, тогда какая ж разница в том,
Чем отличается квантовая механика от классической?
95
целое это число волн или не целое? А если все эти волны существуют одновременно, то тем более правомерен вопрос о структуре атома и его электронных оболочек. Тогда вообще нельзя считать электрон точечным, нужно рассматривать всю оболочку сразу. В последнем случае становится ясно, что оболочка занимает довольно большой объем и должна быть как-то и из чего-то устроена. Как и из чего?
Совершенно непонятна физическая природа электрического заряда. Что вообще это такое? Из квантовой механики и самой модели Резерфорда ничего на эту тему вообще не вытекает, заряд
- как бы врожденное свойство материи.
Эти и многочисленные другие подобные вопросы возникают в связи с попытками выяснить внутреннюю физику атома, а не просто его математическое описание, которым ныне оперирует квантовая механика. Как и в теории относительности Эйнштейна, постулаты квантовой механики не столько обосновываются, сколько выдвигаются, а подтверждаются потом, задним числом.
Сомнения станут еще более понятными, если мы проследим за развитием моделей атома за время исторического пути, пройденного атомной физикой.
Мысль о существовании атомов как не разрезаемых частиц материи (а вовсе не неделимых, поскольку слово «том» означает «разрез»), возникла еще в древности, идеи атомизма были высказаны древнегреческими мыслителями Левкиппом, Демокритом и Эпикуром, причем Демокрит неоднократно подчеркивал, что он эти идеи не придумал, а заимствовал у существовавших в то время египетских и мидянских школ. В 17 в. идеи атомизма были возрождены французским философом Гассенди и английским химиком Бойлем.
Представления об атомах, господствовавшие в 17-18 вв. были мало определенными. Атомы считались абсолютно неделимыми и неизменными твердыми частицами, различные виды которых отличаются друг от друга по размеру и форме. В конце 18 - начале 19 вв. в результате быстрого развития химии была создана основа для количественной разработки атомного учения. Англий
