тотой, колеблющиеся электроны, в свой очередь, испускают свет той же частоты, так возникает рассеяние электромагнитных волн атомами вещества.
Неожиданный результат опытов английского физика Резерфорда по рассеянию альфа-частиц атомами показал, что внутри атома существует очень малое по размеру плотное положительно заряженное ядро. В связи с этим Резерфорд предложил принципиально новую модель атома, напоминающую по своему строению Солнечную систему и получившую название планетарной. Она имеет следующий вид.
В центре атома находится плотное положительно заряженное ядро, размеры которого составляют примерно 10‘13см, размеры же атома составляют 10-* см.
Масса ядра почти равна массе самого атома. Вокруг ядра движутся электроны подобно планетам вокруг Солнца. Суммарный заряд электронов в точности равен заряду ядра, но противоположен по знаку, поэтому атом в целом электрически нейтрален. Электроны должны двигаться вокруг ядра, иначе они бы упали на него. Эта модель атома Резерфорда, дополненная постулатами Бора, явилась основой всей атомной физики и существует до настоящего времени.
В 1913 г. Н.Бор применил идею квантования энергии к теории строения атома. Согласно модели Резерфорда электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра. Но тогда, поскольку они движутся с ускорением, они должны согласно классической теории непрерывно излучать энергию и упасть на ядро, в этом был усмотрен парадокс. Отличие природы центростремительного ускорения, при котором энергия тела не меняется, от линейного, при котором энергия движущегося тела изменяется, тогда не рассматривалось.
Для объяснения устойчивости атомов Бор предположил, что из всех орбит, допускаемых ньютоновской механикой для движения электрона в электрическом поле атомного ядра, реально осуществляются лишь те, которые удовлетворяют определенным условиям квантования. По мысли Бора, в атоме существуют дискретные уровни энергии. Эти уровни должны удовлетворять кратным числам величины постоянной Планка. Бор постулировал (т.е. принял без доказательств), что, находясь на определенном уровне энергии, т.е. совершая допускаемое условиями квантования орбитальное движение, электрон не излучает световых волн. Излучение происходит лишь при переходе электрона с одной орбиты на другую, при этом рождается квант света с энергией, равной разности энергий электрона на этих орбитах:
hv = Ех - Е2.
Так возникает линейчатый спектр - основная особенность атомных спектров.
Таким образом, Бор, используя квантовую постоянную А, отражающую дуализм света, показал, что эта величина отражает также и движение электронов в атоме.
Успех теории Бора, как и предыдущие успехи квантовой теории, был достигнут за счет нарушения логической цельности теории: с одной стороны, использовалась ньютонова механика, с другой - привлекались чуждые ей искусственные правила квантования, к тому же противоречащие классической электродинамике. Однако не все в поведении атома объяснялось теорией Бора.
Доказательство корпускулярного характера света было получено в 1922 г.
А.Комптоном, показавшим экспериментально, что рассеяние света происходит по закону упругого столкновения фотонов с электронами. Кинематика такого столкновения определяется законами сохранения и импульса, причем фотону наряду с энергией следует приписать импульс (количество движения):
р = hvfc,
где v - частота световой волны, а с - скорость света.
Энергия и импульс фотона связаны соотношением Е = ср, которое справедливо в обычной механике.
Таким образом, было доказано экспериментально, что наряду с известными волновыми свойствами - интерференцией и дифракцией - свет обладает и корпускулярными свойствами: он состоит как бы из частиц - фотонов. В этом проявляется дуализм света, его сложная корпускулярно-волновая природа. Дуализм содержится уже в самой формуле Е = Av, поскольку слева стоит энергия частицы, а справа -частота волны. Возникло формальное противоречие: для объяснения одних явлений необходимо было считать, что свет имеет волновую природу, а для объяснения других - корпускулярную. По существу разрешение этого противоречия и привело к созданию основ квантовой механики.
В 1924 г. Луи де Бройль, пытаясь найти объяснение постулированным в 1913 г.
Н.Бором условиям квантования атомных орбит, выдвинул гипотезу о всеобщности корпускулярно-волнового дуализма. Согласно де Бройлю, каждой частице, независимо от ее природы, следует поставить в соответствие волну, длина которой X связана с импульсом частицы р соотношением:
X = hip.
По этой гипотезе не только фотоны, но и все «обыкновенные частицы» (электроны, протоны и пр.) обладают волновыми свойствами, которые, в частности, должны проявляться в явлении дифракции. В 1927 г. К.Дэвиссон и Л.Джермер впервые наблюдали дифракцию электронов. Позднее волновые свойства были обнаружены и у других частиц, и справедливость формулы де Бройля была подтверждена экспериментально. Однако надо заметить, что другое свойство волн - интерференция - не было получено у элементарных частиц вещества, так что сопоставление частиц с волнами оказалось достаточно условным.
В 1925 г. Гейзенбергу удалось построить такую формальную схему, в которой вместо координат и скоростей электрона фигурировали некие абстрактные алгебраические величины (матрицы), связь которых с наблюдаемыми величинами - энергетическими уровнями и интенсивностями квантовых переходов давалась простыми правилами.
В 1926 г. М.Борн дал вероятностную интерпретацию волн де Бройля. Он предложил считать волны де Бройля «волнами вероятности», т.е. дать им чисто математическое истолкование. В 1926 г. Э.Шредингер предложил уравнение, описывающее поведение таких «волн» во внешних силовых полях:
А'¥+Ц^-{Е~и)'¥ = 0.
