Модель атома Бора

И вот наконец, после долгих путешествий внутрь Земли и к Сверхновым звездам, бросаний камней в физалий и купаний с утконосами (осторожнее – самцы утконосов имеют на лапах острые шпоры с очень сильным ядом!), мы подходим к проблеме, состоящей в том, что атом Резерфорда, модель которого так замечательно и так много объясняет, существовать не может в принципе. Да вот так: атом, устроенный таким образом, как это представил себе Резерфорд, существовать не может ни секунды, ни доли секунды. И понять это легко, если мы вспомним, что тысячи и тысячи опытов, которые физики провели с движущимися электрическими зарядами, неопровержимо доказывают: если заряженная частица движется с ускорением, то она излучает. «Излучает» - это значит, что она испускает электромагнитную волну, которая, само собой, уносит часть энергии этой заряженной частицы.

Ускорение – это любое изменение скорости. То есть не только величины, но и направления. Проверено, обсчитано, обвешено формулами и всем чем положено. Доказано. А в атоме ведь что происходит? Электрон там вертится вокруг ядра. И если даже он вертится со скоростью, одинаковой по величине, то направление скорости меняется непрерывно. Электрон, таким образом, всегда движется с ускорением в атоме. И значит он непрерывно должен излучать. И согласно тысячекратно проверенным закономерностям, он должен упасть на ядро за миллиардные доли секунды.

Конечно, и Резерфорд и другие задавались вопросом – если положительные протоны притягивают с такой силой отрицательные электроны, почему он не падает? Приводили в пример Землю и Луну. Они тоже притягиваются, но Луна не падает на Землю. Луна не падает на Землю по той причине, что она имеет слишком большую горизонтальную скорость. На самом деле, строго говоря Луна непрерывно падает на Землю, но она так быстро летит, к тому моменту, когда она немножко упадет, она уже сдвинется в сторону, и между ней и Землей снова останется то же самое расстояние. Если террористы будущего найдут способ затормозить Луну, тогда она упадет уже по-настоящему. Как сказал один великий физик, если третья мировая война будет вестись атомными бомбами, то четвертая – камнями и палками. В случае же падения Луны в Солнечной системе наступит вечный покой. С другой стороны, если Луне придать слишком большую скорость, то она улетит. Неплохая идея космического корабля, кстати! Высаживаемся на Европе, к примеру (спутник Юпитера), разгоняемся и летим. И там жить можно, пахать и сеять, а заодно изучать просторы космоса… нет, я забыл, что Солнце-то останется на месте, а как же там жить без Солнца… увы, еще одна неудачная идея:)

Что если и электрон ну очень быстро крутится вокруг ядра, потому и не падает – слишком велика центробежная сила. Ты не знаешь – что такое «центробежная сила»? Возьми в руки что-нибудь ненужное, встань на крыше дома и быстро раскрутись на одном месте вокруг своей оси. Ты почувствуешь, словно у тебя из рук вырывают вещь, которую ты держишь – это и есть действие центробежной силы. Когда спортсмены по толканию ядра делают оборот вокруг своей оси, они таким образом стараются придать ядру дополнительный импульс за счет той же силы. А еще более зрелищно метание молота: спортсмен крутится, как волчок, держа в руках тяжелую хрень, и когда сил держать ее больше нет – отпускает, и она летит со страшным свистом, куда придется. Иногда молот попадает в стадион, иногда – на поле стадиона – как повезет.

Так и электрон (молот), привязанный к протону (метатель молота) силой электрического притяжения, не падает на него, так же как и раскручиваемый молот никак не может упасть на метателя – в этом несомненный плюс этого вида спорта по сравнению с поднятием штанги.

И вот – тупик: электрон, движущийся с ускорением, должен излучать и мгновенно потерять всю свою энергию и упасть на ядро.

Нильс Бор придумал – что со всем этим делать, вернее он начал тот процесс, который привел к созданию «физики абсурда», но поскольку эта физика позволяла делать предсказания с фантастической точностью, то ее признали адекватно описывающей происходящее в атоме.

Очень интересно почитать отзывы современников о придуманной им идее, упавшие на крепкую голову Бора:

«Пусть это и безумие, но в нем есть метод» (Гейзенберг).

«Если это правильно, то это означает конец физики как науки» (Эйнштейн).

«Я убежден, что это учение является роковым для здорового развития науки» (Шустер).

«Весь этот метод Бора основан на совершенно слепом, мало логическом процессе мысли» (Рождественский).

«Теория квантов подобна другим победам в науке: месяцами вы улыбаетесь им, а затем годами плачете» (Крамерс)

«Законы квантования носят до некоторой степени теологический характер, для натуралиста совершенно неприемлемый, так что многие ученые возмущаются этими «крестьянскими законами»» (Эпштейн)

«Теорию квантов можно сравнить с лекарством, излечивающим болезнь, но убивающим больного» (Крамерс)

«Все это очень красиво и крайне важно, но, к сожалению, не очень понятно. Мы не понимаем ни гипотезы Планка, ни запрета нестационарных орбит, и мы не понимаем, как же в конце концов образуется свет согласно теории Бора» (Лоренц)

«Физика теперь снова зашла в тупик, во всяком случае для меня она слишком трудна, и я предпочел бы быть комиком в кино или кем-нибудь вроде этого и не слышать ничего о физике!» (Паули)

Штерн и Лауэ поклялись бросить занятия физикой, если «в этой Боровской бессмыслице хоть что-то есть», и Лоренц жаловался на то, что не умер пятью годами ранее, когда в физике еще сохранялась относительная ясность.

И у самого Бора тогдашнее положение теории вызывало «чувство грусти и безнадежности».

Интересно, что и Эйнштейн, и Паули, и Гейзенберг и Лауэ и многие другие, кто сначала высказывался подобным образом, впоследствии фактически стали вместе с Бором основателями новой науки – «квантовой механики»

Постулаты (то есть предполагаемые правила, которым управляется материя) Бора звучат просто:

1) в атоме существуют орбиты, вращаясь по которым электрон не излучает

2) излучение происходит только при перескоке электрона с одной стационарной орбиты на другую.

Вот и все.

Эти постулаты заложили основу великого здания квантовой физики.

Кажется глупым – ну как это – «существуют орбиты, вращаясь на которых электрон не излучает». Это же противоречит законам физики, которые проверены и перепроверены тысячи раз. Но! Они проверены для макрообъектов, больших частиц материи. А когда мы углубляемся до мира электронов и прочих элементарных частиц, то оказывается, что этот микромир устроен иначе. В макромире у нас есть частицы и волны – а в микромире есть некие существа, которые проявляют «корпускулярно-волновой дуализм», то есть в некоторых условиях они ведут себя в точности как волны, а в некоторых – в точности как частицы.

Постулаты Бора перестанут звучать так абсурдно, если их немного переформулировать: электрон – это не частица и не волна. Это некий удивительный объект, который в некоторых условиях ведет себя в точности как волна, а в некоторых – в точности как частица. И нам очень удобно пользоваться эти представлениями, мы можем много чего открывать и предсказывать, пользуясь ими, так вот если вы и дальше хотите пользоваться этими моделями, вам необходимо добавить к этим моделям еще кое что – те самые два постулата.

Так что теория Бора дополняет существующую модель такими элементами, которые позволили физике развиваться дальше.

Поиск по сайту: