Избранные научные труды

Бор Нильс Хенрик Давид

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изложенная в этой статье теория торможения заряженных частиц при их движении через вещество связывает скорость торможения с частотой собственных колебаний электронов в атомах поглощающего вещества.

Показано, что поглощение -лучей в самых лёгких элементах может быть рассчитано с помощью данных о числе электронов в атомах и их собственных частотах, получаемых из теории дисперсии; полученные результаты находятся в хорошем согласии с экспериментом. Показано, что и для элементов с большим атомным весом имеется согласие по порядку величины между ожидаемым числом и собственными частотами электронов и соответствующими им значениями, полученными с помощью

рассматриваемой теории из данных по поглощению -лучей.

Показано, далее, что теория может объяснить вид найденных из экспериментов с катодными и -лучами соотношений, связывающих скорость лучей с величиной пройденного ими в веществе пути. Величины констант, входящих в рассматриваемые соотношения, очень хорошо согласуются с экспериментальными данными в случае быстрых -лучей и несколько хуже — для медленных -лучей и катодных лучей. Последнее обстоятельство, вероятно, связано с большими экспериментальными трудностями при работе с этими лучами.

Принимая теорию Резерфорда о строении атома, можно с большой уверенностью утверждать на основании данных о поглощении -лучей, что атом водорода содержит один электрон, а атом гелия — два электрона вне положительно заряженного ядра; последнее обстоятельство непосредственно следовало из теории Резерфорда.

Аналогичные вопросы, а также некоторая дальнейшая информация о строении атомов, которую можно получить из экспериментов по поглощению -лучей, будут обсуждены подробнее в последующей статье.

Я хотел бы выразить искреннюю благодарность проф. Резерфорду за то внимание, с которым он относился к этой работе, и за ценные советы, полученные от него.

Физическая лаборатория

Манчестерского университета

Август 1912 г.

5 О СТРОЕНИИ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ ^*

^*On the Constitution of Atoms and Molecules. Phil. Mag. 1913, 26, p. 1—25 (часть I), p. 476—502 (часть II), p. 857—875 (часть III).

ВВЕДЕНИЕ

Для объяснения результатов опытов по расстоянию -частиц веществом Резерфорд ¹ выдвинул свою теорию строения атома. Согласно этой теории, атом состоит из положительно заряженного ядра и системы окружающих его электронов, удерживаемых силами притяжения ядра. Общий отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра. В ядре содержится основная часть массы атома, а его линейные размеры исключительно малы по сравнению с линейными размерами всего атома. Число электронов в атоме приблизительно равно половине атомного веса. К этой модели атома нужно относиться с большим вниманием, ибо, как показал Резерфорд, предположение о существовании таких ядер необходимо для объяснения опытных данных по рассеянию -лучей на большие углы ².

¹ E. Rutherford. Phil. Mag., 1911, 21, 669.

² См. также: Geiger, Marsaen. Phil. Mag., 1913, April.

При попытке объяснить некоторые свойства веществ на основе этой модели атома мы, однако, сталкиваемся с серьёзными трудностями, вытекающими из кажущейся неустойчивости системы электронов. В ранее принятых моделях атома, например предложенной Дж. Дж. Томсоном ¹, эти трудности не возникали. По теории последнего, атом состоит из равномерно заполненного положительным электрическим зарядом шара, в котором электроны движутся по окружностям.

¹ J. J. Thomson. Phil. Mag., 1904, 7, 237.

Основное различие между моделями, предложенными Томсоном и Резерфордом, заключается в том, что силы, действующие на электроны в модели Томсона, допускают

определённые конфигурации и движения, обеспечивающие устойчивое равновесие системы; такие конфигурации, по-видимому, не существуют для модели Резерфорда. Суть обсуждаемого различия яснее всего проявляется, если заметить, что среди величин, характеризующих первый атом, имеется одна — радиус положительно заряженного шара — с размерностью длины, притом того же порядка, что и линейная протяжённость атома, тогда как среди величин, характеризующих второй атом (заряды и массы электронов и положительного ядра), такая длина отсутствует, и её нельзя определить с помощью перечисленных величин.

Способ рассмотрения проблемы такого рода претерпел, однако, за последние годы существенные изменения благодаря развитию теории теплового излучения и появлению прямых подтверждений в опытах над различными явлениями (теплоёмкость, фотоэффект, рентгеновские лучи и т. д.) тех новых предположений, которые были введены в эту теорию. Обсуждение этого вопроса приводит к выводу, что классическая электродинамика, очевидно, неприменима для описания поведения систем атомных размеров ¹. Что касается законов движения электронов, то представляется необходимым ввести в эти законы чуждую классической электродинамике величину, а именно постоянную Планка, или, как её часто называют, элементарный квант действия. Если ввести эту величину, то вопрос о стабильных конфигурациях электронов в атомах существенно меняется, так как размерность и величина этой постоянной таковы, что вместе с массой и зарядом частиц она позволяет определить длину нужного порядка.

¹ См., например: «Тh'eоriе du rayonnement et les quanta». Rapports de la r'eunion `a Bruxelles. Nov. 1911, Paris, 1912.

Настоящая статья является попыткой показать, что применение указанной выше идеи к модели атома Резерфорда создает основу для теории строения атома. Затем будет показано, что дальнейшее развитие теории ведёт нас и к объяснению свойств молекул.

В первой части предлагаемой работы на основе теории Планка рассматривается механизм связывания электронов с ядром. Будет показано, что принятая точка зрения позволяет легко объяснить закономерности в спектре водорода. В дальнейшем будут даны исходные предпосылки для основной гипотезы, на которой построены все рассуждения, содержащиеся в следующих частях статьи.

Я хочу здесь выразить свою благодарность проф. Резерфорду за его дружеский и ободряющий интерес к этой работе.

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

СВЯЗЫВАНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ ЯДРОМ

§ 1. Общие соображения

Недостаточность классической электродинамики для объяснения свойств атома на основе модели резерфордовского типа ясно проявляется при рассмотрении простейшей системы, состоящей из положительно заряженного ядра очень малого размера и электрона, движущегося по замкнутой орбите вокруг ядра. Ради простоты примем, что масса электрона пренебрежимо мала по сравнению с массой ядра, а скорость электронов мала по сравнению со скоростью света.

Сначала допустим, что излучение энергии отсутствует. В этом случае электрон будет двигаться по стационарным эллиптическим орбитам. Частота обращения и длина большой оси орбиты 2a будут зависеть от величины энергии, которую надо сообщить системе, чтобы удалить электрон на бесконечно большое расстояние от ядра. Если обозначить заряды электрона и ядра соответственно через e и E, а массу электрона — через m, получим

=

2

W^3/2

eEm