Спасти «атом Бора»

Объясняя результаты своих исследований Резерфорд предложил модель атома, согласно которой, практически невесомые электроны вращаются по орбитам вокруг мельчайшего ядра, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Эта модель получила название «планетарной».

«Ахиллесовой пятой» модели атома Резерфорда являлось то, что электрон в таком случае должен все время излучать энергию в виде электромагнитного поля и, в конце концов, «упасть» на ядро и «исчезнуть». То есть атом должен быть очень нестабилен, а время его «жизни» крайне мало. Но ведь это не так! Спасти «атом Бора»

Нильс Бор попытался «спасти» модель атома Резерфорда, выдвинув два постулата (аксиомы): – существуют стационарные орбиты, находясь на которых электрон не излучает энергии; – атом излучает или и поглощает энергию при переходе электрона с одной орбиты на другую.

В теории Бора сохранились представления об орбитальном движении электронов в электрическом поле ядра. Классическая ядерная модель атома Резерфорда была дополнена в теории Бора идеей о квантовании электронных орбит. Поэтому теорию Бора иногда называют полуклассической.

С одной стороны, такая модель объясняла результаты многих опытов, в том числе опытов Резерфорда. Но, с другой стороны… Почему орбиты электронов стационарны и находятся на определенных расстояниях от ядра (квантование орбит)? Почему электрон, который находится на стационарной орбите и вращается на ней, согласно модели Резерфорда-Бора, не излучает энергии? Ведь это противоречит всей электродинамической теории Дж. Максвелла!

Л Луи-де- Б Бройль mv Идея Луи-де-Бройля заключается в том, что движущейся частице, например электрону, можно «приписать» некоторую волну, длина волны которой пропорциональна импульсу частицы mv. Спасти «атом Бора»

Тем самым Луи-де-Бройль пытался объяснить, почему в модели атома Нильса Бора электроны не могут находиться на произвольном расстоянии от ядра. Гипотеза де-Бройля отражает идею симметрии: если свет, будучи волной, проявляет корпускулярные свойства, то почему бы частицам (корпускулам) микромира не проявлять волновые свойства?

1927 г. - американские физики К. Девиссон и Л. Джермер: пучок электронов, рассеивающийся на кристалле никеля, дает отчетливую дифракционную картину, подобную той, которая возникает при рассеянии на кристалле коротковолнового рентгеновского излучения. В этих экспериментах кристалл играл роль естественной дифракционной решетки. Пучок электронов кристалл Дифракционная картина катод Фокусирующая система Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля.

Электроны, прошедшие через кристаллическую решетку, распределяются в пространстве так, что образуют трехмерную дифракционную «картину». Она представляет собой симметричные фигуры: окружности, эллипсы, параболы и гиперболы.

Фотография распределения электронов, прошедших через кристаллическую решетку (лауэграмма)

Точные расчеты координат планет и других объектов Солнечной системы на основе Закона Всемирного тяготения дают практически аналогичную «картину». Орбиты близких к Солнцу планет представляют собой окружности, далее – эллипсы. Кометы движутся по параболам и гиперболам. В центре этой картины находится Солнце.

Еще более парадоксальным с этой точки зрения выглядит опыт Фабриканта (СССР), поставленный в 1949 году.

В этом опыте изучалась интерференция электронов, проходящих сквозь две близко расположенные щели. Источник электронов Фокусирующа я система Система щелей фотопластинка Интерференционная картина

интерференционная картина в опыте Фабриканта возникает только или при одномоментной регистрации на фотопластинке множества электронов или при длительной регистрации на ней одиночных электронов.

Но вот парадокс: - если считать электрон частицей, проходящей только через одну щель, то приходится признать, что он (электрон) "знает" о существовании второй щели, в противном случае в этом опыте возникала бы не интерференционная картина. - если же считать электрон волной, дающей после прохождения щелей интерференционную картину, то приходится признать, что как частица он проходит сразу сквозь обе щели.

Что же тогда такое электрон: волна или частица?

To be continued…