Дат ғалымы Нильс Бор жасаған модель пайда болғанға дейін атомның құрылымы ұзақ уақыт бойы физиктер арасында даулы тақырып болды. Ол субатомдық бөлшектердің қозғалысын сипаттауға тырысқан бірінші адам емес, бірақ оның әзірлемелері бір уақытта немесе басқа уақытта элементар бөлшектердің орналасуын болжау мүмкіндігі бар дәйекті теорияны жасауға мүмкіндік берді.
Өмір жолы
Нильс Бор 1885 жылы 7 қазанда Копенгагенде дүниеге келіп, 1962 жылы 18 қарашада сол жерде қайтыс болды. Ол ең ұлы физиктердің бірі болып саналады және таңқаларлық емес: ол сутегі тәрізді атомдардың дәйекті моделін құра алды. Аңыз бойынша, ол түсінде планеталар тәрізді нәрсенің белгілі бір сәулелі сирек орталықтың айналасында қалай айналатынын көрді. Содан кейін бұл жүйе микроскопиялық өлшемге дейін күрт кішірейді.
Содан бері Бор арманды формулалар мен кестелерге аударудың жолын көп іздейді. Физика бойынша қазіргі әдебиеттерді мұқият зерттеп, зертханада тәжірибе жасап, ойлау арқылы ол өз мақсатына жете алды.мақсаттар. Нәтижені жариялауға туа біткен ұялшақтығы да кедергі келтірмеді: ол қалың аудитория алдында сөйлеуге ұялып, абдырап қалды, ал аудитория ғалымның түсініктемелерінен ештеңе түсінбеді.
Прекурсорлар
Борға дейін ғалымдар классикалық физика постулаттары негізінде атом моделін жасауға тырысты. Ең сәтті әрекет Эрнест Рутерфордқа тиесілі. Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ол электрондар орбита бойынша қозғалатын массивті атом ядросының бар екендігі туралы қорытындыға келді. Графикалық түрде мұндай модель күн жүйесінің құрылымына ұқсас болғандықтан, оның артында планетарлық атау күшейтілді.
Бірақ оның айтарлықтай кемшілігі болды: Резерфорд теңдеулеріне сәйкес атом тұрақсыз болып шықты. Ерте ме, кеш пе, ядро айналасындағы орбиталарда үдеумен қозғалатын электрондар ядроға түсуге мәжбүр болды және олардың энергиясы электромагниттік сәулеленуге жұмсалады. Бор үшін Резерфорд моделі өз теориясын құрудың бастапқы нүктесі болды.
Бордың алғашқы постулаты
Бордың басты жаңалығы атом теориясын құруда классикалық Ньютон физикасын қолданудан бас тарту болды. Зертханада алынған мәліметтерді зерттей келе ол электродинамиканың толқындық сәулеленусіз біркелкі үдетілген қозғалыс сияқты маңызды заңы элементар бөлшектер әлемінде жұмыс істемейді деген қорытындыға келді.
Оның ой толғауларының нәтижесі келесідей көрінетін заң болды: атом жүйесі мүмкін стационарлардың бірінде болған жағдайда ғана тұрақты болады.(кванттық) күйлер, олардың әрқайсысы белгілі бір энергияға сәйкес келеді. Басқаша түрде кванттық күйлердің постулаты деп аталатын бұл заңның мәні атом осындай күйде болғанда электромагниттік сәулеленудің жоқтығын тану болып табылады. Сондай-ақ, бірінші постулаттың салдары атомдағы энергия деңгейлерінің болуын мойындау болып табылады.
Жиілік ережесі
Алайда, атомның әрқашан бір кванттық күйде бола алмайтыны анық болды, өйткені тұрақтылық кез келген әрекеттесуді жоққа шығарады, яғни онда Әлем де, қозғалыс та болмайды. Көрінетін қайшылық Бордың атомдық құрылым моделінің жиілік ережесі деп аталатын екінші постулатымен шешілді. Атом энергияның сәйкес өзгеруімен бір кванттық күйден екінші кванттық күйге ауыса алады, энергиясы стационарлық күйлердің энергияларының айырмашылығына тең квантты шығарады немесе жұтады.
Екінші постулат классикалық электродинамикаға да қайшы келеді. Максвелл теориясы бойынша электрон қозғалысының табиғаты оның сәулелену жиілігіне әсер ете алмайды.
Атом спектрі
Бордың кванттық моделі атом спектрін мұқият зерттеу арқылы мүмкін болды. Ұзақ уақыт бойы ғалымдар аспан денелерінің спектрлерін зерттеу нәтижесінде алынған күтілетін үздіксіз түсті аймақтың орнына атомның спектрограммасы үзіліссіз деп ұялды. Ашық түсті сызықтар бір-біріне түспеді, бірақ әсерлі қараңғы аймақтармен бөлінген.
Электронның бір кванттық күйге ауысу теориясыбұл оғаштықты тағы бірі түсіндірді. Электрон бір энергетикалық деңгейден екінші энергия деңгейіне ауысқанда, оған аз энергия қажет болса, ол квантты шығарды, ол спектрограммада көрініс тапты. Бор теориясы сутегі сияқты қарапайым атомдардың спектрлеріндегі әрі қарайғы өзгерістерді болжау мүмкіндігін бірден көрсетті.
Кемшіліктер
Бор теориясы классикалық физикадан толық үзілген жоқ. Ол ядроның электромагниттік өрісіндегі электрондардың орбиталық қозғалысы туралы идеяны әлі де сақтап қалды. Бір стационарлық күйден екіншісіне өту кезінде кванттау идеясы планетарлық модельді сәтті толықтырды, бірақ бәрібір барлық қайшылықтарды шеше алмады.
Бор моделі аясында электрон спиральдық қозғалысқа өтіп, үздіксіз энергия тарататын ядроға түсе алмаса да, оның неліктен бірінен соң бірі жоғары энергетикалық деңгейлерге көтеріле алмайтыны түсініксіз болып қалды. Бұл жағдайда барлық электрондар ерте ме, кеш пе, атомның жойылуына әкелетін ең төменгі энергетикалық күйде аяқталады. Тағы бір мәселе атомдық спектрлердегі аномалиялар болды, оны теория түсіндірмейді. Сонау 1896 жылы Питер Зееман қызық эксперимент жүргізді. Ол атомдық газды магнит өрісіне орналастырып, спектрограмма алды. Кейбір спектрлік сызықтар бірнешеге бөлінгені белгілі болды. Мұндай әсер Бор теориясында түсіндірілмеген.
Бор бойынша сутегі атомының моделін құру
Өз теориясының барлық кемшіліктеріне қарамастан, Нильс Бор сутегі атомының шынайы моделін құра алды. Бұл ретте ол жиілік ережесін және классикалық заңдарды пайдаландымеханика. Бордың электрон орбиталарының мүмкін радиустарын анықтау және кванттық күйлердің энергиясын есептеуге арналған есептеулері өте дәл болып шықты және тәжірибе жүзінде расталды. Электромагниттік толқындардың эмиссиясы мен жұтылу жиілігі спектрограммалардағы қараңғы бос орындардың орналасуына сәйкес болды.
Осылайша, сутегі атомының мысалын қолдана отырып, әрбір атомның дискретті энергия деңгейлері бар кванттық жүйе екендігі дәлелденді. Сонымен қатар, ғалым сәйкестік принципі арқылы классикалық физика мен оның постулаттарын біріктірудің жолын таба алды. Онда кванттық механикаға Ньютон физикасының заңдары кіретіні айтылған. Белгілі бір жағдайларда (мысалы, кванттық сан жеткілікті үлкен болса) кванттық және классикалық механика біріктіріледі. Бұл кванттық санның ұлғаюымен спектрдегі күңгірт саңылаулардың ұзындығы Ньютондық концепциялар аясында күтілгендей толық жойылғанға дейін қысқаруымен дәлелденді.
Мағынасы
Сәйкестік принципін енгізу арнайы кванттық механиканың бар екендігін танудың маңызды аралық қадамы болды. Бордың атом моделі көптеген адамдар үшін субатомдық бөлшектер қозғалысының дәлірек теорияларын құрудың бастапқы нүктесі болды. Нильс Бор кванттау ережесінің нақты физикалық түсіндірмесін таба алмады, бірақ ол мұны да істей алмады, өйткені элементар бөлшектердің толқындық қасиеттері уақыт өте келе ашылды. Луи де Бройль Бор теориясын жаңа жаңалықтармен толықтыра отырып, әрбір орбитаныңэлектронның қозғалатыны - ядродан таралатын толқын. Осы тұрғыдан алғанда атомның стационарлық күйі толқын ядроның айналасында толық айналым жасап, қайталанатын жағдайда қалыптасатындай қарастырыла бастады.
