Теория атома Бора - мост от классики к современности

Планетарная Модель атома Резерфорда объясняла опыты по рассеянию альфа-частиц, но испытывала принципиальные трудности при обосновании устойчивости атома. Согласно принципам классической механики Ньютона, движение по окружности даже с постоянной по величине скоростью обладает ускорением, связанным с изменением направления вектора скорости. Ускоренно движущийся заряд должен, согласно классической электродинамике, непрерывно излучать электромагнитные волны. Процесс излучения сопровождается потерей энергии, так что электрон должен двигаться по спирали и в конечном счете упасть на ядро. Однако опыт показывает, что атомы - очень устойчивые образования. Отсюда вытекает, что модель Резерфорда в сочетании с классической механикой и электродинамикой оказалась не способной объяснить устойчивость атома, а также его дискретный характер атомных спектров излучения.

Первая попытка построить качественно новую квантовую теорию атома была предпринята в 1913 г. датским физиком Н. Бором (1885-1962).

В основу своей теории атома Бор положил следующие постулаты.

Первый постулат Бора утверждает, что в атоме существуют стационарные состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам, не смотря на ускоренный характер движения, не сопровождается излучением электромагнитных волн.

Второй постулат Бора утверждает, что излучение испускается или поглощается в виде светового кванта энергии hv при переходе электрона из одного стационарного состояния в другое. Величина светового кванта равна разности энергий тех стационарных состояний, между которыми совершается квантовый скачок электрона:

hv = E_n – Е_m

где Е_п и E_m - соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения (поглощения). Набор возможных дискретных частот v определяется соотношением

v = (Е_п - E_m) / h

и отвечает линейчатому спектру атома. Теория Бора блестяще объяснила экспериментально наблюдаемый спектр водорода. Успехи теории атома водорода были получены ценой отказа от фундаментальных положений классической механики, которая на протяжении более 200 лет оставалась, безусловно, справедливой.

Поэтому в первое время многие ученые считали, что новые революционные открытия не только подрывают материалистический взгляд на природу, но и отрицают объективное содержание физической науки. Все это породило кризис в физике, выход из которого следовало искать в переходе от старых понятий и принципов классической физики, оказавшимися неадекватными для изучения свойств материи на атомном уровне, к новым теориям и принципам, которые бы верно отражали эти свойства и закономерности.

Такой новой фундаментальной наукой стала квантовая механика, которая ввела совершенно неизвестные для классической физики принципы дуализма волна - частица, неопределенности, дополнительности, а вместо универсальных законов классической физики — статистические законы и вероятностные методы исследования.