Избранные научные труды

Если попытаться принять во внимание излучение энергии по обычным законам электродинамики, то затруднение станет ещё большим. Вследствие излучения энергии величина W стала бы постепенно возрастать; одновременно с этим увеличивалось бы число оборотов системы и уменьшались размеры орбиты, как это видно из формул (4). Такой процесс продолжался бы до тех пор, пока частицы не сблизились настолько, что взаимное притяжение прекратилось. Количество энергии, излучённое до этого момента, было бы очень большим; если же предположить, что частицы являются непротяжёнными, это количество энергии было бы даже бесконечным. Для размеров электрона, вычисляемых из его массы (приблизительна 10^-13 см), и для размеров ядра по Резерфорду (приблизительно 10^-12 см) эта энергия превосходила бы во много раз ту энергию, которая наблюдается в атомных процессах.

Мы видим, что пользоваться моделью атома Резерфорда невозможно, если опираться исключительно на обычную электродинамику. Но этого и следовало ожидать. Как я уже говорил, нужно считать доказанной невозможность удовлетворительного объяснения опытов с тепловым излучением на основе электродинамики и какой-нибудь механической модели. Поэтому, может быть, вовсе неплохо, что недостатки модели атома, которую мы рассматриваем, выступили отчётливо сразу. Хотя у других моделей атома эти недостатки скрыты значительно глубже, тем не менее они должны существовать и быть столь же серьёзными.

Попытаемся теперь, применяя теорию Планка к нашей задаче, выйти из указанных затруднений.

Мы видим тотчас же, что не может быть и речи о непосредственном применении теории Планка. В теории Планка речь идёт об излучении и поглощении энергии в системе электрических частиц, колеблющихся с определённой частотой; эта частота зависит только от природы системы и но зависит от энергии, содержащейся в ней в данный момент. В рассматриваемой нами системе, состоящей из ядра и вращающегося вокруг него электрона, период колебания соответствует периоду обращения электрона; но формула (4) для показывает, что период обращения зависит от W, т.е. от энергии системы. Однако невозможность непосредственного применения теории Планка к нашей проблеме не является столь серьёзной, как это может показаться. Принимая теорию Планка, мы признаем открыто недостаточность обычной электродинамики и решительно порываем с рядом положений, тесно связанных с этой теорией. Делая такой шаг, мы можем предвидеть, что не все противоречия наших теперешних представлений и опыта исчерпываются гипотезой Планка о величине энергии, которая в любой момент должна содержаться в колеблющейся системе. Мы стоим здесь перед неизвестной областью и, вводя гипотезы, должны заботиться лишь о том, чтобы избежать противоречия с опытом. Будущее покажет, насколько этого можно избежать по всем пунктам; самый надёжный путь, конечно, — делать возможно меньше гипотез.

Приняв это к сведению, обратимся сначала к опытам по тепловому излучению. В этих опытах непосредственно наблюдается распределение энергии по колебаниям различных длин волн. Нужно, конечно, себе представлять, что эта энергия исходит из систем колеблющихся частиц; но мы совершенно ничего не знаем об этих системах. Никто никогда не видел резонатора Планка и не измерял период его колебаний; мы наблюдаем период колебаний излучения. Поэтому для нас чрезвычайно выгодно, что, как оказывается, при выводе закона теплового излучения нет надобности в гипотезах об излучающих системах, кроме предположения о том, что излучаемая энергия равна h, где h — постоянная Планка, — частота колебаний излучения. Дебай (1910) показал, что на основании одной этой гипотезы, комбинируя методы Планка и Джинса, можно получить закон излучения Планка. Прежде чем входить в детали строения колебательной системы, посмотрим, насколько возможно согласовать указанную гипотезу об излучении со спектральными закономерностями.

Если в спектре какого-нибудь элемента имеется линия с частотой колебаний , то мы будем, следовательно, предполагать, что атом (или Другая элементарная система) излучает энергию h. Обозначая энергию атома до излучения через E₁, а после излучения — через E₂, имеем

h = E

₁

- E

₂

или =

E₁

h

-

E₂

h

.

(5)

Следует думать, что в процессе излучения система переходит из одного состояния в другое; мы назовём эти состояния стационарными состояниями для обозначения того, что они являются остановками, между которыми происходит излучение энергии, соответствующей данной спектральной линии.