Квантовая модель атома. Нильс Бор. Квантовый загранпаспорт.

Первым был Дьёрдь де Хевеши (1885-1966), происходивший из венгерских аристократов и хорошо знавший радиоактивные ряды. Второй — Чарльз Галтон Дарвин (1887-1962), которого Бор характеризовал в письмах своему брату как «внука настоящего Чарльза Дарвина», создателя теории естественного отбора. Молодой Дарвин был из Кембриджа и, получив диплом, решил искать новые идеи в Манчестере.

Побеседовав с Хевеши, Бор предположил, что происхождение радиоактивности, как , так и , кроется в атомном ядре, о котором заявил Резерфорд. Бор совещался с Резерфордом пять раз, но тот, не принимая умозрительных рассуждений, не пожелал, чтобы Бор опубликовал свою идею. Как возможно, что p-радиоактивность, испускание электронов, исходит от ядра, если он сам предположил, что ядро — это положительно заряженная часть атома? В этом не было особого смысла. Бор принял критику Резерфорда и отказался от идеи публикации.

Дарвин, в свою очередь, стремился объяснить математически потерю энергии -частиц при их прохождении через разные материалы. Если Резерфорд прав, большинство -частиц (которые не сталкиваются с ядром) подвергались бы некоторому отклонению во время столкновения с электронами атомов, расположенных далеко от ядра. Так как электроны примерно в 8000 раз меньше -частиц, эти столкновения производили бы лишь незначительные отклонения и легкие потери энергии. Однако, помимо прочих неизвестных, загадкой оставалось и расположение электронов в атоме. Вопрос был важным, поскольку, представив себе столкновения между -частицами и электронами, мы убедимся: вовсе не одно и то же, если последние распределены произвольно, если они все сосредоточены на внешней поверхности атома или если они организованы по орбитам.

Изолированные материальные частицы — это абстракции, свойства которых могут быть определены и зафиксированы только при их взаимодействии с другими системами.

Нильс Бор, «Теория атома и принципы описания природы» (1934)

Работы двух его коллег из Манчестера, особенно Дарвина, вызвали у Бора интерес к структуре атома, а именно к конфигурации электронов ядра в том виде, в каком это представлял Резерфорд. Но как вообразить стабильную структуру электронов вокруг ядра? С тех пор как Ньютон сформулировал в конце XVII века теорию гравитации для объяснения движения планет вокруг Солнца, многие физики и математики занимались расчетами для описания всех возможных орбитальных систем, существующих и отсутствующих. В системе, где тела притягиваются силами, пропорциональными расстоянию, единственная невозможная система — та, в которой тела не движутся. Если бы планеты и спутники не находились в движении, они притягивались бы друг к другу, пока не упали бы друг на друга и на Солнце. То же самое происходит с электронами в ядерном атоме: электроны должны двигаться на больших скоростях, чтобы избежать «падения» на ядро.

Движение электронов представляло собой проблему, когда их число было малым, потому что само движение являлось причиной потери энергии и столкновения с ядром. Но это не первая проблема, с которой столкнулся Бор. Его заботило, как получить информацию о движении электронов в настоящих атомах. Вспомним, что не существует микроскопа, который позволил бы заглянуть внутрь атома. В астрономии с движением планет все было понятно: когда Ньютон сформулировал теорию гравитации, в его распоряжении имелось очень точное описание планетных орбит, которое сделал Иоганн Кеплер за несколько десятилетий до этого. Но в случае с атомом, казалось, все было по-другому.

С этим новым интересом к структуре атома завершился первый опыт постдокторской работы, и Бор вернулся в Данию летом 1912 года. На родине ему предстояло множество дел. Сначала нужно было найти подходящую должность. Это оказалось непросто: в Дании существовал только один университет, и за время отсутствия Бора на кафедре физики произошли изменения. Очевидно, что хотя он и обладал блестящим умом, он был слишком молод, чтобы возглавить эту кафедру, и должность получил Мартин Кнудсен (1871-1949). Бор же стал преподавать физику студентам медицины и прочих специальностей.

Другой его целью тем летом была свадьба. После нескольких лет отношений с Маргрет пришло время жениться. Пара сочеталась 1 августа в муниципалитете Слагельсе; церемония заняла едва ли несколько минут и была проведена начальником полиции. Ввиду застенчивости и гиперактивности молодого Бора празднование максимально сократилось, к разочарованию матери Маргрет, которая надеялась, что ужин продлится около трех часов (вечность для Бора). Молодожены отправились в свадебное путешествие в Англию, а именно в Кембридж и Манчестер, где Бор продолжил размышлять и собирать информацию о структуре атома. Так был заключен брак, в котором физика стала частью семейного ядра.

АТОМ БОРА