Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга)

Так как планковская квантовая гипотеза в то время еще считалась спорной, не удивительно, что попытка Бора основать модель атома на понятии квантов не имела сначала у физиков большого успеха. Некоторым теория Бора казалась "поразительным гибридом, полученным с помощью прививки некоторых черт квантовой теории, исходящей из представлений о прерывности материи, к теории планетных орбит - типичной классической теории, рассматривающей мир как нечто непрерывное", как писал в автобиографии Норберт Винер, основатель кибернетики.

Резерфорд, несмотря на некоторые сомнения, воспринял модель атома Бора с одобрением; но другие известные физики-атомщики решительно отклонили ее. К их числу относился и английский лауреат Нобелевской премии Дж.Дж. Томсон, который приобрел мировую славу благодаря открытию электрона, а также благодаря другим основополагающим достижениям в области исследования атома и который выдвигал свою модель атома.

Арнольд Зоммерфельд, посвятивший впоследствии все свои силы разработке теории атома Бора, вначале также не хотел ничего знать о применении объяснения "серии Бальмера" к модели атома. В дальнейшем фундаментальные исследования Зоммерфельдом тонкой структуры линий водорода и его расчет возможных орбит электронов с учетом моментов теории относительности способствовали тому грандиозному подъему атомизма, который в значительной степени привел к стиранию границы между физикой и химией. Его труд "Строение атома и спектральные линии" считается классической монографией раннего периода современной теории атома.

С точки зрения история науки следует также отметить, что даже Джеймс Франк и Густав Герц, два немецких исследователя, которые в 1913 году внесли важный вклад в атомную физику, вначале не признавали ценности работы своего датского коллеги.

"Работа Бора в первые годы после ее появления была мало известна в Германии, - писал Джеймс Франк в статье о Нильсе Боре в "Натурвиссеншафтен" в 1963 году. - Литературу лишь бегло просматривали, и так как в то время среди физиков господствовало откровенное недоверие к успешности попыток сконструировать модель атома при тогдашнем уровне знаний, то мало кто давал себе труд внимательно прочитать работу. Особо следует отметить, что Густав Герц и пишущий эти строки вначале были неспособны понять огромное значение работы Бора". Работы Франка и Герца по возбуждению спектральных линий путем облучения атомов электронами решительным образом поддерживали воровское понимание строения атома и подтверждали это понимание в его основе. Оба физика работали в Физическом институте Берлинского университета.

Джеймс Франк, родившийся в Гамбурге 26 августа 1882 года в семье состоятельного коммерсанта, с 1903 года, после двух семестров в Гейдельберге, во время которых он занимался преимущественно физикой и химией, а также геологией, учился в Берлине у Эмиля Фишера, Макса Планка и Эмиля Варбурга. В 1906 году он получил степень доктора, защитив диссертацию по проблеме разрежения газа. Затем он стал ассистентом Генриха Рубенса. Весной 1911 года Франк получил право преподавания физики. В своей первой лекции он говорил о тепловом излучении.

В это же время получил докторскую степень Густав Герц, сын гамбургского адвоката и племянник первооткрывателя электромагнитных волн. Проведя несколько семестров в Гёттингене, где он слушал Давида Гильберта и Макса Абрахама, и в Мюнхене у Рентгена и Зоммерфельда, Герц продолжал свое образование с 1908 года в Берлине у Планка и Рубенса. После получения степени доктора "молодой физик, одаренный в теоретическом отношении, полный идей и при этом чрезвычайно добросовестный", по отзыву Планка, стал ассистентом Рубенса в Физическом институте университета. Здесь началась его совместная работа с Джеймсом Франком, блестящий результат которой был опубликован в 1913 году.

Опыт по столкновению электронов, который Франк и Герц ставили сначала с парами ртути, в определенном отношении кажется противоположностью фотоэлектрического эффекта. В последнем случае взаимодействие между светом и электронами состоит в том, что из поверхности металла движущимися квантами света выбиваются и рассеиваются электроны; при столкновении же электронов, наоборот, свободные электроны вызывают "возбуждение" атомов, увеличение энергии, что ведет к испусканию квантов света. При упругом столкновении с атомами ударяющиеся электроны отдают свою энергию.

При этом выяснилось, что к атому ртути при помощи удара электрона может быть подведено не любое количество энергии, а такое, которое соответствует переходу атома из его основного состояния в другое состояние, свободное от излучения. Напряжение, требующееся для этого, называется "напряжением возбуждения". При этом в первый раз могла быть экспериментально подтверждена планковская константа h, событие, которое имело огромное значение для признания квантового учения.