Atom Bora là một trăm tuổi • Alexey Levin • Tin tức khoa học về "Yếu tố" • Vật lý, Khoa học và Xã hội, Lịch sử Khoa học

Atom Bora trăm năm

Niels Bohr cùng vợ Margaret, 30 tuổi. Ảnh từ bài viết của John Heilbron “Con đường dẫn đến nguyên tử lượng tử” trong số phát hành mới nhất của tạp chí Thiên nhiênvào ngày kỷ niệm

Ngày xửa ngày xưa có một electron
Nó được bao gồm trong nguyên tử Bohr,
Quỹ đạo của nó xung quanh hạt nhân của sa mạc –
Vì vậy, như vậy, anh em, đã có một trường hợp.
(Từ văn hóa dân gian sinh viên)

Một trăm năm trước, bài báo nổi tiếng của nhà vật lý Đan Mạch Niels Bohr, Về cấu trúc của nguyên tử và phân tử, đã được xuất bản. Từ công việc này đã bắt đầu lịch sử của cơ học lượng tử.

Vào tháng 7 năm 1913, giáo sư 27 tuổi của trường Đại học Copenhagen Niels Henrik David Bor đã xuất bản một bài báo Về Hiến pháp nguyên tử và phân tử, đã trở thành một trong những thành tựu lớn nhất của vật lý lý thuyết (Tạp chí triết học. 1913. V. 26. P. 1-25; thấy cũng trong bản dịch tiếng Nga: "Về cấu trúc của các nguyên tử và phân tử"). Công trình này đưa ra ý nghĩa vật lý của mô hình nguyên tử với một hạt nhân tích điện lớn (xem mô hình Rutherford), hai năm trước đó được đề xuất bởi Ernest Rutherford. Nó cũng được coi là lần đầu tiên chuyển động của các hạt vật chất (trong trường hợp này là các electron) dựa trên lý thuyết lượng tử (xem Lịch sử cơ học lượng tử), trước đây chỉ được sử dụng để mô tả bức xạ điện từ và tính toán công suất nhiệt của chất rắn. Những chuyển động tương tự từ thời Newton đã được nghiên cứu bởi khoa học độc lập – cơ học cổ điển. Bohr đã mở đường cho việc tạo ra một cơ chế mới về cơ bản, mà sau này được gọi là lượng tử.

Thời kỳ bối cảnh

Một trăm năm trước, vật lý đã phải đối mặt với sự cần thiết phải hiểu rất nhiều dữ liệu thực nghiệm mà không thể được giải thích một cách hợp lý trong khuôn khổ cơ học Newton và điện động lực học Maxwell. Về cơ bản, những ý tưởng mới được yêu cầu, và than ôi, chúng đã đến trễ.

Trong quá trình hồi cứu ngắn hạn, tất cả bắt đầu với hai khám phá gần như đồng thời – phóng xạ (xem phân rã phóng xạ, 1896) và electron (1897). Vật lý cổ điển không thể giải thích được vị trí của electron trong cấu trúc vật chất, tại sao vật chất chứa electron vẫn ổn định và lý do uranium và một số nguyên tố khác liên tục phát ra ba loại (không có thủ thuật đặc biệt được đặt tên bởi ba chữ cái đầu tiên trong bảng chữ cái Hy Lạp). Năm 1903, Rutherford và Frederick Soddy (Frederick Soddy) nhận ra rằng những phát thải này đòi hỏi một loại năng lượng đặc biệt, mà chúng được gọi là nguyên tử (xem: E. Rutherford và F. Soddy. Tạp chí triết học. 1903. V. 5. P. 576-591). Tuy nhiên, bản chất của năng lượng này vẫn còn bí ẩn.

Năm 1906, Rutherford, người sau đó làm việc tại Canada, phát hiện ra rằng, là kết quả của một vụ va chạm với vật chất, hạt alpha (xem hạt Alpha) đôi khi thay đổi đường bay.Ba năm sau, sau khi chuyển từ Montreal đến Manchester, ông hướng dẫn các trợ lý Johannes Geiger (Hans Geiger) và Ernest Marsden (Ernest Marsden) nghiên cứu hiệu ứng này, quan sát sự phản xạ của bức xạ alpha từ bề mặt của lá vàng mỏng nhất (dày 0,4 micromet). Họ phát hiện ra rằng các hạt alpha, chống lại mọi kỳ vọng, có thể được phản xạ ở các góc lớn, trong những trường hợp hiếm hoi thậm chí vượt quá 90 độ (xem: H. Geiger và E. Marsden. Trên một phản xạ khuếch tán của α-Particles // Kỷ yếu của Hội Hoàng gia A. 1909. V. 82. P. 495-500). Sau nhiều suy nghĩ, Rutherford giải thích những kết quả này là bằng chứng cho thấy gần như toàn bộ khối lượng của một nguyên tử được tập trung trong một cơ thể trung tâm tích điện dương với một thể tích rất nhỏ. Vào ngày 7 tháng 3 năm 1911, ông đã báo cáo kết luận của mình tại một cuộc họp của Hiệp hội văn học và triết học Manchester và đã vào tháng năm trình bày chúng trong một bài báo riêng (xem: E. Rutherford. The Atom //) Tạp chí triết học. 1911. V. 21. P. 669-688). Trong cùng một công việc, ông bắt nguồn một công thức cho phần chéo vi phân cho sự tán xạ của các hạt tích điện không liên quan di chuyển trong trường Coulomb của một điện tích cố định, mà bây giờ mang tên của nó.

Thí nghiệm Geiger và Marsden (xem thí nghiệm Geiger-Marsden). Các quỹ đạo của hạt alpha, mà phần lớn thay đổi rất ít hướng chuyển động, nhưng đôi khi nằm rải rác ở các góc lớn. Ở bên phải: sơ đồ của thí nghiệm. Hình ảnh từ www.rsc.org

Rutherford đã thực sự ước tính kích thước của các tàu sân bay khối lượng nguyên tử – khoảng một trăm nghìn đường kính của chính nguyên tử. Lúc đầu, ông đã không đề xuất một tên đặc biệt cho các cơ quan này, nhưng sau đó gọi chúng là hạt nhân nguyên tử (xem: E. Rutherford. Chất phóng xạ và bức xạ của chúng, Nhà in Đại học Cambridge, 1913, trang 184). Đồng thời, ông không hề cho rằng các electron mô tả quỹ đạo khép kín xung quanh hạt nhân giống như các hành tinh quay quanh Mặt Trời. Rutherford nhận thức rõ rằng, theo điện động lực học cổ điển, các electron luân phiên sẽ phải liên tục phát ra sóng điện từ và rơi vào một vòng xoắn ốc vào hạt nhân. Trong văn học phổ biến (mặc dù không chỉ trong nó), mô hình Rutherford đôi khi được gọi là hành tinhđó là lịch sử không chính xác – nó đã trở thành như vậy chỉ trong giải thích của Bohr.

A – một electron cổ điển phải mất năng lượng do bức xạ và rơi vào một vòng xoắn ốc ở giữa. B – quỹ đạo điện tử cố định tròn dọc theo Bor. C – Sự nhảy điện tử giữa các quỹ đạo tĩnh tạo ra một loạt quang phổ khác nhau của một nguyên tử giống như hydro. Hình từ abyss.uoregon.edu

Mô hình Rutherford của nguyên tử là bước đầu tiên hướng tới sự hiểu biết bản chất của phóng xạ.Một trăm năm trước, người ta đã biết rằng hạt alpha là hạt nhân heli, hạt beta (xem hạt beta) là các electron nhanh, và tia gamma (xem thêm tia Gamma) là lượng tử năng lượng cao của bức xạ điện từ. Bây giờ chúng ta biết rằng tất cả chúng được sinh ra trong quá trình biến đổi hạt nhân, nhưng sau đó khoa học vẫn chưa đạt đến điểm này. Bản thân Rutherford thậm chí còn tin rằng các tia alpha bị đẩy ra khỏi hạt nhân nguyên tử, vì ông ta không thể thấy bất kỳ cách nào khác xảy ra với những hạt khổng lồ này, nhưng ông ta coi electron, chứ không phải hạt nhân, nguồn gốc của các tia beta và gamma. Bước tiếp theo hướng tới sự hiểu biết bản chất của phóng xạ được thực hiện bởi Bor, tất cả trong cùng một năm 1913.

Riddles của công thức quang phổ

Vật lý cổ điển cũng có những vấn đề chưa được giải quyết với một lịch sử đáng kính hơn là sự phóng xạ và sự ổn định của nguyên tử. Nói chung, họ đã quen với họ và không xem xét một cái gì đó thảm khốc, nhưng họ đã không biến mất khỏi nó. Một trong số họ phát sinh trong quá trình phát triển quang phổ. Ngay từ đầu thế kỷ 19, các đường màu vàng sáng đã được quan sát thấy trong quang phổ của natri. Sau đó, nhiều dòng cá nhân được tìm thấy trong quang phổ của các chất khác. Vật lý cổ điển, một lần nữa, đã không giải thích sự bất đồng của bức xạ (ngoại trừ một số giả thuyết kỳ lạ mà ít người đã nghiêm túc).

Vấn đề này đặc biệt nổi bật vào giữa thế kỷ 19, khi Swede Anders Angstrom (Anders Jonas Ångström) và Julius Plücker của Đức đo bước sóng của cả bốn dòng phổ hydro nằm trong phạm vi quang học với độ chính xác rất cao trong thời gian của chúng (tức là trong ánh sáng khả kiến). Kết quả của họ theo nghĩa đen đã cuốn hút Johann Balmer (Johann Jakob Balmer), một giáo viên vật lý tại phòng tập thể dục nữ Basel và là một giáo sư tư nhân của trường đại học địa phương. Sau nhiều năm tìm kiếm, ông đã chọn một công thức (xem thêm loạt Balmer) mà bốn con số này tuân theo. Nó rất đơn giản, nhưng đối với vật lý thì hơi lạ. Biến duy nhất có hình vuông của một số nguyên. mhơn hai. Khi thay thế giá trị mbằng 3, 4, 5 và 6, công thức không rõ ràng tại sao nó đưa ra các bước sóng của các đường đo bằng Angstrom và Plücker. Và các phép lạ không kết thúc ở đó. Một giáo sư vật lý quen thuộc nói với Balmer rằng các nhà thiên văn học đã đo thêm mười dòng hydro nằm trong phần tử ngoại của quang phổ. Bước sóng của họ ngoan ngoãn tăng lên – chúng khớp với các giá trị m trong khoảng từ 7 đến 16.

Balmer công bố kết quả của mình vào năm 1885 (nhân tiện, Bor được sinh ra cùng năm đó).Chẳng bao lâu nó đã được chứng minh rằng công thức của ông không khó để khái quát hóa, nếu nó được viết không cho bước sóng, nhưng đối với tần số. Sau đó, nó trông giống như ω = R(1/n12 – 1/n22) ở đâu n1n2 là số nguyên, số thứ hai lớn hơn số nguyên, ω là tần số bức xạ và hằng số R có kích thước 1 / giây. Mối quan hệ này được gọi là công thức Rydberg (xem công thức Rydberg) (đôi khi là công thức Balmer-Rydberg), và R – Hằng số Rydberg. Tần số của các đường của phổ khả kiến, được tính toán bởi Balmer, được lấy từ nó bằng n1 = 2 và n2 từ 3 ​​đến 16 tuổi n1 = 1 nó tạo ra các tần số của các đường tử ngoại, được phát hiện vào năm 1906-14 bởi nhà quang phổ người Mỹ Theodore Lyman. Tại n1 = 3, công thức tạo ra các dòng phổ hồng ngoại của hydro, mà năm 1908 được mở bởi Giáo sư tại Đại học Tübingen Friedrich Paschen (Louis Karl Heinrich Friedrich Paschen). Còn được gọi là loạt quang phổ của hydro (xem thêm loạt quang phổ Hydrogen), tương ứng với các giá trị thậm chí cao hơn n1cũng được mô tả một cách hoàn hảo bởi công thức của Rydberg.

Trên: mô hình nguyên tử hydro theo Bor. Xuống dưới: sơ đồ các mức năng lượng của nguyên tử hydro. Dưới đây là loạt Balmer, Lyman và Paschen (để giải thích, xem văn bản). Hình ảnh từ cronodon.com

Vào đầu thế kỷ trước, công thức này đã nhập các sách giáo khoa như một sự phụ thuộc hoàn toàn theo kinh nghiệm. Lời giải thích của cô là thành công chính của mô hình Bohr.

Đường đến lượng tử

Năm 1903, Niels Bohr bước vào Đại học Copenhagen, vào tháng 12 năm 1909, ông nhận bằng thạc sĩ về vật lý, và vào ngày 13 tháng 5 năm 1911, ông bảo vệ luận án tiến sĩ của mình. Cả hai tác phẩm đều dành cho lý thuyết kim loại điện tử, được phát triển bởi Paul Drude và Hendrik Antoon Lorentz. Lý thuyết này khiến Bohr nghi ngờ khả năng của vật lý cổ điển để giải thích các tính chất của một chất rắn, nhưng ông vẫn chưa đạt được những ý tưởng lượng tử.

Trở thành một bác sĩ khoa học, Bor đã nhận được một suất học bổng một năm để làm việc ở nước ngoài và vào tháng Chín đã đi đến Phòng thí nghiệm Cavendish của Đại học Cambridge. Đúng vậy, anh ta không có mối quan hệ với giám đốc, người khám phá ra điện tử và người đoạt giải Nobel Joseph John Thomson, để ở Cambridge không mang lại lợi ích cụ thể nào. Tuy nhiên, vào tháng 11, anh đến thăm một người bạn của người cha quá cố (nhân tiện, nhà sinh lý học nổi tiếng và người được đề cử giải Nobel Christian Bohr) ở Manchester, nơi anh gặp Rutherford. Ông mời Dane trẻ đến phòng thí nghiệm của mình, nơi Bor sống từ tháng 3 năm 1912 cho đến cuối tháng Bảy.

Động thái này đã thay đổi hoàn toàn tương lai của anh ta. Đầu tiên ông làm quen với mô hình Rutherford và nghĩ về cách kết nối các electron với hạt nhân mà không làm xáo trộn sự ổn định của nguyên tử. Lúc đầu, ông giả định rằng các electron được kết nối với hạt nhân bằng lực đàn hồi và do đó rung quanh người, giống như quả bóng trên một lò xo. Mô hình này đã không thành công, nhưng đưa Bora đến vật lý lượng tử.

Theo lý thuyết của Planck (Max Planck), năng lượng của một "máy rung nguyên tử" bằng một số nguyên n các phần cơ bản, lượng tử và năng lượng lượng tử được cho bởi sản phẩm của hằng số Planck h (xem thêm hằng số Planck) tại tần số dao động của bộ rung ω (nghĩa là năng lượng của bộ rung E = nhω). Bohr tin vào lý thuyết này và bắt đầu tìm kiếm những cách thức mới để kết nối nó với mô hình Rutherford.

Mô hình hành tinh

Bohr vẫn ở Manchester đã đi đến kết luận rằng sự chứng minh lý thuyết của mô hình Rutherford của nguyên tử chỉ có thể vượt ra khỏi khuôn khổ của vật lý cổ điển. Ý tưởng này được đọc trong một bản ghi nhớ mà ông gửi đến Rutherford trước khi trở về Đan Mạch (xem: Niels Bohr Collect Works // Bắc Hà Lan, Amsterdam, 1972. Tập 2, trang 136). Bohr không biết làm thế nào để làm điều đó, nhưng ông không có nghi ngờ rằng ông không thể làm mà không có lý thuyết về lượng tử.

Tại Copenhagen, Bohr không ngừng suy nghĩ về những giải thích có thể có về cấu trúc của nguyên tử.Đầu tháng Hai, ông chia sẻ ý kiến ​​của mình với nhà vật lý trẻ Hans Hansen (Hans Marius Hansen), người đã nghiên cứu quang phổ tại Đại học Göttingen. Anh tự hỏi liệu có thể giải thích công thức quang phổ trên cơ sở của họ hay không. Sau đó, Bor nhớ lại công thức Balmer-Rydberg mà anh có thể đã từng thấy trong sách giáo khoa, nhưng anh đã quên rất rõ (sau này anh tuyên bố rằng anh không nghe về nó trước cuộc trò chuyện với Hansen, nhưng điều này rất đáng ngờ). Bohr nhận ra rằng công thức này có thể được bắt nguồn bằng cách sử dụng một giả thuyết bổ sung liên quan đến năng lượng quỹ đạo của một electron với hằng số Planck. Vào ngày 6 tháng 3, ông đã gửi Rutherford một bản thảo của một bài viết phác thảo các kết luận của ông, sau này được công bố trên tạp chí Tạp chí triết học.

Các phương trình của Bohr rất đơn giản, và hậu quả của chúng cực kỳ sâu sắc. Đầu tiên, ông đã viết ra công thức cổ điển liên quan đến tần số của cuộc cách mạng của một electron đơn lẻ xung quanh một hạt nhân nguyên tử cố định với một năng lượng tối thiểu Wcần thiết cho electron để phá vỡ liên kết với hạt nhân (nó được gọi là năng lượng ion hóa). Đối với một quỹ đạo tròn, nó có nguồn gốc sử dụng vật lý học: ω = 21/2W3/2eEm1/2 (trong đó ω là tần số, eE – tương ứng, điện tích và hạt nhân, m – khối lượng điện tử). Sau đó, Bohr xây dựng giả thuyết chung của mình: W = nhω / 2 (một nửa xuất hiện vì lý do kỹ thuật, có thể bỏ qua). Nó ngay sau đó W = 2π2tôi2E2/n2h2, đó là, năng lượng ion hóa của một electron tỉ lệ nghịch với bình phương của một số nguyên. Bohr cũng tính toán đường kính của quỹ đạo electron, trong đó cùng một hình vuông nằm trong tử số. Những tính toán như vậy sẽ không khó cho học sinh lớp 7, và anh ấy không phải là một học sinh xuất sắc.

Kết quả là gì? Bohr đã giới thiệu các quỹ đạo điện tử cổ điển vào mô hình của mình, nhưng hạn chế thiết lập của chúng bằng cách sử dụng giả thuyết lượng tử. Vì vậy, hóa ra là tập hợp các quỹ đạo điện tử ổn định, mặc dù vô cùng, nhưng một cách kín đáo. Mỗi người có một số cụ thể. n, đó là một số lượng tử – 1, 2, 3 và tiếp tục đến vô cùng. Càng nhiều nelectron càng xa hạt nhân. Những quỹ đạo Bohr được gọi là trạng thái ổn định.

Sau đó, Bohr xây dựng hai "giả định cơ bản", mà bây giờ được gọi là định đề. Theo định đề đầu tiên, các trạng thái tĩnh có thể được mô tả bằng phương tiện cơ học cổ điển, nhưng sự chuyển tiếp giữa chúng không cho phép một mô tả như vậy.Giả thuyết thứ hai nói rằng trong sự chuyển tiếp tự phát của một electron từ trạng thái tĩnh sang trạng thái tĩnh khác, một phần bức xạ đồng nhất (trong ngôn ngữ hiện đại, đơn sắc) được phát ra, có tần số liên quan đến năng lượng bằng công thức Planck. Trong đoạn tiếp theo, Bohr đặc biệt lưu ý rằng những định đề này mâu thuẫn với điện động lực học cổ điển, nhưng cần thiết để giải thích các sự kiện thực nghiệm.

Sau đó, Bohr chuyển sang nguyên tử hydro thực tế. Có mọi lý do để tin, ông lập luận rằng nguyên tử này bao gồm một hạt nhân và một electron đơn lẻ (nhân tiện, điều này chưa được chấp nhận). Do đó, để mô tả trạng thái điện tử của nó, chúng ta có thể sử dụng các công thức chỉ xuất phát, nếu chúng ta tính phí hạt nhân E bằng điện tích e. Trong trường hợp này, công thức của Rydberg là hậu quả trực tiếp của mô hình Bohr!

Sự khác biệt giữa năng lượng ion hóa của trạng thái tĩnh với số n1n2 được viết dưới dạng 2π2tôi4/h2(1/n12 – 1/n22). Theo định đề thứ hai, khi di chuyển từ n2 đến một trạng thái có số lượng tử thấp hơn n1 một lượng tử được phát ra với năng lượng chính xác như vậy, cùng một lúc bằng với tần số của nó nhân với hằng số Planck.Nó theo sau rằng tần số chính nó ω = 2π2tôi4/h3(1/n12 – 1/n22). Đây là công thức Balmer-Rydberg, nơi mà hằng số R bằng 2π2tôi4/h3. Nếu chúng ta thay thế ở đây các giá trị số của khối lượng và điện tích của electron và hằng số Planck, nó chỉ ra rằng R = 3,1 × 1015 1 / giây Bohr cũng tính toán bán kính của quỹ đạo tĩnh gần nhất với một số lượng tử n = 1 bằng 0,55 × 10-8 cm (bây giờ nó được gọi là bán kính Bohr của nguyên tử hydro).

Bohr đã chứng minh sức mạnh giải thích của mô hình của mình theo một cách khác. Vào cuối thế kỷ 19, nhà thiên văn học Harvard Charles Charles Pickering đã khám phá ra một loạt quang phổ trong bức xạ của ngôi sao Zeta Korma, giống như một dòng hydrogen trong cấu trúc nhưng không được mô tả bởi công thức của Rydberg. Năm 1912, cùng một dòng được đo trong phòng thí nghiệm của nhà vật lý London Alfred Fowler. Bohr nhận ra rằng những dòng này thuộc về nguyên tử helium, không có một electron, tức là ion một electron của loại khí này. Sau đó, trong công thức cho các tần số bức xạ, người ta phải giả định rằng điện tích hạt nhân gấp đôi điện tích electron, đó là lý do tại sao tất cả các tần số được nhân với 4 so với tần số tương tự của hydro. Lời giải thích này hóa ra là hoàn toàn chính xác.

Và sau đó là gì?

Vào tháng 9 và tháng 11, Bohr đã xuất bản thêm hai bài báo với cùng tiêu đề như bài đầu tiên, nơi ông coi nhiều nguyên tử và phân tử điện tử (xem: Hiến pháp nguyên tử và phân tử). Tạp chí triết học. 1913. V. 26. P. 476-502 (trong bản dịch tiếng Nga: "Về cấu trúc của các nguyên tử và phân tử. Phần thứ hai. Hệ thống chỉ chứa một lõi) và Trên Hiến pháp nguyên tử và phân tử. Phần III. Hệ thống chứa vài hạt nhân // Tạp chí triết học. 1913. V. 26. P. 857-875 Trong quá trình nghiên cứu chúng, Bohr đã chứng minh rằng thời điểm từ tính của electron quỹ đạo được lượng tử hóa như năng lượng, và tính toán độ lớn của lượng tử này. Đúng, vì một lý do nào đó, Bor đã không công bố kết luận này, nhưng nó đã được giữ nguyên trong bản thảo. Năm 1920, Wolfgang Pauli (Wolfgang Pauli) gọi là lượng tử của thời điểm từ điện tử Bohr magneton (xem: W. Pauli. Quantentheorie und Magneton // Physikalische zeitschrift. 1920. V. 21. P. 615-617). Vì lý do chính xác, đáng chú ý là sinh viên vật lý Rumani Stefan Prokopiu đã tính toán anh ta hai năm trước khi Bohr (xem: Stefan Procopiu. Xác định moment từ tính phân tử bởi M. Planck's Quantum Theory // Bulletin Scientifique de l'Académie Roumaine de Sciences, Bucharest, 1913. V. 1. P. 151), trong đó Bohr, tất nhiên, không biết. Trong bài báo thứ hai, Bohr cũng lưu ý rằng chỉ phân rã hạt nhân nguyên tử có thể là nguồn gốc của các tia beta. Để hỗ trợ cho giả thuyết này, ông đã trích dẫn hai lý lẽ: thứ nhất, năng lượng của các electron beta quá lớn để chúng bay ra khỏi vỏ nguyên tử; thứ hai, các đồng vị khác nhau của cùng một nguyên tố, có cùng cấu trúc điện tử, có thể phát ra các hạt beta có năng lượng không bằng nhau.Chẳng mấy chốc, Marie Curie đã đưa ra kết luận tương tự, và năm tiếp theo, giữa các nhà vật lý, kết án đã được hình thành rằng bất kỳ quá trình phóng xạ nào cũng liên quan đến các biến đổi hạt nhân.

Để giải thích cấu trúc điện tử của các nguyên tử nặng hơn hydro, phương pháp bán cổ điển – bán lượng tử của Bohr không hữu ích lắm. Điều này là không đáng ngạc nhiên, bởi vì các cấu trúc như vậy không được tính toán chính xác ngay cả trên cơ sở của phương trình Schrödinger. Tuy nhiên, các công thức cho phổ của các nguyên tử một electron (chúng được gọi là giống hydro), mà Bohr bắt nguồn trong bài viết đầu tiên của mình, phương trình Schrödinger vẫn có hiệu lực.

Và trong Boru này rất may mắn. Trong cơ học lượng tử, trạng thái của một electron trong một nguyên tử được mô tả không phải bởi một, như Bohr, mà bằng ba số lượng tử (hai số khác mô tả độ lớn và hướng của động lượng góc). Nhưng nếu bạn không tính đến các spin của electron và hạt nhân và không tính đến các hiệu ứng tương đối tính, nó chỉ ra rằng năng lượng electron của nguyên tử giống hydro (và chỉ một nguyên tử!) Được xác định hoàn toàn bằng số lượng tử chính, mà Bor vừa được giới thiệu. Do đó, trong xấp xỉ đầu tiên, các đường phổ của các nguyên tử giống như hydro hoàn toàn tương ứng với công thức của Rydberg,bắt nguồn từ công việc của Bohr. Để phát hiện sai lệch, các quang phổ chính xác hơn là cần thiết hơn so với Angstrom và Plücker. Albert Michelson và Edward Morley phát hiện ra chúng vào năm 1887 lần đầu tiên (Albert A. Michelson và Edward W. Morley.) Tạp chí triết học. 1887. V. 24. P. 463-466). Thật kỳ lạ khi phát hiện này được thực hiện đồng thời với thí nghiệm lừng lẫy của họ (xem Michelson-Morley_experiment), điều này làm cho người ta nghi ngờ sự tồn tại của ête ánh sáng. Nó chỉ ra rằng các đường của phổ hydro (cũng như quang phổ của các nguyên tử nhiều electron) có cấu trúc tinh tế, nghĩa là chúng được chia thành các cặp đôi (chúng cũng được Michelson và Morley quan sát) hoặc các hệ số nhân. Bohr có thể đã không nhận thức được điều này vào đầu năm 1913, nhưng vào cuối của nó, ông nêu vấn đề này trong một bức thư gửi Rutherford (Niels Bohr thu thập tác phẩm. Tập 2, trang 591). Lời giải thích từng phần đầu tiên và cho đến nay về việc tách các đường quang phổ của hydro được đưa ra vào năm 1916 bởi Giáo sư tại Đại học Munich Arnold Sommerfeld (Arnold Sommerfeld) Zur Quantentheorie der Spektrallinien // Annalen der Physik. 1916. V. 51. P. 125-167).

Hiện tượng này (cả đối với hydro và các nguyên tố khác) đã được các nhà vật lý giải thích nhiều sau đó trên cơ sở cơ học lượng tử và điện động lực học lượng tử. Nhưng đó là một câu chuyện khác.

Alexey Levin


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: