Երկար ժամանակ ատոմի կառուցվածքը վիճելի թեմա էր ֆիզիկոսների շրջանում, մինչև հայտնվեց դանիացի գիտնական Նիլս Բորի կողմից ստեղծված մոդելը։ Նա առաջինը չէր, ով փորձեց նկարագրել ենթաատոմային մասնիկների շարժումը, բայց հենց նրա զարգացումներն էին, որոնք հնարավորություն տվեցին ստեղծել հետևողական տեսություն՝ այս կամ այն ժամանակ տարրական մասնիկի գտնվելու վայրը կանխատեսելու ունակությամբ:
Կյանքի ուղի
Նիլս Բորը ծնվել է 1885 թվականի հոկտեմբերի 7-ին Կոպենհագենում և մահացել այնտեղ 1962 թվականի նոյեմբերի 18-ին։ Նա համարվում է մեծագույն ֆիզիկոսներից մեկը, և զարմանալի չէ. հենց նրան հաջողվեց կառուցել ջրածնի նման ատոմների հետևողական մոդել: Ըստ լեգենդի, նա երազում տեսել է, թե ինչպես է մոլորակների նման մի բան պտտվում որոշակի լուսավոր, հազվագյուտ կենտրոնի շուրջ: Այնուհետև այս համակարգը կտրուկ կրճատվեց մինչև մանրադիտակային չափս:
Այդ ժամանակից ի վեր Բորը շատ էր փնտրում երազը բանաձևերի և աղյուսակների վերածելու միջոց: Ուշադիր ուսումնասիրելով ֆիզիկայի ժամանակակից գրականությունը, լաբորատոր փորձեր կատարելով և մտածելով՝ նա կարողացավ հասնել իր.նպատակներ. Անգամ բնածին ամաչկոտությունը չխանգարեց նրան հրապարակել արդյունքները՝ նա ամաչում էր ելույթ ունենալ մեծ լսարանի առջև, սկսեց շփոթվել, իսկ հանդիսատեսը ոչինչ չհասկացավ գիտնականի բացատրություններից։։
պրեկուրսորներ
Բորից առաջ գիտնականները փորձել են ստեղծել ատոմի մոդել՝ հիմնված դասական ֆիզիկայի պոստուլատների վրա: Ամենահաջող փորձը պատկանում էր Էռնեստ Ռադերֆորդին։ Բազմաթիվ փորձերի արդյունքում նա եկել է այն եզրակացության, որ գոյություն ունի զանգվածային ատոմային միջուկ, որի շուրջ էլեկտրոնները շարժվում են ուղեծրերով։ Քանի որ գրաֆիկորեն նման մոդելը նման էր Արեգակնային համակարգի կառուցվածքին, դրա հետևում ամրացվեց մոլորակայինի անվանումը։
Բայց այն ուներ էական թերություն՝ Ռադերֆորդի հավասարումների համապատասխան ատոմը պարզվեց, որ անկայուն է։ Վաղ թե ուշ էլեկտրոնները, որոնք արագացումով շարժվում էին միջուկի շուրջ ուղեծրերով, պետք է ընկնեին միջուկի վրա, և նրանց էներգիան կծախսվեր էլեկտրամագնիսական ճառագայթման վրա։ Բորի համար Ռադերֆորդի մոդելը դարձավ իր սեփական տեսության կառուցման մեկնարկային կետը:
Բորի առաջին պոստուլատը
Բորի գլխավոր նորամուծությունը ատոմի տեսության կառուցման մեջ դասական Նյուտոնյան ֆիզիկայի կիրառման մերժումն էր։ Ուսումնասիրելով լաբորատորիայում ստացված տվյալները՝ նա եկել է այն եզրակացության, որ էլեկտրադինամիկայի այնպիսի կարևոր օրենքը, ինչպիսին է միատեսակ արագացված շարժումն առանց ալիքային ճառագայթման, տարրական մասնիկների աշխարհում չի գործում։
Նրա մտորումների արդյունքը օրենք էր, որը հնչում է այսպես. ատոմային համակարգը կայուն է միայն այն դեպքում, եթե այն գտնվում է հնարավոր անշարժներից մեկում.(քվանտային) վիճակներ, որոնցից յուրաքանչյուրը համապատասխանում է որոշակի էներգիայի։ Այս օրենքի իմաստը, որն այլ կերպ կոչվում է քվանտային վիճակների պոստուլատ, կայանում է նրանում, որ ճանաչել էլեկտրամագնիսական ճառագայթման բացակայությունը, երբ ատոմը գտնվում է նման վիճակում: Նաև առաջին պոստուլատի հետևանքն է ատոմում էներգիայի մակարդակների առկայության ճանաչումը։
Հաճախականության կանոն
Սակայն ակնհայտ էր, որ ատոմը չի կարող միշտ լինել նույն քվանտային վիճակում, քանի որ կայունությունը ժխտում է ցանկացած փոխազդեցություն, ինչը նշանակում է, որ նրանում չի լինի ոչ Տիեզերք, ոչ էլ շարժում: Ակնհայտ հակասությունը լուծվեց Բորի ատոմային կառուցվածքի մոդելի երկրորդ պոստուլատով, որը հայտնի է որպես հաճախականության կանոն։ Ատոմն ունակ է էներգիայի համապատասխան փոփոխությամբ շարժվել մի քվանտային վիճակից մյուսը՝ արձակելով կամ կլանելով քվանտ, որի էներգիան հավասար է անշարժ վիճակների էներգիաների տարբերությանը։
Երկրորդ պոստուլատը նույնպես հակասում է դասական էլեկտրադինամիկային: Մաքսվելի տեսության համաձայն՝ էլեկտրոնի շարժման բնույթը չի կարող ազդել նրա ճառագայթման հաճախականության վրա։
Ատոմային սպեկտր
Բորի քվանտային մոդելը հնարավոր է դարձել ատոմի սպեկտրի մանրակրկիտ ուսումնասիրության շնորհիվ: Երկար ժամանակ գիտնականները ամաչում էին, որ երկնային մարմինների սպեկտրների ուսումնասիրությամբ ստացված ակնկալվող շարունակական գունային շրջանի փոխարեն, ատոմի սպեկտրոգրամն ընդհատված էր: Վառ գույնի գծերը չէին հոսում միմյանց մեջ, այլ բաժանվում էին տպավորիչ մուգ հատվածներով։
Էլեկտրոնների անցման տեսություն մեկ քվանտային վիճակից դեպիմեկ ուրիշը բացատրեց այս տարօրինակությունը. Երբ էլեկտրոնը տեղափոխվում էր մի էներգետիկ մակարդակից մյուսը, որտեղ նրանից ավելի քիչ էներգիա էր պահանջվում, այն արտանետում էր քվանտ, որն արտացոլվում էր սպեկտրոգրամում։ Բորի տեսությունը անմիջապես ցույց տվեց ջրածնի նման պարզ ատոմների սպեկտրում հետագա փոփոխությունները կանխատեսելու ունակությունը:
Թերություններ
Բորի տեսությունը լիովին չի կոտրվել դասական ֆիզիկայից: Նա դեռ պահպանում էր միջուկի էլեկտրամագնիսական դաշտում էլեկտրոնների ուղեծրային շարժման գաղափարը: Մի անշարժ վիճակից մյուսին անցման ժամանակ քվանտացման գաղափարը հաջողությամբ լրացրեց մոլորակային մոդելը, բայց դեռևս չլուծեց բոլոր հակասությունները:
Չնայած Բորի մոդելի լույսի ներքո էլեկտրոնը չէր կարող պարուրաձև շարժման մեջ մտնել և ընկնել միջուկ՝ շարունակաբար ճառագայթելով էներգիա, սակայն անհասկանալի մնաց, թե ինչու այն չի կարող հաջորդաբար բարձրանալ էներգիայի ավելի բարձր մակարդակների: Այս դեպքում բոլոր էլեկտրոնները վաղ թե ուշ կհայտնվեին էներգիայի ամենացածր վիճակում, ինչը կհանգեցներ ատոմի ոչնչացմանը։ Մեկ այլ խնդիր ատոմային սպեկտրում անոմալիաներն էին, որոնք տեսությունը չէր բացատրում: Դեռևս 1896թ.-ին Փիթեր Զեմանը կատարեց հետաքրքիր փորձ. Նա ատոմային գազը տեղադրեց մագնիսական դաշտում և վերցրեց սպեկտրոգրամ: Պարզվեց, որ որոշ սպեկտրային գծեր բաժանվեցին մի քանիսի։ Նման ազդեցությունը չի բացատրվել Բորի տեսության մեջ:
Ջրածնի ատոմի մոդելի կառուցում ըստ Բորի
Չնայած իր տեսության բոլոր թերություններին, Նիլս Բորը կարողացավ կառուցել ջրածնի ատոմի իրատեսական մոդելը: Դրանով նա օգտագործեց հաճախականության կանոնը և դասականի օրենքներըմեխանիկա. Էլեկտրոնների ուղեծրերի հնարավոր շառավիղները որոշելու և քվանտային վիճակների էներգիան հաշվարկելու համար Բորի հաշվարկները պարզվեցին, որ բավականին ճշգրիտ էին և հաստատվեցին փորձարարական ճանապարհով։ Էլեկտրամագնիսական ալիքների արտանետման և կլանման հաճախականությունները համապատասխանում էին սպեկտրոգրամների վրա մութ բացերի տեղակայմանը։
Այսպիսով, օգտագործելով ջրածնի ատոմի օրինակը, ապացուցվեց, որ յուրաքանչյուր ատոմ քվանտային համակարգ է՝ էներգիայի դիսկրետ մակարդակներով: Բացի այդ, գիտնականին հաջողվել է գտնել դասական ֆիզիկայի և իր պոստուլատների համադրման միջոց՝ օգտագործելով համապատասխանության սկզբունքը։ Այն նշում է, որ քվանտային մեխանիկա ներառում է Նյուտոնի ֆիզիկայի օրենքները։ Որոշակի պայմաններում (օրինակ, եթե քվանտային թիվը բավականաչափ մեծ էր), քվանտային և դասական մեխանիկան համընկնում են: Դա ապացուցվեց նրանով, որ քվանտային թվի աճի հետ սպեկտրի մութ բացերի երկարությունը նվազեց մինչև լրիվ անհետանալը, ինչպես և սպասվում էր Նյուտոնյան հասկացությունների լույսի ներքո:
Իմաստ
Համապատասխանության սկզբունքի ներդրումը կարևոր միջանկյալ քայլ է դարձել հատուկ քվանտային մեխանիկայի գոյության ճանաչման ուղղությամբ։ Բորի ատոմի մոդելը շատերի համար դարձել է ենթատոմային մասնիկների շարժման ավելի ճշգրիտ տեսություններ կառուցելու ելակետ։ Նիլս Բորը չկարողացավ գտնել քվանտացման կանոնի ճշգրիտ ֆիզիկական մեկնաբանություն, բայց նա նույնպես չկարողացավ դա անել, քանի որ տարրական մասնիկների ալիքային հատկությունները հայտնաբերվեցին միայն ժամանակի ընթացքում: Լուի դը Բրոլին, լրացնելով Բորի տեսությունը նոր հայտնագործություններով, ապացուցեց, որ յուրաքանչյուր ուղեծիր, ըստ.որը շարժվում է էլեկտրոնը միջուկից տարածվող ալիք է: Այս տեսանկյունից ատոմի անշարժ վիճակը սկսեց համարվել այնպիսին, որ այն ձևավորվում է այն դեպքում, երբ ալիքը, կատարելով ամբողջական պտույտ միջուկի շուրջ, կրկնվում է։
