Бор Нильс Хенрик Давид

«Каким секретом вы обладали, который позволил вам в такой степени концентрировать вокруг себя творческую теоретическую молодёжь?», тот ответил:

«Никакого особого секрета не было, разве только то, что мы не боялись показаться глупыми перед молодёжью.»

Развитие теории Нильса Бора

Первые результаты содержатся в черновике, посланном Резерфорду ещё в июле 1912 года и носящем название «резерфордовского меморандума». Однако решающие успехи были достигнуты в конце 1912 — начале 1913 года. Ключевым моментом стало знакомство в феврале 1913 года с закономерностями расположения спектральных линий и общим комбинационным принципом для частот излучения атомов. Впоследствии сам Бор говорил:

«Как только я увидел формулу Бальмера, весь вопрос стал мне немедленно ясен.»

В марте 1913 года Бор послал предварительный вариант статьи Резерфорду, а в апреле съездил на несколько дней в Манчестер для обсуждения своей теории. Итогом проведённой работы стали три части революционной статьи «О строении атомов и молекул», опубликованные в журнале «Philosophical Magazine» в июле, октябре и декабре 1913 года и содержащие квантовую теорию водородоподобного атома. В теории Бора можно выделить два основных компонента: общие утверждения (постулаты) о поведении атомных систем, сохраняющие своё значение и всесторонне проверенные, и конкретная модель строения атома, представляющая в наши дни лишь исторический интерес. Постулаты Бора содержат предположения о существовании стационарных состояний и об излучательных переходах между ними в соответствии с представлениями Планка о квантовании энергии вещества. Модельная теория атома Бора исходит из предположения о возможности описания движения электронов в атоме, находящемся в стационарном состоянии, на основе классической физики, на которое накладываются дополнительные квантовые условия (например, квантование углового момента электрона)

Он оставался в Манчестере с осени 1914 года до лета 1916 года. В это время он пытался распространить свою теорию на многоэлектронные атомы, однако скоро зашёл в тупик. Уже в сентябре 1914 года он писал:

«Для систем, состоящих из более чем двух частиц, нет простого соотношения между энергией и числом обращений, и по этой причине соображения, подобные тем, которые я использовал ранее, не могут быть применены для определения «стационарных состояний» системы. Я склонен полагать, что в этой проблеме скрыты очень значительные трудности, которые могут быть преодолены лишь путём отказа от обычных представлений в ещё большей степени, чем это требовалось до сих пор, и что единственной причиной достигнутых успехов является простота рассмотренных систем.»

В 1914 году Бор сумел частично объяснить расщепление спектральных линий в эффектах Штарка и Зеемана, однако ему не удалось получить расщепление более чем на две компоненты. В этом проявилась ограниченность круговых орбит, рассматриваемых в его теории. Преодолеть её стало возможно лишь после того, как в начале 1916 года Арнольд Зоммерфельд сформулировал обобщённые квантовые условия, ввёл три квантовых числа для орбиты электрона и объяснил тонкую структуру спектральных линий, учтя релятивистские поправки. Бор сразу же занялся коренным пересмотром своих результатов в свете этого нового подхода.

 В 1918 году в статье «О квантовой теории линейчатых спектров» Бор сформулировал количественно так называемый принцип соответствия, связывающий квантовую теорию с классической физикой. Впервые идея соответствия возникла ещё в 1913 году, когда Бор использовал мысль о том, что переходы между стационарными орбитами с большими квантовыми числами должны давать излучение с частотой, совпадающей с частотой обращения электрона. Начиная с 1918 года, принцип соответствия стал в руках Бора мощным средством для получения новых результатов: он позволил, следуя представлениям о коэффициентах Эйнштейна, определить вероятности переходов и, следовательно, интенсивности спектральных линий; получить правила отбора (в частности, для гармонического осциллятора); дать интерпретацию числу и поляризации компонент штарковского и зеемановского расщеплений. Впоследствии Бор дал чёткую формулировку принципу соответствия:

…"принцип соответствия", согласно которому наличие переходов между стационарными состояниями, сопровождающихся излучением, связано с гармоническими компонентами колебания в движении атома, определяющими в классической теории свойства излучения, испускаемого вследствие движения частицы. Таким образом, по этому принципу, предполагается, что всякий процесс перехода между двумя стационарными состояниями связан с соответствующей гармонической компонентой так, что вероятность наличия перехода зависит от амплитуды колебания, поляризация же излучения обусловлена более детальными свойствами колебания так же, как интенсивность и поляризация излучения в системе волн, испускаемых атомом по классической теории вследствие наличия указанных компонент колебания, определяется амплитудой и другими свойствами последних.

В 1921—1923 годах в ряде работ Бору впервые удалось дать на основе своей модели атома, спектроскопических данных и общих соображений о свойствах элементов объяснение периодической системы Менделеева, представив схему заполнения электронных орбит (оболочек, согласно современной терминологии). Правильность интерпретации периодической таблицы была подтверждена открытием в 1922 году нового элемента гафния Дирком Костером и Георгом Хевеши, работавшими в то время в Копенгагене. Как и предсказывал Бор, этот элемент оказался близок по своим свойствам к цирконию, а не к редкоземельным элементам, как думали ранее.

В 1922 году Бору была присуждена Нобелевская премия по физике «за заслуги в изучении строения атома». В своей лекции «О строении атомов», прочитанной в Стокгольме 11 декабря 1922 года, Бор подвёл итоги десятилетней работы.

Однако было очевидно, что теория Бора в своей основе содержала внутреннее противоречие, поскольку она механически объединяла классические понятия и законы с квантовыми условиями. Кроме того, она была неполной, недостаточно универсальной, так как не могла быть использована для количественного объяснения всего многообразия явлений атомного мира. Например, Бору совместно с его ассистентом Хендриком Крамерсом так и не удалось решить задачу о движении электронов в атоме гелия (простейшей двухэлектронной системе), которой они занимались с 1916 года. Бор отчётливо понимал ограниченность существующих подходов (так называемой «старой квантовой теории») и необходимость построения теории, основанной на совершенно новых принципах:

«…весь подход к проблеме в целом носил ещё в высшей степени полуэмпирический характер, и вскоре стало совершенно ясно, что для исчерпывающего описания физических и химических свойств элементов необходим новый радикальный отход от классической механики, чтобы соединить квантовые постулаты в логически непротиворечивую схему.»

Боровская модель атома.

Боровская модель атома (Модель Бора) — полуклассическая модель атома, предложенная Нильсом Бором в 1913 г

За основу он взял планетарную модель атома, выдвинутую Резерфордом.

Согласно классической электродинамике, вращающийся по орбите электрон должен постоянно терять энергию. Постепенно электрон должен приближаться по спирали к ядру и, в конце концов, упасть на него, что привело бы к разрушению атома. Атомы весьма стабильны, и, значит, здесь образуется брешь в классической теории. Чтобы преодолеть эту проблему, Бор ввёл допущение, суть которого заключается в том, что электроны в атоме могут двигаться только по определённым (стационарным) орбитам, находясь на которых они не излучают, а излучение или поглощение происходит только в момент перехода с одной орбиты на другую. Причём, стационарными являются лишь те орбиты, при движении по которым момент количества движения электрона равен целому числу постоянных Планка:

(1)

 Используя это допущение  и законы классической механики, а именно равенство силы притяжения электрона со стороны ядра и центробежной силы, действующей на вращающийся электрон, он получил следующие значения для радиуса стационарной орбиты   и энергии   находящегося на этой орбите электрона:

Здесь   — масса электрона,   — количество протонов в ядре,   — электрическая постоянная,   — заряд электрона. Именно такое выражение для энергии можно получить, применяя уравнение Шрёдингера в задаче о движении электрона в центральном кулоновском поле. Радиус первой орбиты в атоме водорода R0=5,2917720859(36)·10−11 м, ныне называется боровским радиусом, либо атомной единицей длины и широко используется в современной физике.  Хотя модель Бора казалась странной, она давала ключ к разделению спектров элементов. Когда свет от светящегося элемента проходит через призму, он дает не непрерывный включающий все цвета спектр, а последовательность дискретных ярких линий, разделенных более широкими темными областями. Согласно теории Бора, каждая яркая цветная линия соответствует свету, излучаемому электронами, когда они переходят с одной й орбиты на другую орбиту с более низкой энергией. Бор вывел формулу для частот линий в спектре водорода, в которой содержалась постоянная Планка. Теория Бора, опубликованная в 1913 году, принесла ему известность; его модель атома стала известна как атом Бора.Полуклассическая теория Бора основана на двух постулатах:                                    1),том может находиться только в особенных стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых отвечает определённая энергия.                                                                                                                                      2) В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн.Излучение и поглощение энергии атомом происходит при скачкообразном переходе из одного стационарного состояния в другое, при этом имеют место два соотношения:

1. (4) где   — излучённая (поглощённая) энергия,   — номера квантовых состояний. В спектроскопии   и   называются термами.
2. Правило квантования момента импульса:    (5)

Далее исходя из соображений классической физики о круговом движении электрона вокруг неподвижного ядра по стационарной орбите под действием кулоновской силы притяжения, Бором были получены выражения для радиусов стационарных орбит и энергии электрона на этих орбитах:

  (6), где м — боровский радиус.

   (7) — энергетическая постоянная Ридберга (численно равна 13,6 эВ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Бор Нильс - один из творцов квантовой теории, лауреат Нобелевской премии. Научные интересы Бора находились на стыке физики и философии, в сфере анализа понятийного аппарата физических теорий. В период создания новой атомной модели (1913) сформулировал принцип соответствия. Для преодоления методологических трудностей в развитии квантовой механики, ее интерпретации Бор выдвинул и развил принцип дополнительности — способ описания, который стал применяться в различных сферах познания при анализе альтернативных, противоречивых ситуаций. В последние годы жизни, преодолевая влияние позитивизма, Бор подходил к материалистической и диалектической трактовке ряда проблем квантовой механики и теории познания. Процесс сближения науки и политики приводил Бора к пониманию того, что ученый-атомник должен быть как физиком, так и политиком, осознавать ответственность, связанную с прогрессом знаний и судьбами человечества. Бор активно выступал за мир и международное сотрудничество, за мирное использование атомной энергии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

1. Философский словарь. Под ред. И.Т. Фролова. М., 1991, с. 51.
2. Новая философская энциклопедия. В четырех томах. / Ин-т философии РАН. Научно-ред. совет: В.С. Степин, А.А. Гусейнов, Г.Ю. Семигин. М., Мысль, 2010, т. I, А - Д, с. 301.
3. Нильс Бор и развитие физики: Сборник статей / Под ред. В. Паули при участии Л. Розенфельда и В. Вайскопфа. — М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1958.
4. Нильс Бор: Жизнь и творчество: Сборник статей / Составитель У. И. Франкфурт; Отв. ред. Б. Г. Кузнецов. — М.: Наука, 1967. — 344, [2] с. — 31 000 экз. (в пер., суперобл.)
5. Мур Р. Нильс Бор — человек и учёный. — М.: Мир, 1969. Рецензия В. Я. Френкеля в журнале УФН.
6. Кляус Е. М., Франкфурт У. И., Френк А. М. Нильс Бор (1885—1962). — М.: Наука, 1977. — 384 с. — (Научно-биографическая серия). — 67 000 экз. (обл.)
7. Данин Д. С. Нильс Бор. — М.: Молодая гвардия, 1978. — 556 с. — (Жизнь замечательных людей, вып. 11(581).
8. Данин Д. Труды и дни Нильса Бора. — М.: Знание, 1985. — (Новое в жизни, науке, технике).
9. https://ru.wikipedia.org/wiki/Бор,_Нильс
10. http://www.hrono.ru/biograf/bio_b/bor_nils.php
11. https://ru.wikipedia.org/wiki/Боровская_модель_атома