Лекция 6 курса "Квантовая революция" (весна 2025)

Продолжаем рассказ о первопроходцах, на чьих идеях основана квантовая механика. После Макса Планка, Альберта Эйнштейна, Эрнеста Резерфорда, Пауля Эренфеста настало время назвать главное действующее лицо квантовой революции - Нильса Бора. Он приехал в Англию в 1911 году после получения стипендии в размере 2500 крон от фонда Карлсберга для стажировки за границей. В сентябре 1911 года он прибыл в Кембриджский университет в Англии, чтобы работать в Кавендишской лаборатории под руководством знаменитого Дж. Дж. Томсона. Бор был занят электронной теорией проводимости в металлах. Однако сотрудничество не сложилось: Томсона не заинтересовал молодой 26-летний датчанин, с ходу указавший на ошибку в одной из его работ и к тому же плохо изъяснявшийся на английском. Впоследствии Бор так вспоминал об этом: "Я был разочарован, Томсона не заинтересовало то, что его вычисления оказались неверными. В этом была и моя вина. Я недостаточно хорошо знал английский и потому не мог объясниться… Томсон был гением, который, на самом деле, указал путь всем… В целом, работать в Кембридже было очень интересно, но это было абсолютно бесполезным занятием". В итоге в марте 1912 года Бор переехал в Манчестер к Эрнесту Резерфорду, с которым незадолго до того познакомился. В 1911 году Резерфорд по итогам своих опытов опубликовал планетарную модель атома. В Википедии написано: Бор активно включился в работу по этой тематике, чему способствовали многочисленные обсуждения с работавшим тогда в Манчестере известным химиком Георгом Хевеши и с самим Резерфордом. Это не так. До середины лета 1912 года тематика Резерфорда Бора не интересовала. Но потом положение изменилось. Подтолкнула статья Дарвина. Исходной идеей было то, что свойства элементов определяются целым числом — атомным номером, в роли которого выступает заряд ядра, который может изменяться в процессах радиоактивного распада. Первым применением резерфордовской модели атома для Бора стало рассмотрение в последние месяцы своего пребывания в Англии процессов взаимодействия альфа- и бета-лучей с веществом. Летом 1912 года Бор вернулся в Данию, не дописав статью. Затем вернулся с женой ее закончить. С этой статьи началась работа Бора над моделью атома. Бор впервые показал, что модель атома Томпсона – невозможна, так как она нестабильна. У Бора были предшественники, об одном мы говорили на прошлой лекции – о Никольсоне. Скажем еще об одном – Артуре Эрихе Гаазе. На год старше Бора, на 5 лет младше Эйнштейна. Из богатой еврейской семьи, родился в Брно (Словакия, тогда Австро-Венгрия), учился в Вене. На лбу шрам от удара саблей – такие были «идиотские студенческие игры». Как и Эренфест, он учился два года и в Геттингене, но потом вернулся в Вену и защитил диссертацию в том же году, когда умер Больцман – 1906 – по истории физики – античные теории света. В 1908 году он выступил на том же съезде физиков в Кельне, на котором выступал Минковский с докладом о пространстве-времени. Гааз говорил об истории закона сохранения энергии. Эту же тему он хотел взять для хабилитации. Но в Венском университете защиту провалили. Тогда он решил уйти в юристы и в 1911 году получил свидетельство об окончании юридического факультета. О модели Гааза говорили на Первом Сольвеевском конгрессе в 1911 году Макс Планк и Хедрик Лоренц. Фридрих Хазенёрль был на этом конгрессе и слушал Планка и Лоренца и только после этого предложил Гаазу повторить защиту диссертации на хабилитацию, которая прошла успешно. Нильс Бор в своих статьях 1913 года ссылается на статью Гаазе. Но в целом, ни Гааз, ни Никольсон не создали действующую модель атома, как у Бора. Они «слышали звон, но не знали, где он». О сложности задачи, за которую взялся Нильс Бор. Когда летом 1905 года несколько поутих бушевавший у Эйнштейна в мозгу ураган новых идей, он никак не мог найти “что-то действительно стоящее, чем можно было бы теперь заняться”. “Конечно, открытым еще остается вопрос о спектральных линиях, — сказал он своему другу Конраду Габихту, — но, думаю, простой связи между их свойствами и известными физическими явлениями вообще нет. В данный момент возможность решить эту задачу представляется нереальной». Бор построил модель атома из головокружительной смеси классической и квантовой физики. Он попрал догмы физической науки, предположив, что а) электроны внутри атомов могут располагаться только на определенных орбитах, в стационарных состояниях; б) электроны на орбитах не могут излучать энергию; в) атом может находиться только в нескольких дискретных энергетических состояниях, самое низкое из которых является основным; г) электроны каким-либо образом могут перепрыгивать из стационарных состояний с более высокой энергией в стационарные состояния с меньшей энергией, а разница между энергиями этих состояний излучается в виде кванта энергии.