Постулаты Бора: неоценимый вклад датского ученого в физику

Одним из наиболее значимых деятелей науки прошлого столетия является Нильс Бор, создавший несколько важнейших теорий.

Его работы сильно повлияли на развитие атомной физики и являются ключевыми до сих пор. В чем именно заключаются постулаты Бора и что представлял собой этот ученый?

Кто такой Нильс Бор?

В 1885 году в Дании на свет появился будущий ученый. Нильс Хендрик Давид Бор был членом, а некоторое время и президентом Датского Королевского общества и создателем современной физики. В 1908 он окончил обучение в Копенгагенском университете, а в 1911 отправился работать в Кембридж. В 1913 он работал вместе с Резерфордом. Через три года Нильс стал профессором Копенгагенского университета, а в 1920 создал собственный институт теоретической физики, который стал своеобразным научным центром того времени. В те годы мировое сообщество было крайне заинтересовано атомами и связанными с ними процессами. Планк и Эйнштейн уже сделали немало открытий, но данные оставались несколько противоречивыми. Ранее известные законы не соответствовали экспериментальным данным. Науке требовался другой подход, способный создать более четкую картину атомных процессов. Именно Нильсу Бору удалось его найти.

Работа над постулатами

Бор привлек внимание ученых к противоречивым данным и создал формулировку идеи дискретности состояния атомов.

Он разработал атомную модель и объяснил многие процессы и явления, которые оставались загадкой для других физиков. На основе работ Планка и Резерфорда Бор создал теорию о водородоподобном атоме, который стал первой квантовой моделью и открыл новую эру в истории науки. Выводы ученого объясняли планетарную структуру частиц, описывали движение электронов и некоторые правила квантования. Кроме того, Бор вывел законы спектральных линий и электронных атомных оболочек, объяснил периодическую систему элементов. Но самое важное достижение ученого – квантовые постулаты. Бора наградили Нобелевской премией в 1922 году за создание этой теории.

Первый квантовый постулат

Нильс Бор установил, что атомы обладают рядом стационарных состояний, каждое из которых соответствует определенному значению энергии. Ее можно выразить с помощью обозначений Е1, Е2 и так далее. В каждом из таких состояний атом не излучает энергию, хотя электроны в нем не прекращают свое движение. Этот постулат устанавливает связь между разными значениями Е и частотами испускаемого или поглощаемого при этом излучения. Кроме этого, электроны двигаются только определенным образом, по конкретным орбитам, находясь на которых, они не излучают энергию.

Постулаты Бора вызвали противоречивые мнения в научных кругах, так как они находятся в некотором противоречии с классическими представлениями о физике. До этого ученые предпочитали считать, что энергия может принять любое значение. Кроме того, согласно классическому представлению об электродинамике, электрон должен постоянно излучать энергию. Такое мнение было полностью опровергнуто постулатом Бора.

Второй постулат Бора

Открытие стационарных состояний стало не единственной инновацией Бора. Согласно второму его постулату, для электронов во время их движения по орбитам справедливо квантовое соотношение, которое можно выразить с помощью следующей формулы: m*V*r = n*h/2*p. В данном равенстве первая его половина представляет момент импульса, а символом h обозначается постоянная Планка. Помимо этого, второй постулат сообщает о том, что при переходе электрона с одной орбиты на другую, расположенную ближе к ядру, происходит выделение энергии в виде определенных световых волн. Исходя из этих данных, Бор пришел к очень важному выводу. Он заключил, что атом выделяет или поглощает энергию только при таких переходах. И первый, и второй постулаты Бора абсолютно подтверждаются экспериментально.

Удивительно, что основой для некоторых выводов стали гениальные догадки ученого – формул, на основании которых можно было создать теорию, просто не существовало.

Третий постулат Бора

Всего физик создал три постулата. Третий из них гласит, что излучение или поглощение энергии при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую можно измерить определенными порциями, или квантами. Вычислить их можно с помощью формулы: e = h*u = Em-En. Как и другие постулаты Бора, третий также объясняет некоторые важные понятия. Так, энергию, которая испускается или поглощается атомом, называют фотоном, причем поглощение сопровождается большим значением Е. При этом электрон переходит на более удаленную орбиту. Экспериментально третий постулат был подтвержден опытами Герца и Франка. Еще один значимый вывод из этой теории говорит о том, что атомы испускают только те спектральные линии, которые могли бы и поглотить. Подобный эффект был ранее известен и в оптике, его открыл ученый Кирхгоф.

Результаты работы Бора

Система знаний о квантовой механике была разработана Бором в сотрудничестве с его коллегами и учениками.

Тем не менее, у некоторых ученых его разработки вызывали серьезные вопросы. Так, важнейший принцип дополнительности, созданный в 1927, оказался не менее спорным, чем постулаты Бора. Физика критиковал сам Эйнштейн. Впрочем, для датского ученого такая критика оказалась крайне полезной – он признавал, что вопросы вызывали у него новые идеи. Некоторые интерпретации и выводы ученого были ошибочными, но в целом его подход нельзя не оценить. Помимо квантовой теории, он стал создателем капельной модели ядра и теории его деления. Вместе с Уиллером он разработал теорию о количественной интерпретации деления ядра, создав параметр измерения этого процесса и предсказав открытие распада урана.

Влияние постулатов на науку

Несмотря на то, что многие мнения ученого считались излишне позитивистскими, у них было и есть множество сторонников и последователей. Глубокие знания Бора были неоценимым положительным вкладом в науку, который стал базой деятельности для многих советских ученых.

Кроме того, им была создана интернациональная школа физиков, в которую вошли такие именитые ученые как Ф. Блох, Х.Казимир, В.Вайскопф, О.Клейн, Л.Д.Ландау, Х.Крамере, У.Нишина, К.Меллер, Л.Розенфельд, А.Пайс, Дж.Уилер, С.Росселанд. Всемирное признание выразилось тем, что Бор был объявлен почетным членом в двадцати академиях наук по всему миру.

Интересные факты об ученом

Нильс Бор заслуживает внимания не только как выдающийся физик, но и как весьма оригинальная личность. Так, его гости нередко удивлялись тому, что над дверным проемом в его доме висела подкова на счастье. Ученый с потрясающей самоиронией сообщал, что приметы помогают даже тем, кто в них не верит. В военные годы он проявил удивительную изобретательность. Брать свою золотую награду, медаль Нобелевского лауреата, он опасался. Поэтому он просто растворил ее в царской водке и оставил получившийся раствор в шкафу. Вернувшись домой из эвакуации, Нильс Бор извлек золото обратно и заказал мастеру выплавить из него точную копию прежней медали. Наконец, стоит упомянуть ораторское мастерство физика. В тех случаях, когда предстояло делать доклад для нескольких человек, ученый справлялся превосходно. Но если необходимо было говорить перед большей аудиторией, физик начинал путаться, и понять его сообщение оказывалось трудно. Славе блестящего лектора мешало стремление объяснить то, что еще неизвестно окружающим.