Читати онлайн Нільс Бор автора Данин Данило Семенович - RuLit - Сторінка 29
Хансен мав рацію: водневий спектр описувався із чудовою простотою. Варто було формулу Бальмера поставити число 3, і виходила частота світлових коливань для червоної лінії. А число 4 давало зелену лінію. Число 5 відповідало синій. Число 6 - фіолетовий. Ну а для інших цілих чисел лінії йшли в ультрафіолетовий кінець спектру, простим оком уже не видно. Ця закономірна низка спектральних ліній і називалася «бальмерівської серією».
Побачивши цю формулу, Бор уже не міг від неї відірватися. У хвилинному прозрінні усвідомилося: ось воно те, чого йому гостро бракувало для розуміння атома! Довгоочікуваний пором. Нині він відправиться. Попереду відкриється берег... Це була одна з поворотних хвилин в історії природознавства.
Якщо психологам творчості потрібен наочний приклад наукового одкровення, кращого знайти. Слово «одкровення» було вимовлено Бором у розмові з істориками — так він сам відчув те, що сталося. А Леон Розенфельд засвідчив:
«Він казав мені не раз: «Щойно я побачив формулу Бальмера, все негайно прояснилося переді мною».
Робота не починається з одкровення. Воно саме результат роботи. Не милість нагоди, а нагорода за працю. Друге дихання утворюється, коли вся мускулатура думки болить.
Минуло десять місяців з того моменту, як думка з КВАНТОВОЇ конституції планетарного атома відвідала Бора і зажила в ньому. І коли він побачив просту формулу Бальмера, за її незнайомими обрисами відразу проступили перед ним давно знайомі контури ще простішої формули Планка для квантів енергії. Це було як наплив на кіноекрані, коли крізь одну особу раптом проступає інше.
Тієї хвилини рука ще не потяглася до перу — через непотрібність: вираховувати на папері ще не було чого. Коротенькі перебудови нескладнихформул миготіли в умі, а уява йшла все глибше в структуру атома. І дивно подумати — туди заманювали думку лише дві нічим не примітні риси в бальмерівській формулі, ті, що одразу вразили Бора: знак віднімання та низка цілих чисел… Тисячі очей протягом десятиліть бачили цей знак мінус і ці цілі числа, а ніхто нічого не зумів побачити за ними!
Що ж побачив Бор?
…Серія світлових сигналів атома водню – це серія порцій світла. Кожна має свій колір, свою частоту. І кожна народжується як різниця двох величин — більшої та меншої. І ясно, що це за величини: перша — енергія атома ДО випромінювання кванта, друга — ПІСЛЯ. (Будь-яка порція чого завгодно описується такою арифметикою: від того, що БУЛО, віднімається те, що ЗАЛИШИЛОСЯ, а різниця - те, що ПІШЛО. Різниця - квант.)
Але прикували себе здивовану увагу особливості обох величин. Тут починалася невідома колись фізика.
Перша - енергія ДО випромінювання, - хоч і була змінною, різною для різних квантів, проте не могла бути будь-якою. Через те, що вона залежала від зміни цілих чисел, їй доводилося змінюватися не плавно, а ПЕРИВИСТО. І ця уривчастість казала: в атомі є низка — пунктирна послідовність — рівнів енергії. Кожен квант, відлітаючи, бере старт зі свого рівня. Червоний – з одного, зелений – з іншого, синій – з третього, фіолетовий – з четвертого. Так для бігунів, що біжать різними доріжками, старти вибудовують східчасто. І не можна зриватися в біг з будь-якого місця, а лише з дозволеної позначки.
Друга величина — енергія атома ПІСЛЯ випромінювання, — навпаки, недарма залишалася однією і тією ж, якою б квант залишив атом, червоний чи зелений, синій чи фіолетовий. Її сталість говорила: в атомі є найнижчий рівень енергії, нижчийякого вона опуститися не може. Так для всіх бігунів лінія фінішу одна.
Але набагато точніше відображав цю картину образ сходів з нижнім майданчиком і сходами, що піднімаються вгору. Бор побачив сходи ДОЗВОЛЕНИХ ПРИРОДОЮ РІВНЬОЇ ЕНЕРГІЇ В АТОМІ.
Рухатися до таких сходів можна було лише зі сходинки на сходинку — стрибнути. Затриматися між сходами природа не дозволяла. І ставало ясно, чому випромінювання викидається з атома порціями, а чи не з поступовою безперервністю.
У формулі — низка цілих чисел.
В атомі — низка рівнів енергії.
На кожному їх атом може перебувати у стійкості до випускання кванта. А в момент випромінювання енергія падає відразу до нижнього рівня невпинним стрибком.
Однак уяві, вічно спраглий зримої наочності, захотілося більшого. Захотілося уявити, як все це фізично відбувається. Принаймні у найпростішому водневому атомі, де тільки один електрон обертається навколо ядра. Як. будується там ці енергетичні сходи?
Крім електрона, нема кому бути її будівельником. І крім його планетних орбіт, нема чому служити її сходинками. Сходи дозволених рівнів енергії побачилися як павутиння дозволених електронних орбіт. Що далі від ядра пролягає орбіта — то вища енергія атома. Чим ближче до ядра, тим нижча енергетична сходинка.
У формулі — низка цілих чисел.
В атомі — низка орбіт електрона.
На кожній із них до моменту випускання кванта електрон, всупереч класиці, нічого не випромінює. А в момент випромінювання він звалюється вниз, і його підхоплює інша — ближча до ядра — орбіта. І він тепер починає обертатися на ній — знову не випромінюючи. А квант залишає атом у процесі самого перескоку електрона. І лише від глибини падіння з орбіти на орбітузалежить величина кванта, що відлітає - його частота. Або колір спектральної лінії.
На екрані тривала зміна напливів. І без жодних викладок на папері тривало прояснення картини, що відкрилася. І настала мить, коли вимагало відповіді неминуче питання: яке ж відношення до частоти випромінюваного світла має частота обертання електрона навколо ядра? І відповідь була єдина: ніякої! Адже там, на своїх стійких стаціонарних орбітах, електрон не випускає електромагнітних хвиль. І, як часто він облітає ядро, для випромінювання атома неістотно. Зникав корінний порок всіх класичних спроб зрозуміти те, що відбувається.
Це була, здавалося б, немислима відмова від наглядного уявлення, що давно утвердилося: з якою періодичністю рухаються заряди у випромінювачі, з такою частотою радіація і йде в простір. Так думали всі — починаючи від Максвелла та Герца, закінчуючи Планком та Ейнштейном. Страшновато виглядала ця відмова, але була як зітхання полегшення: процес випускання квантів остаточно виводився з-під влади класичних правил. Більше вони не тяжіли над думкою, що шукає.
Тепер можна було будувати квантову теорію планетарного атома, не оглядаючись із зайвою довірливістю навіть на власну Пам'ятну записку Резерфорду.
«Звичайно, трохи наївно (і я цілком усвідомлюю це) представляти на такий шкільно-педагогічний лад грандіозний процес творення, який тоді відбувався в голові Бора».
А що було потім, коли минули хвилини розуміння проблеми загалом? Леону Розенфельду згадалося, як працювала думка Бора за пізніших часів:
«Що було потім, я швидко можу уявити собі: він повинен був… терпляче повертати формулу Бальмера у своєму мозку, як повертає геолог у руках знайдений мінерал, розглядаючи його підусіма кутами зору, ретельно досліджуючи всі деталі його структури… промацуючи логічну необхідність кожного етапу своїх роздумів; він мав у миттєвому охопленні зважити слідства з цієї формули, а потім щохвилини піддавати їх перевірці даними досвіду…»