Постулаты Бора

Нильс Бор - знаменитый датский ученый, впервые доказавший несовместимость классических законов физики и атомов. В связи с этим ввел два допущения, известные ныне, как квантовые постулаты Бора. Они опираются на модель атома, некогда предложенную Э. Резерфордом, согласно которой он (атом) имеет строение, подобное строению Вселенной: электроны атома находятся в непрерывном движении вокруг неподвижной частицы - ядра. Первое время подобная модель считалась идеальной и полностью описывающей и объясняющей все опыты, связанные с атомом. Однако позже стало ясно, что ответить на вопрос о факте существования атома и его устойчивости данная модель не в состоянии.

Видео: Атомная физика. Квантовые постулаты Бора. Урок 105

Согласно планетарной модели, движение электронов вокруг неподвижного ядра должно непременно сопровождаться излучением электромагнитных волн, частота которого равняется частоте вращения отрицательно заряженных элементов вокруг центра. Как результат - энергия электрона должна постоянно уменьшаться, что, в свою очередь, ведет к его большему притяжению к ядру. Однако, как показывают опыты, такого не происходит. Атом вообще является устойчивой системой, способной существовать продолжительный период без воздействия влияния извне. Излучение атома можно назвать дискретным, т.е. прерывистым, что, естественно, указывает на факт периодичности изучения, а не его постоянства. Иначе говоря, ученые пришли к выводу о том, что применение классических законов физики для объяснения существования электронов невозможно.

Лишь в 1913 году введенные Бором допущения позволили объяснить на примере атома водорода принципы излучения энергии электронами.

Видео: Природа линейчатых спектров атома водорода (по Бору).

Выводы, сделанные Бором, были эмпирически подтверждены многими учеными того времени. На основе его допущений была создана целая теория, ставшая впоследствии частным случаем квантовой механики. Постулаты Бора выглядят следующим образом:

1. Атомная система излучает энергию, условно названную En, только находясь в квантовых состояниях. В противном случае (при нахождении атома в стационарном состоянии), энергия не выделяется.

Видео: Лекция 2. Модели атома, стационарные состояния и появление квантовой механики.

В данном случае под стационарным состоянием понимается движение электронов по определенным орбитам. Несмотря на фактическое наличие ускоренного движения, электромагнитные волны не излучаются, атом обладает лишь квантовым значением энергии.

2. Второй постулат, чаще всего известный как правило частот, свидетельствует о том, что переход атома из одного состояние в другое (как правило, из стационарного в квантовое) сопровождается выделением или поглощением энергии. Этот процесс осуществляется небольшими порциями - квантами. Их значение соответствует разности энергии состояний, между которыми собственно совершается переход. Второй постулат позволяет вычислить по известным экспериментальным значениям энергий стационарных состояний частоты излучения атома водорода.

Видео: Подготовка к ЕГЭ по физике 2014. Демо вариант А18

Постулаты Бора применимы для объяснения поглощения и излучения света частицей водорода. Собственно, именно таким образом подтверждал некогда свои выводы сам Бор. Постулаты Бора позволили современным ученым построить теорию спектра водорода. Примечательно, что построение количественной теории спектра следующего за ним элемента - гелия - оказалось практически невыполнимым.

Тем не менее, постулаты Бора - физика, положившего крепкий кирпич в фундамент квантовой теории, по сей день являются важнейшими наблюдениями и выводами. В частности, удалось построить теорию поглощения и излучения света, что сделать на основе данных лишь классической физики нереально.

Постулаты Бора позволили вдохнуть новую жизнь в классическую механику. По сей день они остаются неоспоримыми в рамках квантовой механики.