Loading Posts...

Планетарная модель атома

О том, что атом по своему устройству похож на Солнечную систему, первым догадался британский ученый Эрнест Резерфорд (1871—1937). В 1909 г. два физика — немец Ганс Гейгер и новозеландец Эрнест Марсден — под руководством Резерфорда направили поток альфа-частиц (гелиевых ядер, состоящих из двух протонов и двух нейтронов) на фольгу и обнаружили, что не все частицы прошли сквозь металл — некоторые отскочили. Поразмыслив, почему так произошло, Резерфорд нашел такое объяснение: вероятно, ядра гелия натыкались на ядра атомов металла, а поскольку заряд у ядер всегда положительный, при встрече они отталкиваются. Данная гипотеза вдохновила ученого разработать модель атома, актуальную и в наши дни.

Согласно этой модели, посередине атома расположено ядро, заполненное положительно заряженными частицами, а вокруг него движутся отрицательные частицы — электроны. Ядро подобно Солнцу, а электроны напоминают планеты, обращающиеся по круговым орбитам. И если планеты удерживаются на своих орбитах силами гравитации, то электронам в этом помогает электромагнитное поле. Ядро очень массивное: в нем сконцентрирована почти вся тяжесть атома, и от столкновений с легкими электронами ему ни холодно ни жарко — оно спокойно продолжает свой путь. Поэтому альфа-частицы преимущественно проходили сквозь фольгу; с пути сбились только те из них, которым «посчастливилось» столкнуться со столь же тяжелыми ядрами металла.

Читать:  Незримая война советской разведки. Как в НКВД ловили настоящих шпионов

Когда Резерфорд рассказал о своем открытии другим ученым, его планетарный атом сразу же вытеснил «кексовую» модель, созданную Джозефом Томсоном и являвшую собой положительно заряженное облако-тесто, в котором снуют электроны-изюминки (ядрá в модели не предполагалось). Более того, эксперимент, проведенный Марсденом и Гейгером, послужил образцом для всех последующих опытов в сфере ядерной физики — с той поры ученые наблюдали за поведениемэлементарных частиц, стреляя ими по атомам, отдельным ядрам либо целым металлическим пластинам.

Конечно, развитие квантовой теории внесло свои коррективы в модель Резерфорда, ведь Солнечная система относится к видимому макромиру, а атомы — представители микромира, где действуют другие законы. Как позже выяснил датский ученый Нильс Бор, орбиты, по которым перемещаются электроны, — это энергетические уровни, и отрицательные частицы то и дело перескакивают с одного уровня на другой, вследствие чего атом выделяет или поглощает определенные порции-кванты энергии, соответствующие данным уровням. (Ни Земля, ни Марс, ни любая другая планета не смогли бы перепрыгнуть со своей орбиты на соседнюю.)

Читать:  Открытие электронов - важный шаг на пути к пониманию структуры материи

Открытие Бора дало ответ на вопрос, почему электроны не падают на ядро — ведь, по законам нашего макроскопического мира, вращающийся объект движется с равномерным ускорением, постоянно заворачивая к центру, и частица, истратив на вращение всю свою энергию, должна была бы скатиться в самую середину. Помимо того, благодаря исследованиям датского ученого стало ясно, почему спектр излучения атома имеет вид не плавно переходящих один в другой цветов, а четко разграниченных линий; и как можно вычислить длину волны каждого цвета. За это в 1922 г. Бор был награжден Нобелевской премией.

Далее развитием его теории занялся немецкий физик Вернер Гейзенберг (1901—1976). Проводя умозрительные эксперименты, ученый пришел к важному заключению: пока на атом ничего не воздействует извне и он пребывает в устойчивом состоянии, его электроны вращаются по внутренней, самой ближней к ядру орбите. Но стоит только воздействовать на атом (нагреть, толкнуть…), как электроны перейдут на внешний уровень, и у системы появится дополнительная энергия. Вращаясь во внешней оболочке, электроны потратят лишнюю энергию и снова перейдут на внутренний уровень, а атом вернется в устойчивое состояние ― это основное, нормальное состояние атомов: если бы они постоянно были возбуждены, во Вселенной не могла бы образоваться материя.

Читать:  Квантовая запутанность

В 1967 г., уже после смерти Резерфорда, американские ученые из национальной лаборатории SLACповторили его эксперимент, чтобы определить, из чего состоят положительные частицы ядра — протоны. В ускорителе частиц поток электронов был направлен на протоны, и в результате выяснилось, что последние населены неделимыми кварками, которые никогда не выходят из своего «дома», поскольку постоянно взаимодействуют между собой.

Таким образом, Резерфорд задал верное направление развитию теории атома и подарил своим последователям новый метод изучения элементарных частиц. А еще в начале 1930-х он оказал большую поддержку советскому физику Петру Капице (1894—1984), который в течение 13 лет работал вместе с ним в Кавендишской лаборатории Кембриджа. После того как советские власти вынудили Капицу навсегда вернуться в Союз, Резерфорд передал ему все необходимое исследовательское оборудование и принял непосредственное участие в открытии московского Института физических проблем. Можно сказать, развитие физики в Стране Советов стало возможным во многом благодаря великому английскому ученому.

Подпишитесь на новости «Мир Знаний». Введите Ваш email адрес:

Подписаться
Уведомление о
guest
1 Комментарий
старее
новее большинство голосов
Inline Feedbacks
View all comments
виктор
виктор
1 год назад

Автор данной статьи выдвигает идею о том, что время-пространство изначально само по себе, объективно имеет единую природу, динамичную единую форму, проявляющую себя, естественно, на уровне микро-и макромира. Это уже более чем время-пространство, это уже время-пространство-энергия-материя. Или единая первичная элементарная частица (ЕПЭЧ), проявляющая себя как новый научный закон. Доказательство этого положения осуществляется методом построения некой динамической модели времени-пространства-энергии-материи с последующей проверкой ее при объяснении многих современных вопросов квантовой физики и космологии. Скорее всего, можно считать, что единственно приемлемым и единственно возможным первоисточником энергии-материи является замкнутое время – время движется по кругу в пространстве или некая сила замкнутая сама на себя. Основное… Подробнее »