Революция в физике - [39]
Теория теплоемкостей, основанная на квантовой гипотезе, была предложена Эйнштейном и Линдеманом, а затем Дебаем, Борном и Карманом. Эта теория легко объяснила отклонения от закона Дюлонга и Пти и зависимость теплоемкостей от температуры. Более того, теория теплоемкостей оказалась применимой, mutatis mutandis, также и к газообразным телам. В частности, она позволила понять, почему внутренние степени свободы сложных молекул оказываются при низких температурах как бы «замороженными», факт совершенно необъяснимый с точки зрения классической статистической механики.
Все эти результаты были серьезным подтверждением квантовой гипотезы. Основанные на ней расчеты верхней границы непрерывного спектра рентгеновских лучей, возникающих при бомбардировке антикатода ускоренными электронами, также подтвердили ее справедливость.
Все формулы, полученные с помощью квантовой теории, содержат постоянную Планка h. Сравнение их с экспериментальными данными позволяет определить ее численное значение. Полученные всеми этими различными методами значения постоянной Планка оказались чрезвычайно близки между собой.
Итак, к 1913 г. гениальная гипотеза Планка была подтверждена многочисленными фактами. Появившаяся в это время теория атома Бора принесла ей новое, блестящее подтверждение, показав, до какой степени само строение материи связано с существованием квантов.
Глава VI. Атом Бора
1. Спектры и спектральные линии
Невозможно непосредственно изучать внутреннее строение атома, этого микромира невообразимо малых размеров, характеризуемого процессами, недоступными нашему прямому восприятию. Структура атома проявляется только косвенно в явлениях макроскопического масштаба, которые как-то связаны с его внутренним строением.
К числу этих явлений относится, в частности, излучение атомов, возбуждаемых термически или посредством внешнего электрического поля. Это излучение характеризует определенные свойства атома, поскольку оно связано с процессами, протекающими внутри него. Исследование свойств этого излучения позволяет получить некоторые сведения о внутренней структуре атома. Таким образом, изучение и классификация оптических спектров излучения различных атомов приобретает большое значение.
Эта задача, однако, отнюдь не проста, поскольку оптические спектры имеют очень сложный характер и при исследовании невидимой простым глазом инфракрасной и ультрафиолетовой частей спектра необходимо пользоваться сложной специальной аппаратурой. Однако мало-помалу, в результате тщательных и кропотливых исследований ученым удалось установить некоторые общие закономерности в характере спектров и найти эмпирические законы, которым они подчиняются. Прежде всего было замечено, что спектральные линии всех элементов можно разбить на семейства или, как говорят в физике, серии, причем структуры соответствующих серий, относящихся к различным химическим элементам, оказались очень схожи между собой. В пределах одной серии расположение различных спектральных линий имеет вполне определенный характер и может быть описано простой математической формулой.
В частности, в 1885 г. Бальмеру удалось найти формулу, описывающую распределение спектральных линий видимого спектра атома водорода, получивших название серии Бальмера. Эта формула определяет частоту, соответствующую последовательным линиям серии Бальмера, как функцию целого числа. Исследования излучения, проведенные в невидимой части спектра, показали существование серий, расположенных в ультрафиолетовой (серия Лаймана) и инфракрасной областях (серии Пашена, Бэккета, Пфунда), и в каждой из этих серий формулы, определяющие расположение спектральных линий, совершенно аналогичны формуле, полученной для серии Бальмера.
Подобные же спектральные серии, хотя и обладающие более сложной структурой, имеются не только у водорода, но и у некоторых других элементов, у щелочных металлов. В каждой такой серии расположение линий определяется формулой, аналогичной формуле Бальмера, т.е. частота, соответствующая какой-либо линии этой серии, выражается в виде разности двух слагаемых, одно из которых зависит только от номера серии и постоянно для всех линий данной серии, а второе определяется номером линии в этой серии. Такой специфический вид этой формулы и объясняет, в частности, то, что частота некоторой спектральной линии часто оказывается равной сумме частот, соответствующих каким-либо двум другим линиям спектра. Этот факт был установлен экспериментально и позволил Ритцу открыть общий закон, носящий название комбинационного принципа и ставший основой всей современной спектроскопии.
Комбинационный принцип можно сформулировать следующим образом: для каждого атома возможно найти последовательность чисел, называемых спектральными термами этого атома, таких, что частоты всех спектральных линий данного атома будут выражаться в виде разности двух каких-либо спектральных термов. Как аддитивные свойства частот, так и соотношения, определяющие расположение спектральных линий в различных сериях, легко могут быть получены из комбинационного принципа. Справедливость его можно считать неоспоримо подтвержденной многочисленными экспериментальными данными. Но обоснование его связано с разгадкой строения атома и должно объяснить, как и какими именно процессами перестройки внутренней структуры атома вызывается излучение волн с частотой, соответствующей какой-либо спектральной линии. Таким образом, перед теоретической физикой встала важная и неотложная задача теоретического обоснования комбинационного принципа Ритца.
Андре-Мари Ампер создал электродинамику — науку, изучающую связи между электричеством и магнетизмом. Его математически строгое описание этих связей привело Дж. П. Максвелла к революционным открытиям в данной области. Ампер, родившийся в предреволюционной Франции, изобрел также электрический телеграф, гальванометр и — наряду с другими исследователями — электромагнит. Он дошел и до теории электрона — «электрического объекта», — но развитие науки в то время не позволило совершить это открытие. Плоды трудов Ампера лежат и в таких областях, как химия, философия, поэзия, а также математика — к этой науке он относился с особым вниманием и часто применял ее в своей работе.
Мировое пространство – мир. Мир – это бесконечное пространство во всех измерениях, это объективная реальность ни от чего не зависящая, существующая сама по себе. Мировое пространство – это безграничная, бесконечная пустота. Космос – это пространство между отдельными космическими объектами.
Книга М. Ивановского «Законы движения» знакомит читателей с основными законами механики и с историей их открытия. Наряду с этим в ней рассказано о жизни и деятельности великих ученых Аристотеля, Галилея и Ньютона.Книга рассчитана на школьников среднего возраста.Ввиду скоропостижной смерти автора рукопись осталась незаконченной. Работа по подготовке ее к печати была проведена Б. И. Смагиным. При этом IV, V, VI и VII главы подверглись существенной переработке. Материал этих глав исправлен и дополнен новыми разделами.
Существует ли окружающий мир и таков ли он, каким нам представляется? Что такое материя и движение? Есть ли целесообразность в природе? Является ли возникновение сознания неразрешимой загадкой? Эти и многие другие вопросы разбирает в своей книге известный популяризатор науки писатель Игорь Адабашев. Книга убедительно показывает, что человек способен познать окружающий мир, что «мировые загадки», о которых говорят христианские богословы и философы-идеалисты, не что иное, как еще не познанные, но вполне познаваемые явления природы.
Большая история – новое исследовательское направление, в рамках которого изучается единый преемственный процесс развития Вселенной – с момента Большого взрыва до настоящего времени. Междисциплинарный проект The Big History Project был основан Биллом Гейтсом и Дэвидом Кристианом с целью разработки целостного курса истории космоса, Земли, жизни и человечества и преподавания его во всем мире. Эта книга, написанная на стыке естественных и гуманитарных наук – физики, геологии, астрономии, истории, социологии и других, – насыщенное обобщение новейших научных представлений о рождении и развитии Вселенной, Солнечной системы, океанов, гор и минералов, всего живого на Земле и о динамике, которую порождают человеческие достижения и культура. Начиная с того, что рождение Вселенной – это такое же чудо, как и все остальное в современной истории происхождения мира, вместе с автором вы проследите увлекательные этапы появления и усложнения элементов нашего мироздания, логику их совершенствования – и риски разрушения.
Симметрия и асимметрия в математике, искусстве, философии, астрономии, зоологии, анатомии, химии, ядерной физике — предмет волнующих открытий для всех любознательных. Почему у нарвала бивень имеет левую «резьбу»? Будут ли марсианские асимметричные вирусы пагубны для космонавтов, а земные — для марсиан? Что такое «бустрафедон» и какое это отношение имеет к двум крупнейшим научным открытиям последнего десятилетия — ниспровержению физиками закона сохранения четности и открытию биологами винтообразного строения молекулы, которая несет генетический код? Об этом и еще очень многом из правого, левого мира вы сможете прочитать в этой живой и занимательной книге.