Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Действительно, самыми простыми спектрами обладают щелочные металлы, стоящие в начале периодов, — в первой группе. Это означает, что в них имеется, по сути, один свободно смещающийся электрон. Все же остальные электроны прочно связаны в целиком заполненных электронных слоях (§ 3.3), а потому они вносят лишь небольшие стандартные искажения спектра. Вот почему спектры щелочных металлов очень напоминают водородный спектр, подчиняясь почти тем же зависимостям [74]. Элементы второй группы имеют уже два свободно смещающихся электрона, которые могут образовывать гораздо больше комбинаций положений в атоме, соответственно, и спектр этих элементов сложнее. И так далее: чем больше электронов, тем сильней усложняется спектр, если только новые электроны не образуют устойчивых симметричных конфигураций и не окажутся прочно связаны в слое, скажем, — вдоль его периметра. Впрочем, с приближением к концу периода, когда свободных мест остаётся всё меньше, электроны всё неохотней отрываются от слоя и образуют меньше разных комбинаций, поэтому, к концу периода спектр может даже упрощаться. Наконец, у инертных газов, где все электроны должны быть прочно связаны в слое (Рис. 106), необходимо отделение одного или нескольких электронов от слоя — для генерации спектра на электронном уголке. Это объясняет связь характера спектра с положением элемента в таблице Менделеева, с его химическими свойствами. А именно: число электронов, которые может отдать или принять атом для образования химической связи, задаёт также число электронов, способных переходить из крайнего электронного слоя в плоскость, где происходит генерация спектра (Рис. 107), с образованием там разных конфигураций и усложнением спектра взаимным влиянием.

Объясняет взаимодействие электронов и то, почему многие из сложных атомов имеют мультиплетный спектр: каждая спектральная линия окружена близкими линиями-спутниками. Вероятно, причина этого в том, что внутриатомные электрические поля остальных электронов слегка смещают генерирующий электрон от равновесного положения. Соответственно, меняется магнитное поле возле электрона и генерируемая его колебаниями частота линии. Разным положениям окружающих электронов в атоме отвечают разные позиции генерирующего электрона возле узла. А, потому, вместо одной линии в сложных атомах мы наблюдаем группу близко расположенных линий, за каждую из которых отвечают свои атомы. Интенсивность линии определяется процентом атомов, её генерирующих, то есть, — вероятностью для электронов занять соответствующие положения в атоме [104]. Поэтому, как показал ещё Ритц, чем ближе к границе серии, то есть, — чем выше m

в формуле f= Rc

[1/ n ²

–1/ m ²

] и чем дальше электрон от оси и начала координат, тем ниже интенсивность линии, поскольку электрону сложнее удержаться в дальних узлах. По той же причине, линии становятся всё более размытыми: электроны и позитроны в остове дрожат за счёт теплового движения, как атомы в простом кристалле (§ 3.14). Чем дальше электрон, тем сильней это сказывается, и тем его положение всё менее стабильно, соответственно, — и линии более размыты [104].

Так же, и запрещённые линии не высвечиваются отнюдь не от запрещающих переходы квантовых правил отбора, а — от малой устойчивости соответствующих положений электрона в атоме, а, значит, — малой интенсивности линии. Как показал Ритц, в электрической искре спектральные серии содержат меньше линий: серия обрывается раньше, опять же, — потому, что в мощных электрических полях искры, за счёт сильных и частых соударений атомов, электроны уже не могут удержаться в крайних, малоустойчивых положениях, и соответствующие линии не высвечиваются [104]. И, напротив, в спектрах газовых туманностей, где газ крайне разрежен и холоден, а столкновения весьма редки и слабы, запрещённые линии, невозможные по квантовой теории, — наблюдаются. Ведь там электроны получают возможность длительно удерживаться даже в крайних малоустойчивых положениях, высвечивая соответствующие линии.

Итак, интенсивность данной спектральной линии определяется процентом атомов, генерирующих эту линию, то есть, в конечном счёте, — вероятностью занятия электроном соответствующего положения в атоме, задаваемой устойчивостью данного положения, в котором может случайно оказаться то или иное число электронов из ансамбля атомов. Подобный вероятностный подход к определению интенсивности спектральных линий был развит и в квантовой теории, в частности, — Эйнштейном, опять же без всяких ссылок на Ритца, поэтому сейчас говорят просто о коэффициентах Эйнштейна, задающих вероятности атомных переходов. Ритц же не только предложил эту идею гораздо раньше, но и развил её целиком в рамках классического подхода, поскольку вероятность у него связана не с физическим индетерминизмом, неопределённостью, а — со случайным, хаотическим движением атомов и электронов в них, аналогичным случайному движению броуновских частиц (§ 4.13).