Избранные научные труды. Том 1

Последняя статья этой серии [34] была опубликована в мае 1923 г. Здесь для построения всей периодической системы путём рассмотрения последовательного связывания электронов в поле ядра используется уже вся совокупность данных по оптическим и рентгеновским спектрам, по химическим и магнитным свойствам веществ. Конфигурация орбит в электронной оболочке классифицируется с помощью трёх квантовых чисел; но ограничение числа электронов на каждой оболочке представляло фактически дополнительную гипотезу, необходимую для объяснения эмпирических данных. Эта гипотеза в некоторой мере может рассматриваться как предшественница принципа запрета Паули. Аргументация, лежащая в основе этой гипотезы, не была достаточна обоснована; она оправдывалась необходимостью объяснить особую устойчивость заполненных электронных оболочек, имеющую фундаментальное значение для интерпретации периодичности в свойствах элементов, расположенных в порядке возрастания» заряда ядер.

Вопрос о том, насколько глубоко методы и представления классической механики совместимы с квантовой концепцией, обсуждался ещё в апреле 1921 г. на III Сольвеевском конгрессе по физике. (Труды этого конгресса были опубликованы в 1923 г.) Бор из-за болезни не мог присутствовать на конгрессе, и его доклад «О применении квантовой теории к атомным проблемам» был зачитан Эренфестом, в собственном докладе которого «Принцип соответствия» также обсуждались эти вопросы.

24

О применении квантовой теории к строению атома. I. Основные постулаты квантовой теории [36]

Работы, написанные в 1921—1922 гг. ([24], [28], [32], [33], [34]), завершают второй период развития боровской квантовой теории атома, период преимущественного использования принципа соответствия и связанных с ним идей. Несмотря на многие удачи, оставалось множество невыясненных вопросов. Естественно стремление Бора вновь и вновь возвращаться к осмысливанию основ своей теории. Этому и посвящена настоящая статья, которая должна была стать первой в серии статей, посвящённых квантовой проблеме. Но как это случалось и раньше, этому замыслу не суждено было осуществиться: события опередили автора и Бор постепенно вынужден был отказываться от значительной части представлений, которые должны были лечь в основу этих работ.

В работе подробно анализируются постулаты квантовой теории и основные методы, позволившие решить ряд существенных задач: метод возмущений, метод разделения переменных, методы, основанные на принципе соответствия и принципе адиабатической инвариантности. Возвращаясь к вопросу о формальном характере квантовой теории и отмечая необходимость построения на основе этой теории единой картины физических явлений, Бор подчёркивает те принципиальные трудности, которые возникают при попытках указать природу появления дискретностей в атомных процессах, исходя из понятий классической электродинамики. При этом он считает, что ни гипотеза световых квантов, ни принцип связи [см. (16)] не могут дать удовлетворительного решения.

Обращает на себя внимание, что в этой работе Бор впервые обращается к квантовой трактовке таких оптических явлений, которым в предыдущих работах не уделялось внимания: интерференции, отражению и особенно дисперсии. Проблема дисперсии стала одной из основных ¹. Поскольку нельзя было дать общее описание явлений, пользуясь классической формулировкой законов сохранения энергии и импульса, Бор считал необходимым отказаться от всеобщей применимости этих законов к атомным процессам, сохраняя, вместе с тем, «более пригодные для развития квантовой теории» принципы соответствия и адиабатической инвариантности.

¹ См., например: «Нильс Бор. Жизнь и творчество». М., 1967, стр. 9.

25

Квантовая теория излучения [38]

Развивая намеченную в предыдущей работе идею об ограниченности законов сохранения энергии и импульса в атомных процессах, авторы ищут путь к последовательному и полному описанию оптических явлений, происходящих при прохождении света через вещество, и одновременно учитывающему тесную связь этих явлений с атомными спектрами. Считая, что непрерывный характер оптических явлений не позволяет дать простую интерпретацию, основанную на простой причинной связи с процессами квантовых переходов в атомах, они отвергают решения, предлагаемые гипотезой световых квантов (например, при объяснении незадолго до этого открытого эффекта Комптона). Предлагаемая концепция «виртуального» поля излучения подчёркивала статистический характер законов сохранения энергии и импульса в атомных процессах, поскольку предполагалось, что между индуцированными энергетическими переходами в атоме и имевшими место ранее переходами в атоме-излучателе нет прямой причинной связи. Именно такая независимость процессов перехода рассматривалась как единственный способ описания взаимодействия между излучением и атомами среды.