Избранные научные труды. Том 1

Чтобы удовлетворить закону Кирхгофа, необходимо ввести такие предположения о механизме поглощения излучения, которые соответствовали бы используемым при рассмотрении испускания. Так, мы должны предположить, что система, состоящая из ядра и вращающегося вокруг него электрона, при определённых условиях может поглощать излучение, частота которого равна частоте монохроматического излучения, испускаемого при переходе системы между стационарными состояниями. Рассмотрим испускание излучения при переходе системы между двумя стационарными состояниями 𝐴₁ и 𝐴₂ которым соответствуют значения τ, равные τ₁ и τ₂ где τ₁ > τ₁ > т,. Подобно тому как необходимым условием испускания рассматриваемого излучения было пребывание системы в состоянии 𝐴₁ мы должны допустить, что необходимым условием поглощения излучения является пребывание системы в состоянии 𝐴₂.

Эти соображения кажутся соответствующими опытам по поглощению в газах. Например, в газообразном водороде при нормальных условиях нет поглощения излучения, соответствующего линейчатому спектру этого газа; поглощение наблюдается у водорода только в светящемся состоянии. Это можно было ожидать из всего сказанного. На стр. 91 мы предположили, что указанное излучение будет испускаться только в том случае, если переход системы происходит между стационарными состояниями, для которых τ ≥ 2. Но состояние атома водорода в нормальных условиях соответствует τ = 1. Кроме того, атомы водорода при нормальных условиях соединяются в молекулы, т. е. в системы, у которых частота электронов отличается от их частоты в атомах (см. часть III). Из того факта, что некоторые вещества, например пары натрия, поглощают в несветящемся состоянии излучение тех линий, которые соответствуют линейчатому спектру излучения этих веществ, мы можем заключить, что излучение, соответствующее упомянутым линиям, испускается при переходах системы между двумя состояниями, одним из которых является основное.

Насколько сильно приведённое выше объяснение отличается от объяснения, основанного на обычной электродинамике, видно наиболее ясно из того факта, что мы вынуждены были допустить поглощение системой электронов излучения, частота которого отличается от частоты колебаний электронов, вычисленной обычным образом. В этой связи будет интересно упомянуть об одном обобщении, вызванном опытами по фотоэффекту; они могут пролить некоторый свет на указанную проблему. Рассмотрим такое состояние системы, в котором электрон свободен, т. е. он обладает достаточно большой кинетической энергией, чтобы удалиться от ядра бесконечно далеко. Если предположить, что движение электрона описывается обычной механикой и что нет (заметного) излучения энергии, то полная энергия системы (как и в ранее рассмотренных стационарных состояниях) постоянна. Должна существовать полная непрерывность между обоими видами состояний, потому что различие между частотами и размерами системы в последовательных стационарных состояниях убывает с возрастанием τ. В дальнейшем ради краткости мы назовём оба упомянутых вида состояний «механическими», подчёркивая этим только то предположение, что движение электрона в обоих случаях может быть описано обычной механикой.

Продолжая аналогию между двумя видами механических состояний, мы могли бы ожидать, что поглощение излучения возможно не только при переходе системы между двумя различными стационарными состояниями, но и между стационарным состоянием и состоянием, в котором электрон свободен. Как и раньше, частота этого излучения должна определяться равенством 𝐸=ℎν, где 𝐸 — разность полных энергий системы в обоих состояниях. Как мы увидим, такое поглощение в точности совпадает с тем, которое наблюдается в опытах по ионизации ультрафиолетовым светом и рентгеновскими лучами. Очевидно, этим путём получается такое же выражение для кинетической энергии электрона, вырванного из атома под действием фотона, как и выведенное Эйнштейном ¹, т. е. 𝑇=ℎν-𝑊, где 𝑇 — кинетическая энергия вырванного электрона, a 𝑊 — общая энергия, выделенная при первоначальном присоединении электрона.

¹ A.Einstein. Ann. d. Phys., 1905, 17, 146 (см. перевод: А. Эйнштейн. Собрание научных трудов. М., 1966, т. III, стр. 104.— Ред.).