Бор теориясының қиындықтары

Физиканың революциялық түрлену процесі 20- шы жылдардың екінші жартысында жаңа ғылыми жүйені жасаумен аяқталды.Бұл жүйе кванттық механика болды, ол 1925-1930 жылдары құрылды.

Бора теориясы басында ақ жауапсыз қалған көптеген сауалдарды туындатты. Бұл сауалдар Резерфордқа бірінші мақаланың қол жазбасын талқылауда қойылды. Бора және классикалық механика идеяларының үйлесуін қалай түсінуге болады, онда кванттық толқулар үшін орын жоқ Электрон қай орбитаға секіру керектігін қайдан біледі. Алайда Бора теориясының жетістіктері спектрларды түсіндіргенде бұл қарама –қайшылықтарды ұмытуға мәжбүрледі. Сонымен қатар алғашқы теорияға көптеген кемішіліктер бар екендігін көрініп тұрды. Бұл әсіресе Зееманның эффектісінде айқын болды.

1986 жылы голандық физик Питер Зееман тәжрибе жасады. Натрий алауын ол электрмагнит жолақтарының арасына орналастырды және спектроскопта оның спектрін бақылады. Электромагниттің осі бойыншак канал тесілді, сондықтан құбылысты аумақтың перпендикуляр күштік жолақтарыменде бақылауға болады. Аумақты тік бақылағанда v1 және v2тербелу жилігінмен екі жолақ байқалады. Барлық үш жолақтар поляризацияланған.

1897 жылы Лоренц эффекттің қарапайым теориясында электрондар атомдарда циклдік жилікпен шеңбер бойы қозғалыс жасайды. Магниттік аумақта оларға Лоренц күші әсер етеді және қамту жилігі көлемге өзгереді. Лармор 1899 жылы магниттік аумақтың әсерін волчакқа ауырлық аумағының әсері ретінде талқылады. Лармор- Лоренц түсініктемесі электрондық теорияның атақты жетістіктері болып табылды. 1902 жылы Зееман және Лоренцтерге Зееман эффектісін ашқандығы және түсіндіргені үшін Нобел премиясы ұсынылды.

Құрылымда туындаған сауалдар атомның магниттік қасиеттері жайлы сауалдармен тығыз байланысты болды. Д.С. Рождественский өзінің баяндамасында спектралдық жолақтардың дублеттері және триплеттері электрондардың қозғалысымен туындаған магниттік күш әсеріне негізделген. О.Штерн және В.Герлах 1921 жылы біртекті емес магниттік аумақ арқылы молекулалық топты өткізді және магниттік мезеттің атомадрында болатындығын дәлелдеді. Бірақ тәжрибе бөлшектері Бора теориясына орнатылды. Әсіресе күрделі жағдай жарық теориясында туындады. Энштейн өзінің классикалық жұмысында 1917 жылы жарық квантында жарықтың корпускулярлық теориясы жағына одан әрі қадам жасады. Ол атом жарық квантын ата отырып шағылыстыратындығын болжады. Сонымен қатар барлық материалдық бөлшектердің қасиеттеріне ие. Бұл идея Артур Комптон американдық физикпен жасалынған жаңалықтарында керемет айқындалуға ие болды. 1922 жылы Комптон заттармен рентгендік сәулелердің тарауын зерттей отырып тарау бұрышына байланысты өзгереді. Тарау бұрыштарының артуымен ол өмендейді. 1927 жылы Комптонға осы эффекттіні ашқандығы үшін Нобел премиясы ұсынылды. 1923 жылы А.Комптон және оған тәуелсіз П.Дебай «Комптон эффектісі» теориясын берді.1924 жылы Бор Г.Крамерспен және Дж.Слэтермен бірге «Кванттық сәулелену теориясын» мақаласын жазды. Қиын жағдайдан шығуды іздеуде авторлар сәулеленудің және атом жарығының жұтылуын бөлек актілере энергияның сақалу заңын қолдану қажеттілігінен бас тарту қажеттігін болжады. Алайда Бор, Крамерс және Слэтер болжамдары тәжрибешілермен жоққа шығарылды. Бормен және оның достарымен бұдан шығатын жол әлі де табылған.

2. Де-Бройль идеясы

1923- жылы академик ғалым Де-Бройльдың Парижде өткен статиясын жариялануында: «Толқындық квант», «Жарық кванты,дифракциясымен интерференциясы» және «Ферми принципі кванттық кинетикалық газды теориясы»,жаңа идея туындауы әсерінен «дуализмге апаратын жарық сәуленің қозғалысы» туралы айтылды.

Де-Бройль бірнеше толқындық процесстердің дененің қозғалыс жылдамдығын деп көрсетті.

Бұл толқын жиілігі Е ² осы бағытпен қозғалады. Де-Бройльдың ары қарай көрсетуі бойынша энергияның қозғалысы тұйықталған жүйеде бірқалыпты жылдамдықпен, жарық жылдамдығынан азығырақ траекториясында тұрақты болады.Ол толқының толық әсерінен тұрақты болады.Бүл Бордың квантық теориясымен сәйекс келеді. Де-Бройльдың бекітуінше табиғаттың толқындық жүйесі және оның бөлшектенуі жаңа механикалық тұжырымы бұрынғы механикалық тұжырымына сәйкес келеді,яғни «толқындық оптика мен геометриялық оптика» сәйкес келеді.

25 қарашада Де-Бройль «кванттық теориясының зертелуі» атты докторлық десертатциясын қорғады.Кейбір ғалымдар бұл кезеңді «механикалық толқынның басталу идеясы» деп тұжырымдады.1929 жылы осы идеясы үшін Нобель сыйлығымен марапатталды. Де-Бройль статясы бірден қолдау тапқан жоқ.Бұл статя Де-Бройльдың статясынан соң 5 жылдан кейін электрондардың дифракциясын анықтау кезінде дәлелденді.

Бірақ Де-Бройльдың идеясына Эйнштеин мен Шредингер үлкен мән берді,оздерінің жұмысының дұрыс болғандығына көз жеткізді.1911-13 жылдары ашылған Фермидің «кванттық кинетикалық теориясына» Де-Бройль сүйенді.Планк пен Нернст және Сакуран мен Тетроде газдың статистикасын және жарықтың кванттық статистикасын анықтады.

Сакуран мен Тетроде кванттық теорияның идеясын негізге ала отырып,газдың фазалық көлемі h³ тең екендігін айтты.Планк бұл идеяны қолдады және оны Нернст теоремасымен байланыстырып,алғаш рет кванттық теорияменде байланыстырды.

Сосын Де-Бройль өзінің идеясы осы толқындық материясының заңдылығын бекіту негізінде Максвеллдің газдың бұлінуі және Планктың жарық кванты формуласын қолданды.