Знаменитая работа Бора, три части которой вышли в июле, сентябре и ноябре 1913 г., стала переломной в развитии физики. Уже в этой работе были выдвинуты принципы, на основании которых были в значительной мере устранены указанные выше трудности, объяснены спектры водородного и водородоподобных атомов. Здесь же намечена та идея, которая приняла окончательную форму в принципе соответствия, и позволила включить этот круг вопросов в общую проблему квантовой теории теплового излучения. Кроме опубликованных трёх частей, в первоначальном варианте статья имела ещё четвертую часть, посвящённую магнетизму. Бор хотел применить свою теорию к объяснению магнитных свойств вещества, но встретившись с большими трудностями, отказался от своего намерения. Сохранившиеся черновые наброски этой части были опубликованы Л. Розенфельдом в 1963 г. [142].

Работа Бора сразу же получила очень широкий отклик среди физиков. Очень благоприятно о ней отозвался Эйнштейн, включился в её развитие Зоммерфельд, признали её безусловную ценность Лоренц, Планк, Резерфорд, Джинс. Новая теория сразу же стала предметом широкого обсуждения. Приведём краткую хронику событий, связанных с её опубликованием: 1913. Июль — опубликована I часть статьи. Сентябрь — опубликована II часть статьи; опубликованы результаты опытов Эванса ³, подтвердившего вывод Бора о принадлежности серии Пикеринга ионизированному гелию; обсуждение теории Бора на собрании Британской ассоциации (доклад Джинса ⁴); дискуссия с Фаулером ⁵ о происхождении серии Пикеринга. Октябрь — открытие эффекта Штарка. Ноябрь — статья Варбурга ⁶, рассмотревшего эффекты Штарка и Зеемана с точки зрения теории Бора; опубликована третья часть статьи Бора; учёт Бором влияния движения ядра на частоту спектральных линий [7]. Декабрь — статья Мозли ¹ о спектре рентгеновского излучения, подтвердившая выводы Бора; доклад Бора на заседании физического общества в Копенгагене [8]; обзор К. Ф. Нестурха ² по теории Бора на русском языке; письмо Резерфорда ³ в Nature со ссылками на теорию Бора. 1914. Дискуссия Ван ден Брук — Никольсон — Линдеман — Бор — Мозли ⁴ о соответствии теории Бора данным по рентгеновским спектрам; обзор Феппля ⁵ об устойчивости модели Бора; статьи Бора [10], Гарбассо ⁶, Герцфельда ⁷ по эффектам Зеемана и Штарка с квантовой точки зрения; опыты Франка и Герца ⁸; открытие серии Лаймана ⁹; теория рентгеновских спектров Косселя ¹⁰; опубликование обзоров теории Бора в России, Германии, Англии, США ¹¹.

³ E. J. Evans. Nature, 1913, 92, 5.

⁴ J. H. Jeans. Report on radiation and the quantum theory. London, 1914; Nature, 1913, 92, 304.

⁵ Nature, 1913, 92, 95—96, 231—233.

⁶ E. Warburg. Verh. D. Phys. Ges., 1913, 15, 1259—1266.

¹ Н. G. J. Моsеlеу. Phil. Mag., 1913, 26, 1024-1034.

² К. Ф. Нестурх. ЖРФХО, ч. физ., 1913, 45, отдел II, стр. 277—289.

³ E. Rutherford. Nature, 1913, 22, 422.

⁴ Nature, 1914, 92, 241—242; 268—269, 500—501, 553—554, 583—584, 630-631; Phil. Mag., 1914, 27, 541—564; 28, 630—632; Phys. ZS., 1914, 15, 894—895.

⁵ L. Föppl. Phys. ZS., 1914, 15, 707-712.

⁶ A. Garbasso. Phys. ZS., 1914, 15, 123, 310.

⁷ К. Herzfeld. Phys. ZS., 1914, 15, 193-198.

⁸ J. Frank, G. Hertz. Verb. D. Phys. Ges., 1914, 16, 457, 512.

⁹ T. Lуman. Phys. Rev., 1914, 3, 504.

¹⁰ W. Коssel. Verb. D. Phys. Ges., 1914, 16, 953.

¹¹ Г. И. фан Левен. Вопросы физики, 1914, 8, в. 6, 153—195; R. Seeliger. Naturwiss., 1914, 2, 285—290; 304—314; N. Campbell. Nature, 1914, 92, 586—587; A. Eve. Science, 1914, 40, 115—121.

6

Спектры водорода и гелия [7]

Ещё в работе [6] Бор показал, что найденные Пикерингом и Фаулером линии, которые ранее на основе теории Ридберга приписывались водороду, хорошо укладываются в квантовую схему, если их отнести к ионизированному гелию. Выполненные Эвансом ¹² опыты с чистым гелием подтвердили правильность выводов Бора. Фаулер ¹³ согласился, что эти линии можно приписать гелию, но считал опыты Эванса неокончательными, поскольку сильный разряд мог вызвать свечение остатков водорода. Кроме тога он указал, что для некоторых линий имеются выходящие за пределы ошибок измерений систематические отклонения от формулы Бора. Тогда Бор показал, что результаты Эванса хорошо согласуются с его формулой, а небольшое различие в значении постоянной Ридберга для водорода и гелия полностью объясняются, если учесть влияние движения атомного ядра на частоту спектральных линий.

¹² E. J. Evans. Nature, 1913, 92, 5.

¹³ A. Fоwler. Nature, 1913, 92, 95, 232.

7

О спектре водорода [8]

Доклад, прочитанный 20 декабря 1913 г. на датском языке в физическом обществе в Копенгагене. Перевод впервые опубликован в [29]. Излагаются основные вопросы квантовой теории строения атома в том объёме, в котором они содержались в [6].

8

Модель атома и спектры рентгеновских лучей [9]

Уже первая работа Бора по квантовой теории строения атома послужила стимулом для более глубокого изучения характеристического рентгеновского излучения. Мозли предпринял широкое изучение высокочастотных спектров разных элементов; оно стало возможным после открытия Лауэ, Фридрихом и Книппингом интерференции рентгеновских лучей, давшей метод точного определения частот. Мозли ¹ установил, что выражение 𝑄=4ν/3ν₀ для всех элементов равнялось 𝑁-1; здесь ν — частота линий 𝐾_α, ν₀=𝑅𝑐, где 𝑅 — постоянная Ридберга, 𝑐 — скорость света. Возрастание величины 𝑄 на единицу при переходе от одного элемента к следующему в периодической системе свидетельствовало о том, что 𝑄 играет фундаментальную роль в характеристике атома. Этим подтверждалась высказанная Ван ден Бруком и использованная Резерфордом и Бором гипотеза, что решающую роль в расположении элементов в периодической системе играет не атомный вес, а заряд ядра, равный атомному номеру. Поскольку в рентгеновских спектрах при переходе от элемента к элементу наблюдались не периодические изменения, которые свойственны оптическим спектрам, а лишь некоторые смещения, было ясно, что рентгеновское излучение обусловлено переходами электронов во внутренних, ближайших к ядру кольцах. Важно, что данные Мозли и количественно хорошо согласовывались с формулой Бора. В своей статье Мозли утверждал, что найденная им связь между частотой линий рентгеновского спектра и атомным номером (закон Мозли) подтверждает правильность теории Бора: «Эти данные являются важным критерием в вопросе о внутреннем строении атома, и решительно подкрепляют точку зрения Резерфорда и Бора».

¹ Н. G. J. Моsеlоу. Phil. Mag., 1913, 26, 1024.

Никольсон и Линдеман ² с разных точек зрения возражали против такой интерпретации. Никольсон, отрицая теорию Бора и подчёркивая трудности, встречаемые этой теорией при объяснении строения атомов более тяжелых элементов, пришёл к вы воду, что между теорией Бора и гипотезой Ван ден Брука существует противоречие, а рентгеновские лучи скорее всего возникают в самом ядре. Линдеман из соображений размерностей выводил разные формулы для частот, которые все согласовывались с данными Мозли и во всех фигурировало место элемента в периодической системе. Поэтому он считал, что опыты Мозли подтверждают лишь гипотезу Ван ден Брука, но не теорию Бора. Ответ Бора, а также Ван ден Брука и Мозли ³ выяснили вопрос, хотя было ясно, что теория ещё не завершена. Блестящие опыты Мозли не могли подтвердить того, что в боровской теории было недоработано (Мозли, например, указывал, на несоответствия, возникавшие при расчётах энергии в предположении, что при излучении электронные кольца перескакивают в новое состояние целиком), но они полностью согласовывались с основными идеями о стационарных состояниях и квантовых переходах.