Эти рассуждения ведут к возможной для молекулы воды конфигурации, состоящей из ядра кислорода с небольшим кольцом из четырёх электронов и двух ядер водорода, расположенных на оси кольца на равных расстояниях от первого ядра и удерживаемых в равновесии двумя большими кольцами с тремя электронами в каждом; последние вращаются вокруг оси системы в параллельных плоскостях и расположены так, что электроны в одном кольце находятся как раз напротив промежутков между электронами в другом. Если представить себе, что такая система распадается вследствие медленного взаимного удаления ядер водорода, то мы должны получить два положительно заряженных атома водорода и атом кислорода с двойным отрицательным зарядом. В последнем внешние электроны должны располагаться в двух трёхэлектронных кольцах, вращающихся в параллельных плоскостях. Принятие такой конфигурации для молекулы воды даёт возможность объяснить сильное поглощение водой инфракрасных лучей и большую величину её диэлектрической постоянной.

До сих пор мы рассматривали только системы, имеющие ось симметрии, вокруг которой по круговым орбитам вращаются электроны. Но в таких системах, как молекула CH₄, мы не можем предполагать существование оси симметрии и поэтому должны отказаться от строго круговых орбит. Требуемая теорией конфигурация молекулы CH₄ является конфигурацией обычного тетраэдрического типа: в центре тетраэдра — атом углерода с очень узким кольцом из двух электронов, а в каждом углу — атом водорода. Химические связи представлены четырьмя двухэлектронными кольцами, вращающимися вокруг отрезков, соединяющих центр с углами. Более детальное обсуждение такого вопроса лежит далеко за рамками представленной здесь теории.

Заключительные замечания

В настоящей работе была сделана попытка развить теорию строений атомов и молекул на основании представлений, введённых Планком для расчёта излучения черного тела, и теории строения атома, предложенной Резерфордом для объяснения рассеяния α-частиц веществом.

Теория Планка рассматривает испускание и поглощение излучения атомным вибратором постоянной частоты независимо от энергии, которой обладают системы в рассматриваемый момент. Но предположение о таком вибраторе включает предположения о квазиупругих силах и несовместимо с теорией Резерфорда, согласно которой все силы, действующие между частицами в атомной системе, обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними. Поэтому, чтобы иметь возможность использовать основные результаты Планка, необходимо вводить новые предположения об испускании и поглощении излучения атомными системами.

В настоящей работе вводятся следующие основные предположения.

1. Испускание (или поглощение) энергии происходит не непрерывно, как это принимается в обычной электродинамике, а только при переходе системы из одного «стационарного» состояния в другое.

2. Динамическое равновесие системы в стационарных состояниях определяется обычными законами механики, тогда как для перехода системы между различными стационарными состояниями эти законы недействительны.

3. Испускаемое при переходе системы из одного стационарного состояния в другое излучение монохроматично и соотношение между его частотой ν и общим количеством излучённой энергии 𝐸 даётся равенством 𝐸 = ℎν, где ℎ — постоянная Планка.

4. Различные стационарные состояния простой системы, состоящей из вращающегося вокруг положительного ядра электрона, определяются из условия, что отношение между общей энергией, испущенной при образовании данной конфигурации, и числом оборотов электронов является целым кратным ℎ/2. Предположение о том, что орбита электрона круговая, равнозначно требованию, чтобы момент импульса вращающегося вокруг ядра электрона был бы целым кратным ℎ/2π.

5. «Основное» состояние любой атомной системы, т. е. состояние, при котором излучённая энергия максимальна, определяется из условия, чтобы момент импульса каждого электрона относительно центра его орбиты равнялся ℎ/2π.

Было показано, что при этих предположениях с помощью модели атома Резерфорда можно объяснить законы Бальмера и Ридберга, связывающие частоты различных линий в линейчатом спектре. Затем были даны руководящие идеи для создания теории строения атомов элементов и образования молекул химических соединений; как мы показали, эта теория в различных пунктах приближённо согласуется с экспериментами.

Близкая связь между этой теорией и современной теорией излучения черного тела и удельной теплоёмкости выявляется отчётливо; кроме того, поскольку, согласно обычной электродинамике, магнитный момент вращающегося по круговой орбите электрона пропорционален моменту импульса, можно ожидать тесную связь и с теорией магнетонов Вейсса. Развитие подобной теории теплового излучения и магнетизма на основе настоящей теории требует всё же введения дальнейших допущений о поведении связанных электронов в электромагнитном поле. Автор надеется позже вернуться к этим вопросам.

6 СПЕКТРЫ ВОДОРОДА И ГЕЛИЯ ^*

^*The Spectra of Helium and Hydrogen. Nature, 1913, 92, 231, 232.

Недавно Фаулер ¹ наблюдал некоторое число новых линий при сильном разряде в водородно-гелиевой смеси. Некоторые из этих линий, очень близко расположенных к линиям серии, которую наблюдал Пикеринг в спектре звезды ζ Кормы; вследствие её простой связи с обычной серией Бальмера она была приписана водороду. Другие линии оказались близки к спектральной серии, которую предсказал Ридберг, назвавший её главной серией водорода. Остальные новые линии имеют простую связь с последней названной серией, но явно не укладываются в теорию Ридберга.

¹ Fowler. Month. Roy. Astr. Soc., 1912, Dec.

Исходя из теории спектров ², основанной на представлениях Резерфорда о строении атома и теории черного излучения Планка, я пришёл к выводу, что новые обнаруженные Фаулером линии не связаны с водородом и все принадлежат гелию, образуя второй спектр гелия, совершенно аналогичный обычному спектру водорода. Эта точка зрения была подтверждена новыми опытами Эванса ³, наблюдавшего спектральную линию 4886 в обычной гелиевой трубке, не показывающей обычные линии водорода. С другой стороны, Фаулер ⁴ привёл возражения против допущения, что эти линии принадлежат гелию. В своем сообщении Фаулер указывает, что обе спектральные серии, названные им первой и второй главными сериями водородного спектра, по его мнению, в пределах ошибок измерения нельзя объединить в одну серию, как это следует из моей теории. Тем не менее я думаю, что эти линии можно объяснить теоретически в удовлетворительном согласии с измерениями.

² N. Bohr. Phil. Mag., 1913, 26, 1.

³ Evans. Nature, 1913, Sept. 4, 5.

⁴ Fowler. Nature, 1913, Dec. 25, 95.

Второй и третий столбцы приведённой ниже табл. 1 содержат найденные Фаулером длины волн новых линий и соответствующие пределы ошибок измерения. Линии обозначены 𝑃₁, 𝑃₂ и 𝑆 в зависимости от того, принадлежат они первой или второй главной серии или резкой побочной серии. Выражения в четвертом столбце являются произведениями длины волны на величину (1/𝑛₁² - 1/𝑛₂²) где 𝑛₁ и 𝑛₂ даны в пятом столбце.

Таблица 1

Серия

λ⋅10

⁸

Пределы

ошибок

λ⋅

⎧

⎪

⎩

1

𝑛₁²

-

1

𝑛₂²

⎫

⎪

⎭

⋅10

¹⁰

(𝑛

₁

; 𝑛

₂

)

𝑃

₁

4685,98