Иное толкование результатов экспериментов Резерфорда

На основе своих экспериментов с альфа-частицами в 1911 г. Эрнест Резерфорд (1871-1937) пришёл к выводу [1], что составляющие элементов атома – электроны и ядро, имеют в сумме очень незначительный объём по сравнению с объёмом атома как целого. Пример подобного мы уже имеем в природе – это планетная система со звездой в центре. Здесь огромный объём системы создаётся за счёт движения (лёгких) планет вокруг (тяжёлой) центральной звезды на огромных расстояниях от неё. За счёт кругового движения планет сила притяжения звезды уравновешивается центробежной силой. Поэтому планеты находятся в состоянии динамического равновесия и не падают на звезду. Отрицательно заряженные (лёгкие) электроны также испытывают силу притяжения со стороны (тяжёлого) положительно заряженного ядра.

Напрашивающейся аналогии возможного построения атома мешало единственное: по законам классической физики (до 1900 г.) вращающиеся вокруг некоторого центра электроны должны излучать и, следовательно, терять энергию. По этой причине вращающиеся вокруг ядра электроны должны были бы вскоре упасть на ядро. Резерфорд пришёл к выводу, что разрешить это противоречие может единственное логическое заключение: если электрон не падает на ядро, значит он не излучает энергию при своём вращательном движении вокруг ядра. (Имелось ввиду – в микромире, при малых расстояниях между электроном и ядром).

Однако это был не единственный логичный выход из указанного положения. Разрешения противоречий, стоявших перед Резерфордом, можно было искать и на основании следующего логического вывода: если электрон никогда не сталкивается с ядром, значит существует сила, которая этому препятствует. Более традиционно эта мысль выражается в форме гипотезы (предположения), которая должна звучать так:

Сила притяжения между электроном и ядром атома в непосредственной близости между ними (в микромире) переходит в силу отталкивания.

Предполагается, что сила отталкивания растёт по мере сближения так быстро, что соприкосновение между электроном и ядром в естественных условиях невозможно.

Предложенная модель атома не излучает энергии сама по себе и может выдержать любое сжатие

Сделанное предположение даёт совсем иное, но решение проблемы, стоявшей перед Резерфордом. Атом может занимать огромный объём по сравнению с объёмом, занимаемым его составными частями, но электрон при этом не обязан вращаться вокруг ядра. Но может ли эта модель (которая в этой статье понимается как очень несовершенная, неразвитая) соответствовать действительности?

Сделанное предположение создаёт в микромире новые отношения между различно заряженными элементарными частицами: они отталкиваются друг от друга. Одинаково заряженные частицы, как мы знаем, всегда отталкиваются. Поэтому атом, имеющий много электронов, может существовать без того, чтобы электроны обязательно находились во (вращательном) движении. Одиночный атом, имеющий неподвижные электроны, не излучает энергии. С энергетической точки зрения он устойчив.

Если различно заряженные элементарные частицы в непосредственной близости отталкиваются друг от друга, а одинаково заряженные частицы всегда отталкиваются, то мы приходим к следствию, что все атомы в непосредственной близости отталкиваются друг от друга. (Атомы, образующие молекулы, находятся всё ещё достаточно далеко друг от друга.) Отсюда следует, что все вещества могут выдержать равномерное всестороннее давление любой величины. Нам известно, что это следствие соответствует действительности. Конечно, это следствие всего лишь побочный продукт сделанного предположения, но важно, что оно правильное. Оно может служить дополнительным аргументом в пользу близости к действительности сделанного предположения.

Предложенная модель атома устойчива, но излучает энергию в ответ на любые воздействия

Полученная модель атома не только энергетически стабильна (не излучает энергии сама по себе), но и является колебательной системой. Если электрон немного подтолкнуть, он выйдет из положения равновесия, но при этом возникнет сила, стремящаяся вернуть его в это положение. Поэтому при любом возмущении электрон начнёт колебаться и, в полном соответствии с законами классической физики (до 1900 г.), будет излучать энергию. Вследствие этого возникшие колебания будут затухать и электрон вернётся к состоянию статического равновесия.

То, что электрон при любом, даже очень малом возмущении, излучает энергию, соответствует действительности. Тепловые излучения атомов регистрируются уже при очень низких температурах, когда до световых излучений ещё очень далеко. (По модели атома Бора подобное невозможно, однако говорить об этом, как уже было сказано, не соответствует правилам хорошего тона.)

Предложенная модель атома очень стабильна и в том смысле, что при любом возмущении электрона (кроме столь большого, что оно ведёт к ионизации) атом сам по себе возвращается к состоянию равновесия. Модель проста, положение электрона легко может быть рассчитано.