Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности

Ангстрем умер в 1874 году в возрасте пятидесяти девяти лет. Если бы он прожил дольше, он удивился бы, узнав, что Бальмер, использовав свою формулу, предсказал существование других серий спектральных линий для атома водорода. Эти серии попадают в инфракрасную и ультрафиолетовую области спектра. Бальмер просто положил п равным 1, 3, 4 и 5 и, как и в случае п = 2, позволил т принимать ряд других целочисленных значений. Например, Бальмер предсказал, что при п = 3 и т = 4, или 5, или 6, или 7 существует серия линий в инфракрасном диапазоне. Эта серия линий была открыта в 1908 году Фридрихом Пашеном. Все предсказанные Бальмером серии линий были обнаружены, но никто не мог объяснить, почему его формула оказалась правильной. Какой физический смысл могла иметь формула, полученная подбором, путем проб и ошибок?

Позднее Бор скажет: “Как только я увидел формулу Бальмера, мне немедленно стало все совершенно ясно”22. Спектральные линии атома определяются перескоками электронов с одной разрешенной орбиты на другую. Если атом водорода, находящийся в основном состоянии, /7 = 1, поглощает достаточно энергии, электрон “перескакивает” на орбиту п = 2, соответствующую более высокой энергии. Это значит, что атом находится в нестабильном, возбужденном состоянии и быстро возвращается в стабильное основное состояние, перепрыгнув из состояния с п =

2. в состояние с /7 = 1. Он может это сделать, только испустив квант энергии, равный разности энергий этих уровней. В данном случае это ю,2 эВ. Длину волны соответствующей спектральной линии можно вычислить, используя формулу Планка Е = hv, где v — частота испускаемого электромагнитного излучения.

Электроны, перепрыгивающие с нескольких более высоких уровней на один и тот же более низкий уровень энергии, приводят к образованию четырех спектральных линий серии Бальмера. Размер излучаемого кванта энергии зависит только от начального и конечного состояния. Именно из-за этого формула

Бальмера дает возможность правильно рассчитать длины волн серии спектральных линий, если положить п = 2 и считать, что т поочередно принимает значения з, 4, 5 или 6. Формула Бальме ра позволила Бору рассчитать и другие спектральные серии, ко торые получаются, если зафиксировать самый низкий энергети ческий уровень, на который может прыгнуть электрон. Напри мер, если перескоки электрона заканчиваются уровнем п = 3 получается серия Пашена из инфракрасной области спектра а перескоки, заканчивающиеся на уровне п = 1, генерируют так называемую серию Лаймана в ультрафиолетовой области23.