В океане энергии

Бор утверждал, например, что электрон излучает кванты электромагнитной энергии, перескакивая с орбиты на орбиту. Но тогда непонятно, откуда электрон, начиная свой переход, знает, на какой орбите он остановится? Ведь квант электромагнитной энергии электрон излучает сразу, целиком. Отзвуки этих недоумений сохранились до настоящего времени.

Полтора десятилетия, последовавшие за первыми публикациями Бора, получили в истории науки название эпохи бури и натиска- Была предложена не одна, а две теории: матричная механика В. Гейзенберга и волновая механика Э. Шредингера. В дальнейшем, правда, оказалось, что это одна и та же теория, только описанная в разных математических терминах. Создание реальной модели атома потребовало полного отказа от привычных представлений. Ответы на большинство вопросов были получены лишь тогда, когда в 1927 году Вернер Гейзен-берг сформулировал свое знаменитое соотношение неопределенностей.

Мы повторяем эти общеизвестные факты для того, чтобы выделить интересную особенность. До самой последней возможности ученые цеплялись за «твердый мир», состоящий из шариков-электронов и твердых атомных ядер.

Атомы

Что такое атом в соответствии с современными воззрениями? Как и во времена Резерфорда, считается, что атом состоит из положительно заряженного ядра и некоторого количества электронов. Электроны не падают на ядро потому, что электрон вообще не может находиться в определенном месте, будь то ядро или что-нибудь другое. Это объясняется тем, что электрон вовсе не твердый шарик. Любые попытки нарисовать портрет электрона, пользуясь привычными нам образами, усугубляют непонимание. Остается еще раз повторить, что мир не таков, каким мы его себе представляем. Наши органы чувств, в том числе и вооруженные физическими приборами, в большинстве случаев воспринимают не реальную действительность, а усредненные эффекты многочисленных воздействий.

Тем не менее, не умея нарисовать портрет атома, можно с достаточной степенью достоверности описать его количественно. В простейшем атоме водорода, содержащем один электрон, этот электрон занимает объем в полном соответствии с соотношением неопределенностей. При этом электрон обладает совершенно определенным количеством движения. Действительно, если бы количество движения равнялось нулю (т. е. не содержало бы неопределенностей), то объем, занимаемый электроном, должен был бы равняться бесконечности. Наоборот, если бы равнялся нулю объем, то в бесконечность обращалось бы количество движения электрона.

Итак, из соотношения неопределенностей следует определенная величина объема, занимаемого электроном, и определенная величина количества движения. Обладая количеством движения, электрон, а точнее атом, поскольку электрон принадлежит атому со всем своим «имуществом», должен иметь определенный запас кинетической энергии. Минимальным запасом он обладает всегда, даже при температуре абсолютного нуля — этот запас и есть неотъемлемое свойство электрона как такового. Мы снова пришли к уже знакомой нам формулировке основных законов современной физики: можно все, кроме того, что нельзя. В данном случае роль запрета играет соотношение неопределенностей. Произведение из неопределенности в количестве движения на неопределенность местоположения не может быть меньше постоянной Планка.