აღმოჩენები ატომის სტრუქტურის სფეროში გახდა მნიშვნელოვანი ნაბიჯი ფიზიკის განვითარებაში. რეზერფორდის მოდელს დიდი მნიშვნელობა ჰქონდა. უფრო ზუსტად და დეტალურად არის შესწავლილი ატომი, როგორც სისტემა და მისი შემადგენელი ნაწილაკები. ამან განაპირობა ისეთი მეცნიერების წარმატებული განვითარება, როგორიცაა ბირთვული ფიზიკა.
ძველი იდეები მატერიის აგებულების შესახებ
ვარაუდი, რომ მიმდებარე სხეულები შედგება უმცირესი ნაწილაკებისგან, გაკეთდა ძველ დროში. იმდროინდელი მოაზროვნეები ატომს წარმოადგენდნენ, როგორც ნებისმიერი ნივთიერების უმცირეს და განუყოფელ ნაწილაკს. ისინი ამტკიცებდნენ, რომ სამყაროში არაფერია ატომზე პატარა. ასეთი შეხედულებები ჰქონდათ ძველ ბერძენ დიდ მეცნიერებსა და ფილოსოფოსებს - დემოკრიტეს, ლუკრეციუსს, ეპიკურეს. ამ მოაზროვნეთა ჰიპოთეზები დღეს გაერთიანებულია სახელწოდებით „ძველი ატომიზმი“.
შუა საუკუნეების წარმოდგენები
გავიდა ანტიკურობის დროები და შუა საუკუნეებში არსებობდნენ მეცნიერებიც, რომლებიც სხვადასხვა ვარაუდს აკეთებდნენ ნივთიერებების აგებულების შესახებ. თუმცა, რელიგიური ფილოსოფიური შეხედულებების გაბატონება და ეკლესიის ძალაუფლება ისტორიის იმ პერიოდში სათავეშია.ჩაახშო ადამიანის გონების ყოველგვარი მცდელობა და მისწრაფება მატერიალისტური სამეცნიერო დასკვნებისა და აღმოჩენებისკენ. მოგეხსენებათ, შუა საუკუნეების ინკვიზიცია ძალზე არამეგობრულად იქცეოდა იმდროინდელი სამეცნიერო სამყაროს წარმომადგენლებთან. რჩება იმის თქმა, რომ იმდროინდელ ნათელ გონებას ჰქონდათ იდეა, რომელიც მოვიდა ანტიკურ დროიდან ატომის განუყოფლობის შესახებ.
18-19 საუკუნეების კვლევები
მე-18 საუკუნე აღინიშნა სერიოზული აღმოჩენებით მატერიის ელემენტარული სტრუქტურის სფეროში. დიდწილად, ისეთი მეცნიერების ძალისხმევის წყალობით, როგორებიც არიან ანტუან ლავუაზიე, მიხაილ ლომონოსოვი და ჯონ დალტონი. მათ ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად შეძლეს დაემტკიცებინათ, რომ ატომები ნამდვილად არსებობენ. მაგრამ მათი შიდა სტრუქტურის საკითხი ღია დარჩა. მე-18 საუკუნის დასასრული აღინიშნა სამეცნიერო სამყაროში ისეთი მნიშვნელოვანი მოვლენით, როგორიცაა დ.ი. მენდელეევის მიერ ქიმიური ელემენტების პერიოდული სისტემის აღმოჩენა. ეს იყო იმდროინდელი ჭეშმარიტად ძლიერი მიღწევა და მოხსნა ფარდა იმის გაგებაზე, რომ ყველა ატომს აქვს ერთი ბუნება, რომ ისინი დაკავშირებულია ერთმანეთთან. მოგვიანებით, მე-19 საუკუნეში, კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ნაბიჯი ატომის სტრუქტურის ამოხსნისკენ იყო იმის მტკიცებულება, რომ რომელიმე მათგანი შეიცავს ელექტრონს. ამ პერიოდის მეცნიერთა შრომამ ნაყოფიერი ნიადაგი მოამზადა მე-20 საუკუნის აღმოჩენებისთვის.
ტომსონის ექსპერიმენტები
ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯონ ტომსონმა 1897 წელს დაამტკიცა, რომ ატომები შეიცავს ელექტრონებს უარყოფითი მუხტით. ამ ეტაპზე საბოლოოდ განადგურდა მცდარი მოსაზრებები, რომ ატომი არის ნებისმიერი ნივთიერების გაყოფის ზღვარი. Როგორტომსონმა შეძლო ელექტრონების არსებობის დამტკიცება? თავის ექსპერიმენტებში მეცნიერმა ელექტროდები მოათავსა ძალზედ იშვიათ აირებში და გადასცა ელექტრო დენი. შედეგი იყო კათოდური სხივები. ტომსონმა გულდასმით შეისწავლა მათი თვისებები და აღმოაჩინა, რომ ისინი დამუხტული ნაწილაკების ნაკადია, რომლებიც დიდი სიჩქარით მოძრაობენ. მეცნიერმა შეძლო ამ ნაწილაკების მასის და მათი მუხტის გამოთვლა. მან ასევე გაარკვია, რომ ისინი ვერ გარდაიქმნება ნეიტრალურ ნაწილაკებად, რადგან ელექტრული მუხტი მათი ბუნების საფუძველია. ასე აღმოაჩინეს ელექტრონები. ტომსონი ასევე არის ატომის სტრუქტურის მსოფლიოში პირველი მოდელის შემქმნელი. მისი მიხედვით, ატომი არის დადებითად დამუხტული ნივთიერების გროვა, რომელშიც უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები თანაბრად ნაწილდება. ეს სტრუქტურა ხსნის ატომების ზოგად ნეიტრალიტეტს, რადგან საპირისპირო მუხტები აბალანსებს ერთმანეთს. ჯონ ტომსონის ექსპერიმენტები ფასდაუდებელი გახდა ატომის სტრუქტურის შემდგომი შესწავლისთვის. თუმცა, ბევრი კითხვა პასუხგაუცემელი დარჩა.
Rutherford Research
ტომსონმა აღმოაჩინა ელექტრონების არსებობა, მაგრამ მან ვერ იპოვა დადებითად დამუხტული ნაწილაკები ატომში. ერნესტ რეზერფორდმა ეს გაუგებრობა 1911 წელს გამოასწორა. ექსპერიმენტების დროს, აირებში ალფა ნაწილაკების აქტივობის შესწავლისას, მან აღმოაჩინა, რომ ატომში არის დადებითად დამუხტული ნაწილაკები. რეზერფორდმა დაინახა, რომ როდესაც სხივები გადის გაზში ან თხელ ლითონის ფირფიტაზე, ნაწილაკების მცირე რაოდენობა მკვეთრად გადახრის მოძრაობის ტრაექტორიას. ისინი ფაქტიურად უკან დააგდეს. მეცნიერმა ეს გამოიცნოეს ქცევა აიხსნება დადებითად დამუხტულ ნაწილაკებთან შეჯახებით. ასეთმა ექსპერიმენტებმა ფიზიკოსს საშუალება მისცა შეექმნა ატომის სტრუქტურის რეზერფორდის მოდელი.
პლანეტარული მოდელი
ახლა მეცნიერის იდეები გარკვეულწილად განსხვავდებოდა ჯონ ტომსონის ვარაუდებისგან. მათი ატომების მოდელებიც განსხვავებული გახდა. რეზერფორდის გამოცდილებამ მას საშუალება მისცა შეექმნა სრულიად ახალი თეორია ამ სფეროში. მეცნიერის აღმოჩენებს გადამწყვეტი მნიშვნელობა ჰქონდა ფიზიკის შემდგომი განვითარებისთვის. რეზერფორდის მოდელი აღწერს ატომს, როგორც ბირთვს, რომელიც მდებარეობს ცენტრში და ელექტრონები მოძრაობენ მის გარშემო. ბირთვს აქვს დადებითი მუხტი, ხოლო ელექტრონებს - უარყოფითი. რეზერფორდის ატომის მოდელი ითვალისწინებდა ელექტრონების ბრუნვას ბირთვის გარშემო გარკვეული ტრაექტორიების - ორბიტების გასწვრივ. მეცნიერის აღმოჩენამ ხელი შეუწყო ალფა ნაწილაკების გადახრის მიზეზს და გახდა სტიმული ატომის ბირთვული თეორიის განვითარებისათვის. რეზერფორდის ატომის მოდელში არის ანალოგია მზის სისტემის პლანეტების მოძრაობასთან მზის გარშემო. ეს არის ძალიან ზუსტი და ნათელი შედარება. ამიტომ, რეზერფორდის მოდელს, რომლის დროსაც ატომი მოძრაობს ბირთვის გარშემო ორბიტაზე, ეწოდა პლანეტარული.
ნილს ბორის ნამუშევრები
ორი წლის შემდეგ, დანიელმა ფიზიკოსმა ნილს ბორმა სცადა გაეერთიანებინა იდეები ატომის სტრუქტურის შესახებ სინათლის ნაკადის კვანტურ თვისებებთან. რეზერფორდის ატომის ბირთვული მოდელი მეცნიერმა დააყენა თავისი ახალი თეორიის საფუძვლად. ბორის აზრით, ატომები ბრუნავენ ბირთვის გარშემო წრიულ ორბიტებში. მოძრაობის ასეთი ტრაექტორია იწვევს აჩქარებასელექტრონები. გარდა ამისა, ამ ნაწილაკების კულონურ ურთიერთქმედებას ატომის ცენტრთან თან ახლავს ენერგიის შექმნა და მოხმარება ელექტრონების მოძრაობით წარმოქმნილი სივრცითი ელექტრომაგნიტური ველის შესანარჩუნებლად. ასეთ პირობებში, უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკები ოდესღაც ბირთვში უნდა მოხვდეს. მაგრამ ეს არ ხდება, რაც მიუთითებს ატომების, როგორც სისტემების უფრო დიდ სტაბილურობაზე. ნილს ბორი მიხვდა, რომ მაქსველის განტოლებებით აღწერილი კლასიკური თერმოდინამიკის კანონები არ მუშაობს ინტრაატომურ პირობებში. ამიტომ მეცნიერმა საკუთარ თავს დაავალა გამოეყვანა ახალი შაბლონები, რომლებიც ძალაში იქნებოდა ელემენტარული ნაწილაკების სამყაროში.
ბორის პოსტულატები
მეტწილად იმის გამო, რომ რეზერფორდის მოდელი არსებობდა, ატომი და მისი კომპონენტები კარგად იყო შესწავლილი, ნილს ბორმა შეძლო მიუახლოვდა თავისი პოსტულატების შექმნას. პირველი მათგანი ამბობს, რომ ატომს აქვს სტაციონარული მდგომარეობები, რომლებშიც ის არ ცვლის ენერგიას, ხოლო ელექტრონები ორბიტებზე მოძრაობენ ტრაექტორიის შეცვლის გარეშე. მეორე პოსტულატის მიხედვით, როდესაც ელექტრონი ერთი ორბიტიდან მეორეზე გადადის, ენერგია გამოიყოფა ან შეიწოვება. ის უდრის სხვაობას ატომის წინა და შემდგომ მდგომარეობებს შორის. ამ შემთხვევაში, თუ ელექტრონი გადახტება ბირთვთან უფრო ახლოს ორბიტაზე, მაშინ გამოიყოფა ენერგია (ფოტონი) და პირიქით. იმისდა მიუხედავად, რომ ელექტრონების მოძრაობა მცირედ ჰგავს წრეში მდებარე ორბიტალურ ტრაექტორიას, ბორის აღმოჩენამ შესანიშნავი ახსნა მისცა მართულის არსებობას.წყალბადის ატომის სპექტრი. დაახლოებით ამავე დროს, გერმანიაში მცხოვრებმა ფიზიკოსებმა ჰერცმა და ფრანკმა დაადასტურეს ნილს ბორის სწავლება ატომის სტაციონარული, სტაბილური მდგომარეობების არსებობისა და ატომური ენერგიის მნიშვნელობების შეცვლის შესაძლებლობის შესახებ.
ორი მეცნიერის თანამშრომლობა
სხვათა შორის, რეზერფორდმა დიდი ხნის განმავლობაში ვერ დაადგინა ბირთვის მუხტი. მეცნიერები მარსდენი და გეიგერი ცდილობდნენ გადაემოწმებინათ ერნესტ რეზერფორდის განცხადებები და დეტალური და ფრთხილად ექსპერიმენტებისა და გამოთვლების შედეგად მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ეს არის ბირთვი, რომელიც არის ატომის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელი და მთელი მისი მუხტი. კონცენტრირებულია მასში. მოგვიანებით დადასტურდა, რომ ბირთვის მუხტის მნიშვნელობა რიცხობრივად უდრის ელემენტის რიგით რიცხვს D. I. მენდელეევის ელემენტების პერიოდულ სისტემაში. საინტერესოა, რომ ნილს ბორი მალევე შეხვდა რეზერფორდს და სრულად დაეთანხმა მის შეხედულებებს. შემდგომში მეცნიერები ერთსა და იმავე ლაბორატორიაში დიდი ხნის განმავლობაში მუშაობდნენ. რეზერფორდის მოდელი, ატომი, როგორც სისტემა, რომელიც შედგება ელემენტარული დამუხტული ნაწილაკებისგან - ეს ყველაფერი ნილს ბორმა სამართლიანად მიიჩნია და სამუდამოდ გადადო თავისი ელექტრონული მოდელი. მეცნიერთა ერთობლივი სამეცნიერო მოღვაწეობა ძალიან წარმატებული იყო და ნაყოფი გამოიღო. თითოეული მათგანი ჩაუღრმავდა ელემენტარული ნაწილაკების თვისებების შესწავლას და მნიშვნელოვანი აღმოჩენები გააკეთა მეცნიერებისთვის. მოგვიანებით რეზერფორდმა აღმოაჩინა და დაამტკიცა ბირთვული დაშლის შესაძლებლობა, მაგრამ ეს სხვა სტატიის თემაა.
