ბორის ატომი

 როცა ჯონ დალტონმა ნივთიერების აღნაგობის ატომური თეორია წარმოადგინა, მის წარმოდგენაში ატომებს განუყოფელი, ბილიარდის მიკროსკოპული ბურთების მაგვარი სახე ჰქონდა. თუმცა, მთელი XIX ასწლეულის განმავლობაში აშკარა ხდებოდა, რომ ასეთი მოდელი წინააღმდეგობრივია.

 1897 წელს, ჯონ ტომსონმა ელექტრონი აღმოაჩინა, რაც ატომის განუყოფელობას ეწინააღმდეგებოდა. ბოლო ლურსმანი ატომის განუყოფელობის თეორიის კუბოს 🙂 1911 წელს, ატომის ბირთვის აღმოჩენამ ჩააჭედა(რეზერფორდის ცდა). ამ აღმოჩენების მერე ნათელი გახდა, რომ ატომი არა უბრალოდ გაყოფადია, არამედ გააჩნია დისკრეტული(წყვეტილი) სტრუქტურა: შედგება მასიური, დადებითად დამუხტული ცენტრალური ბირთვისგან, რომლის გარშემო უარყოფითად დამუხტული მსუბუქი ელექტრონები მოძრაობენ.

 მაშინდელი დროის ფიზიკის კანონების მიხედვით, ასეთი ატომი წამზე მცირე დროითაც ვერ იარსებებდა. არგუმენტაცია კი ასეთი იყო: ნიუტონის მექანიკის კანონების თანახმად, ორბიტაზე მდებარე ელექტრონი თუ აჩქარებით მოძრაობს, მაშინ მან უნდა გამოასხივოს ელექტრომაგნიტური ტალღა, ანუ დაკარგოს ენერგია და ბირთვზე დაეცეს. აშკარა იყო, რომ ატომის პლანეტურ მოდელში რაღაც ისე არ იყო, რადგან ატომები მილიარდობით წელია არსებობენ და არაფერი მოსვლიათ.


ნილს ბორი(1948 წლის ფოტო).

 ამ პრობლემის გადაწყვეტა და მეცნიერების დაყენება სწორ გზაზე, დანიელმა თეორეტიკოსმა, ნილს ბორმა შეძლო, რომელიც სამშობლოდან, სადოქტორო დისერტაციის დაცვის მერე, ახალი ჩასული იყო ინგლისში. მან საწყის წერტილად კვანტური მექანიკის ახალი პოსტულატები აიღო, რომელთა თანახმად, სუბ ატომურ დონეზე ენერგია პორციებად, ანუ კვანტებად გამოსხივდება. გერმანელმა ფიზიკოსმა მაქს პლანკმა ამ იდეის საფუძველზე, რომ ატომები სინათლეს ცალკეული ნაწილაკებით(ა. აინშტაინმა მათ ”ფოტონები” უწოდა) ასხივებენ, შავი სხეულის გამოსხივების მოძველებული პრობლემა ახსნა. ფოტონების კონცეფციის გამოყენებით კი ალბერტ აინშტაინმა თეორიულად განმარტა ფოტოელექტრული ეფექტის მოვლენა. ამ ნამუშევრებისთვის ერთმაც და მეორემაც ნობელის პრემია მიიღო.

 ბორმა, კვანტური თეორია კიდევ ერთი ნაბიჯით წინ წაწია, გამოიყენა რა ის, ატომში ორბიტაზე მოძრავი ელექტრონების მდგომარეობის აღსაწერად. მეცნიერულ ენაზე რომ ვთქვათ, მან ელექტრონის კუთხური მომენტის დაკვანტვა ივარაუდა. ელექტრონს არ შეუძლია დაშორებული იყოს ბირთვიდან ნებისმიერ მანძილზე, არამედ მდებარეობს მხოლოდ ფიქსირებულ, შემდგომში ”დასაშვებ ორბიტებად” წოდებულ  ორბიტებზე. ელექტრონებს, არიან რა ასეთ ორბიტებზე, არ შეუძლიათ გამოასხივონ ნებისმიერი ინტენსიურობისა და სიხშირის ელექტრომაგნიტური ტალღა, წინააღმდეგ შემთხვევაში მათ უფრო დაბალ, დაუშვებელ ორბიტაზე მოუწევდათ გადასვლა(პაულის პრინციპი).

 ელექტრონებს შეუძლია სხვა, დასშვებ ორბიტაზე გადასვლა. კვანტურ მექანიკასთან დაკავშირებული ყველა მოვლენის მსგავსად, ამ პროცესის წარმოდგენაც ძალიან ძნელია. ელექტრონი უბრალოდ ქრება და სხვა ორბიტაზე მატერიალიზდება, ისე, რომ არ კვეთს ორბიტებს შორის არსებულ სივრცეს. ამ ეფექტს ”კვანტური ნახტომი” უწოდეს. უფრო დაბალ ორბიტაზე გდახტომის დროს ელექტრონი კარგავს ენერგიას, ე.ი. ასხივებს კვანტს – ფიქსირებული ენერგიითა და ტალღის სიგრძით. განსხვევებული ენერგიის ფოტონებს ჩვენ ფერით ვარჩევთ – ცეცხლზე გავარვარებული სპილენძის მავთული ცისფრად ანათებს, ქუჩის განათების ნატრიუმიანი ნათურა ყვითლად. შესაბამისად, უფრო მაღალ ენერგიაზე გადასასვლელად, ელექტრონმა უნდა შთანთქოს ფოტონი.
 ბორისეული ატომის სურათის მიხედვით, ელექტრონები ზევით და ქვევით ნახტომებით გადადიან – ერთი დასაშვები ორბიტიდან მეორეზე, შეიძლება შევადაროთ ადამიანის ზევით-ქვევით სიარულს კიბის საფეხურებზე. ყოველ ნახტომს თან ახლავს გამოსხივება-შთანთქმა ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ენერგიის კვანტისა, რომელსაც ჩვენ ფოტონს ვუწოდებთ.

 დროთა განმავლობაში, ბორის ინტუიციურმა ჰიპოთეზამ ადგილი დაუთმო მკაცრ სისტემურ ფორმულირებას, კვანტური მექანიკის ჩარჩოებში, კერძოდ, ელემენტარული ნაწილაკების ორმაგი ბუნების კონცეფციას – კორპუსკულარულ-ტალღურს. დღეისათვის, ელექტრონები წარმოგვიდგება არა როგორც თავიანთ ორბიტებზე ბირთვის გარშემო მოძრავი მიკროსკოპული პლანეტები, არამედ, როგორც ალბათური ტალღები. თანამედროვე ფიზიკოსები ამ ტალღებს ყველაზე რთული სტრუქტურის ატომების დასახასიათებლად იყენებენ, მათი თვისებებისა და ქცევის ასახსნელად. მიუხედავად ამისა, ნილს ბორმა თანამედროვე კვანტური მექანიკის საყრდენი სურათი, შორეულ 1913 წელს დახატა(ატომი).

 რა დროში ეტევა პროცესი(ორი მიზეზი).

 1. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება არც თუ ისეთი ძლიერია. პირობითად რომ ვთქვათ, ელექტრონი რომც იყოს „გამოსხივებისთვის მზად“, ჯერ, რაღაც დროით ”მოიცდის”, სანამ თავის გარშემო ელექტრომაგნიტური ველის კვანტს(ფოტონს) გააჩენს. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების კონსტანტა, მიღებული სხვა ფუნდამენტური კონსტანტების კომბინირებით,  ძალიან პატარა სიდიდეა(α = 7,2973525664(17)·10−3).

 2. ფოტონი, ატომისთვის ძალიან დიდია. ჩვეულებრივ, ამაზე სამეცნიერო-პოპულარულ მასალებში არაფერია ხოლმე ნათქვამი. უფრო მეტიც, აგზნებული ატომის მიერ ელექტრონის გამოსხივების გრაფიკული სურათი, ცრუშთაბეჭდილებას იძლევა(აქ წარმოდგენილი ილუსტრაციისა არ იყოს). სინამდვილეში, ოპტიკური ფოტონის მინიმალური ზომა ატომისაზე ათასჯერ დიდია(!). ამიტომ, გამოსხივების პროცესი ასე უნდა წარმოვიდგინოთ: ატომის აღგზნება(ენერგიის მიღება), ამ ენერგიის მოშორება გამოსხივების სახით, უზარმაზარი, ატომური მასშტაბებით, ფოტონის გაჩენით მასთან.

 ამ ორი ეფექტის ერთობლიობით – სუსტი „მოჭიდება“ ფოტონთან და მისი დიდი ზომა, გამოსხივების პროცესს აფერხებს. ორივე მათგანი ელექტრომაგნიტური გამოსხივების(სიძლიერის მიხედვით – ძლიერი, ელექტრომაგნიტური, სუსტი, გრავიტაციული)  სისუსტეს უკავშირდება. ასე რომ ვთქვათ, აგზნებული მდგომარეობა მაშინვე არ „იმსხვრევა“. ელექტრონი, თავისი ატომსშიგა სიცოცხლის, მინიმუმ რამდენიმე მილიონი „ჩვეულებრივი ტაქტის“ გაკეთებას ასწრებს, სანამ ფოტონს გამოასხივებს და ქვედა დონეზე დაბრუნდება(პროცესი, ატოწამების რიგისაა – 10-18 წმ.).

Leave a Reply

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.