После того, как мы познакомились с выводом своеобразных (квантотеоретических) основных законов атомной механики, перейдем к изложению развития понятия материальносо субстра\( m a \), при изучении которого находили свое применение эти законы.

После того, как явления электролиза привели впервые к предположению об атомной структуре электричества в результате наблюдений над катодными и \( \beta \)-лучами радиоактивных субстанций, были обнаружены носители отрицательного электричества в свободном состоянии.

На основании отклонения этих лучей в электромагнитных полях было определено отношение \( \frac{e}{m} \) заряда к массе частиц.

Нашли, что \( \frac{e}{m}=5,31 \cdot 10^{17} \) эл.-ст. единиц на грамм, предполагая, что здесь речь идет о том же самом элементарном кванте электричества, что и при электролизе.

(Это подтверждается также приблизительно и экспериментально).

Такое предположение привело к выводу о том, что отрицательные электрические частички составляют, примерно, 1830-ю часть атома водорода.

Носители отрицательного электричества называются электронами и являются строительными кирпичиками материи, что было доказано оптическими и электрическими опытами.

Вполне точное значение заряда электрона определили с помощью очень незначительных зарядов на масляных каплях или металлических мельчайших частичках. Миликен нашел, что
\[
e=4,77 \cdot 10^{-10} \text { эл.-ст. ед. }
\]

Что же касается положительного электричества, то оно всегда связано с массой атомного ядра.

Удалось также получить и положительные лучи ( \( \alpha \)-лучи радиоактивных вешеств). Отклонением в полях частиц при определении \( \frac{e}{m} \) была найдена масса \( \alpha \) частицы, оказавшаяся равной атому гелия, а для частиц каналовых лучей были получены массы атомов газа, в котором производился опыт. Следствием всего этого являет ся то, что каждый атом состоит из одной положительной частицы, состав.ляюей существенную долю его массь, и некоторого числа электронов.

В нейтральном атоме число положительных элементарных зарядов равно числу электронов. Вследствие потери атомами электронов, возникают положительные ионы; в случа̃е же присоединения излишних электронов возникают отрицательные ионы.

Относительно величины электронов можно высказать не вполне надежные теоретические соображения, приводящие к величине \( 10^{-13} \mathrm{~cm} \).

Величина положительных частичек была определена Ленардом достаточно точно в результате опытов с проникновением катодных лучей в материю. Он нашел, что лишь исчезающе. малая часть материи, заполняющей пространство, остается непроницаемой для быстрых катодных лучей.

В опытах с прохождением \( \alpha \)-частиц через материю к вполне аналогичным результатам принел и Розерфорд.

Изучая длину пробега и рассеивание этих лучей, Розерфорд установил, что размеры положительных частиц, называемые им ядрами, минимум в \( 10^{4} \) раз меньше размеров атома. Именно до этой границы можно заметить отклонения заряженных частиц вследствие кулоновских сил. Измерения привели также к заключению о заряде положительных частиц в атоме; оказалось, что число элементарных зарядов составляет, приблизительно, половину значения атомного веса. Точно такое же должно быть и число электронов в нейтральном атоме.

Все эти заключения подтверждались в опытах с рассеиванием рентгеновских лучей; именно, величина рассеивания зависит менее всего (при слабо связанных электронах) от их числа. Просматривая всю совокупность атомов, можно вывести \( { }_{n} \) nepuодическую систему\”, установленную на основании «химических опытов. В ней элементы расположены в определенной последовательности, и существенным является последовательность атомных весов, хотя и существуют некоторые отклонения (например, \( A \) и \( K \) ).

Выведенное выше заключение о том, что число зарядов ядра приблизительно равно половине атомного веса, привело Вандер-Брока к гипотезе, предполагающей точное совпадение числа зарядов ядра с номером атома в периодической системе (атомный номер или порядковое число).

После того, как на основании открытия Лауса, была основана Брагом рентгеноскопия, предположение Ван-де р-Б рока нашло свое подтверждение в исследованиях Мозейля о характере рентгеновского спектра элементов.

Он нашел, что все элементы имеют одинаковый рентгеновский спектр, сдвигаются лишь все линии с увеличением атомного номера к высшим числам колебаний, причем корені из частоты растет приблизительно на одно и то же число от одного элемента к другому.

В этом заключается фундаментальный характер атомного числа, в противоположность атомному весу. По однородности рентгеновских спектров можно судить об однородности некоторых особенностей строения атома. Предположим, что строение атома, т. е. число и расположение электронов, существенно определяется его ядерным зарядом; тогда необходимо сделать заключение о тесной связи между зарядом ядра и атомным номером.

И, действительно, точная теория рентеновских спектров, предполагая равенство обеих величин, дает закон Мозейля, приведенный нами ниже.

Итак, мы имеем следующую картину атома с порядковым номером \( Z \) :

Он состоит из \( Z \)-кратно заряженного ядра \( { }^{1} \), составляющего почти всю массу атома, и в нейтральном состоянии из \( Z \) электронов, которые по представлению Розерфорда вращаются вокруг ядра, подобно планетам в солнечной системе. При этом удерживающие силы суть силы электростатического происхождения, т. е. силы взаимодействия заряженных частиц.
1 Новые исследования Дж. Томсона, Розерфорда, Астона, Демпетера токазали, что ядра в свою очередь состоят из электронов и ядер водорода, носящих название протонов. Этим подтверждается старая гипотеза Ироута. правда, в немного измененной форме. Отклонение атомных весов от целых чисел, что не могда объяснить прежде эта гипотеза, можно свести теперь к изотопии и дефекту массы, но область ядерной механики еще мало известна, и мы на ней не будем останавливаться.

В процессе производства опытов на основании этих представлений и установления классических законов механической теории атома встретились со следующим затруднением: система движущихся электрических зарядов, как это предполагает модель Бора, благодаря электромагнитному излучению должна была бы все время терять энергию и поэтому мало-помалу разрушиться. С другой стороны, все старания вывести на основании классических законов доказательство своеобразного строения спектральных серий и, в особенности, накопления линий на концах, оказались совершенно бесплодными. Бору удалось, ценою отказа от классических законов и привлечения к этому квантовых положений, преодолеть принципиально эти трудности. Он предполагает существование дискретных стационарных состояний, устанавливающихся на основании квантовых условий, и требует посредством условия частот (1) § 2 регулировки. обмена энергии меэду этими состояниями и полем излучения.

Существование некоторого состояния минимальной энергии, не могущей по произволу оставить атом, гарантирует абсолютную устойчивость атома, что необходимо требуется опытом.

Далее ему удалось соответствующим обобщением предположения Планка высчитать уровни энергии водородного атома, преобразовав формулы так, что условие частот приводит прямо к наблюдаемому спектру (формула Бальмера). Он дает также принцип установления квантовых условий в самых запутанных случаях, но об этом речь будет итти в дальнейшем.

Основные представления Бора (дискретные стационарные состояния, частотное условие) получили непосредственное свое подтверждение сперва в опытах Франка и Герца, а затем и в опытах многих других исследователей. Опыты эти состоят в том, что с помощью обстреливания атомов электронами к первым подводится определенное количество энергии, после чего наблюдается прерывное нарушение стационарных состояний, причина которого заключается в мгновенной потере энергии попадающих электронов, что обнаруживается благодаря мгновенным одновременным вспышкам спектральных линий, определяющих переходы одних энергетических состояний в другие.

Вполне аналогичные опытные данные получены в области рентгеновских лучей, где появление эмиссионных линий и краев абсорбции связано с отдаваемой при ударах энергией электронов (напряжение возбуждения).

Как в оптической, так и рентгеновской обласги по изменению подводящейся энергии и частоте лучей, из условия частот, можно определить постоянную \( h \), не использовав при этом ни атома, ни квантового перехода. Таким образом, найденная \( h \) очень хорошо совпадает с найденной посредством измерения теплоизлучения.

Не только строение атомов, но и их совокупности, т. е. молекулы и протяженные тела, для которых имеют место законы движения, подчинены квантовым правилам.

К этому принадлежит, например, точный вывод теории удельной теплоемкости твердых тел, затем выводы теории полосатых спектров молекул, о которых нам еще придется подробно говорить в дальнейшем.

В заключение сформулируем кратко мысль, приведшую к боровской теории атома.
Существует два основных опытных данных:
Первое-стабильность атома, и второе – мегодность классической механики и электродинамики для макроскопических процессов.

Однако, применение классической теории к атомным процессам приводит к противоречию со стабильностью, благодаря чему возникает задача создать одну „атомную механику\”, не содержащую этих противоречий. Эта механика имеет ту особенность, что на место непрернвного разнообразия состояний выступает дискретное разнообразие, описываемое „квантовыми цислами\”.