15. Опыты Франка и Герца.

Очень важным подтверждением справедливости теории Бора явились опыты Франка и Герца и ряд аналогичных экспериментов, произведенных после них (см. [13], стр. 78). До этих опытов квантовый характер энергетических переходов был ясно доказан для испускания и поглощения излучения, а также для энергетических переходов гармонических осцилляторов вещества при тепловом движении атомов твердого тела. В опытах Франка и Герца предполагалось определить, квантуется ли энергия, получаемая атомами от кинетической энергии свободных материальных частиц.

В этих опытах пучок электронов определенной энергии пропускался через разреженный газ, например через водород. (При нормальных условиях молекулы водорода находятся в состоянии с наинизшей возможной энергией.) Оказалось, что атомы газа неспособны поглощать энергию от электронного пучка до тех пор, пока энергия частиц пучка не будет равна или больше энергии, необходимой для перехода электрона в атоме с наинизшего основного энергетического состояния в ближайшее к нему возбужденное состояние, как это следует из соотношения Начало поглощения энергии атомами обнаруживалось или по внезапному понижению тока пучка при достижении критического потенциала, или по одновременному появлению квантов, которые начинают излучаться атомами, поглотившими энергию. Каждый раз, когда достигалась критическая энергия, соответствующая известной спектральной линии, появлялся новый спад тока в пучке, сопровождаемый внезапным появлением соответствующих квантов в спектре испускания газа. Когда частицы в пучке получали энергию, достаточную для переброса электрона из основного состояния в состояние с (но не раньше), в газе начинали появляться ионы. (Этот результат также ясно показывает, что нет надежды объяснить фотоэлектрический эффект существованием в веществе электронов с энергией, близкой к порогу их освобождения.)

В последующих опытах была измерена энергия электронов после прохождения ими газа. Оказалось, что электроны, сталкивающиеся с атомами, всегда теряли точно то же количество энергии, которым обладали излучаемые при этом световые кванты, т. е. эти опыты показывают, что энергия сохраняется и в индивидуальном квантовом процессе.

Таким образом, нужно заключить, что и процессы обмена энергии между частицами вещества также ограничены некоторыми квантованными величинами, с которыми мы впервые встретились при изучении процессов обмена энергией между веществом и излучением.