Атомын бүтцийн салбар дахь нээлтүүд нь физикийн хөгжилд чухал алхам болсон. Рутерфордын загвар маш чухал байсан. Атом нь систем болон түүнийг бүрдүүлдэг бөөмсийг илүү нарийвчлалтай, нарийвчлан судалсан. Энэ нь цөмийн физик зэрэг шинжлэх ухааныг амжилттай хөгжүүлэхэд хүргэсэн.
Материйн бүтцийн тухай эртний санаанууд
Эргэн тойрон дахь биетүүд хамгийн жижиг хэсгүүдээс тогтдог гэсэн таамаглалыг эрт дээр үед гаргаж байсан. Тухайн үеийн сэтгэгчид атомыг аливаа бодисын хамгийн жижиг, хуваагдашгүй бөөм гэж үздэг байв. Орчлон ертөнцөд атомаас жижиг зүйл байхгүй гэж тэд нотолсон. Ийм үзэл бодлыг эртний Грекийн агуу эрдэмтэн, гүн ухаантнууд болох Демокрит, Лукреций, Эпикур нар баримталдаг байв. Эдгээр сэтгэгчдийн таамаглал өнөөдөр "эртний атомизм" нэрийн дор нэгдсэн байна.
Дундад зууны үеийн үзүүлбэрүүд
Эртний цаг үе өнгөрч, Дундад зууны үед бодисын бүтцийн талаар янз бүрийн таамаглал дэвшүүлдэг эрдэмтэд ч байсан. Гэсэн хэдий ч түүхийн тэр үеийн шашны гүн ухааны үзэл давамгайлж, сүм хийдийн хүч чадал нь үндэс суурь юм.материалист шинжлэх ухааны дүгнэлт, нээлт хийх хүний оюун санааны аливаа оролдлого, хүсэл эрмэлзлийг дарангуйлсан. Дундад зууны үеийн инквизици нь тухайн үеийн шинжлэх ухааны ертөнцийн төлөөлөгчидтэй маш эвгүй ханддаг байсныг та мэднэ. Тэр үеийн гэгээлэг оюун ухаанд атомын хуваагдашгүй байдлын тухай эрт дээр үеэс бий болсон санаа байсан гэж хэлэх хэрэгтэй.
18-19-р зууны судлал
18-р зуун материйн элементар бүтцийн салбарт ноцтой нээлтүүдээр тэмдэглэгдсэн. Антуан Лавуазье, Михаил Ломоносов, Жон Далтон зэрэг эрдэмтдийн хүчин чармайлтын ачаар. Тэд бие биенээсээ үл хамааран атомууд үнэхээр байдаг гэдгийг баталж чадсан. Гэхдээ тэдний дотоод бүтцийн асуудал нээлттэй хэвээр байв. 18-р зууны төгсгөл нь Д. И. Менделеев химийн элементүүдийн үечилсэн системийг нээсэн зэрэг шинжлэх ухааны ертөнцөд ийм чухал үйл явдлаар тэмдэглэгдсэн байв. Энэ нь тухайн үеийн үнэхээр хүчирхэг нээлт байсан бөгөөд бүх атомууд нэг шинж чанартай, бие биетэйгээ холбоотой байдаг гэсэн ойлголтын хөшгийг арилгасан юм. Хожим нь 19-р зуунд атомын бүтцийг задлах бас нэг чухал алхам бол тэдгээрийн аль нэг нь электрон агуулдаг болохыг нотолсон явдал юм. Энэ үеийн эрдэмтдийн ажил 20-р зууны нээлтүүдэд үржил шимтэй хөрсийг бэлтгэсэн.
Томсоны туршилт
Английн физикч Жон Томсон 1897 онд атомуудад сөрөг цэнэгтэй электронууд байдгийг баталсан. Энэ үе шатанд атом бол аливаа бодисын хуваагдах хязгаар гэсэн худал санааг эцэст нь устгасан. ХэрхэнТомсон электронууд байдаг гэдгийг баталж чадсан уу? Эрдэмтэн туршилтдаа электродуудыг маш ховордсон хийд байрлуулж, цахилгаан гүйдэл дамжуулсан. Үр дүн нь катодын туяа байв. Томсон тэдгээрийн онцлогийг сайтар судалж үзээд асар хурдтай хөдөлдөг цэнэгтэй бөөмсийн урсгал болохыг олж мэдэв. Эрдэмтэн эдгээр бөөмсийн масс болон тэдгээрийн цэнэгийг тооцоолж чадсан. Мөн тэрээр цахилгаан цэнэг нь тэдний мөн чанарын үндэс суурь болдог тул тэдгээрийг төвийг сахисан бөөмс болгон хувиргах боломжгүй гэдгийг олж мэдэв. Ингэж л электронууд нээгдэв. Томсон бол атомын бүтцийн дэлхийн анхны загварыг бүтээгч мөн. Үүний дагуу атом нь сөрөг цэнэгтэй электронууд жигд тархсан эерэг цэнэгтэй бодисуудын нэгдэл юм. Эсрэг цэнэгүүд бие биенээ тэнцвэржүүлдэг тул энэ бүтэц нь атомуудын ерөнхий төвийг сахисан байдлыг тайлбарладаг. Жон Томсоны туршилтууд атомын бүтцийг цаашид судлахад үнэлж баршгүй ач холбогдолтой болсон. Гэсэн хэдий ч олон асуулт хариултгүй үлдсэн.
Рутерфордын судалгаа
Томсон электрон байдгийг нээсэн боловч атом дахь эерэг цэнэгтэй бөөмсийг олж чадаагүй. Эрнест Рутерфорд 1911 онд энэ буруу ойлголтыг зассан. Туршилтын үеэр хий дэх альфа бөөмсийн идэвхийг судалж байхдаа атомд эерэг цэнэгтэй бөөмс байдгийг олж мэдсэн. Рутерфорд туяа нь хий эсвэл нимгэн металл хавтангаар дамжин өнгөрөхөд цөөн тооны бөөмс хөдөлгөөний замаас огцом хазайдаг болохыг олж харсан. Тэднийг шууд утгаараа буцааж хаясан. Эрдэмтэн үүнийг таамаглавэнэ зан үйлийг эерэг цэнэгтэй бөөмстэй мөргөлдсөнөөр тайлбарладаг. Ийм туршилтууд нь физикчдэд атомын бүтцийн Рутерфордын загварыг бүтээх боломжийг олгосон.
Гарагийн загвар
Одоо эрдэмтний санаанууд Жон Томсоны таамаглалаас арай өөр байв. Тэдний атомын загварууд бас өөр болсон. Рутерфордын туршлага нь түүнд энэ чиглэлээр цоо шинэ онолыг бий болгох боломжийг олгосон. Эрдэмтний нээлтүүд нь физикийн цаашдын хөгжилд шийдвэрлэх ач холбогдолтой байв. Рутерфордын загварт атомыг төв хэсэгт байрлах цөм, электронууд түүнийг тойрон хөдөлдөг гэж тодорхойлсон. Цөм нь эерэг цэнэгтэй, электронууд нь сөрөг цэнэгтэй. Рутерфордын атомын загварт электронууд цөмийг тойрон тодорхой траекторийн дагуу буюу тойрог замд эргэлддэг гэж үздэг. Эрдэмтний нээлт нь альфа бөөмсийн хазайлтын шалтгааныг тайлбарлахад тусалж, атомын цөмийн онолыг хөгжүүлэх түлхэц болсон юм. Рутерфордын атомын загварт нарны аймгийн гаригуудын нарны эргэн тойронд хөдөлгөөнтэй адил төстэй байдаг. Энэ бол маш зөв бөгөөд тод харьцуулалт юм. Иймээс атом цөмийг тойрог замд тойрон хөдөлдөг Рутерфордын загварыг гаригийн гэж нэрлэдэг.
Ниэлс Борын бүтээл
Хоёр жилийн дараа Данийн физикч Нильс Бор атомын бүтцийн талаарх санааг гэрлийн урсгалын квант шинж чанаруудтай хослуулахыг оролдсон. Рутерфордын атомын цөмийн загварыг эрдэмтэн өөрийн шинэ онолын үндэс болгон тавьсан. Борын хэлснээр атомууд цөмийг тойрон тойрог замд эргэлддэг. Хөдөлгөөний ийм зам нь хурдатгалд хүргэдэгэлектронууд. Нэмж дурдахад эдгээр хэсгүүдийн атомын төвтэй Кулоны харилцан үйлчлэл нь электронуудын хөдөлгөөнөөс үүссэн орон зайн цахилгаан соронзон орныг хадгалахын тулд эрчим хүчийг бий болгож, зарцуулдаг. Ийм нөхцөлд сөрөг цэнэгтэй бөөмс хэзээ нэгэн цагт цөм дээр унах ёстой. Гэхдээ энэ нь тохиолддоггүй бөгөөд энэ нь атомууд систем болгон илүү тогтвортой байгааг харуулж байна. Максвеллийн тэгшитгэлээр тодорхойлсон сонгодог термодинамикийн хуулиуд нь атомын доторх нөхцөлд ажиллахгүй гэдгийг Нильс Бор ойлгосон. Тиймээс эрдэмтэн энгийн бөөмсийн ертөнцөд хүчинтэй байх шинэ хэв маягийг гаргаж авах зорилт тавьсан.
Борын үзэл баримтлал
Гол төлөв Рутерфордын загвар оршин тогтнож, атом болон түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сайтар судалж үзсэний ачаар Нильс Бор өөрийн постулатуудыг бүтээхэд ойртож чадсан юм. Тэдний эхнийх нь атом нь эрчим хүчээ өөрчилдөггүй хөдөлгөөнгүй төлөвтэй байдаг бол электронууд замналаа өөрчлөхгүйгээр тойрог замд хөдөлдөг гэж хэлдэг. Хоёр дахь постулатын дагуу электрон нэг тойрог замаас нөгөө тойрог замд шилжихэд энерги ялгардаг эсвэл шингэдэг. Энэ нь атомын өмнөх болон дараагийн төлөвүүдийн энергийн зөрүүтэй тэнцүү юм. Энэ тохиолдолд электрон цөмд ойрхон тойрог зам руу үсрэх юм бол энерги (фотон) ялгардаг ба эсрэгээр. Электронуудын хөдөлгөөн нь тойрог хэлбэрээр байрладаг тойрог замтай бараг төстэй байдаггүй ч Борын нээлт нь тодорхой зохицуулалттай байдаг гэдгийг маш сайн тайлбарлав.устөрөгчийн атомын спектр. Ойролцоогоор Германд амьдарч байсан физикч Герц, Франк нар атомын хөдөлгөөнгүй, тогтвортой төлөв байдал, атомын энергийн утгыг өөрчлөх боломжийн тухай Нильс Борын сургаалийг баталжээ.
Хоёр эрдэмтний хамтын ажиллагаа
Дашрамд хэлэхэд, Рутерфорд цөмийн цэнэгийг удаан хугацаанд тодорхойлж чадаагүй. Эрдэмтэд Марсден, Гейгер нар Эрнест Рутерфордын мэдэгдлийг дахин шалгахыг оролдсон бөгөөд нарийн, нямбай туршилт, тооцооллын үр дүнд атомын хамгийн чухал шинж чанар нь цөм, түүний бүх цэнэг юм гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. үүнд төвлөрдөг. Цөмийн цэнэгийн утга нь Д. И. Менделеевийн элементүүдийн үечилсэн систем дэх элементийн дарааллын тоотой тоогоор тэнцүү болох нь хожим батлагдсан. Сонирхолтой нь Нилс Бор удалгүй Рутерфордтой уулзаж, түүний үзэл бодолтой бүрэн санал нийлсэн байна. Дараа нь эрдэмтэд нэг лабораторид удаан хугацаанд хамтран ажилласан. Рутерфордын загвар, атомыг энгийн цэнэгтэй тоосонцороос бүрдэх систем - энэ бүгдийг Нильс Бор шударга гэж үзэж, цахим загвараа үүрд хойш тавьжээ. Эрдэмтдийн хамтарсан шинжлэх ухааны үйл ажиллагаа маш амжилттай болж, үр дүнгээ өгсөн. Тэд тус бүр нь энгийн бөөмсийн шинж чанарыг судалж, шинжлэх ухаанд чухал нээлт хийсэн. Рутерфорд хожим нь цөмийн задралын боломжийг нээж, нотолсон боловч энэ бол өөр нийтлэлийн сэдэв юм.
