Проф. Георги Ив. Манев



Дата18.06.2018
Размер217.18 Kb.


Годишник на Софийския Университет – Физико-математичен факултет

т. XVII (1920/21) стр. 1-16




Проф. Георги Ив. Манев


1884-1965

ОСНОВИТЕ И СЕГАШНОТО СЪСТОЯНИЕ НА

МАТЕМАТИЧНАТА ФИЗИКА

Встъпителна лекция, изнесена от Г. Манев на 20.V. 1921 г.

при откриването на специалността математична физика в

Софийския Университет


Колкото и обикновена да е темата, на която ще Ви говоря, все пак мисля, че е необходимо да разясня въпросите около нея, защото поне в общи черти би требвало да се знаят основите и сегашното състояние на една наука, която за пръв път ще се чете в нашият университет.

Математичната физика заедно с експерименталната физика представят двете най-съществени разклонения на науката, която разглежда и изучва общите свойства на телата - физиката. Една от друга, математичната и експерименталната се различават същественно по особената форма на изследване До като в експерименталната преобладава експеримента - опита, в математичната преобладава математичния елемент. Това различие не е само в методите на изследване, но е и по същество, по задачи и цели.

Известно е, че опитът е единствения източник на истината, само той може да ни научи нещо ново, само той може да ни проясни във въпросите — два пункта, които никои не може да оспори. Ако до тук се бе спряло, тогава ще бъде достатъчна експерименталната физика и няма да има место за една математична физика. Обаче не е достатъчно само да се ек­спериментира и наблюдава, требва да си послужим по-нататък с тия наблюдения — требва да се обобщава. Иначе какво би представяла науката? Нали само една грамада от без­редно струпани, макар и в огромно количество, опити. Но на нас не е нужна само една грамада камъни а е нужно от тия камъни да се изгради едно стройно научно здание.

Освен това, при научното изследване е необходимо да се предвижда. А без обобщение, няма предвиждане. Обстоятелствата, в които експериментираме, няма да се върнат никога във цялостната си форма. Единственото нещо, което може да заключим, това е, че при аналогични обстоятелства ще се произведе аналогичен факт. За да предвидим едни опитен резултат, поне трябва да предизвикаме аналогия, т, е. да обобщаваме.

Опитът ни дава само известен брой изолирани точки, требва да се съединят с една непрекъсната крива, това е истинското обобщение. Обаче не се спираме тук, отиваме по-нататък. Кривата, която ще прекараме няма да мине през всички точни, Някои точки, а в известни случаи и всички точки, ще лежат близо до кривата, но не върху самата нея. По такъв начин дохождаме и до поправката на опита, Подобни и криви графически ни представят законите на експеримен­талната физика. Ако се придържаме извънредно строго в опита, без да го коригираме, бихме дошли до съвършено странни и невъзможни закони.

Освен това, самото експериментиране не би било възможно без една преднамерена идея. Случайните опити, които са дали известни придобивки, са рядкост. Преднамерената идея се явява резултат от обобщеното възрение в дадена об­ласт на науката, като, разбира се смятаме ценно само това обобщение, което увеличава полезния ефект на научната машина.

При това, всяко обобщение предполага вярата в единството на природните явления и простотата на природните закони. Така например, нека вземем пак отделни те точки които ни даваха различните опитни данни. За да получим закона ние съединяваме тия точки. Кое ни кара обаче да извършваме това съединение по най-късия път? не е ли вярата във про­стотата на природните закони. Наистина не всякога това съединяване може да стане. Често пъти за да се мине от точка в точка, това може да стане по всевъзможни криви линии, И до като не ни е дадено противното, ръководейки се от идея­та за простотата на природните закони, ние сме склонни да приемем най-късия път. Даже Херц строи цялата механика върху тоя именно принцип. Релативната теория пък го приспособява и във пространство със повече от 3 измерения. Обаче всяко обобщаване се ръководи от една хипотеза; може даже да се каже, че всяко обобщение е хипотеза. Ролята, която играе хипотезата при научното обобщение, е значителна и никой не може да я оспори. Само че хипотезата винаги требва да бъде най-бързо и най-често подложена на доказване. Не издържи ли, требва веднага да се напуска, това не требва да обезпокоява ни най-малко, защото една пропадала хипотеза има, ако не по-голямо, то поне еднакво значение като тая, които в даден момент господства. Защото, макар и пропаднала, тя по-рано е господствала и един неочакван факт я поставя във противоречие със други хипотези. Със тоя начин се е успяло да се намери нещо ново, нещо непознато. Употребяването на много хипотези обаче е опасно. Появи се някой опитен факт, явява се въпроса: коя от хипотезите е невярна, коя требва да се отхвърли?

Но не само обобщаването във физическите явления е породило математичната физика - да отидем по-нататък. За да може да се изучи и направи понятно, да се проникне по-дълбоко в едно сложно явление , дадено направо от опита, необходимо е това явление да се разложи на елементарни явления Това става по следните начини.

Най-напред го разлагаме по времето.

Вместо да обгръщаме във неговата цялост прогресивното развитие на едно явление, търсим просто да свържем всякой негов момент със непосредствено предидущия; приемаме, че сегашното състояние не зависи освен от най-близкото, без да бъде повлияно тъй да се каже, от спомена за едно по-далечно минало- Благодарение на тоя принцип, вместо да изучаване направо редицата вления, може да се ограничим да изучим явлението в един момент, или това представено във ма тематична форма - като написваме диференциалното уравнение, на което една от независимите променливи е времето.

След това разлагаме явлението във пространството,

Опита ни дава сбор от факти, които, се развиват в едно определено пространство. За да се разнищи явлението, требва да се разгледа елементарния процес, който се развива в една много малка част от пространството. За да се разбере тая мисъл, нека разгледаме следния пример, Огъваме една пръчка. Тя ще вземе една форма, на която изучаването направо би било невъзможно. Тутакси ще се справим с явлението, ако погледнем на огъването като резултантна на деформацията на твърде малките елементи от пръта, при условие, разбира се, че деформацията на всякой елемент зависи само от си­лите, които му са направо приложени и ни най-малко от тези, които са приложени към другите елементи,

За да дойдем до елементарния процес има още един способ. Ако много тела действат едновременно може да се случи техните действия да бъдат независими, и за да полу­чим общото действие, требва просто да се прибавя техните действия едно към друго. Елементарно явление с действието на едно изолирано тяло. И всяко тогава наблюдавано движение ще бъде разложено на прости движения; звука на своите обер-тонове бялата светлина на своите съставни моно-хроматични цветове.

Това са пътищата, по които се търси елементарния процес, но явява се още един въпрос как? Отговора е - чрез опита. Във състояние ли е обаче опита да ни даде напълно елементарния процес? За па разберем това, нека вземем един пример. Нека разлагаме лъча, ще получим все по тесни и по-тесни едноцветни ивици : но дали сме стигнали до елементарния процес? Не. Там ще ни заведе само теоретичното съображение.

Щом по такъв начин стигнем до елементарния процес, ние можем както споменахме по-рано, да поставим проблемата във диференциални уравнения; не остава освен, чрез ком­бинация на елементарните процеси, да изведем наблюдавания сложен факт. Това е, което се казва интегриране във математиката, и което е също тъй задача на математичната физика щом се касае до физични явления,

Само би се попитало, защо обобщението взема математична форма? Това не е само защото требва да се изразят числени закони, това е защото наблюдаваното явление е резултат от налагането на едно голямо число елементарни про­цеси, всички подобни помежду си. Не е достатъчно само всеки елементарен процес да се подчинява на прости закони: необ­ходимо е, щото всички, след като се комбинуват, да се подчинят на същия закон. Само във такъв случай би имала смисъл математиката във физическите процеси и само благодарение на хомогенността на изучаваната от физиците материя би могла да се появи математичната физика. В естествените науки няма тия условия, а именно хомогенност , относителна независимост на отдалечените части, простота на елементарния процес, и затова начините на обобщение на естествениците са по други,

Тази особеност на физическите процеси е карала чистите математици да засегнат въпроси от математичната физика, със цел да намерят интересни примери за трудните математични проблеми: също тъй и историята на развитието на математиката ни показва, че една голяма част от математичните въпроси са образувани благодарение на примерите, които е предложила най-напред физиката. Така е за чистата математика, но не и за математичната физика. Тука в математичната физика, се търси по-ясна, по-нагледна форма за физическите закони, търсят се най-подходящи математични методи, за да се превъзмогне сложността на физическия процес. Във математичната физика се учи физика, а не математика; със математиката се прави пътя сравнително по-лек и особен. Разбира се, че за пълното разглеждане на въпросите за съставяне на цялостен мироглед, за изчерпване на всички натрупан от опита материал, е необходимо едно навлизане във най-големите дълбини на математическия анализ.

Колкото се касае до математичните методи самите физични въпроси ги подсказват. И ако в известни случаи са необходими методи, които по една или друга причина не са стигнали своето пълно развитие, физиката ги тласва напред:

във скоро време израства цял математичен отдел, нужен за физческите явления. Така например, във втората половина на миналото столетие електродинаминкта стигна висока степен на развитие – тя обедини трите области: електричество , магнетизъм и светлина. Алгебричния анализ се усложни. Не само тоя на уравненията, но и абстрактната форма, във която се съставиха тия уравнения, толкова заплетоха въпросите, че направиха извънредно трудно навлизането във тази област. Появи се геометричния метод — векторния анализ, който не само не намали броя на уравненията, но даде и една голяма, наредност на сложните въпроси. Развиха се векторните функции които още повече улесниха и опростиха разрешението на заплетените физични проблеми. Така например релативната теория не може без векторния анализ. Само благодарение на това мощно средство е навлезла далеч във лабиринта на Римановата геометрия, която третира въпроси във пространство със повече от 3 измерения.
*

* *
Въоръжена със подобни мощни средства, математичната физика можа да се справи със натрупаните експериментални факти и да ги постави във пълна хармония със теоретичните си съображения. Така бе до края на миналото столетие. Появи­ха се обаче нови неочаквани факти, не влизащи във рамките на старите теории. Създадоха се нови смели хипотези, които влезоха във конфликт със здраво вкоренените стари представления. И във тая борба на стари и нови теории първото впечат­ление е, че се намерваме в един период на лутане, на пипане без цел във противоположност на току-що изчезналата класическа епоха, отличаваща се със спокойствието, яснотата и сигурността на представленията и хипотезите си. И сега математичната физика на пръв поглед ни се представя като едно здание с порядъчна възраст, станало ронливо, чиито части почват да се рушат и чиито основи заплашва съсипване.

Впрочем нищо не с по неточно от една подобна идея. Известно е, че във сградата на физическите теории във тоя мо­мент се развиват големи и дълбоки промени. Но един по точен анализ ще ни покаже, че тука не се касае за дело на разрушение, но по скоро за довършване и разширение. Из­вестни части на зданието са преместени единственно, за да им се намери едно по-подходно и солидно, место. Приетите от математичната физика основни принципи са тъй солид­ни и сигурни, както във всеко друго време.

Нека във няколко реда покажем това.

Първата покана да се ревизира и преработи коренно една физична теория иде почти винаги от установяването на един или повече факти, които не могат да се поставят във рамките на теорията. За теоретика нищо не е по интересно от един факт, който се намерва в противоречие с общоприетата теория, защото от там почва неговата истинска работа. Какво да се прави в подобен случай? Едно нещо е сигурно, и то е, че съществуващата теория требва във нещо да се измени за да се съгласи със ново установения факт. Но в кой пункт на теорията требва да се направи поправката - това, е един доста труден и заплетен въпрос. Защото един факт не може да създаде една теория. Тази последната се състои от различни предложения, свързани помежду си. Може да я сравним с един сложен организъм, чиито различни части са във такава разнообразни, във такива интимни връзки, че всяко засягане една коя да е част се почувства винаги повече или по малко във различия други точки, често твърде отдалечени. Ако всички предложения, от конто е съставена теорията са във конфликт с новия факт решението е лесно: целата теория се отхвърля. Но често въпроса се поставя малко по-ичаче новия факт поставя във конфликт две; или три от предложенията на теорията, които до тогава са се намирали във пълна хармония. Борбата продължава често години и даже десетки години. Крайното решение е изхвърлянето на ония начала, които не са издържали борбата и поставя­не на една степен – по-високо ония които са излезли по-бедители.

Във конфликтите, станали последните години, това са об­щите велики принципи на физиката: принципа за запазване на енергията, принципа за запазване количеството на движението, принципа на най-малкото действие, принципите на термодинамиката, които са станали господари на бойното поле: и техното значение се е още повече увеличило тогава когато предложенията, които са паднали във борбата, са тия, които също са служили за изходна точка на всичките теоретични развития, и ако не са ги засегнали по-рано, това е за­щото са ги сметали за очевидни или даже защото са ги забравили да ги разглеждат, вследствие дългия вкоренен навик.

На кратко може да се каже, че развитието на математичната физика запазва своя характер, като кара да тържествуват великите физични принципи върху известни идеи и представления, дълбоко вкоренени, станали такива благодарение на навика.

За да станат по-ясни тия обяснения, нека, макар и на бързо, да разгледаме тия предложения, които до сега бяха по навик употребявани, за да служат за очевидна основа на всека предложена нова теория, но които, при светлината на новите факти, са се показали невъзможни във присъствието на общите принципи на физиката или поне само като твърде съмнителни. Три такива ще разгледаме: неразрушимостта на химическите атоми, независимостта между времето и простран­ството, непрекъснатостта на всички динамични действия,

Не е нужно тука да привеждаме всички доводи против неразрушимостта на химическия атом: достатъчно е да се покаже на един такъв факт, а именно на един конфликт между този принцип и един от общите принципи на физиката. Този факт е постоянното произвеждане на топлина от радий и радиоактивните тела: физическия принцип е тоя за запазване на енергията. Конфликтът въпреки че се чуваха силни гласове, които искаха да турят във съмнение принципа на енергията се свърши със палната победа на тоя последния.

Ако в една оловена кутия със дебели стени, затворим някоя радиева сол, то всякой грам радий а 1 час ще отдели по 135 калории топлина Във кутията е винаги по топло отвън: също като че ли кутията е една запалена печка. По прин­ципа за запазване на енергията, наблюдаваната топлина не може да произлезе от нищо; требва да има нещо, което да й бъде еквивалентно. Във радиевата сол, в отсъствие на всяко друго химическо действие, требва да приемем едно изменение на атома на радия. И тая смела хипотеза, противоречаща на старите химически разбирания, се наложи във всички свои точки.

Не по-малко очевидно от неразрушимостта на атомите е взаимната независимост на пространството и времето. Въпросът, да се знае дали две. съ6ития, които се произвеждат във две различни места, са едновременни или не, имаше по-рано съвършенно определена физична смисъл. Днес това е съвсем другояче.

Има един факт който най-тънките оптични и електродинамични опити винаги са потвърдя вали до сега, който накратко, макар и по един неясен начин, се казва релатив­ност на движенията. Този факт е турил старото представление ние за независимостта на времето и пространството във конфликт със принципа за постоянството на скоростта на разпро­странение на етерните трептения, даден от Максвел-Лоренцовата елекгродинамика. Приемем ли релативността като експе­риментално доказана требва да пожертваме или принципа за запазване скоростта или независимостта между пространство­то и времето.

Да вземем за това един прост пример: нека изпратим от Софийската безжична станция един сигнал по всички по­соки. Всички станции, които се намерват на еднакво разстояние от централата, ще получат сигналите едновременно и мо­гат да поправят своите часовници. Тъй е според стария прин­цип за независимостта на времето и пространството. Но това регулиране не може да стане, защото във периода време, за което сигнала се разпространява от централата до окръжаващите станции, в същото време земята се е придвижила напред във постъпателното си движение. И тогава, според прин­ципа за постоянството на скоростта на разпространението на светлината, е ясно, че тези станции, които са във посока на движението на земята, гледани от централата, ще получат по-късно сигнала от противоположните: първите станции ще бягат пред електрическите вълни, конто требва да приемат, когато противоположните ще избързват. Този факт н други подобни показаха, че времето и пространството са свързани, че всяко место във пространството се наблюдава а едно време и че всяко време може да има смисъл, когато е отнесено към някое место във в пространството. Даже почнаха да разглеждат времето и пространството като равноправни членове на една коор­динатна система. Борбата между тия два принципа не е за­вършена, но всички изгледи са, че тя ще се свърши във вреда на старото понятие за независимостта между времето н пространството.

Третия оспорен принцип, това е принципа за непрекъснатостта на динамичните действия. Това е едно предложение неоспорвано до сега за всички физически теории, предложение което се крепи на известното още от Аристотеля "Natura non facit saltus" – “Природата не прави скокове”. Но във тая крепост на физическата наука, създадена още от древността модерната критика е направила един значителен пробив. Този път, това са термодинамическите принципи, със които това предложение е влязло във конфликт на почвата на новите опити, и, ако симптомите не ни мамят, дните, които има още да живее, са, прочетени. Природата прави не само скокове, но ги прави по един чуден начин. За по-голема нагледност нека вземем един пример.

Да си представим една маса вода, например едно езеро, във което силни ветрове са произвели огромни вълни. След преставането на вятъра, вълните ще се подържат известно време, като отиват от единия бряг до другия. Ще стане то­гава едно характерно изменение. Енергията на движението на по-дългите и по-големи вълни ще се измени, особено като се бият вълните във бреговете или други твърди тела, на енергия на движението на все по-къси и по-къси и слаби вълни. Този процес ще трае до тогава, до когато вълните станат толкова слаби и тъй се разнебитят, че почват да се изплъз­ват от окото на наблюдателя. Това е трансформация на едно видимо движение във топлина, на движение на една маса във молекулно движение, на едно наредено движение в едно безредно: във нареденото движение всички молекули притежава една обща скорост, тогава когато във безредното движение всека молекула притежава своята специфична скорост.

Но този принцип на раздробяване не продължава до безкрайност, той намира своята естествена граница във величи­ната на атомите. Движението на един атом е винаги едно наредено движение, понеже различните части на един атом се движат всичките с обща скорост. Ако са по-големи атомите. по-малко далеч ще отива раздробяването на енергията

Но нека се помъчим да реализираме друг един процес, но не вече във водните вълни, а със светлинните и топлинните вълни. Ще предположим, че лъчите изхождат от едно силно нагрето тело и чрез огледала да ти вкараме в една празнина, гдето те непрекъснато да се отразяват от огледалните стени на празнината. Тука също тъй би требвало да се произведе едно постепенно преобразуване на енергията на лъчите със по-дългите вълни във по-къси, от наредено излъчване във безредно. На по-дългите и по-големи водни вълни отговарят вълните на инфрачервените лъчи, а на по-късите н по-слабите ултравио­летовите лъчи на спектъра. Според класичната теория би треб­вало да се очаква, щото енергията на излъчването изцело да се отведе в ултравиолетовата част на спектъра, или че инфра­червените и видимите лъчи да изчезнат постепенно и да се превърнат в ултравиолетови невидими лъчи, или както ги каз­ват химически лъчи.

Във природата, обаче, не може да се открие ни най-малка следа от подобно явление. Преобразуването на енергията тука стига рано или късно своя край, н от този момент състоянието на излъчването остава постоянно и определено. Всички опитвания, за да съгласят тоя факт със класичната тория, са пропаднали. Би требвало да се направи една ревизия на класичната теория. Принципите на термодинамиката са се показали непоколебими и тука. Ето защо Max Plank въвежда тъй наречената квантова хипотеза, съединява я със термодинамичните начала и разрешава всички изникнали противоречия. За да се разбере това ще си послужим със същите казани по-рано примери.

Във водните вълни раздробявянето на енергията се свършва защото атомите задържат енергията по известен начин, а именно всякой атом представя най-малкото определено количество, най-малкият квант на материятя, който може да се движи изцяло, наедно. Също тъй във светлннното и калорично излъчване, макар че по своята природа да е нематериално, требва и тук да има известни действувующи процеси, които задържат енергията на излъчването в извънредно малки опре­делени количества, кванти, и ги задържат толкова по-силно, колкото вълните са по-къси, т. е. трептенията по-бързи. Това може да се изрази и така: никой източник не може да даде излъчване— освен когато енергията е стигнала известна стойност, или аналогично това може да се представи чрез един каучуков балон, във който постепенно се сгъстява въздуха дойде момент, когато масата на сгъстения въздух ще стане едно определено количество, балона ще се спука и ще изхвърли съдържанието си.

По такъв начин квантовата теория ни довежда до представлението, че във природата, освен непрекъснатите процеси, съществуват и експлозивни. Енергията не излиза постоянно във безкрайно малки елементи, но експлозивно във крайни ако и много малки количества, — кванти: образно това може да се представи: енергията не тече, а капе. За да се образува и падне една капка, необходимо е да се натрупа определено количество течност, тъй също, за да се излъчи енергия, требва да стигне до определени количества и тогава, тъй да се каже да капне.

*

* *


Събарянето на тия три принципа и създаването три нови вместо тех а именно разпадането на атома свързаността на времето н пространството и квантуването на енергията даде възможност да се развият три нови теории. Изникна атомната теория във най-новата си форма, релативната теория, която внесе големи сътресения във физическите понятия и закони и квантовата теория. Наистина тия теории не са окончателно установени, още самите те не са прояснени във всичките си пунктове, обаче днес са завладели значително терен и изглежда, че не далеч ще бъде деня, когато те тъй ще се вкоренят във физическото познание, че техните принципи ще бъдат възприемани, както другите принципи, подобно на аксиоми. При това всека една от тях далеч е излеела от своите първоначални граници и завадела цели области от физиката. Новата атомна теория не се ограничи само със разпада-нето на радиоактивните елементи; в 1919 г. Рутерфорд, чрез бомбардиране с а лъчи, изхождащи от Rac. отличаващи се със голема кинетична енергия, успя да разложи азота, хлора и др. елементи на водородни и хелиеви атоми и електрони. Чрез пресмятане се намери, че ако имане едно радиоактивно тело, чиито а частици да имат три пъти по-голема кинетична енергия, ще може да се разбие и хелиева атом на водородни атоми. Като че ли стана едно връщане към старата Prout'ова хипотеза, която приемаше водорода като съставно тело на всички елементи.

Втората теория—релативната не се спре само във равно мерните движения, тя се разшири от нейния създател, Einstein и за всички движения. Дойде се до общата релативна теория, която успее да обясни некои факти и да предскаже отклонението на лъчите кога минават край небесните тела или, като казват, когато се намерват във гравитационни полета нещо, коeто се потвърди във последното пълно слънчево затъмнение през 1919 г.

Най-сетне третата теория квантовата, създадена от Plank за поглъщане и изпущане лъчите от черното тело, се ограничи само в нзпущането на излъчването, но това даде възможност да се разшири и във други области на физическото знание: тя обясни скритите топлини при низките температури, Einstein я приложи при физикохимичните процеси, новооткритото явление на Stark разлагане на спектралните лъчи в електричното поле, се обясни изключително чрез нея: изобщо малко са областите незасегнати- от нея.

Подпомогната от тия нови теории, физиката се помъчи да разреши и най--тежкия въпрос — въпроса за строежа на атома. От откриването на спектралния анализ никой не можеше да се съмнява, че проблемата на атома би могла да бъде разрешена, ако би могло да се разбира езика на спектрите. Огромният материал, който във продължение на 50 години, е натрупала спектроскопската практика, без съмне­ние във своето многообразие и огромност изглежда неразгадаем. Обаче преди 9 години се откри Рентгеноспектроскопичния анализ и проблемата за строежа на атома почна да се да се схваща и вътрешността на атома почна да се прояснява: това даде възможност да се проникне на най-големите глъбини на веществото. Самото откритие на тоя метод е едно тържество за математичната физика. Von Laue успе въз основа на теоретични съображения и пресмятания, да дойде до дифракцията на Рентгеновите лъчи. На всички е известно, че когато светлината мине през много малките отвори, дифрактира. отклонява се от праволинейния си ход. При това тука може да се определи дължината на вълната. Съвършена дифракция и най-доброто определение на дължината на вълната на видимите лъчи става със тъй наречените дифракционни решетки, състоящи се от голем брой бразди върху тънки плочи. Този брои може да стигне до 1700 на милиметър. Това беше достатъчно да разложи и ултравиолетовите лучи. Обаче опитите и теоретичните съображения показаха, че дължината на вълната на Рентгеновските лъчи е 1000 пъти по-малка от тая на ултравиолетовите. За дифрактирането им и със това изучаването им е необходима една дифракционна решетка с около повече от 1,000,000 линии на сантиметър, А това съвременната техника не е във състояние да достигне. Ето защо Von Laue се обърна към една любима идея на минералозите и математиците (Bravais, Schnfliess и др.) да си представят кристала като една правилна сграда от неговите молекули и атоми. При това за некои кристали изчисленията дадоха за междините между атомите вели-чини от порядък 10-8 см, т. е. тъкмо такава величина, която ще бъде нужна за една дифракцнонна решетка за Рентгеновите лъчи. Опитите на Friedrich и Knipping веднага потвърдиха теорията. Ренгеноспектроскопичния метод отиде много далеч: днес разполагаме със характерните Рентгенови спектри на почти всички елементи, и ако не можем да кажем всичко, то поне може да кажем доста за вътрешния строеж на атома.

Още във 1903 г. Lenard изказа възгледа за едно шуплесто състояние на материята. Десет години по-късно Рутерфорд, въз основа на проницаемостта на  лъчи през тънките метални листове, изказа мнението, че една значителна част от пространството, което се, заема видимо от материята, е свободно за преминаването на  лъчи, които са хелиеви атоми със положителни електрични товари

В 1913 г. датчанина Neils Bohr, като свърза възгледите на Рутерфорда и тия на квантовата теория, създаде: атомния модел. Според боровата теория, атома се състои от едно ядро съставено от положителни електрични маси, около което обикалят електроните - отрицателните маси. Неутралния атом има толкова положителни маси, колкото и отрицателни електрони. Положителните маси, съединени в ядрото, са във центъра, а електроните отделно се движат по концентрични окръжности. За всекой атом броя на електрическите маси е равен на тъй нареченото поредно число (Ordnungszahl), което от своя страна е равно на приблизително половината на атомното тегло. Движението на електроните става въз основа на Кулоновия закон, тъй както става движението на планетите около слънцето въз основа на Нютоновия закон, който има същата форма. Освен това Sommerfeld намери, че ако, вместо по кръгове, електроните се движат по елипси, и ако се вземе предвид и поправката от релативната теория, най-добре ще се групират и обяснят спектроскопичните резултати. И атомите, тия прашинки на материята, са подобни на астрономичните светове: всекой от себе си представя по една цела слънчева система. Тия системи не са лишени и от сво­ите комети: когато  лъчи за които казах, че се състоят от хелиеви атоми със положителни електрични товари минат близо до ядрото на атома, състоящ се от положителни пълнежи, въэ основа на Кулоновия закон се оттласква и изчезва от тая малка слънчева система по параболични и хиперболични пътища. Фотографията ни дава много такива комети. Най-сетне, за да имате представа за този малък свет, ще Ви направя едно просто сравнение : маста на водородния атом се отнася към масата на 1 см3 вода, както масата на 1 литър вода към масата на целата земя.

При движението си електроните във постоянните стабилните елипси, не излъчват енергия. Ако обаче получат при своето движение някакъв удар и със това им се увеличи енергията те веднага, във зависимост от това количество енергия, ще излезат в една по-външна елипса или, ако е доста много, електрона, ще отиде толкова далеч от ядрото, че атома ще загуби тоя електрон; във последния случаи атома се йонизирва. Премахне ли се причината, която е изкарала електрона от неговия път, той веднага ще почне да пада към ядрото на електрона за да дойде отново във стабилната си елипса. Във такъв случай потенциалната енергия ще премине във кинетична, която ще се предаде на окръжаващия етер, който ще почне да трепти. Във зависимост от количеството на квантите—енергия, което с пропорционално на числото на трептението на лъча, ще имаме определено трептение, ще получим една определена спектрална линия.

Така е за всички действия, които са резултат на химична, топлинна и светлинна енергия, само че химичните явления са резултат на особеното положение на електроните във най-външния пръстен, електрическите възбуждания и високите температури се отразяват на некои от вътрешните елипси, а най-вътрешните се засегат от бомбардирането на катодните и радиоактивните лъчи, които, благодарение на шупливото строение на материята, успеват да стигнат не само до най-вътрешните части на атома и да предвижат един електрон от една елипса във друга и а предизвикат излъчване, но и да разбият ядрото на атома и да се доближим до идеала на алхимиците.

Разбира се, че атомния модел отговаря на всички опитни факти, когато се отнася до елементи с малко число електрони. Най-добре във това отношение стои въпроса със водородния атом, състоящ се от 1 ядро и 1 електрон. Математичната проблема е проста това е астрономичната проблема за две тела. Не тъй обаче стои въпроса със повече електрони, - математичното решение, това е трудна и не напълно разрешена про­блема за 3 и повече тела. Въпреки това обаче, атома на Хелия с 2 електрона на Лития с 3 и Берилия с 4 е донякъде задоволително обяснен. Стигнем ли до Хрома със 24 електрона и при най-простата комбинация требва да се допусне съще­ствуването на 5 концентрични пръстена. Разбира се, за Урана със 92 електрона може да си представим сложността и произвола на атомната му конструкция.

Накрая не мога да не Ви извадя от учудването, — какво търсят физиците в отдавна завоюваната територия от хими­ците, — областта на атома. Това право получават физиците независимо от това, че много физически процеси намират своя произход в атома, но и ония чувствителни методи, със които разполага физика във сравнение със химика. Един пример: докато химиците работят с аналитични методи, които имат точност до 1/100 000 от милиграма и то върху комплекси от атоми, физиците, със своите методи, виждат, фотографират отдел­ните атоми, а това прави едно отношение във точността 1:1014 или едно към единица със четиринадесет нули.


Със тоя бегъл поглед който нахвърлих върху основите и сегашното положение на физичните теории, съвсем нямах за цел да Ви запозная основно със тях. Това е само да се даде една идея за работата на ония, които са си избрали призванието физици и на които предстои всъщност да се вдълбочават във тия въпроси.
Адаптирана препечатка на статията:

от ст.н.с. д-р Милчо Цветков и н.с. д-р Катя Цветкова, м. юли 2000 г.






База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница