Избранные научные труды
Шрифт:
3 E. J. Evans. Nature, 1913, 92, 5.
4 J. H. Jeans. Report on radiation and the quantum theory. London, 1914; Nature, 1913, 92, 304.
5 Nature, 1913, 92, 95—96, 231—233.
6 E. Warburg. Verh. D. Phys. Ges., 1913, 15, 1259—1266.
1 Н. G. J. Моsеlеу. Phil. Mag., 1913, 26, 1024-1034.
2 К. Ф. Нестурх. ЖРФХО, ч. физ., 1913, 45, отдел II, стр. 277—289.
3 E. Rutherford. Nature, 1913, 22, 422.
4 Nature, 1914, 92, 241—242; 268—269, 500—501, 553—554, 583—584, 630-631; Phil. Mag., 1914, 27, 541—564; 28, 630—632; Phys. ZS., 1914, 15, 894—895.
5 L. F"oppl. Phys. ZS., 1914, 15, 707-712.
6 A. Garbasso. Phys. ZS., 1914, 15, 123, 310.
7 К. Herzfeld. Phys. ZS., 1914, 15, 193-198.
8 J. Frank, G. Hertz. Verb. D. Phys. Ges., 1914, 16, 457, 512.
9 T. Lуman. Phys. Rev., 1914, 3, 504.
10 W.
11 Г. И. фан Левен. Вопросы физики, 1914, 8, в. 6, 153—195; R. Seeliger. Naturwiss., 1914, 2, 285—290; 304—314; N. Campbell. Nature, 1914, 92, 586—587; A. Eve. Science, 1914, 40, 115—121.
6
Спектры водорода и гелия [7]
Ещё в работе [6] Бор показал, что найденные Пикерингом и Фаулером линии, которые ранее на основе теории Ридберга приписывались водороду, хорошо укладываются в квантовую схему, если их отнести к ионизированному гелию. Выполненные Эвансом 12 опыты с чистым гелием подтвердили правильность выводов Бора. Фаулер 13 согласился, что эти линии можно приписать гелию, но считал опыты Эванса неокончательными, поскольку сильный разряд мог вызвать свечение остатков водорода. Кроме тога он указал, что для некоторых линий имеются выходящие за пределы ошибок измерений систематические отклонения от формулы Бора. Тогда Бор показал, что результаты Эванса хорошо согласуются с его формулой, а небольшое различие в значении постоянной Ридберга для водорода и гелия полностью объясняются, если учесть влияние движения атомного ядра на частоту спектральных линий.
12 E. J. Evans. Nature, 1913, 92, 5.
13 A. Fоwler. Nature, 1913, 92, 95, 232.
7
О спектре водорода [8]
Доклад, прочитанный 20 декабря 1913 г. на датском языке в физическом обществе в Копенгагене. Перевод впервые опубликован в [29]. Излагаются основные вопросы квантовой теории строения атома в том объёме, в котором они содержались в [6].
8
Модель атома и спектры рентгеновских лучей [9]
Уже первая работа Бора по квантовой теории строения атома послужила стимулом для более глубокого изучения характеристического рентгеновского излучения. Мозли предпринял широкое изучение высокочастотных спектров разных элементов; оно стало возможным после открытия Лауэ, Фридрихом и Книппингом интерференции рентгеновских лучей, давшей метод точного определения частот. Мозли 1 установил, что выражение Q=4/30 для всех элементов равнялось N-1; здесь — частота линий K, 0=Rc, где R — постоянная Ридберга, c — скорость света. Возрастание величины Q на единицу при переходе от одного элемента к следующему в периодической системе свидетельствовало о том, что Q играет фундаментальную роль в характеристике атома. Этим подтверждалась высказанная Ван ден Бруком и использованная Резерфордом и Бором гипотеза, что решающую роль в расположении элементов в периодической системе играет не атомный вес, а заряд ядра, равный атомному номеру. Поскольку в рентгеновских спектрах при переходе от элемента к элементу наблюдались не периодические изменения, которые свойственны оптическим спектрам, а лишь некоторые смещения, было ясно, что рентгеновское излучение обусловлено переходами электронов во внутренних, ближайших к ядру кольцах. Важно, что данные Мозли и количественно хорошо согласовывались с формулой Бора. В своей статье Мозли утверждал, что найденная им связь между частотой линий рентгеновского спектра и атомным номером (закон Мозли) подтверждает правильность теории Бора: «Эти данные являются важным критерием в вопросе о внутреннем строении атома, и решительно подкрепляют точку зрения Резерфорда и Бора».
1 Н. G. J. Моsеlоу. Phil. Mag., 1913, 26, 1024.
Никольсон и Линдеман 2 с разных точек зрения возражали против такой интерпретации. Никольсон, отрицая теорию Бора и подчёркивая трудности, встречаемые этой теорией при объяснении строения атомов более тяжелых элементов, пришёл к вы воду, что между теорией Бора и гипотезой Ван ден Брука существует противоречие, а рентгеновские лучи скорее всего возникают в самом ядре. Линдеман из соображений размерностей выводил разные формулы для частот, которые все согласовывались с данными Мозли и во всех фигурировало место элемента в периодической системе. Поэтому он считал, что опыты Мозли подтверждают лишь гипотезу Ван ден Брука, но не теорию Бора. Ответ Бора, а также Ван ден Брука и Мозли 3 выяснили вопрос, хотя было ясно, что теория ещё не завершена. Блестящие опыты Мозли не могли подтвердить того, что в боровской теории было недоработано (Мозли, например, указывал, на несоответствия, возникавшие при расчётах энергии в предположении, что при излучении электронные кольца перескакивают в новое состояние целиком), но они полностью согласовывались с основными идеями о стационарных состояниях и
2 J. W. Niсhоlsоn. Phil. Mag., 1914, 27, 541; F. Lindemann. Nature, 1914, 92, 500, 631.
3 A. Van den Broek. Nature, 1914, 93, 241; Moseley. Nature, 1914, 92, 553.
Даже среди манчестерских физиков, сразу же принявших новые идеи, Мозли отличался особенно восторженным отстаиванием этой идеи. Естественно, что и Бор очень тепло относился к Мозли и внимательно следил за его творчеством. После трагической гибели Мозли в Дарданеллах в 1915 г. во время военных действий Бор написал обзор его научной деятельности. Этот обзор [15] не вошёл ни в одну из библиографий работ Бора; приводим его здесь целиком:
«Мозли прибыл в Манчестер весной 1910 г. в качестве лектора и демонстратора физической лаборатории университета. В это время в лаборатории под руководством Эрнеста Резерфорда и под его непосредственным влиянием работало большое число ученых со всего мира. Мозли сразу уловил дух лаборатории и с характерными для него энергией и энтузиазмом воспользовался им для решения сложной и важной задачи определения числа -частиц, испускаемых при распаде радиоактивного атома. Эта проблема исследовалась только для активного осадка радия, причём даже в этом случае от предшествующих исследователей нельзя было требовать большой степени точности. Мозли последовательно улучшал метод и получал всё более точные результаты. Он также расширил исследования, включив в них большинство радиоактивных веществ, испускающих -лучи. Его результаты были тем более важны, что они имели значение для теории происхождения - и -лучей. Знания и опыт, добытые в этих экспериментах, Мозли впоследствии использовал для получения высоких потенциалов в вакууме с помощью зарядов, приобретённых радиоактивным веществом при испускании -лучей. Он научился получать устойчивые потенциалы, более высокие, чем удавалось получать раньше этим или другим методом. Даже будучи занят этими сложными исследованиями, Мозли находил всё-таки время для изучения других вопросов. В сотрудничестве с Фаянсом он разработал очень интересный метод определения времени жизни быстро распадающихся радиоактивных продуктов; в сотрудничестве с Маковером он открыл, что радий В испускает -лучи, столь легко поглощаемые, что раньше их не удавалось детектировать; с Робинзоном он измерил полную ионизацию, вызванную - и -излучением радия В и радия С.
В 1912 г. Мозли сложил с себя обязанности лектора, и, получив должность в Манчестерском университете, мог посвятить всё свое время научным изысканиям. В том же году благодаря открытию Лауэ интерференции рентгеновских лучей в кристаллах, открылось новое поле физических исследований; интерес к нему усилился после блестящих работ У. Г. и У. Л. Брэггов о природе рентгеновских лучей и строении кристаллов. Вскоре после открытия Лауэ Мозли, работая вместе с Дарвином, начал тщательное изучение свойств рентгеновских лучей новым методом. Их результаты были опубликованы в июне 1913 г. И хотя многие из этих результатов были получены и опубликованы раньше Брэггами, эта работа содержит большое число интереснейших экспериментальных подробностей и теоретических соображений, и является важным шагом на пути быстро прогрессирующего познания природы рентгеновских лучей. Сразу же после завершения этой работы Мозли предпринял систематическое изучение характеристического рентгеновского излучения всех возможных элементов. Это исследование было связано с большими экспериментальными трудностями, частью потому, что химическая природа многих элементов делала их непригодными для использования в качестве антикатодов в рентгеновских трубках, частью из-за чрезвычайно большого поглощения излучения многими элементами. Несмотря на это, благодаря своей удивительной энергии Мозли, с помощью его гениально простой установки для фотографирования спектров рентгеновского излучения, менее, чем за полгода удалось измерить длины волн наиболее интенсивных линий высокочастотного спектра большей части известных элементов и открыть фундаментальный закон, который всегда будет носить его имя. Эта работа, начатая в Манчестере, была завершена в Оксфорде ранней весной 1914 г. Как известно, Мозли нашёл, что частоты основных линий в высокочастотном спектре являются простыми функциями целого числа, определяющего положение элементов в периодической таблице Менделеева.
Исключительная важность этого результата заключается в том, что он выявляет соотношение между свойствами различных элементов, более простое, чем любое другое, на которое можно было бы рассчитывать по ранее известным свойствам, которые все, включая и видимые спектры, варьируют сложным образом от элемента к элементу. Открытие Мозли, следовательно, даёт очень важный ключ к вопросу о внутреннем строении атома, вопросу, который привлёк большое внимание в последние годы. Хотя здесь едва ли следует входить в детали этого вопроса, общее значение результатов Мозли Может быть лучше всего проиллюстрировано тем фактом, что они позволяли ему с уверенностью предсказать число ещё не известных элементов и их положение в периодическом ряду. Этим путём, например, он смог установить число возможных элементов в группе редких земель; и как раз перед отъездом в Австралию он в сотрудничестве с проф. Урбаном был занят исследованием высокочастотных спектров элементов этой группы; оно безусловно пролило бы свет на эту область, которая прежде причиняла химикам столько беспокойства. Полный отчёт об этом исследовании не был опубликован, но Мозли изложил общие вопросы на собрании Британской ассоциации в Сиднее.