Теоретические предпосылки

а). Для объяснения особенностей (дискретности) спектров нагретых тел немецким ученым Планком 1900 г. была предложена теория, основанная на предположении, что энергия не излучается атомами непрерывно, а испускается отдельными мельчайшими неделимыми порциями – квантами, величина которых зависит от частоты излучаемого света: DЕ = hn,

где DЕ – энергия кванта, Дж; n ‑ частота, с^-1; h = 6,626^.10^-34 Дж^.с – постоянная Планка (мера дискретности), одна из фундаментальных постоянных, она входит во все квантово-механические соотношения.

Согласно уравнению Планка энергия тела может меняться на величину, кратные hn. Излучая квант света, атом переходит из одного энергетического состояния в другое.

б) Построенная на этих представлениях модель атома водорода по Бору позволила рассчитать его спектр, результаты хорошо совпали с экспериментальными данными. Однако, она оказалась непригодна для объяснения строения сложных атомов, начиная с гелия. Даже для атома водорода она не смогла объяснить тонкую структуру линейчатого спектра.

В 1924 году Луи де Бройль (Франция) высказал идею о том, что материя обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Согласно уравнению де Бройля

,

т.е. частице массой m, движущейся со скоростью v, соответствует длина волны l.

Как правило, встретив две точки зрения, которые диаметрально противоположны, мы полагаем, что если одна из них истинна, то другая – непременно ложна. Нам трудно бывает принять, что возможны и иные уровни понимания: не "или‑или", а "и‑и", когда из двух взаимоисключающих концепций истинными могут оказаться обе, и в равной мере. Современному знанию известны объекты, которые могут быть описаны только как перечнем признаков, исключающих друг друга. Так свет представляет собой одновременно и волну и частицу. То же самое электрон. Он частица и в то же время волна, хотя одно исключает другое. Еще пример: в каждый данный момент электрон находится в определенной точке своей орбиты и в противоположность этому в тот же каждый момент он пребывает во всех точках пути своего движения.

Явление, которое может быть описано только признаками, исключающими друг друга, называется антиномией. Принцип антиномии известен не только в науке. Так по буддийской традиции об одном и том же предмете могут быть высказаны два противоположных суждения, при этом они не должны пониматься как противоречие.

Главное в науке гипотеза, если она правильная. Так и с гипотезой де Бройля уже в 1927 году были обнаружены у электронов как волновые, так и корпускулярные свойства. Было открыто явление дифракции электронов, т.е. при прохождении пучка электронов через дифракционную решетку на фотопленке наблюдается такая же дифракционная картина, как при прохождении излучения с длиной волны l, рассчитанной по уравнению де Бройля.

Возникла необходимость изменить представление об электроне как о микроскопической заряженной частице, подчиняющейся тем же законам, каким подчиняются макроскопические тела. Возникла необходимость разработки новой теории, применимой к микрочастицам.

в) В 1925-1926 годах Гейзенберг (Германия) и Шредингер (Австрия) разработали теорию квантовой механики, описывающую движение микрочастиц.

На основании этих предпосылок была построена теория строения атома. Согласно принципу неопределенности невозможно утверждать, что электрон, имеющий определенную скорость, находится в данной точке пространства, здесь можно использовать лишь вероятностное описание.