Постулаты Бора
англ. Bohr's postulates
Два правила, остановившие катастрофу классической физики атома: в стационарном состоянии электрон не излучает, а свет рождается только при перескоке, hν = E₂ − E₁.
По классической механике электрон в атоме обречён: он ускоренно движется вокруг ядра, ускоренный заряд излучает, теряет энергию и падает на ядро за десятки пикосекунд — атом не имеет права существовать. Бор в 1913 году разрубил узел двумя постулатами. Первый: существуют стационарные состояния, в которых электрон не излучает, как бы неестественно это ни звучало для классики. Второй, правило частот: излучение или поглощение фотона происходит только при перескоке между состояниями, причём — энергия фотона ровно равна разности уровней. К ним добавляется правило квантования момента , отбирающее разрешённые орбиты. Модель в целом и её дальнейшая судьба — в терминах боровская модель атома.
Проверка арифметикой по водороду: уровни эВ. Переход с третьего на второй: эВ. Длина волны нм — красная линия Hα, самая яркая линия видимого спектра водорода и визитная карточка светящихся туманностей. Постулаты не объяснили, почему стационарные состояния существуют, — они их объявили, и это было честно: сначала теория должна была запретить катастрофу, а квантовая механика через десять лет объяснила уровни как собственные состояния задачи. Цена фотона при перескоке — в терминах энергия фотона, полный квантовый расчёт атома — в уроке атом водорода.
Частые вопросы
Почему электрон по Бору не излучает на орбите?
Потому что это объявлено постулатом — и в этом была сила приёма. Классическое излучение ускоренного заряда несовместимо со стабильностью атома: расчёты давали падение электрона на ядро за время порядка с, тогда как реальные атомы живут вечно. Бор разделил проблему: механика орбит остаётся классической, а излучение запрещено всюду, кроме перескока между выделенными состояниями. Обоснование пришло позже: в квантовой механике стационарное состояние — собственная функция гамильтониана с определённой энергией, плотность заряда в нём не зависит от времени, и излучать нечему.
Чем постулаты Бора отличаются от полной квантовой механики?
Постулаты — правила поведения без механизма: они фиксируют дискретность уровней и правило частот, но не объясняют, откуда берутся уровни и почему именно такие. Полная теория выводит всё из уравнения Шрёдингера: уровни водорода — собственные значения задачи, правило частот — следствие матричных элементов оператора координаты, а «орбиты» заменяются облаками вероятности. Бор квантовал момент руками, , тогда как квантовая механика даёт — нижний уровень вообще не имеет орбитального момента. Арифметика энергии при этом совпадает: эВ в обеих теориях.