Петер Дебай: відмінності між версіями
| [перевірена версія] | [перевірена версія] |
Вилучено вміст Додано вміст
Додав звук. Пора змінювати назву статті |
Олег.Н (обговорення | внесок) |
||
Рядок 70:
У 1915 році Дебай припустив, що дифракцію рентгенівських променів можна використовувати для вивчення внутрішньої будови атомів і молекул. На думку ученого, в залежності від співвідношення довжини хвилі випромінювання і характерних внутрішньоатомних відстаней електрони речовини випромінюватимуть або незалежно один від одного, або синфазно, тобто можна розрізнити електрони, що належать різним атомам, і навіть групи електронів всередині одного атома. Якщо розташування електронів не випадкове, а підпорядковується певним закономірностям (як припускалося, наприклад, в [[Постулати Бора|борівській моделі атома]]), це має проявитися у вигляді виникнення максимумів і мінімумів розсіяного речовиною випромінювання навіть у тому випадку, якщо самі атоми речовини розташовуються хаотично. Дебай зі своїм асистентом [[Пауль Шеррер|Паулем Шеррером]] спробував перевірити цю ідею експериментально, використавши як зразок аркуш паперу, однак нічого цікавого не виявив. Тоді вони взяли дрібно подрібнений порошок фториду літію і отримали серію чітких інтерференційних ліній. Цей результат виявився неочікуваним, оскільки в той час помилково вважалося, що випадкові орієнтації кристаликів порошку мають призводити до змазування інтерференційної картини. Дебай дав вірну інтерпретацію явища, що спостерігалося: воно пояснювалося не розсіюванням на регулярно розташованих електронах, а дифракцією на кристаликах, положення яких задовольняє [[Бреггівська дифракція|бреггівським умовам]]; дифраговане випромінювання поширюється вздовж конічних поверхонь і фіксується на фотоплівці. Результати проведеної роботи Дебай і Шеррер опублікували в статті «Інтерференція рентгенівських променів при розсіюванні безладно орієнтованими частинками» ({{lang-de|Interferenzen an regellos orientierten Teilchen im Röntgenlicht}}, 1916), яка позначила народження одного з основних методів рентгеноструктурного аналізу. Його зазвичай називають [[метод Дебая — Шеррера|методом Дебая — Шеррера]] чи [[Метод порошкової дифракції|методом порошку]], а дифракційна картина, що фіксується на фотоплівці, називається [[дебаєграма|дебаєграмою]]{{sfn|Гуревич и Дзялошинский|1987|с=516—518, 535}}{{sfn|Davies|1970|p=189}}.
У подальші роки Дебай застосовував свої методи в дослідженні структури твердих тіл, рідин і навіть газів. Так, спільно з Шеррером була досліджена структура деяких кубічних кристалів (наприклад, [[графіт]]у) і було показано, що, якщо вважати дифракційну картину результатом складання актів розсіювання в кожному атомі, результівний розподіл інтенсивності має залежати від числа і положення електронів, що асоційовані з кожним атомом. Зокрема, для фториду літію було отримане співвідношення зарядів Li: F=2:10 (тобто атом літію несе одиничний позитивно заряджений заряд, а атом фтору — одиничний від'ємний), а оцінка розміру атомної електронної системи (електронної хмари), зроблена для алмазу, виявилася значно меншою за постійну ґратку і за порядком величини відповідала радіусу електронної оболонки в теорії Бора. При розгляді невпорядкованих розсіюючих систем використовувалася та ж ідея: результівна інтерференційна картина визначається характерним для даної системи просторовим масштабом. У випадку рідини основним масштабом є середня відстань між молекулами, тоді як в розряджених газах мають проявлятися внутрішньомолекулярні масштаби (тобто відстані між атомами в молекулі). У 1929 році Дебай зі співробітниками Людвігом Бевілогуа (''Ludwig Bewilogua'') і Ф. Ерхардтом (''F. Ehrhardt'') експериментально підтвердив слушність цих ідей, вперше отримавши дифракцію рентгенівських променів на окремих молекулах. Досліди проводились на парах [[
=== Квантова теорія ===
Рядок 77:
Поява у 1913 році борівської моделі атома принесла у квантову фізику нові підходи. Однак ще до появи знаменитої роботи Нільса Бора Дебай висловлював ідеї (в застосуванні до системи з одним ступенем вільності), що випереджали так звані умови Бора — Зоммерфельда для квантування кутового моменту{{sfn|Davies|1970|pp=188—189}}. У 1916 році Дебай незалежно від Зоммерфельда дав пояснення простого ефекту Зеемана (розщеплення спектральних ліній в магнітному полі) на основі борівської моделі атома. Розглянувши рух електрона в атомі вуглецю, що перебуває в однорідному магнітному полі, учений за допомогою [[Рівняння Гамільтона — Якобі|метода Гамільтона — Якобі]] і вищезгаданих квантових умов отримав формулу для рівнянь енергії електрона в такій системі. Частоти випромінюваного світла, що відповідають переходам між рівнями, виявилися пропорційними напруженості магнітного поля і могли набувати трьох різних значень у відповідності до класичної теорії [[Гендрік Антон Лоренц|Гендріка Лоренца]] (так званий лоренцівський триплет). Однак складніші типи розщеплення (аномальний ефект Зеемана) за допомогою такого підходу пояснити не вдалося{{sfn|Джеммер|1985|с=129—130}}.
[[Файл:Solvay conference 1927 Version2.jpg|мини|thumb|450px|right|Учасники [[Сольвеївські
В жовтні 1922 року [[Артур Голлі Комптон]] опублікував результати своїх експериментів з розсіювання рентгенівських променів на вільних електронах. До грудня 1922 року американський учений сформулював просту квантову теорію цього явища, яка дозволила пояснити кутову залежні довжини хвилі розсіяного випромінювання, що спостерігалося у дослідах, як наслідок прикладення законів збереження енергії та імпульсу (з врахуванням релятивістських поправок) до ситуації пружного зіткнення електрона з квантом світла. Ця теорія, що увійшла у всі підручники і відіграла важливу роль у прийнятті ейнштейнівської гіпотези квантів світла, була опублікована Комптоном у травні 1923 року. За місяць до цього вийшла стаття Дебая, що містила аналогічний аналіз. Дебай, на відміну від Комптона, який у своїй роботі навіть не згадував ім'я Ейнштейна і не ставив за мету перевірку гіпотези квантів світла, перебував під безпосереднім впливом ейншейнівської концепції. Голландський фізик розробив теорію ще наприкінці 1920 або на початку 1921 року і пропонував Паулю Шерреру виконати експеримент з її перевірки. Однак досліди так і не були проведені, а лише після появи у вересні 1922 року повідомлення Комптона Дебай вирішив опублікувати свої результати. Хоча в той час іноді використовувався термін «ефект Комптона — Дебая», сам Дебай та інші фізики віддавали перевагу Комптону, тому зазвичай це явище називається просто ефектом Комптона<ref>{{стаття|автор= Stuewer R. H. |назва= The Compton effect: Transition to quantum mechanics |журнал= [[Annalen der Physik]] |рік= 2000 |volume= 9 |pages= 975—989 |doi= 10.1002/1521-3889(200011)9:11/12<975::AID-ANDP975>3.0.CO;2-8}}</ref>. Складнішу проблему являла кутова і частотна залежність інтенсивності розсіяного випромінювання. Дебай намагався знайти цю залежність за допомогою [[Принцип відповідності|принципу відповідності]], однак вірну формулу знайшли [[Оскар Клейн]] і [[Йосіо Нісіна]] лише у 1929 році на основі повністю квантомеханічного розгляду<ref>{{стаття|автор= Brown L. M. |назва= The Compton effect as one path to QED |журнал= Studies in History and Philosophy of Modern Physics |рік= 2002 |volume= 33 |pages= 221—223, 233 |doi= 10.1016/S1355-2198(02)00005-9}}</ref>.
| |||