Discursul de prezentare al profesorului S.A. Arrhenius, președinte al Comitetului Nobel pentru Fizică al Academiei Regale Suedeze de Științe, la 10 decembrie 1922
Majestatea Voastră, Altețele Voastre Regale, Doamnelor și Domnilor.
De când Kirchhoff și Bunsen (1860) au introdus analiza spectrală, acest ajutor extrem de important pentru investigații a produs cele mai bune rezultate. Pentru început, a fost colectat material și au fost investigate spectrele nu numai de la obiecte terestre, ci și de la corpurile cerești. A existat o recoltă splendidă. Apoi a urmat a doua etapă de cercetare. S-au făcut încercări de a găsi regularități în structura spectrelor. Pentru început, era firesc să se încerce să se compare diferitele linii spectrale care sunt emise de un gaz incandescent cu diferitele note care ar putea fi produse de un solid care vibrează. Corpurile care vibrează într-un gaz incandescent ar fi, în acest caz, atomii și moleculele sale. Dar nu s-au putut face prea multe progrese pe această cale. A fost necesar să se recurgă la o altă metodă, și anume să se încerce prin calcul să se stabilească legătura dintre diferitele vibrații care ar putea fi emise de un gaz. Hidrogenul ar trebui să fie cel mai simplu dintre toate gazele. În 1885, elvețianul Balmer a găsit o formulă simplă pentru legătura menționată între liniile hidrogenului, așa cum era cunoscut atunci. Au urmat numeroși cercetători, cum ar fi Kayser și Runge, Ritz, Deslandres și mai ales compatriotul nostru Rydberg, care au căutat regularități similare în spectrele celorlalte elemente chimice. Rydberg a reușit să reprezinte vibrațiile luminoase ale acestora cu ajutorul unor formule care prezentau o anumită asemănare cu formula lui Balmer. Aceste formule conțin o constantă care a căpătat ulterior o importanță extrem de mare și a fost înregistrată printre valorile universale și fundamentale ale fizicii sub numele de constanta lui Rydberg.
Acum, dacă ar fi posibil să se obțină o idee despre structura atomului, desigur, aceasta ar constitui un bun punct de plecare pentru a crea o concepție despre posibilele vibrații luminoase care pot fi emise de un atom de hidrogen. Rutherford, care a smuls într-o măsură atât de extraordinară secretele atomilor, a construit astfel de „modele atomice”. Conform concepției sale, atomul de hidrogen ar trebui să fie format dintr-un nucleu pozitiv, cu o sarcină unitară, de dimensiuni extrem de mici, iar în jurul acestuia un electron cu sarcină negativă ar trebui să descrie o orbită. Având în vedere că între nucleu și electron acționează probabil numai forțe electrice și că aceste forțe electrice urmează aceeași lege ca și atracția gravitațională între două mase, traiectoria electronului ar trebui să fie eliptică sau circulară, iar nucleul ar trebui să fie situat fie într-unul dintre focarele elipsei, fie în centrul cercului. Nucleul ar fi comparabil cu soarele, iar electronul cu o planetă. Prin urmare, în conformitate cu teoria clasică a lui Maxwell, aceste mișcări ale orbitei ar trebui să emită raze și, în consecință, să provoace o pierdere de energie, iar electronul ar descrie trasee din ce în ce mai mici, cu o perioadă de revoluție din ce în ce mai mică și, în cele din urmă, să se grăbească spre nucleul pozitiv. Astfel, traiectoria ar fi o spirală, iar razele de lumină emise, care vor necesita o perioadă de vibrație în continuă descreștere, ar corespunde unui spectru continuu, ceea ce, desigur, este caracteristic unui corp solid sau lichid incandescent, dar nicidecum unui gaz incandescent. În consecință, fie modelul atomului trebuie să fie fals, fie teoria clasică a lui Maxwell trebuie să fie incorectă în acest caz. Cu aproximativ zece ani înainte, nu ar fi existat nicio ezitare în alegerea între aceste alternative, dar modelul atomic ar fi fost declarat inaplicabil. Dar în 1913, când Bohr a început să lucreze la această problemă, marele fizician Planck din Berlin trasase legea radiației, care nu putea fi explicată decât pornind de la ipoteza, în contradicție cu toate noțiunile anterioare, că energia căldurii se degajă sub formă de „cuante”, adică de porțiuni mici de căldură, așa cum materia este formată din porțiuni mici, adică din atomi. Cu ajutorul acestei presupuneri, Planck a reușit, în deplină concordanță cu experiența, să calculeze distribuția energiei în radiația provenită de la un corp ipotetic complet negru. Ulterior (în 1905 și 1907), Einstein a perfecționat teoria cuantică și a dedus din ea mai multe legi, cum ar fi diminuarea căldurii specifice a corpurilor solide odată cu scăderea temperaturii și efectul fotoelectric, descoperire pentru care i s-a acordat astăzi Premiul Nobel.
În consecință, Bohr nu a trebuit să ezite în alegerea sa: a presupus că teoria lui Maxwell nu este valabilă în cazul de față, dar că modelul atomic al lui Rutherford este corect. Astfel, electronii nu emit lumină atunci când se deplasează pe urmele lor în jurul nucleului pozitiv, urmele pe care începem prin a presupune că sunt circulare. Emisia de lumină ar avea loc atunci când electronul sare de pe o pistă pe alta. Cantitatea de energie care este astfel radiată este un cuant. Deoarece, potrivit lui Planck, cuanta de energie este produsul dintre numărul de vibrații luminoase și constanta planckiană, notată cu litera h, se poate calcula numărul de vibrații care corespunde unei anumite treceri de pe o orbită pe alta. Regularitatea pe care Balmer a constatat-o pentru spectrul hidrogenului impune ca razele diferitelor orbite să fie proporționale cu pătratele numerelor întregi, adică de la 1 la 4 la 9 și așa mai departe. Într-adevăr, Bohr a reușit, în primul său tratat pe această temă, să calculeze constanta Rydberg pornind de la alte mărimi cunoscute, și anume greutatea unui atom de hidrogen, constanta Planckiană și valoarea unității de sarcină electrică. Diferența dintre valoarea găsită prin observație și valoarea calculată a constantei Rydberg a fost de numai 1 la sută; și aceasta a fost diminuată prin măsurători mai recente.
Această circumstanță a atras imediat atenția admirativă a lumii științifice asupra muncii lui Bohr și a făcut posibilă prevederea că el va rezolva în mare măsură problema care îl privea. Sommerfeld a arătat că ceea ce se numește structura fină a liniilor hidrogenului, prin care se înțelege că liniile observate cu un spectroscop puternic dispersat sunt împărțite în mai multe linii foarte apropiate, poate fi explicată în conformitate cu teoria lui Bohr în felul următor. Diferitele piste staționare de deplasare a electronilor – dacă o lăsăm deoparte pe cea mai interioară, care este cea obișnuită și se numește „orbită de repaus” – pot fi nu numai circulare, ci și eliptice, cu o axă majoră egală cu diametrul orbitei circulare corespunzătoare. Atunci când un electron trece de pe o orbită eliptică pe o altă pistă, modificarea energiei și, în consecință, a numărului de vibrații pentru liniile spectrale corespunzătoare, este oarecum diferită de ceea ce este atunci când trece de pe orbita circulară corespunzătoare pe cealaltă pistă. În consecință, obținem două linii spectrale diferite, care se află totuși foarte aproape una de cealaltă. Cu toate acestea, observăm doar un număr mai mic de linii decât ar trebui să ne așteptăm conform acestei viziuni a lucrurilor.
Dificultățile astfel puse în evidență, Bohr a reușit totuși să le înlăture prin introducerea a ceea ce se numește principiul corespondenței, care a deschis perspective cu totul noi și de mare importanță. Acest principiu apropie într-o oarecare măsură noua teorie de vechea teorie clasică. În conformitate cu acest principiu, un anumit număr de tranziții sunt imposibile. Principiul în cauză are o mare importanță în determinarea traseelor de electroni care sunt posibile în cadrul atomilor mai grei decât atomul de hidrogen. Sarcina nucleară a atomului de heliu este de două ori mai mare decât cea a atomului de hidrogen: în stare neutră, acesta este înconjurat de doi electroni. Este cel mai ușor atom după cel de hidrogen. Se prezintă în două variante diferite: una se numește parheliu și este cea mai stabilă, iar cealaltă se numește ortoheliu – la început s-a crezut că sunt două substanțe diferite. Principiul corespondenței afirmă că cei doi electroni din parheliu, în traseele lor de repaus, se deplasează de-a lungul a două cercuri, care formează un unghi de 60° unul față de celălalt. În ortoheliu, pe de altă parte, urmele celor doi electroni se află în același plan, unul fiind circular, în timp ce celălalt este eliptic. Următorul element cu o greutate atomică apropiată ca mărime de cea a heliului este litiul, cu trei electroni în stare neutră. Conform principiului corespondenței, urmele celor doi electroni cei mai interiori se află în același mod ca și urmele celor doi electroni din parheliu, în timp ce urma celui de-al treilea este eliptică și are dimensiuni mult mai mari decât urmele interioare.
În mod similar, Bohr reușește, cu ajutorul principiului corespondenței, să stabilească, în cele mai importante puncte, situația diferitelor urme ale electronilor din alți atomi. De pozițiile pistelor de electroni cele mai exterioare depind proprietățile chimice ale atomilor și pe această bază a fost determinată parțial valența lor chimică. Putem nutri cele mai bune speranțe în ceea ce privește dezvoltarea viitoare a acestei mari lucrări.
Profesorul Bohr. Ați dus la bun sfârșit rezolvarea problemelor care s-au prezentat cercetătorilor de spectre. Făcând acest lucru ați fost obligat să vă folosiți de idei teoretice care diferă substanțial de cele care se bazează pe doctrinele clasice ale lui Maxwell. Marele dvs. succes a demonstrat că ați găsit căile potrivite pentru a ajunge la adevărurile fundamentale și, în acest fel, ați stabilit principii care au condus la cele mai splendide progrese și care promit roade abundente pentru activitatea viitoare. Fie ca să vă fie îngăduit să cultivați încă mult timp de acum încolo, în avantajul cercetării, vastul câmp de lucru pe care l-ați deschis Științei.
.