000627

115 Физика атома и квантовая механика Atomic physics and quantummechanics 20.1. Атомная физика и квантовая механи- ка. Атомная физика изучает строение и свойства атомов, как систем, состоящих из ядер и элек- тронов. Она послужила немалым толчком к раз- витию квантовой механики, описывающей фи- зические системы со значениями величин, крат- ных постоянной Планка. Все основные законы физики применимы к живым организмам. Меха- ника переходит в биомеханику, движение крови по сосудам в гемодинамику. Открытия атомной 20.1. Atomic physics and quantum mechanics. Atomic physics studies atoms as an isolated system of electrons and nucleus. It is served as a major im- petus to the development of the quantum theory. Quantum mechanics describes physical systems of quantities whose magnitudes are multiples of a Planck’s constant. All the basic laws of physics ap- ply to living organisms. Mechanics transforms into biomechanics, motion of blood through the vessels into hemodynamic. The discoveries of atomic and и квантовой физика позволяют понять многие процессы в живом организме и разрабатывать новые методы диагностики и лечения. quantum physics offer a clearer view of many pro- cesses in living organisms and to develop new meth- ods of diagnosis and treatment. 20.2. Структура атома. По современным представлениям атом состоит из двух основ- ных частей: a – ядро, несущее почти всю массу атома, состоящее из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов; b – оболочка, заполненная электронами в соответ- ствии с их энергией.  При числе электронов, рав- ному числу протонов в ядре, атом в целом ока- зывается электрически нейтральным. 20.2. Atomic structure. In the present view, an atom consists of two main parts, a is a nucleus which provides the mass of the atom, having small positive charged protons and neutral neutrons; b an arrange- ment of electrons in shells and within the shells in orbital according to the energy levels of the elec- trons. Each electron has a negative charge. The atom as a whole is a neutral particle. 20.3. Планетарная модель атома. Одна из первых моделей, представляющая собой аналог солнечной системы, в которой отрицательно за- ряженные электроны, подобно планетам, враща- ются вокруг положительно заряженного ядра. Гравитационная сила между Солнцем и плане- тами математически заменяется электрической силой Кулона между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электрона- ми. Однако, в этой модели атом будет нестабиль- ным: согласно классической теории, орбиталь- ные электроны испытывают центростремитель- ное ускорение и должны излучать электромаг- нитные волны, терять энергию и падать по спи- рали к ядру, сталкиваясь с ним за доли секунды. 20.3. Planetary model of atom. One of the first models that shows up an analogue of the Solar sys- tem in which the negatively-charged electrons orbit a small, positively-charged nucleus similar to the planets orbiting the Sun. The gravitational force of the solar system is Coulomb (electrical) force between the positively-charged nucleus and the negatively-charged electrons. However, an atom in this model would be unstable: according to classical theory, orbiting electrons are undergoing centripetal acceleration, and should therefore give off electro- magnetic radiation, the loss of energy also causing them to spiral toward the nucleus, colliding with it in a fraction of a second. 20.4. Спектр атома водорода. Атом водорода имеет особое значение в квантовой механике. Из- учение спектра атомарного водорода имело прин- ципиальную значимость в понимании атомной структуры. Его спектры излучения и поглощения состоят из набора частот или длин волн, которые группируются в совокупность серий, длины волн которых описываются обобщенной формулой         − = λ 2 2 1 1 1 i f H n n R , где R H – постоянная Ридберга, а каждая пара целых чисел f i n n > (основной уровень серии) опреде- 20.4. Spectrumof hydrogen atom. The hydrogen atom has special significance in quantum mechanics. The study of the spectrum of atomic hydrogen has been of outstanding importance in the understanding of atomic structure, and quantum theory. This offers scope for a set of frequencies or wavelengths which are emitted or absorbed by hydrogen atom . It con- sists of the series of lines described by         − = λ 2 2 1 1 1 i f H n n R , where R H is Rydberg’s constant, and each pair of in- tegers with f i n n > (basic level of the series) cor-