Сила притяжения между электроном и ядром атома в непосредственной близости между ними (в микромире) переходит в силу отталкивания.

Предполагается, что сила отталкивания растёт по мере сближения так быстро, что соприкосновение между электроном и ядром в естественных условиях невозможно.

Предложенная модель атома не излучает энергии сама по себе и может выдержать любое сжатие

Сделанное предположение даёт совсем иное, но решение проблемы, стоявшей перед Резерфордом. Атом может занимать огромный объём по сравнению с объёмом, занимаемым его составными частями, но электрон при этом не обязан вращаться вокруг ядра. Но может ли эта модель (которая в этой статье понимается как очень несовершенная, неразвитая) соответствовать действительности?

Сделанное предположение создаёт в микромире новые отношения между различно заряженными элементарными частицами: они отталкиваются друг от друга. Одинаково заряженные частицы, как мы знаем, всегда отталкиваются. Поэтому атом, имеющий много электронов, может существовать без того, чтобы электроны обязательно находились во (вращательном) движении. Одиночный атом, имеющий неподвижные электроны, не излучает энергии. С энергетической точки зрения он устойчив.

Если различно заряженные элементарные частицы в непосредственной близости отталкиваются друг от друга, а одинаково заряженные частицы всегда отталкиваются, то мы приходим к следствию, что все атомы в непосредственной близости отталкиваются друг от друга. (Атомы, образующие молекулы, находятся всё ещё достаточно далеко друг от друга.) Отсюда следует, что все вещества могут выдержать равномерное всестороннее давление любой величины. Нам известно, что это следствие соответствует действительности. Конечно, это следствие всего лишь побочный продукт сделанного предположения, но важно, что оно правильное. Оно может служить дополнительным аргументом в пользу близости к действительности сделанного предположения.

Предложенная модель атома устойчива, но излучает энергию в ответ на любые воздействия

Полученная модель атома не только энергетически стабильна (не излучает энергии сама по себе), но и является колебательной системой. Если электрон немного подтолкнуть, он выйдет из положения равновесия, но при этом возникнет сила, стремящаяся вернуть его в это положение. Поэтому при любом возмущении электрон начнёт колебаться и, в полном соответствии с законами классической физики (до 1900 г.), будет излучать энергию. Вследствие этого возникшие колебания будут затухать и электрон вернётся к состоянию статического равновесия.

То, что электрон при любом, даже очень малом возмущении, излучает энергию, соответствует действительности. Тепловые излучения атомов регистрируются уже при очень низких температурах, когда до световых излучений ещё очень далеко. (По модели атома Бора подобное невозможно, однако говорить об этом, как уже было сказано, не соответствует правилам хорошего тона.)

Предложенная модель атома очень стабильна и в том смысле, что при любом возмущении электрона (кроме столь большого, что оно ведёт к ионизации) атом сам по себе возвращается к состоянию равновесия. Модель проста, положение электрона легко может быть рассчитано.

Упорядоченность в мире хаоса: кристаллы в газе

Так как электрон и протон издали притягивают друг друга, а вблизи отталкиваются, они могут образовать атом с электроном, неподвижным относительно протона. Это однако не означает, что второй протон (или второй электрон) может присоединиться к этому атому и образовать симметричную систему. Нейтральный атом хотя и притягивается свободным протоном, однако сила притяжения при этом несравнимо меньше по сравнению с силой притяжения между электроном и протоном. Кроме того, когда сила притяжения электрона начинает сдавать, сила отталкивания связанного протона растёт всё быстрее. Поэтому положение равновесия второго протона будет гораздо дальше от связанного электрона, чем положение равновесия его собственного протона. (Положение равновесия его собственного протона также меняется при приближении второго протона, однако незначительно).

В поле свободного протона может находиться ещё один нейтральный атом. Также, как и первый, он будет притянут свободным протоном и найдёт вблизи него своё положение равновесия. Однако, так как атомы вблизи отталкиваются друг от друга, то его положение равновесия будет находиться с другой стороны от свободного протона напротив первого атома. Подобное же произойдёт с третьим, четвёртым и дальнейшими атомами, пока вокруг свободного протона не образуется сферический слой из нейтральных атомов, которые все своим электроном “показывают” в сторону свободного протона (рис. 1). Этим, однако, притягивающая способность свободного протона далеко не исчерпана. Таким же образом образуется второй сферический слой из нейтральных атомов, затем третий и т.д

Рис. 1

Рис. 1 иллюстрирует эту ситуацию. Свободный протон (ион водорода) показан символически в центре в виде небольшого круга, помеченного знаком (+). Нейтральные атомы вокруг него показаны в форме несколько бо́льших кругов. Положение электронов в каждом атоме помеченного знаком (-), а положение связанных протонов знаком (+). Второй, третий и дальнейшие слои нейтральных атомов показаны только частично.

Так как кристалл является олицетворением определённого порядка, а он здесь (на рис. 1) явно имеется, то можно сказать, что вокруг свободного протона образуется своего рода кристалл из нейтральных атомов водорода.

Построение линейчатого спектра

Показанное на рис. 1 скопление атомов вокруг иона будет дальше для краткости называться сави. Проведём, исходя из иона в центре этого скопления, прямую OA. На этой прямой будут находиться атомы, представители каждого сферического слоя, расстояние которых от иона (протона) в центре ступенчато растёт. Пронумеруем атомы, находящиеся на этой прямой соответственно номеру слоя, начиная со внутреннего, цифрами 1, 2, 3 и т.д Соответствующими индексами n пометим расстояния rn от центра иона до соответствующего атома на этой прямой (n = 1, 2, 3 и т.д.).

Проделаем теперь мысленный эксперимент. Попробуем придать электрону атома 1 (рис. 1), который расположен наиболее близко к иону в центре сави, толчок в направлении иона. Если этот толчок будет достаточно сильным, то электрон сможет покинуть свой протон и образует с до этого свободным протоном новый нейтральный атом (водорода). Обозначим минимальную энергию, которая для этого понадобилась, знаком E1. Если бы мы сделали то же самое с электроном следующего атома на линии OA, с электроном атома 2, то требующаяся для отрыва электрона энергия была бы несколько больше, чем E1, так как атом 2 находится в области более слабого поля иона и его электрон притягивается ионом с меньшей силой, чем электрон атома 1. Обозначим эту энергию аналогично знаком E2 и отметим: E2 > E1. Повторив то же самое с электроном атома 3, мы из тех же соображений получим, что E3 > E2 и т.д Продолжая последовательно эти размышления, мы получим: