И наконец, законы, определяющие цвет света, излучаемого при движении по такой классической орбите, хотя и несколько сложнее законов, определяющих звуковые частоты скрипичной струны, но все же по форме напоминают их. Поэтому должна бы существовать основная частота, определяемая периодом вращения электрона по орбите, а также обертоны или гармоники, т. е. частоты, кратные основной; наблюдаемые же в атомном спектре (включая водород) частоты не являются ни гармониками, ни суммой целых кратных основной частоты, а скорее сложными сочетаниями разностей между числами, которые не соотносятся гармонично. Конкретно все наблюдаемые частоты можно представить соотношением
V = v>i – v>j,
где V>i и V>j – два числа некоторой последовательности v>1, v>2, v>3… Для водорода эти числа были найдены Бальмером, а вообще каждый атом характеризуется своим набором подобных чисел. Другими словами, уникальность атомных систем (что труднее доказать для атома с 92 электронами, но тем не менее это остается верным), выраженная в законе испускания света при возбуждении, стабильность этих систем и единообразие их размера никак не вытекали из каких-либо данных, известных физике в то время.
Это чрезвычайно затруднительное положение побудило Бора сделать одно удивительное рискованное предположение, которое при всей осторожности Бора выглядело весьма революционным. Бор заявил: «По причинам, нам еще не понятным, атом характеризуется не классическими орбитами, а рядом состояний, которые, по существу, стационарны и которые со временем не меняются». Из них наиболее обычным и важным является состояние, характеризуемое наименьшей энергией, так называемое основное состояние. Оно длится вечно, если только атом не подвергается никакому возмущающему воздействию. Эти состояния характеризуются различными энергиями. Состояния с большей энергией, нежели основное состояние, могут быть неустойчивыми. Из такого состояния может произойти самопроизвольный переход в состояние с более низкой энергией. Следует помнить, что каждая частота, излучаемая данным атомом, может быть выражена как v = v>1 − v>2. Более наглядно это можно записать, умножив обе части равенства на постоянную Планка h:
hv = hv>1 − hv>2.
Тогда каждый член данного равенства представляет собой энергию; можно предположить, что величины hv>1 и hv>2 – это энергии двух состояний атома, а величина hv есть энергия кванта света, который излучается при переходе из одного состояния в другое. «Я не могу описать эти переходы, – заявил Бор. – Они не есть движения в классическом смысле. Это нечто новое, чего я не понимаю». Далее Бор сказал: «В некоторых случаях я могу привести правило, так как я произвел расчет энергий, характеризующих эти состояния, и это я могу выразить в терминах свойств соответствующих классических орбит». Но Бор не утверждал, что эти состояния имеют нечто общее с орбитами. Во-первых, орбита – движение, и поэтому должны иметь место какие-то изменения во времени. А стационарное состояние есть стационарное состояние, которое со временем совершенно не меняется.
