Осенью 1910 года Эрнста Резерфорда обуревали мучительные раздумья. Он пытался понять, как устроен атом. Эксперименты по рассеянию альфа-частиц различными веществами убедительно свидетельствовали: внутри атома находится некое массивное тело (в 1912 году Резерфорд назовет его ядром). Проблема состояла в том, какой заряд оно несет - положительный или отрицательный?

Если отрицательный, то сохранялись "пробелы" томсоновской модели атома. Ибо оставалось неясным, чем обусловлен положительный заряд сферы. И какое же количество электронов потребно, чтобы обеспечить атому соответствующую "весомость"?

А если положительный? Тогда модель просто утрачивала черты реальности. Электроны, которые двигались по орбитам в соответствии с классической электродинамикой, должны были непрерывно излучать энергию. И в конечном счете поглощаться положительно заряженной сердцевиной.

И тем не менее в мае 1911 года Резерфорд опубликовал статью "Рассеяние альфа- и бета-частиц в веществе и Структура атома". Понимая всю уязвимость своей позиции, он, однако, приписал ядру заряд "+".

Правда, статью он предварил примечательной оговоркой: "Вопрос об устойчивости предлагаемого атома на этой стадии не следует подвергать рассмотрению, ибо устойчивость окажется, очевидно, зависящей от тонких деталей структуры атома и движения составляющих его заряженных частей".

Так появилась на свет ядерно-электронная модель атома. Она была подобна Солнечной системе: вокруг ядра-Солнца вращались электроны-планеты. Этой модели суждено было сыграть огромную роль в создании новейшей атомистики. Но никто из корифеев физики поначалу не обратил на нее внимания. В этой науке существовали другие проблемы, считавшиеся более значимыми и насущными.

Резерфорд внутренне был убежден в реальности своего "химерического" атома. На многие вопросы его модель давала удовлетворительные ответы. Нейтральность атома обуславливалась положительным ядром и отрицательным электронным "окружением". Массивное ядро определяло величину атомного веса. Вылет альфа-частиц также получал приемлемое объяснение. А легко отрывающиеся "орбитальные" электроны участвовали в образовании химических связей между атомами. Эти достоинства перевешивал один-единственный, но фатальный недостаток.

Чтобы избавиться от него, требовалось нечто, не укладывавшееся в привычные рамки научных представлений.

…Той же весной 1911 года в Копенгагенском университете защитил диссертацию Нильс Бор. Она касалась теории движения электронов в металлах. Ему недавно исполнилось двадцать пять лет, и он стремился достичь весомых успехов в науке. Бор в то время "был глубоко захвачен томсоновскими оригинальными мыслями об электронной структуре атомов", и потому работа в Кавендишевской лаборатории казалась ему особо привлекательной.

Там Бор и познакомился с Резерфордом. А уже в марте 1912 года перебрался к нему в Манчестер.

И поверил в его атомную модель.

Бор вспоминал впоследствии: "…весной 1912 года я пришел к убеждению, что электронное строение атома Резерфорда управляется с помощью кванта действия". Вот ход его рассуждений. Диаметр атома составляет около одной стомиллионной доли сантиметра. В нем имеются электрические заряды определенной величины; их носителями служат тела определенной массы. Как, имея это в виду, объяснить размер атома? Заряды и массы не позволяют вывести величину, имеющую размерность длины. Значит, либо существуют некие иные силы, действующие на расстоянии атомного радиуса (но они неизвестны), либо должны играть роль характерные константы, позволяющие вместе с зарядом и массой получить величину размерности длины.

Такой константой могла быть только постоянная Планка. Так Бор ввел кванты в теорию атома.

Свою теорию он изложил в статье "О строении атомов и молекул" 5 апреля 1913 года. В ней содержались два основных постулата. Согласно первому в атоме существуют "разрешенные" стационарные орбиты. Двигаясь по ним, электрон не излучает энергии. В соответствии с другим он может "перескочить" на более близкую к ядру стационарную орбиту. При этом испускается квант энергии.

Последующие несколько лет Бор посвятил детальной разработке квантовой теории атома. В ней приняли участие и некоторые его современники - физики.

Однако теория не была лишена противоречий. В самом деле: представление о стационарных орбитах электронов опиралось на планковскую теорию, а расчет этих орбит основывался на методах классической механики и электродинамики. Не без юмора заметил в свое время Генри Брэгг: в теории Бора мы "как бы должны по понедельникам, средам и пятницам пользоваться классическими законами, а по вторникам, четвергам и субботам - квантовыми".

Во второй половине 20-х годов на смену квантовой теории пришла квантовая механика. Бор немало сделал для ее становления и интерпретации.

На заседании Физического общества в Копенгагене 18 октября 1921 года Бор прочел доклад: "Строение атома и физические и химические свойства элементов", в котором изложил основные положения теории периодической системы. Он объяснял то, перед чем вставал в тупик Дмитрий Иванович Менделеев: глубинные причины периодического изменения свойств. "Последовательность элементов распадается на различные периоды, внутри которых их химические свойства изменяются известным характерным образом, - говорил Бор. - Для истолкования этой закономерности естественно предположить отчетливое распределение электронов в атоме таким образом, что расположение групп элементов в системе следует приписать постепенному образованию электронных групп в атоме по мере увеличения атомного номера".

Эти "электронные группы" Бор назвал "квантовыми орбитами"; несколько позже их станут называть "оболочками" и "подоболочками". Бор далее предложил четкую схему последовательного формирования электронных конфигураций атомов, с тех пор, по существу, не претерпевшую заметных изменений. И иллюстрировал свои представления лестничной формой периодической системы.

Безусловно, схема эта не имела строгого теоретического вывода. Она опиралась на эмпирические факты изменения свойств элементов в таблице Менделеева и на их характеристические рентгеновские спектры. Правильнее сказать, Бор не "вывел" периодической системы, а лишь объяснил ее, пользуясь квантовой моделью строения атома. Для "вывода" же потребовались принципиально новые идеи и методы. Их предоставила квантовая механика.

Бор отдал должное и ядерной физике. В 1936 году он объяснил механизм протекания ядерных реакций. Бомбардирующая частица образовывала с ядром мишени составное ядро. Ее энергия быстро распределялась между всеми нуклонами. Через малый промежуток времени один из них или их определенная комбинация приобретали достаточную энергию для того, чтобы покинуть ядро.

Предложив так называемую капельную модель ядра (1939), Бор вскрыл суть процесса деления урана под действием нейтронов и вместе с Джоном Уилером разработал количественную теорию этого процесса. Далее, он предсказал вероятность спонтанного деления ядер - нового вида естественной радиоактивности.

Когда Данию оккупировали немецкие войска, над Бором нависла грозная опасность. Руководство Третьего рейха намеревалось привлечь его к реализации германского атомного проекта. Осенью 1943 года Бору удалось перебраться в нейтральную Швецию. Отсюда его доставили в Англию на бомбардировщике. Во время перелета он едва не погиб: в самолете для него нашлось место только в бомбовом отсеке. Но кислородный шлем ему оказался слишком мал, и во время перелета ученый чуть не задохнулся.

Затем в США он принял участие в работах по созданию атомной бомбы. Но еще в августе 1944 года он обратился к президенту Рузвельту с меморандумом, в котором высказывался за полное запрещение использования нового оружия.

Его сын Оге Бор пошел по стопам отца: в 1975 году он получил Нобелевскую премию по физике "За развитие… теории структуры атомного ядра".