Поглощение и испускание света атомами. Происхождение линейчатых спектров

Различные химические элементы имеют свой, непохожий на остальные, спектр. Но чем объясняются эти отличия? Ответить на этот и другие вопросы стало возможным, лишь после появления новой физической теории, которая получила название квантовая механика. Основная заслуга в ее появлении принадлежит физику из Дании Нильсу Бору. Что нам уже известно о строении атома вещества?
В восьмом классе мы познакомились с опытом Резерфорда, благодаря которому была предложена планетарная модель строения атома. Альфа частицы не только проникали через золотую фольгу, но также отклонялись на очень большие углы. Объяснялось это явление тем фактом, что основная масса в атоме содержится в положительном ядре, вокруг которого движутся отрицательно заряженные электроны.
Вспомним, как выглядит модель атома водорода. В центре находится положительное ядро, около ядра по орбите вращается всего один электрон. С помощью этой модели можно объяснить рассеивание альфа-частиц. 
Но оставался открытым вопрос: почему спектр атома водорода линейчатый? 
Нильс Бор предложил теорию, согласно которой атомы могут находится, как в основном (невозбужденном) состоянии, так и в возбужденном состоянии. Невозбужденному (основному) состоянию атома соответствует положение электрона на самой близкой к ядру орбите. Чем больше возбужден атом, тем дальше от ядра расположена разрешенная орбита электрона. Основные положения были сформулированы Бором в следующих постулатах. 
Первый постулат  Бора.
Атом может длительно пребывать только в особых, стационарных состояниях, каждому из которых соответствует определённое значение энергии. В стационарном состоянии атом не излучает и не поглощает электромагнитные волны. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны.  Электроны переходят не на любые, а лишь на разрешенные для данного элемента орбиты. Номера орбит, в общем случае, обозначают буквами латинского алфавита n,  k и т.д. Нумерация начинается с ближайшей к ядру орбиты.
Второй постулат Бора.
Излучение света происходит лишь при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Еk (е ка) в стационарное состояние с меньшей энергией Еn (е эн).
Этот переход можно запасать в виде формулы:
hv=Ek - En (аш ню равно е ка минус е эн), где е эн минус е ка – это разность энергий стационарных состояний, аш ню – это порция энергии, которая выделяется при переходе электрона с более высокой орбиты стационарного состояния на более низкую.
При переходе электрона со стационарной орбиты с меньшей энергией, на орбиту с большей энергией атом поглощает порцию энергии.
Понятие квантового перехода сложно для понимания. Даже сам Бор говорил, что если вы поняли, что значит квантовый скачек, то вы думали об этом недостаточно.
Для описания атома Бор описал его не как солнечную систему, а как многоэтажное здание. Ядра живут на первом этаже. Этажи выше занимают электроны. Согласно законам, электроны могут жить только на этаже. Другой закон означают, что электроны могут мгновенно перепрыгивать с этажа на этаж. Это и называется  квантовым скачком.  Мысли, подобные этой, позволили сделать Бору свои гениальные предсказания. При прыжке с верхнего этажа на нижний, он испускает свет. Цвет света зависит от того насколько велик квантовый скачек. Если электрон прыгает со второго этажа на третий, он мог испускать красный свет. А электрон, прыгающий с 10 этажа на второй – синий. Именно это могло объяснить расположение линий в спектре водорода. У каждого атома свои энергетические уровни. Переходам с более высокого энергетического уровня на более низкий соответствуют характерные линии в спектре испускания. Линии поглощения и излучения совпадают, так как атомы могут поглощать свет только тех частот, которые они могут излучать. На основании теории Бора оказалось возможным построить количественную теорию спектра водорода. Но построить количественную теорию уже следующего за водородом атома гелия на основе постулатов Бора оказалось невозможным. Однако данная теория послужила толчком к развитию нового направления в физике – квантовой теории, позволившей создать лазеры. И на сегодняшний день излучение лазеров находит широчайшее применении в разнообразных областях медицины, науки, производства и т.д.