Danimarkalı bilim adamı Niels Bohr tarafından oluşturulan bir model ortaya çıkana kadar atomun yapısı fizikçiler arasında uzun süre tartışılan bir konuydu. Atom altı parçacıkların hareketini tanımlamaya çalışan ilk kişi değildi, ancak temel bir parçacığın herhangi bir zamanda konumunu tahmin etme yeteneği ile tutarlı bir teori yaratmayı mümkün kılan onun gelişmeleriydi.
Yaşam yolu
Niels Bohr, 7 Ekim 1885'te Kopenhag'da doğdu ve 18 Kasım 1962'de orada öldü. En büyük fizikçilerden biri olarak kabul edilir ve şaşırtıcı değildir: tutarlı bir hidrojen benzeri atom modeli oluşturmayı başaran oydu. Efsaneye göre, bir rüyada, gezegenlere benzer bir şeyin belli bir ışıklı seyrek merkez etrafında nasıl döndüğünü gördü. Bu sistem daha sonra büyük ölçüde mikroskobik boyuta küçüldü.
O zamandan beri, Bohr rüyayı formüllere ve tablolara çevirmenin bir yolunu arıyor. Modern fizik literatürünü dikkatle inceleyerek, laboratuvarda deneyler yaparak ve düşünerek, amacına ulaşmayı başardı.hedefler. Doğuştan gelen utangaçlık bile sonuçları yayınlamasını engellemedi: geniş bir kitlenin önünde konuşmaya utandı, kafası karışmaya başladı ve izleyici bilim adamının açıklamalarından hiçbir şey anlamadı.
Öncüler
Bohr'dan önce bilim adamları, klasik fiziğin varsayımlarına dayanan bir atom modeli oluşturmaya çalıştılar. En başarılı girişim Ernest Rutherford'a aitti. Çok sayıda deney sonucunda, elektronların yörüngelerde hareket ettiği devasa bir atom çekirdeğinin varlığına dair sonuca vardı. Grafiksel olarak böyle bir model güneş sisteminin yapısına benzediği için, gezegensel olanın adı arkasında güçlendi.
Ancak önemli bir dezavantajı vardı: Rutherford denklemlerine karşılık gelen atomun kararsız olduğu ortaya çıktı. Er ya da geç, çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde ivme ile hareket eden elektronlar çekirdeğe düşmek zorunda kalacak ve enerjileri elektromanyetik radyasyona harcanacaktı. Bohr için Rutherford modeli, kendi teorisini oluşturmanın başlangıç noktası oldu.
Bohr'un ilk varsayımı
Bohr'un ana yeniliği, atom teorisinin inşasında klasik Newton fiziğinin kullanımının reddedilmesiydi. Laboratuarda elde edilen verileri inceledikten sonra, dalga radyasyonu olmadan düzgün bir şekilde hızlandırılmış hareket gibi önemli bir elektrodinamik yasasının temel parçacıklar dünyasında çalışmadığı sonucuna vardı.
Düşüncelerinin sonucu kulağa şuna benzeyen bir yasa çıktı: Bir atomik sistem ancak olası durağan durumlardan birindeyse kararlıdır.(kuantum) durumları, her biri belirli bir enerjiye karşılık gelir. Kuantum durumlarının postülası olarak da adlandırılan bu yasanın anlamı, bir atom böyle bir durumdayken elektromanyetik radyasyonun yokluğunu tanımaktır. Ayrıca, ilk varsayımın bir sonucu, atomdaki enerji seviyelerinin varlığının tanınmasıdır.
Frekans kuralı
Ancak, bir atomun her zaman aynı kuantum durumunda olamayacağı açıktı, çünkü kararlılık herhangi bir etkileşimi reddeder, bu da ne Evren ne de içinde hareket olmayacağı anlamına gelir. Görünen çelişki, Bohr'un frekans kuralı olarak bilinen atom yapısı modelinin ikinci varsayımıyla çözüldü. Bir atom, enerjisi durağan durumların enerjileri arasındaki farka eşit olan bir kuantum yayan veya emen, karşılık gelen bir enerji değişikliği ile bir kuantum durumundan diğerine geçebilir.
İkinci varsayım da klasik elektrodinamikle çelişir. Maxwell'in teorisine göre, bir elektronun hareketinin doğası, radyasyonunun frekansını etkileyemez.
Atom tayfı
Bohr'un kuantum modeli, atomun spektrumunun dikkatli bir şekilde incelenmesiyle mümkün oldu. Bilim adamları, gök cisimlerinin spektrumlarını inceleyerek elde edilen beklenen sürekli renk bölgesi yerine, atomun spektrogramının süreksiz olduğu için uzun süre utandılar. Parlak renkli çizgiler birbirinin içine akmıyor, etkileyici karanlık alanlarla ayrılmıştı.
Bir kuantum durumundan elektron geçişi teorisibir başkası bu tuhaflığı açıkladı. Bir elektron, bir enerji seviyesinden daha az enerjinin gerekli olduğu bir diğerine geçtiğinde, spektrograma yansıyan bir kuantum yayar. Bohr'un teorisi, hidrojen gibi basit atomların spektrumlarındaki daha fazla değişikliği tahmin etme yeteneğini hemen gösterdi.
Kusurlar
Bohr'un teorisi klasik fizikten tamamen kopmadı. Çekirdeğin elektromanyetik alanındaki elektronların yörüngesel hareketi fikrini hala korudu. Bir durağan durumdan diğerine geçiş sırasında niceleme fikri, gezegen modelini başarıyla tamamladı, ancak yine de tüm çelişkileri çözmedi.
Bohr'un modelinin ışığında, elektron bir sarmal harekete geçip çekirdeğe düşemez, sürekli enerji yayar, neden art arda daha yüksek enerji seviyelerine çıkamadığı belirsizliğini koruyordu. Bu durumda, tüm elektronlar er ya da geç en düşük enerji durumuna ulaşacak ve bu da atomun yok olmasına yol açacaktır. Diğer bir problem, atomik spektrumlardaki teorinin açıklamadığı anormalliklerdi. 1896'da Peter Zeeman ilginç bir deney yaptı. Bir manyetik alana atomik bir gaz yerleştirdi ve bir spektrogram aldı. Bazı spektral çizgilerin birkaçına bölündüğü ortaya çıktı. Böyle bir etki Bohr'un teorisinde açıklanmadı.
Bohr'a göre bir hidrojen atomu modeli oluşturma
Teorisinin tüm eksikliklerine rağmen, Niels Bohr hidrojen atomunun gerçekçi bir modelini oluşturmayı başardı. Bunu yaparken frekans kuralını ve klasik yasaların yasalarını kullandı.mekanik. Bohr'un elektron yörüngelerinin olası yarıçaplarını belirlemek ve kuantum durumlarının enerjisini hesaplamak için yaptığı hesaplamaların oldukça doğru olduğu ortaya çıktı ve deneysel olarak doğrulandı. Elektromanyetik dalgaların emisyon ve absorpsiyon frekansları, spektrogramlardaki karanlık boşlukların konumuna karşılık geldi.
Böylece, hidrojen atomu örneğini kullanarak, her atomun ayrık enerji seviyelerine sahip bir kuantum sistemi olduğu kanıtlandı. Ek olarak, bilim adamı, yazışma ilkesini kullanarak klasik fiziği ve varsayımlarını birleştirmenin bir yolunu bulabildi. Kuantum mekaniğinin Newton fiziğinin yasalarını içerdiğini belirtir. Belirli koşullar altında (örneğin, kuantum sayısı yeterince büyükse), kuantum ve klasik mekanik yakınsar. Bu, kuantum sayısının artmasıyla, Newton kavramlarının ışığında beklendiği gibi, spektrumdaki karanlık boşlukların uzunluğunun tamamen kaybolmaya kadar azalmasıyla kanıtlandı.
Anlam
Karşılık ilkesinin getirilmesi, özel kuantum mekaniğinin varlığının tanınmasına yönelik önemli bir ara adım haline geldi. Bohr'un atom modeli, birçokları için atom altı parçacıkların hareketiyle ilgili daha doğru teoriler oluşturmada bir başlangıç noktası haline geldi. Niels Bohr, nicemleme kuralının tam bir fiziksel yorumunu bulamadı, ancak bunu da yapamadı, çünkü temel parçacıkların dalga özellikleri ancak zamanla keşfedildi. Bohr'un teorisini yeni keşiflerle destekleyen Louis de Broglie, her yörüngenin,elektronun hareket ettiği, çekirdekten yayılan bir dalgadır. Bu bakış açısından, atomun durağan durumu, çekirdek etrafında tam bir devrim yapan dalganın tekrar etmesi durumunda oluşacak şekilde düşünülmeye başlandı.
