تاریخچه: به سوی اتم کوانتومی ( قسمت اول )

جان هیلبران تاریخ‌دانی از دانشگاه کالیفرنیا مسیر کوانتیزه شدن مدارهای الکترونی اتم را توسط نیلز بور تشریح می­کند. برای این منظور بور با الهام از مدل نیکلسون، و بهره مندی از ایده پلانک مبنی بر کوانتای انرژی و نیز فرمول بالمر موفق به این کار شد.

به گزارش انجمن فیزیک ایران، نیلز بور (Niels Bohr) دانشمند سرشناس دانمارکی در زمینه نظریه کوانتومی در سال ۱۹۰۸ در سن ۲۳ سالگی موفق به کسب مدال طلا از آکادمی سلطنتی علوم دانمارک برای پژوهش نظری و تجربی‌اش در زمینه جت‌های آب شد؛ پژوهش او توسط انجمن سلطنتی لندن چاپ شد. رساله دکتری او در زمینه «نظریه الکترونی فلز‌ها» بقدری پیشرفته بود که هیچکس در دانمارک توانایی ارزیابی آن را نداشت. برای همین منظور بور به دانشگاه کامبریج رفت تا با جوزف جان تامسون (Joseph John Thomson) روی رساله‌اش کار کند. تامسون به خاطر کشف الکترون فردی مشهور بود؛ او جایزه نوبل فیزیک را در همین راستا در سال ۱۹۰۶ کسب کرد.

از نظر نیلز بور، جان تامسون نابغه‌ای بود که راه را به هر کسی نشان می‌داد. با این حال ذهن تامسون بقدری از ایده‌هایش پر بود که در شنیدن ایده‌های فردی دیگر آن هم با زبان غیر انگلیسی مشکل داشت. از طرفی چون رساله نیلز بور تماماً شامل مباحث ریاضی-فیزیک پیشرفته بود تامسون حتی اگر علاقه‌ای هم می‌داشت، در فهم آن مشکلاتی داشت. علاوه بر این نیلز بور فردی منتقد بود. او در حین انجام رساله‌اش اشتباهاتی در مقاله‌های تامسون پیدا کرد؛ در واقع او سعی می‌کرد توجه استاد را به خود جلب کند.

در همین حین تامسون درگیر توسعه نتایج مدل اتمی بود که در سال ۱۹۰۳ پیشنهاد کرده بود؛ مدلی که بعداً به طرز نادرستی «مدل کیک کشمشی» لقب گرفت. بر اساس این مدل، اتم شامل حلقه‌‌های متحدالمرکزی از الکترون‌هاست که در سرتاسر یک فضای کروی بدون مقاومت و دارای بار الکتریکی مثبت می‌چرخند. در این تصویر، تامسون ویژگی‌های متناوب عناصر، شکل‌گیری ملکول‌های ساده، پدیده پرتوزایی، پراکندگی اشعه‌های ایکس و ذرات بتا و نیز نسبت بین وزن یک اتم و الکترون‌هایش را به روشنی توضیح داد.

مدل هسته‌ای

در فوریه سال ۱۹۱۲ نیلز بور به دانشگاه منچستر رفت تا در آزمایشگاه ارنست رادرفورد (Ernest Rutherford) روی پدیده پرتوزایی مطالعه کند. هنگامی که نیلز بور به آزمایشگاه رسید چندین محقق روی مفاهیم و تعابیر مدل هسته‌ای اتم که توسط رادرفورد معرفی شد (۱۹۱۱)، تحقیق می‌کردند. برای توضیح بازتاب غیر منتظره ذرات آلفا از صفحات فلزی نازک، پدیده مشاهده شده توسط دانشجویان محقق رادرفورد، رادرفورد فهمیده بود که بایستی همه بار مثبت موجود در کره‌های مدل اتمی تامسون در ناحیه کوچکی در دل اتم جمع شود.

12345

سمت چپ نیلز بور، سمت راست اینشتین (۱۹۲۵)

نیلز بور به دلیل شخصیت انتقادیش خیلی زود به این گروه ملحق شد. نیلز بور در حین بهبود کاستی‌های موجود در نظریه مدل هسته‌ای اتم دریافت که برخی مدهای نوسان یک حلقه‌ از الکترون‌ها در صفحه مدارشان بقدری زیاد می‌شود تا اینکه اتم را تجزیه ‌کنند. چنین ناپایداری فیزیکی نمی‌توانست با مفاهیم فیزیکی قابل قبول مرتفع شود. رساله بور او را با مثال‌های عمومی‌تری از ایراد موجود در نظریه‌هایی مثل نظریه‌های تابش گرما و مغناطیس آشنا کرده بود؛ این ایرادات به خاطر آزادی که مکانیک آماری به الکترون‌ها می‌داد وجود داشت.

مدل هسته‌ای امتیازات بیشتری داشت. این مدل تمایزی مشخص بین پدیده‌های پرتوزا و پدیده‌های شیمیایی ایجاد می‌کرد. از نظر بور اولی به خاطر هسته‌ها و دومی به خاطر ساختار الکترونی بود. چنین استدلالی در گذشته به اندازه امروز اعتبار نداشت. حتی رادرفورد هم به تمایز بین این دو پدیده پی نبرده بود، به طوری که منشأ پرتوهای گاما و بتا را به الکترون‌های هسته‌ای اضافی ربط می‌داد.

از همه مهم‌تر اینکه مدل هسته‌ای همگام با ایده رادرفورد از ذرات آلفا به عنوان یک هسته تنها (بار مثبت متمرکز)، مفهوم عدد اتمی را به فیزیکدانان تحمیل کرد. آن‌ها می‌دانستند که ذره آلفا اتم هلیوم منهای دو الکترونش بود؛ بنابراین هسته‌اش بایستی ۲ واحد بار داشته باشد، نتیجه اینکه بار هیدروژن ۱ واحد و بار لیتیوم ۳ واحد و … است. نیلز بور در ماه جون و یا جولای سال ۱۹۱۲ یادداشتی تنظیم کرد تا نشان دهد که چطور ایده کوانتیزه شدن بسته‌های انرژی می‌تواند مدل هسته‌ای اتم را کامل کرده و به مشکلات مشاهده شده توسط تامسون پاسخ دهد. از طرفی نیلز بور قصد داشت تا به کمک مفهوم کوانتای (بسته‌های) انرژی اندازه اتم‌ها را تثبیت کند.

ادامه دارد »»»

نویسنده خبر: امیرحسین مجوزی

Read More : http://www.nature.com/nature/journal/v498/n7452/full/498027a.html

image_pdfimage_print
(8 نفر , میانگین : 4٫63 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=4373

سمیر الله وردی

کارشناس عمران، علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فیزیک و تکنولوژی های جدید می باشد و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *