Revolučné teórie vďaka kvantovej mechanike

Vznik kvantovej  mechaniky poskytol vedcom úplne nový pohľad na svet, a tak mohli prísť s novými revolučnými teóriami. Medzi popredných inovátorov sa radí aj génius z Dánska, a teda Niels Bohr.

Bohrov model atómu  

Jeden z prvých modelov vytvoril Thomson, takzvaný pudingový model, kvôli podobe jeho predstavy rozmiestnenia elektrónov v atóme. Ďalším priekopníkom v modeloch atómov bol Rutherford, ktorého planetárny model bol opäť o niečo bližšie k pravde, ale stále dosť ďaleko od nej.

O výrazný krok bližšie k nej sa priblížil Bohr s využitím poznatkov ohľadom kvantovej mechaniky. Jeho model obsahoval niektoré už predtým zistené fakty. Atóm je tvorený z kladne nabitého jadra a elektrónového obalu, pričom v jadre je sústredená takmer celá hmotnosť atómu. Novinkou oproti modelu Rutherforda bolo, že elektróny sa mohli pohybovať len po určitých dráhach, konkrétne určitých energetických stavoch. Týmto energetickým stavom odpovedajú hlavné kvantové čísla označené ako n. Aby sa elektrón dostal z nižšej hladiny na vyššiu, musí prijať energiu a naopak, pri prechode z vyššej hladiny na nižšiu emituje elektromagnetické žiarenie. Bohr taktiež vyrátal tzv. Bohrov polomer atómu vodíka. Jeho predstave nahrával aj fakt, že ním vypočítané frekvencie spektrálnych čiar boli v zhode s experimentom.

Dôkazom kvantovania energie vo vnútri atómu bol aj Franckov-Hertzov experiment, uskutočnený v rokoch 1912 až 1914. Predstavme si trubicu naplnenú parami ortuti. Z katódy vyletujú elektróny, ktoré sú urýchľované preletom cez mriežku s kladným napätím a dopadom na anódu vytvárajú anódový prúd. Pri zakreslení závislosti tohto prúdu od urýchľujúceho napätia do grafu je vidno, že dochádza k pravidelným poklesom prúdu pre celočíselné hodnoty napätia U=n*4.89, kde n=1,2,3…

Elektróny pri zrážkach odovzdajú časť energie atómom ortuti, konkrétne 4.89 eV a nedostanú sa k anóde, čo spôsobí pokles prúdu. Atómy ortuti potom emitujú žiarenie o energii 4.89 eV pri prechode do nižšieho stavu.    

Avšak, ani Bohrov model sa nevyhol určitým chybám. Tiež bol planetárny, čo odporuje Maxwellovej teórii. Taktiež bol plochý, čo odporuje známym faktom o guľovom tvare atómu nachádzajúceho sa v základnom stave. Napriek istým chybám sa Bohr podieľal na ďalších významných výskumoch v oblasti kvantovej fyziky a roku 1922 získal Nobelovu cenu.

Bohr sa ako mnohí iní jeho súčasníci z oblasti vedy zapojil do výskumu jadrových zbraní, avšak po vojne sa postavil proti zbrojeniu a varoval OSN pred nebezpečenstvom vyplývajúcom z jadrového zbrojenia.

Heisenberg a Pauli

Ďalšími významnými vedcami boli Wolfgang Pauli a Werner Heisenberg. Heisenbergová významná práca, princíp neurčitosti, bol akýmsi ďalším pomyselným klincom do rakvy, pretože zasadil ďalší úder determinizmu, aký sme mohli vidieť pri klasickej fyzike. Tento princíp sformulovaný roku 1927 hovorí, že čím presnejšie zmeriame jednu veličinu, napríklad polohu, tak tým menej presne budeme poznať jej rýchlosť. Pauliho si zase pamätáme pre jeho vylučovací princíp, ktorý uviedol na svet roku 1925 a hovorí, že v atóme nemôžu byť elektróny so všetkými rovnakými kvantovými číslami. Kvantové čísla popisujú stavy elektrónov- ich maximálnu energetickú hladinu, orbitálny moment hybnosti, magnetický dipólový moment a  spin. Polohu elektrónov v obale sa už nesnažíme presne zachytiť, ale naopak existujú oblasti s najväčšou pravdepodobnosťou výskytu.

Kvantová fyzika bola skutočne revolučná, a aj keď v dobe princípu neurčitosti a vylučovacieho princípu už mala čo to za sebou, stále neprestávala udivovať vtedajších odborníkov. Vývoj fyziky je veľmi dobre vidno na vývoji modelov atómu- od pudingového cez planetárny po planetárny využívajúci kvantovanie energie až po súčasný orbitálový. Zmenil sa nielen pohľad na fyziku, ale na celý svet. Zrazu sa objavili veci, ktoré sme neboli schopní úplne presne poznať. A vytvoril sa aj priestor pre dovtedy nevídané veci- napríklad teleportáciu. A taktiež umožnili vzniknúť sporu medzi dvoma géniami- Bohrom a Einsteinom.

_____________

Autor: Ľuboš Jendryščík

Zdroje:

Tarábek Pavol: Zmaturuj z fyziky, Didaktis, ISBN: 978-80-89160-88-4

sk.wikipedia.org

Obrázky: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6d/Niels_Bohr.jpg/220px-Niels_Bohr.jpg

vertigolab.50webs.com/images/bohr.gif

Pridajte komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená.