Nauki przyrodnicze
MENU
STRONA GŁÓWNA
Przyroda polska
Zdjęcia natury
Fizyka teoretyczna
Biologia teoretyczna
Biochemia
Biologia molekularna
Ornitologia
Rośliny Polski
Botanika
Zoologia
Internetowe ZOO
Związki czynne roślin
Pierwiastki
chemiczne
Chemia nieorg.
Chemia organiczna
Ciekawostki
biologiczne
Ciekawostki
fizyczne
Ciekawostki
chemiczne
Ciekawe książki
Ciekawe strony www
Słownik

INFO
INFO O AUTORZE
KONTAKT

Do działu: FIZYKA TEORETYCZNA →

Niels Bohr
(7.10.1885 - 18.11.1962)

Narodowość: Duńczyk
Nagroda Nobla: 1922 r.

Znane powiedzenia:
  • Ekspert to taki człowiek, który popełnił wszystkie możliwe błędy w bardzo wąskiej dziedzinie.
  • Jeśli teoria kwantowa nie wywarła na tobie wstrząsającego wrażenia, to znaczy, że jej nie rozumiesz.
  • Wiedza to władza. Ale niewiedza, niestety, nie oznacza jeszcze braku władzy.
W planetarnym modelu Rutherforda tkwił pewien problem, pewna nieunikniona katastrofa. Zgodnie z elektrodynamiką klasyczną (równania Maxwella), elektron doznający przyspieszenia powinien promieniować fale elektromagnetyczne. Przyspieszenie to zmiana wektora prędkości. Prędkość może zmieniać nie tylko swą wartość (ruch prostoliniowy), lecz także kierunek (ruchy po torach zakrzywionych). To tak jak w przypadku samochodu. Możemy dodawać gazu lub hamować na prostej drodze i wtedy zmienia się tylko wartość prędkości widoczna na liczniku, albo skręcać; na przykład przy parkowaniu. Wtedy zmienia się kierunek wektora v (a wartość zmieniać się może). W przypadku ruchu po okręgu kierunek v zmienia się w każdym punkcie. Przyspieszenie, które zmienia ten kierunek zwane jest przyspieszeniem radialnym.

Promieniowanie elektronu, poruszającego się po okręgu wokół jądra, spowodowałoby utratę energii i spadek na jądro, po torze spiralnym w czasie rzędu 10-14 sek. Przewidywanie to jest niezgodne z faktami. Atomy powszechnie znane są stabilne i mają w jądrze tylko ładunek dodatni.

Bohr, widząc ten problem, zaproponował w 1913 r. nowy model najprostszego atomu wodoru. W modelu tym zakłada, że dozwolone są tylko niektóre orbity i elektrony krążące na nich nie promieniują energii. Orbity te są specyficzne, bo moment pędu elektronu na nich, który przedstawia tu wzór L = mvr (masa · prędkość · promień orbity) równa się wielokrotności stałej Plancka h podzielonej przez 2π.

L = mvr = nh / 2π = nħ

Zawarte we wzorze n może przyjmować dowolne wartości naturalne, z czego widać, że może być wiele orbit. Atom może zaabsorbować tylko promieniowanie o częstotliwości ν odpowiadającej różnicy energii między dwiema orbitami atomu (np. E2, E1). Może też emitować tylko promieniowanie o takiej charakterystyce.

ν = (E2 - E1)/h

Siła przyciągania kulombowskiego między jądrem, a elektronem jest siłą dośrodkową. Bohr przyrównał do siebie wzory na te siły (w poniższym wzorze symbol v oznacza prędkość, a nie częstotliwość).

Ze wzoru powyższego wyznaczamy r. Ze wzoru na moment pędu wyznaczamy v. Po przekształceniach otrzymujemy wzór:

gdzie m – masa elektronu, h – stała Plancka, q – ładunek elektronu (ładunek elementarny), ε0 - przenikalność elektryczna próżni.

Wzór ten pozwala obliczyć promienie kolejnych orbit atomu wodoru.

Bohr zmieszał fizykę klasyczną z dowolnymi, nieuzasadnionymi przez niego założeniami, zaprzeczającymi fizyce klasycznej (→ na pewnych orbitach elektron nie emituje promieniowania nie wiedzieć z jakiej przyczyny). Mówiono żartobliwie, że zastosował on metody klasyczne w poniedziałki, środy i piątki, a kwantowe – we wtorki, czwartki i soboty. Model Bohra załamywał się przy próbie zastosowania go do atomów pierwiastków cięższych niż wodór. Mimo wszystko, było to osiągnięcie, bo zgodność danych doświadczalnych – widm emisyjnych atomów wodoru (a także pojedynczo zjonizowanego helu), z przewidywaniami teorii była znacząca.

Dokonania Plancka (promieniowanie ciała doskonale czarnego), Einsteina (efekt fotoelektryczny) i Bohra (model atomu wodoru) noszą zbiorczą nazwę starszej mechaniki kwantowej i są przedsmakiem nowej, rewolucyjnej teorii w fizyce. W latach 20-tych XX wieku mechanika kwantowa zostaje mocno rozwinięta przez takich fizyków jak: Louis de Broglie, Erwin Schrödinger, Max Born, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli i Paul Adrien Dirac.

Niels Bohr jest twórcą tzw. zasady korespondencji (odpowiedniości). Mówiła ona o kierowaniu się analogią między światem klasycznym, a kwantowym w budowaniu teorii kwantowych i zachowaniu oszczędności w modyfikowaniu teorii klasycznych, ale w taki sposób, by powstałe teorie były zgodne z wynikami doświadczeń w świecie kwantów. Wedle tej zasady, wynik kwantowy powinien sprowadzać się do swego klasycznego odpowiednika w obszarze, w którym stałą Plancka możemy uważać za zaniedbywalnie małą, a także przy przejściu do wysokich liczb kwantowych, czy zastępując grupę danych przy kwantowym pomiarze wielkości ich wartością średnią (zasada Ehrenfesta).

Do N. Bohra należy także zasada komplementarności sformułowana w 1928 roku. Mowa w niej o tym, że na fundamentalnym poziomie elementy opisu, które uzupełniają się wzajemnie i są niezbędne do uzyskania pełnej charakterystyki układu, wykluczają się nawzajem. Przykładowo, dokładny pomiar pędu wyklucza dokładną znajomość położenia, a do pełnego opisu tego, co dzieje się z cząstką, potrzebna jest znajomość jej pędu i położenia. Zasada komplementarności ma ścisły związek z zasadą nieoznaczoności omówioną w rozdziale o Wernerze Heisenbergu.

Bohr wziął również udział wraz z Heisenbergiem i Bornem w formułowaniu filozoficznej interpretacji podstaw mechaniki kwantowej – tzw. interpretacji kopenhaskiej. Było to zadanie arcytrudne i do dziś pozostaje otwarte (a więc interpretacja kopenhaska spotyka się z ogromną polemiką i zapewne nie jest ostatnim słowem). Według interpretacji kopenhaskiej, konstrukcje matematyczne mechaniki kwantowej są tylko użytecznymi narzędziami i pozwalają na wykonanie obliczeń zgodnych z danymi eksperymentalnymi. Same te narzędzia nie powinny być jednak traktowane dosłownie i nie muszą odzwierciedlać realnych bytów.

Albert Einstein miał o Nielsie Bohrze wysokie zdanie. Mówił: „Jest to zaiste człowiek genialny (...). Mam pełne zaufanie do jego sposobu myślenia”.

MACIEJ PANCZYKOWSKI

 Autor wortalu: Maciej Panczykowski, Copyright © 2003-2018 by Maciej Panczykowski