Krótka historia mechaniki kwantowej
Pod koniec XIX wieku fizykę uważano za najdoskonalszą ze wszystkich nauk. Było tylko kilka niezbadanych problemów, które miały zostać wkrótce rozwiązane, chociaż nie oczekiwało się, że wyniki te będą miały znaczący wpływ na fizyczny obraz świata. Bardzo niewielu rozumiało wagę nierozwiązanych problemów, do których należał w szczególności problem wyjaśnienia zjawiska promieniowania cieplnego z ciała doskonale czarnego. Bliższe badanie promieniowania ciała doskonale czarnego, efektu fotoelektrycznego i efektu Comptona całkowicie zmieniło sposób, w jaki fizycy myśleli o świecie. Pionierem fizyki kwantowej był Max Planck. W 1900 roku, po latach prób wyjaśnienia zjawiska promieniowania cieplnego od ciał w oparciu o fizykę klasyczną, przyjął - wbrew teorii Maxwella - że energie fal elektromagnetycznych emitowanych przez ciała są nagłe (skwantowane). Podobnie, gdy ciało pochłania fale elektromagnetyczne, pochłania impulsy energii. Przyjął też, że ilość wielkości energii jest proporcjonalna do częstotliwości fali (nazwanej później stałą Plancka) i upierał się, że teoria jest zgodna z wynikami pomiarów promieniowania cieplnego.
W 1905 roku, Albert Einstein wyjaśnił efekt fotoelektryczny zakładając, że wiązka promieniowania monochromatycznego niesie ze sobą dyskretne części o wartościach podanych przez Plancka i jest w nich absorbowana, gdy oddziałuje z materią. Było to śmiałe rozszerzenie koncepcji kwantowej Plancka. Konieczność kwantyfikacji promieniowania elektromagnetycznego, niezależnie od tego, czy oddziałuje ono z materią, czy porusza się swobodnie w przestrzeni, została w pełni uzasadniona dopiero wraz z rozwojem tzw. kwantowej teorii pola.
W 1913 roku Niels Bohr wyjaśnił kwantyfikację poziomów energetycznych atomu wodoru. W tym celu wymagał istnienia nieznanego wcześniej prawa, które pozwalało elektronom atomu wodoru zajmować tylko określone poziomy energii. Koncepcja ta rozwiązała paradoksy wynikające z wcześniejszych prac eksperymentalnych Rutherforda, które wykazały skupienie całej masy atomu w jego jądrze, czyli tzw. dźwięku. planetarny model atomu. Jednak kwestia stabilności atomu pozostała nierozwiązana. Ponieważ elektrony mają krążyć wokół jądra, powinny w sposób ciągły promieniować energię i ostatecznie wpaść do jądra. Bohr był pierwszym naukowcem, który argumentował, że stabilny model atomu w ramach fizyki klasycznej jest niemożliwy i zaproponował szereg zasad heurystycznych wyjaśniających stabilność materii i stworzył nową gałąź fizyki: fizykę kwantową.
Tekst i redakcja: Maciej Gdala
Zdjęcia: wygenerowano w technologii AI (Artificial Intelligence)
