Bohrs kvanteteori revideret

Niels Bohrs atommodel var fuldstændig revolutionerende, da den blev præsenteret i 1913. Selvom den stadig undervises i skolerne, det blev forældet for årtier siden. Imidlertid, dens skaber udviklede også en meget bredere og mindre kendt kvanteteori, hvis principper ændrede sig over tid. Forskere ved universitetet i Barcelona har nu analyseret udviklingen i den danske fysikers tankegang – et rigtigt eksempel på, hvordan videnskabelige teorier udformes.

De fleste skoler underviser stadig i atommodellen, hvor elektroner kredser om kernen ligesom planeterne gør omkring solen. Modellen var baseret på Rutherfords første model, principperne for klassisk mekanik og nye ideer om 'kvantisering' (ligninger til at anvende indledende kvantehypoteser på klassiske fysiske systemer) fremført af Max Planck og Albert Einstein.

Som Blai Pié i Valls, en fysiker ved universitetet i Barcelona, forklarer til SINC:"Bohr udgav sin model i 1913 og, selvom det var revolutionerende, det var et forslag, der ikke forklarede meget forskellige eksperimentelle resultater, så mellem 1918 og 1923 etablerede han en meget mere omfattende, velinformeret teori, der inkorporerede hans tidligere model."

Bohrs teori, kaldet kvanteteori, foreslået, at elektroner kredser om kernen efter de klassiske love, men underlagt begrænsninger, såsom de baner, de kan optage, og den energi, de mister som stråling, når de hopper fra en bane til en anden. Men den forsøgte også på en samlet måde at forklare alle de kvantefænomener, der var blevet observeret til dato.

"Denne teori hvilede på to grundlæggende søjler:det adiabatiske princip, en metode til at finde mulige kvantetilstande i atomet; og korrespondanceprincippet, som forbinder klassisk elektrodynamik med den nye kvanteteori, der blev smedet på det tidspunkt, " forklarer Pié i Valls, der, sammen med professor Enric Pérez, har publiceret disse historiske analyser om emnet i tidsskriftet 'Annalen der Physik'.

Forfatterne undersøgte den brug, Bohr gav til den adiabatiske hypotese, fra den østrigske fysiker Paul Ehrenfest opstillede den i 1911, indtil hans danske kollega hævede den til et 'princip' og udviklede den for at få mest muligt ud af den. De opdagede også den gensidige indflydelse mellem Bohr og den tyske fysiker Arnold Sommerfeld, som fremførte sin egen formulering af 'kvantificering' og havde en betydelig indflydelse på udviklingen af ​​den gamle kvanteteori, baggrunden, som alle undersøgelserne forud for kvantemekanikkens fødsel i 1925 blev sat på.

"En af de mest markante ændringer, vi har fundet, er vendingen af ​​betydningen af ​​de to grundlæggende principper, " bemærker Pié i Valls. "I 1918, den centrale rolle, som det adiabatiske princip spillede, overskyggede næsten fuldstændigt korrespondanceprincippet i Bohrs teori, og det må vi ikke glemme, men gennem årene, det faldt i baggrunden, mens korrespondanceteorien fik betydning og inkorporerede nye, nyttige applikationer fra calculus. Med etableringen af ​​kvantemekanik, korrespondanceprincippet beholdt sin centrale rolle, som den har den dag i dag."

Forfatterne begræder det faktum, at Bohrs kvanteteori er meget mindre kendt end hans atommodel, "forældet siden 1925, men som stadig forklares i skoler i dag på grund af dens betydelige uddannelsesmæssige værdi og ud fra ren pragmatisme - det er umuligt at undervise i en teori så kompleks som kvantemekanik på bestemte niveauer."

Denne situation, imidlertid, har ført til, at offentligheden fejlagtigt har den idé, at Bohr-modellen stadig er gyldig, når den moderne vision om atomet er, faktisk, styret af kvantemekanikkens probabilistiske love, som tvinger os til at forestille os elektronen som en delokaliseret "sandsynlighedssky" omkring atomets kerne.