Real Time Web Analytics با درنظر گرفتن ویژگی های مکانیک کوانتوم مدل های اتمی که تاکنون می شناختیم نادرست بوده اند .

یک نظریه علمی چگونه شکل می‌گیرد؟ بررسی تغییرات مدل های اتمی در گذر زمان

0

اگر کلمه‌ی اتم را در گوگل جستجو کنید بی درنگ با تصویر مدل های اتمی سیاره ای مواجه خواهید شد. این تصویر یک مدل ساده از ساختار اتم است که در آن الکترون‌ها مانند سیاره‌ها که به دور خورشید می‌چرخند، به دور هسته در حال چرخش هستند؛ اما این مدل نادرست است.این مدل بسیار ساده در نظر گرفته شده تا بتوان به واسطه آن مفاهیم پایه‌ای ساختار اتم را توضیح داد؛ اما حقیقت این است که مدل سیاره ای یا همان مدل رادرفورد نادرست است. دانشمندان در مقاله جالبی سیر تغییرات مدل های اتمی را بررسی کرده اند.

هر اتم، تعدادی الکترون دارد که به دور هسته اتم در حال چرخش اند. این چرخش باید به قدری سریع باشد که الکترون به داخل هسته سقوط نکند و ساختار اتمی از بین نرود.تمامی مدل های اتمی که می‌شناسیم، از مدل تامسون تا مدل بور و مدل ابر الکترونی، بیش از یک قرن پیش بیان شده اند. هر یک از این مدل ها جای خود را به مدل بعدی داده اند تا مدل اتمی کامل‌تر و بالغ‌تر بدست آید. مدل اتمی رادرفورد علی‌رغم قدمت زیادش، جایگاهی در اذهان عمومی ندارد، اما مدل ساده بور هنوز هم در حال استفاده است و از چرخه مدل های اتمی محو نشده است.
در سال۱۹۱۳، نیلز بور فیزیک‌دان دانمارکی که در زمینه چگونگی طیف نشری خطی اتم کار می‌کرد با پذیرفتن مدل اتمی رادرفورد، پیشنهاد داد که الکترون‌ها در سطوح انرژی مشخصی قرار داشته و در حال چرخش به دور هسته هستند. انرژی الکترون‌هایی که در سطوح انرژی پایین‌تر به هسته نزدیکتر هستند، نسبت به الکترون‌هایی که از هسته دورند، انرژی کمتری دارند؛ بنابراین برای انتقال الکترون از سطح انرژی پایین به سطح انرژی بالا، باید انرژی معادل اختلاف انرژی بین آن دو سطح را به آن الکترون بدهیم؛ پس انرژی الکترون ها در یک اتم کوانتیده است. باید به این نکته توجه کرد که این مدل بیش از یک دهه قبل از کشف نوترون بیان شد!

 

مدل های اتمی 2
نیلز بور و ارنفست (همراه با پسرش) در ایستگاه قطار لیدن هلند در سال ۱۹۲۶٫

این نظریه بر دو اصل محکم، استوار شده است: اصل آدیاباتیک که روشی برای پیداکردن حالت‌های کوانتومی ممکن درون یک اتم بود و اصل تطابق که الکتردینامیک کلاسیکی را با نظریه کوانتومی جدید در آن زمان، پیوند می‌داد. یکی از مهم‌ترین تغییراتی که انجام شده، واژگونی اهمیت این دو اصل بنیادی است. در سال ۱۹۱۸، اصل آدیاباتیک، نقش اصلی را بازی می‌کرد و تقریبا کاملا اصل تطابق نظریه بور را تحت‌الشعاع قرار می‌داد، اما در طی سال‌های بعدی، این اصل مهم، حذف شد و اصل تطابق، اهمیت بیشتری بدست آورد و کاربردهای جدید و مفیدی پیدا کرد.
با ظهور مکانیک کوانتوم، دو شگفتی رخ داد: اول اینکه ضرورتی نیست که الکترون همواره به دور هسته بچرخد و دوم اینکه الکترون ها نمی‌توانند در یک لحظه معین در یک مکان خاص باشند (به علت اصل عدم قطعیت هایزنبرگ). از طرفی در یک ناحیه بزرگ، الکترون ها می‌توانند در یک لحظه در هر مکانی باشند. نکته جالب اینجاست اگر مکان الکترون را اندازه بگیرید، یک نقطه معین در یک ناحیه به‌دست خواهید آورد. مرسوم‌ترین روش برای به دست آوردن ساختار یک اتم‌، پیداکردن تصویر فضای اطراف هسته است که این فضا بیشتر به یک ابر تاریک شبیه است. تصویر فضای اطراف هسته نشانگر این موضوع است که الکترون در هر لحظه بدون آنکه مکانش معلوم باشد درون ابر الکترونی، در حال حرکت است؛ بنابراین مدل ابر الکترونی، تصویر صحیحی از اتم را نشان می‌دهد بدون اینکه به مفاهیم اصلی لطمه بزند. با چنین مدل های می‌توان مدل بور را رد کرد. از این مدل ها می‌توان برای مطالعه ترکیب های شیمیایی و یا برای یافتن مکان الکترون بهره برد. به یاد داشته باشید که حقایق را نمی توان در یک تصویر مخفی کرد حقیقت جذاب تر از یک تصویر زیباست! تصویر واقعی اتم، عکسی است که برای این پست انتخاب شده است.

دانلود مقاله اصلی به صورت PDF

متولد آخرین روز بهار عاشق فیزیک فلسفه و ادبیات در حال حاضر دانشجوی فیزیک گرایش محاسبات و اطلاعات کوانتومی

ارسال نظر

*