คุณสามารถค้นหารูปภาพของอะตอมบนอินเทอร์เน็ตและคุณจะพบแม้ว่าจะไม่มีใครเคยเห็นอะตอมมาก่อนก็ตาม แต่เราได้ประมาณว่าอะตอมเดี่ยวมีลักษณะอย่างไรเนื่องจากผลงานของนักวิทยาศาสตร์หลายกลุ่มเช่นนีลส์บอร์นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก
อะตอมเป็นส่วนประกอบสำคัญของสสาร - อะตอมเดี่ยวของแต่ละองค์ประกอบเป็นเอนทิตีพื้นฐานที่สุดในธรรมชาติที่ยังคงปฏิบัติตามกฎของฟิสิกส์ที่เราสามารถสังเกตได้ในชีวิตประจำวัน (อนุภาคย่อยที่ประกอบเป็นอะตอมมีกฎพิเศษของตัวเอง) . นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าอะตอมมีอยู่เป็นเวลานานก่อนที่พวกเขาจะสามารถกำหนดโครงสร้างของมันได้แม้แต่ชาวกรีกโบราณก็คิดว่าสสารของจักรวาลประกอบด้วยส่วนประกอบที่เล็กมากจนไม่สามารถแยกย่อยออกเป็นสิ่งที่เล็กกว่าได้และพวกเขาเรียกหน่วยพื้นฐานเหล่านี้ว่าอะตอมซึ่งหมายความว่า "ไม่มีการแบ่งแยก" ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 เป็นที่เข้าใจกันว่าสารเคมีสามารถแยกย่อยออกเป็นอะตอมซึ่งมีขนาดเล็กมากและอะตอมของธาตุต่าง ๆ มีน้ำหนักที่สามารถคาดเดาได้
แต่แล้วในปีพ. ศ. 2440 JJ Thomson นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้ค้นพบอิเล็กตรอนซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุลบภายในอะตอมที่ทุกคนใช้เวลาส่วนที่ดีกว่าของศตวรรษที่เชื่อว่าไม่สามารถแบ่งแยกได้โดยสิ้นเชิง - เป็นสิ่งที่เล็กที่สุดที่มีอยู่ ทอมสันตั้งสมมติฐานว่าอิเล็กตรอนมีอยู่จริง แต่เขาไม่สามารถสรุปได้ว่าอิเล็กตรอนเข้ากับอะตอมได้อย่างไร การคาดเดาที่ดีที่สุดของเขาคือ " แบบจำลองพุดดิ้งลูกพลัม " ซึ่งแสดงให้เห็นว่าอะตอมเป็นพายที่มีประจุบวกซึ่งมีพื้นที่ที่มีประจุลบกระจายอยู่ทั่วเหมือนผลไม้ในขนมเก่าแก่
"พบว่าอิเล็กตรอนเป็นไฟฟ้าเชิงลบและทั้งหมดมีมวลเท่ากันและมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับอะตอม" ดัดลีย์เฮอร์ชบาคนักเคมีจากฮาร์วาร์ดผู้ร่วมรับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1986 กล่าวสำหรับ "ผลงานที่เกี่ยวข้องกับพลวัตของกระบวนการเบื้องต้นทางเคมีกล่าว , "ในอีเมล "เออร์เนสต์รัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบนิวเคลียสในปี พ.ศ. 2454 นิวเคลียสเป็นไฟฟ้าบวกมีมวลหลายชนิด แต่มีขนาดใหญ่กว่าอิเล็กตรอนมาก แต่มีขนาดเล็กมาก"
ยักษ์กระโดดไปข้างหน้า
นีลส์บอร์เป็นนักเรียนของรัทเทอร์ฟอร์ดที่เข้ามาดูแลโครงการถอดรหัสโครงสร้างของอะตอมของพี่เลี้ยงในปี 1912 เขาใช้เวลาเพียงหนึ่งปีในการสร้างแบบจำลองอะตอมไฮโดรเจนที่ใช้งานได้
"แบบจำลองของบอร์ในปี 1913 สำหรับอะตอมไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนวงโคจรรอบโปรตอนเหมือนโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์" เฮอร์ชบาคกล่าว "บอร์ใช้รูปแบบที่เรียบง่ายและสม่ำเสมอสำหรับสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนซึ่ง Johann Balmer ค้นพบในปี 1885 นอกจากนี้เขายังใช้ประโยชน์จากแนวคิดเรื่องควอนตัมที่ Max Planck ค้นพบในปี 1900"
ในปีพ. ศ. 2456 แบบจำลองของบอร์เป็นการก้าวกระโดดครั้งใหญ่เนื่องจากได้รวมเอาคุณสมบัติของกลศาสตร์ควอนตัมแรกเกิดเข้าไว้ในคำอธิบายของอะตอมและโมเลกุล ในปีนั้นเขาได้ตีพิมพ์เอกสาร 3 เรื่องเกี่ยวกับรัฐธรรมนูญของอะตอมและโมเลกุล: ฉบับแรกและมีชื่อเสียงที่สุดอุทิศให้กับอะตอมของไฮโดรเจนและอีกสองฉบับอธิบายองค์ประกอบบางอย่างที่มีอิเล็กตรอนมากกว่าโดยใช้แบบจำลองของเขาเป็นกรอบ แบบจำลองที่เขาเสนอสำหรับอะตอมของไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียส แต่จะอยู่บนรางพิเศษที่มีระดับพลังงานต่างกันเท่านั้น บอร์ตั้งสมมติฐานว่าแสงถูกปล่อยออกมาเมื่ออิเล็กตรอนกระโดดจากรางพลังงานที่สูงขึ้นไปยังรางพลังงานที่ต่ำกว่านั่นคือสิ่งที่ทำให้ไฮโดรเจนเรืองแสงในหลอดแก้ว เขามีไฮโดรเจนถูกต้อง แต่แบบจำลองของเขาผิดพลาดเล็กน้อย
"แบบจำลองนี้ล้มเหลวในการทำนายค่าที่ถูกต้องของพลังงานสถานะพื้นของอะตอมของอิเล็กตรอนจำนวนมากและพลังงานที่มีผลผูกพันของโมเลกุลแม้กระทั่งสำหรับระบบ 2 อิเล็กตรอนที่ง่ายที่สุดเช่นอะตอมของฮีเลียมหรือโมเลกุลของไฮโดรเจน" Anatoly Svidzinsky กล่าว ศาสตราจารย์ในสถาบันวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมควอนตัมที่ Texas A&M ในการให้สัมภาษณ์ทางอีเมล "ดังนั้นในปี 1913 เป็นที่ชัดเจนว่าแบบจำลองของ Bohr ไม่ถูกต้องนักแม้แต่อะตอมไฮโดรเจนแบบจำลองของ Bohr ก็คาดการณ์ไม่ถูกต้องว่าสถานะพื้นของอะตอมมีโมเมนตัมเชิงมุมที่ไม่ใช่ศูนย์"
รางวัลโนเบลปี 1922
ซึ่งแน่นอนว่าอาจไม่สมเหตุสมผลกับคุณมากนักหากคุณไม่ใช่นักฟิสิกส์ควอนตัม อย่างไรก็ตามแบบจำลองของ Bohr ได้รับการติดตามอย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1922 แต่ถึงแม้ Bohr จะสร้างชื่อเสียงให้กับโลกของฟิสิกส์นักวิทยาศาสตร์ก็ปรับปรุงแบบจำลองของเขา:
"แบบจำลองของ Bohr สำหรับอะตอมไฮโดรเจนได้รับการปรับปรุงโดย Arnold Sommerfeld ในปี 1916" Herschbach กล่าว "เขาพบวงโคจรรูปไข่ซึ่งคิดเป็นเส้นสเปกตรัมใกล้ ๆ กับวงโคจรที่มาจากวงโคจรแบบจำลองบอร์ - ซอมเมอร์เฟลด์สำหรับอะตอมไฮโดรเจนเป็นพื้นฐาน แต่ควอนตัมและสัมพัทธภาพกลายเป็นประเด็นสำคัญ"
ระหว่างปีพ. ศ. 2468 ถึง พ.ศ. 2471 Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli, Erwin Schrodinger และ Paul Dirac ได้พัฒนาแง่มุมเหล่านี้ไปไกลกว่าแบบจำลองอะตอมของ Bohr แต่เป็นแบบจำลองอะตอมที่ได้รับการยอมรับมากที่สุด ฟิสิกส์ควอนตัมแบบจำลองอะตอมทำให้เราดูเหมือนดวงอาทิตย์น้อยลงที่ล้อมรอบด้วยดาวเคราะห์อิเล็กตรอนและคล้ายกับศิลปะสมัยใหม่มากขึ้น เป็นไปได้ว่าเรายังคงใช้แบบจำลองของบอร์เพราะเป็นการนำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับอะตอมได้เป็นอย่างดี
"ในปี 1913 แบบจำลองของ Bohr แสดงให้เห็นว่าการหาปริมาณเป็นวิธีที่ถูกต้องในการอธิบายถึงโลกขนาดเล็ก" Svidzinsky กล่าว "ด้วยเหตุนี้แบบจำลองของบอร์จึงแสดงให้นักวิทยาศาสตร์เห็นแนวทางในการค้นหาและกระตุ้นการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัมต่อไปหากคุณรู้เส้นทางไม่ช้าก็เร็วคุณจะพบวิธีแก้ปัญหาที่เหมาะสมเราสามารถคิดว่าแบบจำลองของบอร์เป็นหนึ่งใน ป้ายบอกทางตามเส้นทางเดินป่าสู่โลกควอนตัม "
ตอนนี้น่าสนใจ
Christian Bohrพ่อของ Niels Bohr ได้รับการเสนอชื่อเข้าชิงรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาการแพทย์ถึงสามรางวัลแม้ว่าเขาจะไม่เคยได้รับรางวัล
