ความรู้ของเราเกี่ยวกับอะตอมเปลี่ยนไปตลอดกาลเมื่อเว็บสล็อตออนไลน์กลศาสตร์ควอนตัมแอบมองเข้าไปข้างใน (เครดิตภาพ: Rost-9D ผ่าน Getty Images)อะตอมสามารถมองเห็นได้ดีที่สุดว่าเป็นนิวเคลียสที่แน่นและหนาแน่นล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนที่หึ่งและโคจรรอบ ภาพนี้นําไปสู่คําถามทันที: อิเล็กตรอนจะหมุนวนรอบนิวเคลียสได้อย่างไรโดยไม่เคยชะลอตัวลง?
นี่เป็นคําถามที่ลุกลามในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และการค้นหาคําตอบในที่สุดก็นําไปสู่การพัฒนากลศาสตร์ควอนตัมเอง
ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 หลังจากการทดลองนับไม่ถ้วนนักฟิสิกส์เพิ่งเริ่มรวบรวมภาพที่สอดคล้องกันของอะตอม พวกเขาตระหนักว่าแต่ละอะตอมมีนิวเคลียสที่มีความหนาแน่นหนักและมีประจุบวกล้อมรอบด้วยเมฆของอิเล็กตรอนขนาดเล็กที่มีประจุลบ เมื่อคํานึงถึงภาพทั่วไปนั้นขั้นตอนต่อไปของพวกเขาคือการสร้างแบบจําลองที่มีรายละเอียดมากขึ้นที่เกี่ยวข้อง: ’โมเลกุลความโน้มถ่วง’ แปลก ประหลาดสามารถโคจรรอบหลุมดําเช่นอิเล็กตรอนหมุนรอบอะตอมในความพยายามครั้งแรกที่แบบจําลองนี้นักวิทยาศาสตร์ได้รับแรงบันดาลใจจากระบบสุริยะซึ่งมี “นิวเคลียส” หนาแน่น (ดวงอาทิตย์) ล้อมรอบด้วย “เมฆ” ของอนุภาคขนาดเล็ก (ดาวเคราะห์) แต่รุ่นนี้ทําให้เกิดปัญหาสําคัญสองประการ
สําหรับหนึ่งอนุภาคที่มีประจุที่เร่งการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า และเนื่องจากอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีประจุและเร่งตัวขึ้นในระหว่างวงโคจรจึงควรปล่อยรังสีออกมา การปล่อยนี้จะทําให้อิเล็กตรอนสูญเสียพลังงานและหมุนวนเข้าและชนกับนิวเคลียสอย่างรวดเร็วตามรายงานของมหาวิทยาลัยเทนเนสซีที่น็อกซ์วิลล์ (เปิดในแท็บใหม่). ในช่วงต้นทศวรรษ 1900 นักฟิสิกส์ประเมินว่าเกลียวภายในดังกล่าวจะใช้เวลาน้อยกว่าหนึ่งล้านล้านวินาทีหรือพิโควินาที เนื่องจากอะตอมมีอายุยืนยาวกว่า picosecond อย่างเห็นได้ชัดสิ่งนี้จึงไม่ได้ผล
ปัญหาที่สองที่ลึกซึ้งกว่านั้นเกี่ยวข้องกับธรรมชาติของรังสี นักวิทยาศาสตร์ได้รู้ว่าอะตอมปล่อยรังสี ออกมา แต่พวกมันทําเช่นนั้นที่ความถี่เฉพาะที่ไม่ต่อเนื่องกันมาก อิเล็กตรอนที่โคจรรอบหากเป็นไปตามแบบจําลองระบบสุริยะนี้จะปล่อยความยาวคลื่นทุกประเภทออกมาแทนซึ่งตรงกันข้ามกับการสังเกต
การแก้ไขควอนตัม
นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์กที่มีชื่อเสียง Niels Bohr เป็นบุคคลแรกที่เสนอวิธีแก้ปัญหานี้ ในปี 1913 เขาแนะนําว่าอิเล็กตรอนในอะตอมไม่สามารถมีวงโคจรที่พวกเขาต้องการได้ แต่พวกเขาจะต้องถูกขังอยู่ในวงโคจรในระยะที่เฉพาะเจาะจงมากจากนิวเคลียสตามรายการอ้างอิงรางวัลโนเบลสําหรับรางวัลที่ตามมาของเขา (เปิดในแท็บใหม่). นอกจากนี้เขาเสนอว่ามีระยะทางขั้นต่ําที่อิเล็กตรอนสามารถเข้าถึงได้และมันไม่สามารถเคลื่อนที่เข้าใกล้นิวเคลียสได้
เขาไม่ได้แค่ดึงความคิดเหล่านี้ออกจากหมวกเท่านั้น น้อยกว่าทศวรรษที่ผ่านมา Max Planck นักฟิสิกส์
ชาวเยอรมันได้เสนอว่าการปล่อยรังสีอาจเป็น “ปริมาณ” ซึ่งหมายความว่าวัตถุสามารถดูดซับหรือปล่อยรังสีเป็นชิ้นๆ เท่านั้นและไม่มีค่าใด ๆ ที่ต้องการตามหน้าอ้างอิง HyperPhysics ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐจอร์เจีย (เปิดในแท็บใหม่). แต่ขนาดที่เล็กที่สุดของชิ้นที่ไม่ต่อเนื่องเหล่านี้คือค่าคงที่ซึ่งเป็นที่รู้จักในนามค่าคงที่ของพลังค์ ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์คิดว่าการปล่อยมลพิษดังกล่าวมีความต่อเนื่องซึ่งหมายความว่าอนุภาคสามารถแผ่รังสีได้ทุกความถี่
ค่าคงที่ของพลังค์มีหน่วยเดียวกับโมเมนตัมเชิงมุมหรือโมเมนตัมของวัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลม ดังนั้น Bohr จึงนําแนวคิดนี้ไปใช้กับอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสโดยกล่าวว่าวงโคจรที่เล็กที่สุดที่เป็นไปได้ของอิเล็กตรอนจะเท่ากับโมเมนตัมเชิงมุมของค่าคงที่พลังค์หนึ่งค่า วงโคจรที่สูงขึ้นอาจมีค่านั้นเป็นสองเท่าหรือสามครั้งหรือทวีคูณจํานวนเต็มอื่น ๆ ของค่าคงที่พลังค์ แต่ไม่เคยมีเศษส่วนใด ๆ ของมัน (ดังนั้นไม่ใช่ 1.3 หรือ 2.6 และอื่น ๆ )
Planck’s constant written out in a notebook.ค่าคงที่ของพลังค์เขียนออกมา (เครดิตภาพ: แร็กแซค ผ่าน Getty Images)มันจะต้องใช้การพัฒนาเต็มรูปแบบของกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อทําความเข้าใจว่าทําไมอิเล็กตรอนจึงมีวงโคจรต่ําสุดและกําหนดวงโคจรที่สูงขึ้นอย่างชัดเจน อิเล็กตรอนเช่นเดียวกับอนุภาคสสารทั้งหมดมีพฤติกรรมเป็นทั้งอนุภาคและคลื่น แม้ว่าเราอาจจินตนาการถึงอิเล็กตรอนเป็นดาวเคราะห์ดวงเล็ก ๆ ที่โคจรรอบนิวเคลียส แต่เราสามารถจินตนาการได้อย่างง่ายดายว่าเป็นคลื่นที่พันรอบนิวเคลียสนั้น
คลื่นในพื้นที่ จํากัด ต้องปฏิบัติตามกฎพิเศษ พวกเขาไม่สามารถมีความยาวคลื่นใด ๆ ได้ พวกเขาจะต้องทําจากคลื่นยืนที่พอดีกับพื้นที่ มันเหมือนกับเมื่อมีคนเล่นเครื่องดนตรี: ถ้าคุณตรึงปลายสายกีตาร์ไว้เช่นความยาวคลื่นที่แน่นอนเท่านั้นที่จะพอดีทําให้คุณมีโน้ตแยกต่างหาก ในทํานองเดียวกันคลื่นอิเล็กตรอนเว็บสล็อต
