ボーンの原子物理学の原理の原点
原子模型の発展と量子力学の誕生
20世紀初頭、古典物理学では説明できない現象が原子レベルで観測され始め、従来の物理学の概念に見直しが必要となりました。その代表例が、原子のスペクトル線の説明でした。古典物理学では、電子は連続的なエネルギー状態をとることができると考えられていましたが、原子のスペクトル線は特定の波長のみを持つ離散的なものでした。
ボーアの原子模型
1913年、ニールス・ボーアは、原子の構造に関する革新的なモデルを提唱しました。ボーアの原子模型は、以下の3つの基本的な仮説に基づいています。
* 電子は原子核の周りを円軌道上を運動している。
* 電子の角運動量は量子化されており、プランク定数の整数倍の値しか取ることができない。
* 電子は特定の軌道間を遷移する際に、エネルギーを光子の吸収または放出によってやり取りする。
ボーアの原子模型の成功と限界
ボーアの原子模型は、水素原子のスペクトル線を正確に説明することに成功し、量子力学の発展に大きく貢献しました。しかし、ボーアの原子模型は、以下のような限界も抱えていました。
* 多電子原子に対しては、正確なスペクトル線の説明を与えることができなかった。
* 電子が明確な軌道を描くという古典的な描像は、後の量子力学の解釈とは相容れないものであった。
量子力学への発展
ボーアの原子模型は、その後の量子力学の発展の土台となりました。1920年代半ばに完成した量子力学は、電子の運動を波動関数で記述し、電子の位置や運動量は確率的にしか決定できないという、古典物理学とは大きく異なる描像を提示しました。
「ボーンの原子物理学の原理」の出版
マックス・ボルンは、量子力学の創始者の一人であり、行列力学の構築に貢献しました。ボルンは、1935年に「ボーンの原子物理学の原理」を出版し、量子力学に基づいた原子物理学の体系的な教科書を提供しました。この本は、ボーアの原子模型を出発点とし、量子力学の基礎から応用までを網羅したもので、原子物理学の標準的な教科書として広く読まれることになりました。