## ボーンの原子物理学の原理の美
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原子スペクトルの鋭い輝線：古典物理学への挑戦
19世紀末、物質を加熱すると元素特有の光を発することが知られていました。プリズムを通すと、この光は虹のように連続的なスペクトルではなく、鋭い輝線として観察されました。水素原子のスペクトルは特に単純で、可視光領域にはバルマー系列と呼ばれる特徴的なパターンが見られました。しかし、古典物理学では、電子が原子核の周りを回転運動する際、連続的な光を放出すると考えられており、この鋭い輝線の存在を説明することができませんでした。
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量子仮説の導入と原子模型への応用
1900年、プランクは黒体放射の問題を解決するために、エネルギーが連続的な値ではなく、特定の離散的な値しか取らないという量子仮説を提唱しました。その後、1913年、ボーアはこの量子仮説を原子模型に取り入れました。ボーアの原子模型では、電子は特定のエネルギー準位にのみ存在でき、エネルギー準位間の遷移に伴って特定の振動数の光を放出または吸収するとされました。このモデルは、水素原子のスペクトル線を驚くほど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。
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波動関数の導入と確率解釈
1926年、シュレーディンガーは電子の運動を波動として記述する波動方程式を提唱しました。この波動関数は、電子の存在確率を表すと解釈されました。つまり、電子は特定の位置に決まった軌道を描くのではなく、空間全体に確率的に分布していると考えるようになりました。この確率解釈は、古典的な粒子像とは大きく異なり、量子力学の特異性を示すものとなりました。
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不確定性原理と相補性の原理
1927年、ハイゼンベルクは位置と運動量のように互いに共役な物理量を同時に正確に測定することはできないとする不確定性原理を提唱しました。また、ボーアは粒子性と波動性のように互いに相反する性質が量子現象を理解するために必要であるとする相補性の原理を提唱しました。これらの原理は、古典物理学とは全く異なる量子力学の世界観を示しており、物質の究極的な理解に深く関わるものです。