ボーアの原子論

この問題に大きく貢献したのはデンマークのニールス・ボーアで、1913年に量子仮説を原子スペクトルに適用しました。 気体原子が発する光のスペクトルは、19世紀半ばから盛んに研究されていた。 その結果、低圧の気体原子からの放射は、一連の離散的な波長で構成されていることがわかった。 これは、固体からの放射が連続的な波長範囲に分布しているのとは全く異なっている。 気体原子からの放射（光）は、鋭い線の集まりであるため、線スペクトルとして知られている。 線スペクトルの波長は、その元素に特徴的で、非常に複雑なパターンを形成することがあります。 最も単純なスペクトルは、原子状水素とアルカリ原子（リチウム、ナトリウム、カリウムなど）のスペクトルである。 水素の場合、波長λは経験式で与えられ、mとnは正の整数でn > m、Rydberg定数として知られるR∞は1.097373157 × 107 per metreという値を持っている。 あるmの値に対して、nを変化させた場合の線は一連をなす。 m = 1のライマン系列は紫外域に、m = 2のバルマー系列は可視域に、m = 3のパッシェン系列は赤外域にある。 このモデルは、1909年にハンス・ガイガーとアーネスト・マースデンが金原子に巨大で動きの速いアルファ粒子を浴びせた実験に基づいていた。この粒子の一部が後方にそれると、ラザフォードは原子が巨大で帯電した原子核を持っていると結論づけたのである。 ラザフォードのモデルでは、原子は、原子核が太陽、電子が惑星として循環する太陽系のミニチュアに似ている。 ボーアは、3つの仮定をした。 まず、古典力学では無限の軌道が可能であるのに対し、電子は定常状態と呼ばれる不連続な軌道のうちの1つにしか存在できないことを仮定した。 第二に、電子の角運動量が整数n倍ℏ（ℏ = h/2π）である軌道だけが許されると仮定したのである。 第三に、ボーアは、太陽の周りを回る惑星の軌道を計算するのに成功したニュートンの運動法則が、原子核の周りを回る電子にも適用されると仮定した。 電子に働く力（太陽と惑星の間の重力に相当）は、正電荷の原子核と負電荷の電子との間の静電気的な引力である。 これらの簡単な仮定により、軌道のエネルギーはのような形になることを示した。ここでE0は既知の定数e, me, ℏの組み合わせで表すことができる定数である。 静止状態では、原子はエネルギーを光として発しないが、電子がエネルギーEnの状態からより低いエネルギーEmの状態に遷移するとき、エネルギー量が周波数νで放射され、この式にEnの式を入れ、λν=c（cは光速）の関係を使って、ボーアは水素スペクトルの線の波長の式を導き、リュードベリ定数を正しい値としたのであった。

ボーアの理論は輝かしい前進であった。 その最も重要な2つの特徴は、現在の量子力学にも生きている。 それは、(1)放射しない静止状態の存在と、(2)遷移における初期状態と最終状態のエネルギー差に放射周波数が関係することである。 ボーア以前は、放射周波数は電子の公転周波数と同じであると考えられていた

が、現在では、放射周波数は電子の公転周波数と同じであると考えられている。