نبذة تعريفية عن “معادلة بالمر” وانجازات العالم “بوهر” في مجال فيزياء الكم

2011 مكتبة الفيزياء أسس فيزياء الكمّ

إدوارد ويليت

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

معادلة بالمر العالم بوهر الفيزياء الكم الفيزياء

في العام 1885 ابتكر أحد المدرسين السويسريين، ويدعى جوهان جاكوب بالمر (1825-1898) ، معادلة بسيطة ودقيقة من خلال القيام بدراسة متأنية لطيف الهيدروجين وهي (1/λ=R(1/2²-1/n²)

 حيث يرمز (λ) إلى الطول الموجي الذي تظهر فيه الخطوط المرئية لطيف الهيدروجين، ويشير (R) إلى الثابت، بينما يشير (n) إلى العدد الصحيح الذي يصف الأطوال الموجية للخطوط الطيفية المرئية الأربعة للهيدروجين

وكانت هذه المعادلة بمنزلة أول إشارة إلى "فيزياء الكمّ" مع أن الجميع تجاهلوا تلك المعادلة في زمن صدورها

 

ثم أظهرت التجارب الأخرى التي أجراها عدد من العلماء أن معادلة بالمر تنبأت بموقع الخطوط الطيفية الأخرى في  طيف الهيدروجين خارج نطاق الضوء المرئي، وأخيرا ظهر تفسير معادلة بالمر بعد حوالي ثلاثين عاماً من صياغتها على يد عام دانمركي شاب يُدعى نيلس بوهر.

كان بوهر بحلول العام 1912 يقوم بدراسة عدد من المسائل عن طريق النموذج الكوكبي للذرّة، بما في ذلك عدم قدرة هذا النموذج الجديد على تفسير الأطياف الخطية.

كان بوهر على اطلاع بما توصل إليه بلانك من أن الطاقة يُمكن أن تنتج على هيئة حزم أو كموم منفصلة بدلاً من الموجات المستمرة، كما كان على علم بفوتونات أينشتاين الضوئية التي تُمثل أحد أشكال الكموم الأخرى.

 

ذرّة بوهر الكمومية

اقترح بوهر في العام 1913 توسيع الأفكار المرتبطة بالكمّ لتشمل الذرّة، وأشار في اقتراحه الأول إلى أنه لسبب ما (وهو سبب غير معروف إلى الآن) لا تطلق الإلكترونات التي تدور حول نواة الذرّة أي طاقة، مع أن معادلات ماكسويل المتعلقة بالأشعة الكهرومغناطيسية افترضت صدور الطاقة عن هذه الإلكترونات.

وينبغي لنا أن نتذكر أنه لو كانت هذه الإلكترونات تشع طاقة بالفعل لابدّ أنها ستفقد الطاقة بسرعة تؤدي إلى انهيارها داخل النواة، وبالتالي فإن الكون الذي نعرفه لن يكون له أي وجود.

 

أما اقتراح بوهر فأشار إلى أن الإلكترونات تستطيع الحركة حول نواة الذرّة ضمن مدارات مستقرة من دون فقدان للطاقة، لكن ذلك لا يتحقق في أي مدار يمكن أن نتخيله.

فقد بيّن بوهر أن حركة الإلكترونات اقتصرت على عدد قليل جداً من المدارات المحددة؛ لأن كمية الحركة الزاويّة أو الدورانية التي يمكن للإلكترونات أن تحصل عليها عند دورانها حول النواة يجب أن تكون مركَّب عدد صحيح لأحد الوحدات الأساسية. 

لكن هذا التفسير لا معنى له حسب مصطلحات الفيزياء التقليدية: فإذا كان بنية الذرّة في الواقع مماثلة لبنية النظام الشمسي لأصبح وجود عدد كبير من المدارات والحركة الدورانية أمراً ممكناً.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]