Z czego wynika pierwszy postulat Bohra?

Pytanie

Pyta Zbyszek Wysokiński

Z czego wynika pierwszy postulat Bohra? Elektron może poruszać się po orbitach dozwolonych, tylko takich, dla których moment pędu równa się n*h/2Pi.

Odpowiedź

Odpowiada dr Miłosz Panfil

Postulat Bohra wynika z falowej natury mikroświata. To znaczy, elektron nie do końca jest cząstką w potocznym rozumieniu tego pojęcia jako małej kulki. Zamiast tego, lepiej wyobrazić sobie elektron jako rozmytą chmurę, która miejscami jest gęstsza, tam elektron znajduje się z większym prawdopodobieństwem, a miejscami rzadsza, i tam szanse znalezienia elektronu są małe. Dodatkowo, ta „chmura” nie jest stała w czasie, ale faluje zgodnie z równaniem Schrödingera, które jest odpowiednikiem równania Newtona. Tak jak równanie Newtona mówi o zachowaniu dużych obiektów pod wpływem wywieranych na nie sił, tak równanie Schrödingera mówi nam jak chmura prawdopodobieństwa zmienia się wraz z ruchem elektronu i jego oddziaływaniem z innymi cząstkami znajdującymi się w pobliżu.

Równanie Schrödingera przewiduje, że chmura prawdopodobieństwa faluje podobnie jak struna w gitarze. Długość fali tych drgań zależy od prędkości cząstki. Elektron w atomie krąży wokół jądra, więc przypisana mu chmura prawdopodobieństwa otacza jądro falując wokół niego. Żeby to zobrazować wyobraźmy sobie strunę zwiniętą w okrąg. Taka struna może drgać stabilnie tylko wtedy, gdy długość okręgu jest wielokrotnością długości fali. Mając daną prędkość rozchodzenia się fali $v$, jej długość $\lambda$ oraz promień okręgu $r$ powyższy warunek możemy zapisać jako

$$
2 \pi r = n \lambda,
$$

gdzie $n$ jest liczbą naturalną. Jak wspomniano wyżej, długość fali zależy od energii,

$$
\lambda = h /m v.
$$

Związek ten został oryginalnie zaproponowany przez de Broglie’a. Łącząc ze sobą te dwa równania dostajemy postulat Bohra

$$
m v r = n h/(2\pi).
$$