100 שנה למודל האטום של נילס בוהר

 

 

הדימוי הגראפי המוכר של אטום, אותו גרעין קטן ואלקטרונים הנעים סביבו במסלול היקפי, הפך להיות סמל בתפיסת העולם שלנו, ו"לוגו" כללי של מדעי הפיסיקה. האיש שעומד מאחורי הרעיון הזה הוא נילס בוהר. הוא נולד בקופנהגן, בירת דנמרק, בשנת 1885, בן למשפחה יהודית מצד אמו. סבו היה חבר פרלמנט. כחוקר בתר-דוקטוריאלי בפיסיקה, באנגליה, פגש את ארנסט רתרפורד, ועשה ארבע שנים במעבדתו באוניברסיטת מנצ'סטר בעבודה על מודל תיאורטי לתיאור יציבות האטום.

 

רתרפורד, אשר גילה את קיומו של גרעין האטום בשנת 1911, הציע מודל שלפיו במרכז האטום קיים גרעין חיובי, אשר סביבו נעים אלקטרונים בדומה לכוכבי לכת המקיפים את השמש. זה היה מודל יפה ומשכנע, אבל לפי חוקי המכניקה הקלאסית, האלקטרונים אמורים לפלוט אנרגיה אלקטרומגנטית רציפה - ולקרוס לתוך הגרעין, דבר שאינו מאפשר את קיומם של אטומים יציבים.

 

מכיוון שהפיסיקה הקלאסית שללה את האפשרות של אלקטרונים הסובבים סביב הגרעין, החל בוהר לבנות מודל שיתאים לחוקי תורת הקוונטים, שהייתה באותה עת בחיתוליה, ואשר התבססה על הרעיון שאנרגיה אלקטרומגנטית אינה יכולה להשתנות אלא במנות בדידות הנקראות קוונטים.

 

ב-6 במארס 1913, בדיוק לפני 100 שנה, שלח בוהר מאמר לרתרפורד, שבו פירט כיצד המודל החדש שלו על מבנה האטום – שאינו מתבסס על המכניקה הקלאסית - מסביר את הספקטרום של אטום המימן. על-פי המודל הזה, האלקטרונים נעים מסביב לגרעין במסלולים מעגליים שהם בעלי אנרגיה בדידה, כך שאלקטרונים יכולים לרכוש או לאבד אנרגיה רק בדרך של מעבר למסלול אחר תוך פליטה או בליעה של קרינה. במסלול הקרוב ביותר לגרעין אין האלקטרון יכול לפלוט קרינה, ולכן אינו יכול לקרוס אל תוך הגרעין. זהו מצב היסוד של אטום המימן.

 

למעשה, מודל האטום של בוהר אינו מדויק. על-פי עקרון אי-הוודאות, אי-אפשר לקבוע באותו זמן ערכים מדויקים לזוגות משתנים מדידים כמו מיקום ותנע. מודל בוהר מפר את העיקרון הזה, מכיוון שהוא מאפיין אלקטרונים במסלולים ידועים וברדיוסים מוגדרים - שני מאפיינים שלפי עקרון אי-הוודאות אינם יכולים להימדד בעת ובעונה אחת. המודל גם אינו מתאר במדויק את מבניהם של אטומים גדולים. עבודה חלוצית זו זיכתה את נילס בוהר, בגיל 37, בפרס נובל לפיסיקה בשנת 1922.