בחירה חופשית. בעד ונגד

תוקן על ידי רדףהשיג ב- 14/12/2010 13:14:52

תוקן על ידי רדףהשיג ב- 14/12/2010 13:59:42

אבל אז פרסם הפיזיקאי אֶרְנֶסְט רָתֶרְפוֹרְד מודל חדש, שלפיו האטום נראה כמו מערכת שמש מיקרוסקופית: כפי שכוכבי הלֶכֶת סובבים סביב השמש, כך האלקטרונים בעלי המטען השלילי סובבים סביב גרעין האטום בעל המטען החיובי.

אבל הפיזיקאים הבינו מהר מאוד שלמודל מערכת השמש יש בעיה. על פי חוקי הפיזיקה, אלקטרונים הנעים במעגל אמורים לפלוט קרינה. אבל כשאלקטרון פולט אנרגיה בצורת קרינה הוא מאבד מאנרגיית המהירות שלו, ולכן כל האלקטרונים באטום היו אמורים להתקרב לגרעין עד להִתְנַגְּשׁוּת הבלתי נמנעת, כך שלאחר שַׁבְרִיר שנייה כל האטומים ברחבי היקום היו קורסים ונעלמים.

אבל למזלנו היקום עדיין קיים, ונמצאים בו אטומים שקיימים כבר מיליארדי שנים, מה שמרמז שלמודל מערכת השמש נדרש תיקון דחוף.

הקשר בין אנרגיה למרחק/;

שנתיים לאחר שפרסם רתרפורד את המודל שלו, הכריז הפיזיקאי הדני נִילְס בּוֹהְר שהוא יודע מהו התיקון הנדרש. באותה התקופה החל להתפתח תחום מוזר מאוד בפיזיקה, שנקרא תורת הקְוַונְטִים. הרעיון המרכזי בתורת הקוונטים היה שגְּדָלִים פיזיקליים כמו אנרגיה, קרינה ומְהִירוּת אינם יכולים לקבל כל עֵרֶךְ שנרצה. זה אומר שלאנרגיה של אלקטרון באטום, לדוגמה, יש ערך מינימלי מסוים, ועֶרְכֵי אנרגיה קטנים ממנו פשוט לא קיימים. וכשהאנרגיה גְּדֵלָה, היא אינה גדלה בהדרגה, אלא בקפיצות.

אם כך, חשב נילס בוהר, האלקטרונים אינם יכולים להסתובב סביב גרעין האטום בכל מרחק שיבחרו, משום שהמרחק שלהם מהגרעין קָשׁוּר לאנרגיה. לאלקטרונים יש רק מסלולים מסוימים שבהם מותר להם להיות. "המסלולים המותרים" האלה אינם מאפשרים לאלקטרונים להתקרב אל הגרעין מֵעֵבֶר למרחק מסוים, וכך האטומים נשארים יציבים.

ככל שהמסלול מְרוּחָק יותר מהגרעין, כך גדלה האנרגיה של האלקטרונים הנמצאים בו. אם האטום מקבל אנרגיה מבחוץ, למשל מֵאוֹר שמוקרן לעברו, חימום או זֶרֶם חשמלי, ייתכן שאחד מהאלקטרונים שלו ישתמש באנרגיה הזו בכדי לקפוץ למסלול רחוק יותר ואנרגטי יותר.

גם המצב ההפוך אפשרי: כשאלקטרון קופץ חזרה למסלול קרוב יותר, שהאנרגיה שלו נמוכה יותר, עודף האנרגיה משתחרר בצורת אור או חום. נורה פְלוּאוֹרֶסְצֶנְטִית, למשל, פולטת אור כשאלקטרונים חוזרים ממסלול אנרגטי יותר למסלול פחות אנרגטי.

ממשיכים לנוע

המודל של בוהר נשמע מעניין מאוד, והוא מצליח אפילו לפתור את הבעיה הגדולה של מודל מערכת השמש. אבל בפיזיקה שום רעיון, אפילו כזה שנראה ממש מוצלח, אינו נלקח ברצינות עד שמישהו מגיע ומוכיח אותו בעזרת ניסוי.

את הניסוי הזה ערכו גֵ'יימְס פְרָנְק (James Franck) וגוּסְטָב הֶרְץ (Gustav Hertz). השניים מילאו שפופרת באטומים מסוג מסוים. בצד אחד של השפופרת היה חוט לַהַט שממנו נפלטו אלקטרונים, שכוונו לצדה השני באמצעות מקור מֶתַח שיצר כוח חשמלי. שם הם נאספו, והמהירות הממוצעת שלהם נמדדה. בדרך נתקלו האלקטרונים באטומים שמילאו את השפופרת, והתנגשו בהם. כשזה קרה מהירותם של האלקטרונים לא קטנה - הם רק שינו את כיוונם, כמו כדור גומי קטן שנתקל בכדורסל גדול ולא מאבד ממהירותו מפני שהוא אלסטי.

הכוח החשמלי שפועל על האלקטרונים מְסַפֵּק להם אנרגיה ומגדיל את מהירותם, לכן אפשר היה לחשוב שכְּכָל שהכוח החשמלי גדל, כלומר משתמשים במקור מתח חשמלי חזק יותר, מהירות האלקטרונים תגדל. אבל כשהכוח החשמלי הגיע לערך מסוים, בבת אחת קטנה מהירותם בצורה משמעותית, כלומר הם איבדו אנרגיה בדרך מִחוּט הלהט לעבר הצד השני של השפופרת.

כשבדקו פרנק והרץ מדוע האלקטרונים איבדו את האֶלַסְטִיּוּת שלהם, הם מצאו שרמת הכוח החשמלי שבה זה התרחש היא בדיוק הכוח שמספק לאלקטרונים אנרגיה בכמות שווה להפרש האנרגיה המזערי בין המסלולים באטום. ובמילים פשוטות יותר - האלקטרון הגיע למהירות מסוימת, ואז מסר את האנרגיה שלו לאטום שבו התנגש. התוצאה הייתה שאלקטרון אחד באטום קפץ למסלול רחוק יותר.

כל עוד האנרגיה הייתה קטנה מדי התהליך הזה היה בלתי אפשרי, כי האלקטרון באטום אינו יכול לקפוץ למרחק קטן יותר, הרי שם אין מסלולים מותרים. אך כאשר האנרגיה שקיבל מבחוץ אפשרה לו לקפוץ מספיק רחוק הוא השתמש בה ואכן עבר למסלול המרוחק יותר, וזה כמובן בא על חשבון אנרגיית המהירות של האלקטרון הנדיב שפגע בו.