انجمن نجوم لیرا
معادله موج شرودینگر

   اروین شرودینگر یک معادله موج مکانی نوشت که احتمال وجود ذره در یک مکان را زمانی که به صورت یک موج رفتار می کند، شرح می دهد. معادله او تا آن جا پیش رفت که سطوح انرژی الکترون ها در اتم را بسیار دقیق محاسبه کرد و آغاز شکل‌گیری شیمی جدید و همین طور مکانیک کوانتومی شد.

 

   طبق نظر اينشتین و لویی دوبروی، ذره و موج بسیار در هم تنیده اند. امواج الکترومغناطیسی نیز مانند نور هر دو خاصیت موجی و ذره ای را دارند و مولکول ها و ذرات بنیادی ماده هم می توانند مانند امواج، پراکنده شوند و تداخل کنند.

 

   ولی امواج، پيوسته و ذرات گسسته هستند. پس ما چگونه می‌توانیم در حالی که ذره‌ای به صورت یک موج انتشار می یابد، مکان آن را تعیین کنیم؟ معادله شرودینگر که توسط فیزیکدان اتریشی، اروین شرودینگر، در سال ۱۹۲۶ ابداع شد، با استفاده از فیزیک امواج و احتمالات، بیان می کند که احتمال حضور ذره‌ای که به شکل موج رفتار می کند، در یک مکان خاص چقدر است. این نتیجه یکی از پایه‌های مکانیک کوانتومی، یعنی فیزیک جهان اتمی است.


   معادله شرودینگر ابتدا برای توصیف موقعیت الکترون ها در اتم استفاده شد. شرودينگر تلاش کرد تا رفتار موج گونه الکترون را شرح دهد و همچنین مفهوم کوانتايى انرژی را که ماکس پلانک معرفی کرده بود، در آن بگنجاند.

 

اعتبار تصویر: en.wikipedia


   نیلز بور یک فیزیکدان دانمارکی بود که ایده انرژی کوانتیده را برای الکترون ها در اتم به کار گرفت. چون الکترون ها به آسانی از اتم (و بارهای منفی) جدا می شوند، به فکر کرد که (مانند سیاره ها که در مدارهایى حول خورشید می چرخند)، الکترون ها در مدارهايی حول هسته‌ باردار مثبت نگه داشته می‌شوند. اگرچه الکترون ها تنها با انرژی خاصی متناسب با مضربی از کوانتاى انرژی پایه، می توانند وجود داشته باشند. برای الکترون هایی که درون اتم قرار گرفته اند، این حالت های انرژی آنها را به سطوح مشخص انرژی که دارند، محدود می کند. این مسئله مانند همان حالتی است که سیاره ها بر اساس انرژی که دارند تنها می ‌توانند روی مدار های ویژه ای قرار بگیرند.

 

اعتبار تصویر: scienceterms


   مدل بور به خصوص در توصیف اتم ساده هیدروژن بسیار موفق بود. هیدروژن تنها از یک الکترون که به دور ذره باردار مثبتی (پروتون) به عنوان هسته می چرخد، تشکیل شده است. سطح بندی بور در مورد انرژی‌ های کوانتیده به صورت مفهومی، طول موج های مشخصه نور را که به واسطه هیدروژن جذب و گسیل می‌شوند، به خوبی توصیف می کند.


   درست مانند بالا رفتن از یک نردبان اگر الکترونی در یک اتم هیدروژن انرژی دریافت کند، می‌تواند به نوار یا سطح انرژی بالاتر برود. برای جهش به یک پله بالاتر، الکترون باید از فوتونی با انرژی دقیقاً برابر با فاصله بین دو پله، انرژی کسب کند. بنابراین فرکانس ویژه‌ای از نور برای بالا بردن سطح انرژی الکترون مورد نیاز است و هیچ فرکانس دیگری کارساز نخواهد بود. به همین ترتیب، وقتی اولین تغییر لایه برای الکترونی رخ داد، آن الکترون می تواند دوباره به لایه های پایین تر برگردد و در این بازگشت، فوتونی از نور با همان فرکانس گسیل کند.


   با حرکت الکترون ها بر نردبان انرژی، گاز هیدروژن می تواند مجموعه ای از فوتون های با فرکانس مشخصه معادل با اختلاف انرژی بین پله ها را جذب کند. اگر از گاز نور سفید یعنی طیف گسترده ای از طول موج ها بدرخشد، این فرکانس های مشخصه تیره به نظر می رسند، چون نور در هر فرکانس جذب می شود. این انرژی های مشخصه برای هیدروژن می تواند اندازه گرفته شود و آن ها با پیش گویی بور در توافق بودند. همه اتم ها در انرژی های مشخصه خود خطوط مشابهی ایجاد می کنند. بنابراین این خطوط مانند اثر انگشتی هستند که می تواند هر یک از گونه های شیمیایی را به طور منحصر به فردی مشخص کند.

نظریه های تاثیر گذار در علم فیزیک، صفحه 114


ادامه مطلب
نوشته شده در جمعه ۵ اردیبهشت ۱۳۹۹ ساعت ۱۱:۵۳ ب.ظ توسط |