Newsletter subscribe
Tag: คลื่นนิ่ง

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#27 บทที่ 4 หลักความไม่แน่นอน : แบบจำลองอะตอม

Posted: 25/05/2021 at 16:12   /   A Brief History of Time, Universe

ปรากฏการณ์การแทรกสอดระหว่างอนุภาค มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอม ซึ่งเป็นหน่วยพื้นฐานของเคมีและชีววิทยาและโครงสร้างพื้นฐานที่เราและทุกสิ่งรอบตัวถูกสร้างขึ้น ในตอนต้นของศตวรรษนี้มีแนวคิดว่าอะตอมเป็นเหมือนดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์โดยมีอิเล็กตรอน (อนุภาคที่มีกระแสไฟฟ้าลบ) โคจรรอบนิวเคลียสกลางซึ่งมีกระแสไฟฟ้าบวก แรงดึงดูดระหว่างกระแสไฟฟ้าบวกและลบควรจะทำให้อิเล็กตรอนอยู่ในวงโคจรในลักษณะเดียวกับที่แรงดึงดูดระหว่างดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ที่ทำให้ดาวเคราะห์อยู่ในวงโคจร ปัญหานี้คือกฎของกลศาสตร์และไฟฟ้า ก่อนที่กลศาสตร์ควอนตัมทำนายว่าอิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานและหมุนวนเข้าด้านในจนกว่าจะชนกับนิวเคลียส นั่นหมายความว่าอะตอมและสสารทั้งหมดควรยุบตัวลงอย่างรวดเร็วจนมีความหนาแน่นสูงมาก Niels Bohr นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์กพบวิธีแก้ปัญหาบางส่วนในปี 1913 เขาเสนอว่าบางทีอิเล็กตรอนสามารถโคจรในระยะทางที่กำหนดเท่านั้นซึ่งจะทำให้สมดุลทั้งหมด ถ้าเราคิดว่าอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวหรือสองตัวสามารถโคจรที่ระยะทางใดระยะหนึ่งได้ สิ่งนี้จะช่วยแก้ปัญหาการยุบตัวของอะตอมได้ เนื่องจากอิเล็กตรอนไม่สามารถหมุนวนในระยะที่ไกลกว่า เพื่อเติมเต็มวงโคจรด้วยระยะทางและพลังงานที่น้อยที่สุด   แบบจำลองนี้อธิบายโครงสร้างของอะตอมที่ง่ายที่สุดคือ ไฮโดรเจน ซึ่งมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวที่โคจรรอบนิวเคลียส แต่ก็ไม่ชัดเจนว่าเราควรจะขยายไปสู่อะตอมที่ซับซ้อนกว่านี้ได้อย่างไร ยิ่งไปกว่านั้นความคิดเกี่ยวกับวงโคจรที่อนุญาตที่จำกัดนั้นดูเหมือนจะเป็นไปตามอำเภอใจมาก ทฤษฎีใหม่ของกลศาสตร์ควอนตัมแก้ไขปัญหานี้ได้ มันแสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสสามารถคิดได้ว่าเป็นคลื่น โดยมีความยาวคลื่นที่ขึ้นอยู่กับความเร็วของมัน สำหรับวงโคจรบางวง ความยาวของวงโคจรจะสอดคล้องกับจำนวนเต็ม (ตรงข้ามกับจำนวนเศษส่วน) ของความยาวคลื่นของอิเล็กตรอน สำหรับวงโคจรเหล่านี้ยอดคลื่นจะอยู่ในตำแหน่งเดียวกันในแต่ละรอบ ดังนั้นคลื่นจะรวมกัน: วงโคจรเหล่านี้จะสอดคล้องกับวงโคจรที่อนุญาตของ Bohr อย่างไรก็ตามสำหรับวงโคจรที่มีความยาวคลื่นไม่ใช่จำนวนเต็ม ยอดคลื่นตรงกับท้องคลื่น คลื่นจะหักล้างกัน เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบๆ วงโคจรเหล่านี้จะไม่ได้รับอนุญาต   ความเป็นมาของแบบจำลองอะตอม วิทยาศาสตร์ระดับมัธยมศึกษาบอกเราว่าสสารทั้งหมดประกอบด้วยอะตอม และอะตอมประกอบด้วยอนุภาคหลักสามตัวคือ โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนหมุนรอบศูนย์กลางหรือนิวเคลียส นิวเคลียสประกอบด้วยนิวตรอนและโปรตอน แล้วแบบจำลองอะตอมมีความเป็นมาอย่างไร?   การค้นพบอิเล็กตรอนและแบบจำลองขนมพุดดิ้งพลัม เป็นเวลานานที่นักวิทยาศาสตร์คิดว่าอะตอมเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดของสสารที่ไม่สามารถแบ่งแยกได้อีก ทฤษฎีนี้ตั้งขึ้นในปี […]

No Comments read more