Niels Bohr var 28 år og – finansieret af et stipendium fra Carlsberg Fondet – forskningsassistent for den engelske atomfysiker og nobelpristager Ernest Rutherford på universitetet i Manchester, da han i 1913 offentliggjorde sin atommodel, hvoraf ovenstående formel er et hovedelement.
Bohrs atommodel var en overbygning på Rutherfords kort forinden fremsatte teorier om, at næsten hele atomets masse er koncentreret i en atomkerne.
Ifølge Bohrs atommodel bevæger elektronerne sig omkring atomkernen i faste baner, ligesom planeterne i solsystemet bevæger sig rundt om solen.
Af samme grund kalder man det populært for en ‘planetmodel’, forklarer Helge Kragh, der er professor i videnskabs- og teknologihistorie ved Aarhus Universitet.
Ny viden om atomet
Det epokegørende nye ved modellen var, at Bohr som den første beskrev, hvordan elektronerne bevæger sig.
\ Fakta
’Verden på formler’ er 20 korte artikler om en fysisk, matematisk eller kemisk formel, der har haft afgørende indflydelse på vores opfattelse af verden. Hvem udviklede formlen? Hvad betyder formlen konkret? Under hvilke omstændigheder blev den til? Hvordan blev den modtaget i samtiden? Og hvad har den betydet for udviklingen af den verden, vi kender i dag? Dette er 16. artikel i rækken, og denne gang gælder det Niels Bohrs atommodel.
Han brugte nyudviklede kvanteteorier til at lave en model af atomet, hvor elektronerne kun kan befinde sig i stationære baner. Bohr mente, at et atom eksisterede i forskellige energitilstande, og at disse tilstande kun kunne antage bestemte værdier.
Samtidig postulerede han, at en elektron, der bevæger sig i en bestemt afstand rundt om atomkernen, på et vist tidspunkt spontant vil flytte sig til en anden stationær bane, og at den, når det sker, vil udsende lys med en bestemt bølgelængde.
»Formlen fortæller i al sin enkelthed, at energiforskellen mellem de to stationære baner er proportional med frekvensen af det udsendte lys. Formlens venstreside beskriver energiforskellen. En er energiforskellen for den n’te bane og Em er energien for den m’te bane, mens f’et på højresiden er lysets frekvens og h’et den såkaldte Plancks konstant, hvilket signalerer, at det er et kvantefysisk system,« siger Helge Kragh.
Han slår samtidig fast, at Niels Bohr på den måde var den første til at erkende, at de på det tidspunkt relativt nyudviklede kvanteteorier havde noget at gøre med atomfysik – det vil sige, at atomets struktur kunne forklares ved hjælp af kvanteteori.
Mistro i samtiden
Bohrs atommodel blev imidlertid mødt med en betydelig mistro i samtiden, og det undrer ikke Helge Kragh.
»Det ér ganske mærkeligt, at elektronens spring fra en bane til en anden sker spontant og uden nogen årsag, og at man ikke på forhånd kan forudsige, hvilken anden bane den vil springe til.«
»Det var et direkte opgør med den fasttømrede holdning inden for naturvidenskaben om, at alle hændelser har en årsag. Det holdt pludselig ikke længere stik i atomernes verden. Og det var et chok for mange videnskabsfolk,« siger Helge Kragh og tilføjer, at Bohrs teori om spontane elektronspring i atomet blev påvist i midten af 1920’erne med lanceringen af kvantemekanikken.
Forudsætning for it
Man kan ikke overdrive betydningen af Bohrs atommodel, som er en afgørende brik i forståelsen af atomerne, som alting i verden består af – og en direkte forløber for kvantemekanikken.
Mere specifikt har atommodellen fået stor betydning inden for spektroskopien og er for eksempel en forudsætning for, at man i dag kan bestemme en fjerntliggende stjernes indhold af grundstoffer ved at analysere det lys, den udsender.
»Bohrs atommodel er ren grundvidenskab, men har alligevel ændret verden fuldstændig. De processer, som integrerede kredsløb bygger på, er baseret på kvantemekanik, som udspringer af atommodellen. På den måde er den indirekte en forudsætning for al den informationsteknologi, som vores samfund bygger på i dag,« slutter Helge Kragh.
Artiklen er tidligere bragt i Magisterbladet.
