एक लंबे समय के लिए, परमाणु की संरचना भौतिकविदों के बीच एक बहस का विषय था, जब तक कि डेनिश वैज्ञानिक नील्स बोहर द्वारा बनाया गया एक मॉडल सामने नहीं आया। वह पहले व्यक्ति नहीं थे जिन्होंने उप-परमाणु कणों की गति का वर्णन करने की कोशिश की, लेकिन यह उनके विकास थे जिन्होंने एक समय या किसी अन्य पर प्राथमिक कण के स्थान की भविष्यवाणी करने की क्षमता के साथ एक सुसंगत सिद्धांत बनाना संभव बना दिया।
जीवन पथ
नील्स बोहर का जन्म 7 अक्टूबर, 1885 को कोपेनहेगन में हुआ था और वहीं उनका निधन 18 नवंबर, 1962 को हुआ था। उन्हें सबसे महान भौतिकविदों में से एक माना जाता है, और कोई आश्चर्य नहीं: यह वह था जो हाइड्रोजन जैसे परमाणुओं का एक सुसंगत मॉडल बनाने में कामयाब रहा। किंवदंती के अनुसार, उन्होंने एक सपने में देखा कि कैसे कुछ ग्रह एक निश्चित चमकदार दुर्लभ केंद्र के चारों ओर घूमते हैं। यह प्रणाली तब सूक्ष्म रूप से सूक्ष्म आकार में सिकुड़ गई।
तब से, बोहर सपने को सूत्रों और तालिकाओं में अनुवाद करने का तरीका खोज रहा है। भौतिकी पर आधुनिक साहित्य का ध्यानपूर्वक अध्ययन करके, प्रयोगशाला में प्रयोग करके और सोच-विचार कर, वह अपनी उपलब्धि हासिल करने में सक्षम थालक्ष्य। यहाँ तक कि जन्मजात शर्म ने भी उसे परिणाम प्रकाशित करने से नहीं रोका: बड़े दर्शकों के सामने बोलने में उसे शर्मिंदगी महसूस हुई, वह भ्रमित होने लगा, और दर्शकों को वैज्ञानिक के स्पष्टीकरण से कुछ भी समझ में नहीं आया।
अग्रदूत
बोहर से पहले, वैज्ञानिकों ने शास्त्रीय भौतिकी के सिद्धांतों के आधार पर परमाणु का एक मॉडल बनाने की कोशिश की। सबसे सफल प्रयास अर्नेस्ट रदरफोर्ड का था। कई प्रयोगों के परिणामस्वरूप, वह एक विशाल परमाणु नाभिक के अस्तित्व के बारे में निष्कर्ष पर पहुंचा, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन कक्षाओं में घूमते हैं। चूंकि ग्राफिक रूप से ऐसा मॉडल सौर मंडल की संरचना के समान था, इसलिए इसके पीछे ग्रह का नाम मजबूत किया गया था।
लेकिन इसमें एक महत्वपूर्ण कमी थी: रदरफोर्ड समीकरणों के अनुरूप परमाणु अस्थिर निकला। जल्दी या बाद में, नाभिक के चारों ओर कक्षाओं में त्वरण के साथ घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों को नाभिक पर गिरना पड़ा, और उनकी ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय विकिरण पर खर्च की जाएगी। बोहर के लिए, रदरफोर्ड मॉडल अपने सिद्धांत के निर्माण में शुरुआती बिंदु बन गया।
बोहर की पहली अभिधारणा
बोहर का मुख्य नवाचार परमाणु के सिद्धांत के निर्माण में शास्त्रीय न्यूटनियन भौतिकी के उपयोग की अस्वीकृति थी। प्रयोगशाला में प्राप्त आंकड़ों का अध्ययन करने के बाद, वह इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि इलेक्ट्रोडायनामिक्स का इतना महत्वपूर्ण नियम, बिना तरंग विकिरण के समान रूप से त्वरित गति, प्राथमिक कणों की दुनिया में काम नहीं करता है।
उनके प्रतिबिंबों का परिणाम एक कानून था जो इस तरह लगता है: एक परमाणु प्रणाली तभी स्थिर होती है जब वह संभावित स्थिर में से एक में हो(क्वांटम) कहता है, जिनमें से प्रत्येक एक निश्चित ऊर्जा से मेल खाता है। इस कानून का अर्थ, अन्यथा क्वांटम राज्यों का अभिधारणा कहा जाता है, जब कोई परमाणु ऐसी अवस्था में होता है तो विद्युत चुम्बकीय विकिरण की अनुपस्थिति को पहचानना होता है। साथ ही, पहली अभिधारणा का एक परिणाम परमाणु में ऊर्जा स्तरों की उपस्थिति की पहचान है।
आवृत्ति नियम
हालांकि, यह स्पष्ट था कि एक परमाणु हमेशा एक ही क्वांटम अवस्था में नहीं हो सकता, क्योंकि स्थिरता किसी भी बातचीत से इनकार करती है, जिसका अर्थ है कि इसमें न तो ब्रह्मांड होगा और न ही गति। बोह्र के परमाणु संरचना मॉडल की दूसरी अभिधारणा, जिसे बारंबारता नियम के रूप में जाना जाता है, द्वारा स्पष्ट अंतर्विरोध का समाधान किया गया। एक परमाणु ऊर्जा में एक समान परिवर्तन के साथ एक क्वांटम अवस्था से दूसरे में जाने में सक्षम होता है, एक क्वांटम उत्सर्जित या अवशोषित करता है, जिसकी ऊर्जा स्थिर अवस्थाओं की ऊर्जाओं के बीच के अंतर के बराबर होती है।
दूसरा अभिधारणा भी शास्त्रीय विद्युतगतिकी का खंडन करती है। मैक्सवेल के सिद्धांत के अनुसार, इलेक्ट्रॉन की गति की प्रकृति उसके विकिरण की आवृत्ति को प्रभावित नहीं कर सकती है।
एटम स्पेक्ट्रम
बोहर का क्वांटम मॉडल परमाणु के स्पेक्ट्रम के सावधानीपूर्वक अध्ययन से संभव हुआ। लंबे समय तक, वैज्ञानिक इस बात से शर्मिंदा थे कि आकाशीय पिंडों के स्पेक्ट्रा का अध्ययन करके प्राप्त अपेक्षित निरंतर रंग क्षेत्र के बजाय, परमाणु का स्पेक्ट्रोग्राम असंतत था। चमकीले रंग की रेखाएं एक-दूसरे में प्रवाहित नहीं होती थीं, लेकिन प्रभावशाली अंधेरे क्षेत्रों से अलग हो जाती थीं।
एक क्वांटम अवस्था से इलेक्ट्रॉन संक्रमण का सिद्धांतदूसरे ने इस विषमता को समझाया। जब एक इलेक्ट्रॉन एक ऊर्जा स्तर से दूसरे ऊर्जा स्तर पर चला जाता है, जहां कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, तो यह एक क्वांटम उत्सर्जित करता है, जो स्पेक्ट्रोग्राम में परिलक्षित होता है। बोहर के सिद्धांत ने तुरंत हाइड्रोजन जैसे सरल परमाणुओं के स्पेक्ट्रम में और बदलाव की भविष्यवाणी करने की क्षमता का प्रदर्शन किया।
खामियां
बोहर का सिद्धांत शास्त्रीय भौतिकी से पूरी तरह नहीं टूटा। उसने अभी भी नाभिक के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों की कक्षीय गति के विचार को बरकरार रखा है। एक स्थिर अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण के दौरान परिमाणीकरण के विचार ने ग्रहों के मॉडल को सफलतापूर्वक पूरक किया, लेकिन फिर भी सभी विरोधाभासों का समाधान नहीं किया।
यद्यपि बोहर के मॉडल के आलोक में, इलेक्ट्रॉन एक सर्पिल गति में नहीं जा सका और नाभिक में गिर सकता है, निरंतर विकिरण ऊर्जा, यह स्पष्ट नहीं रहा कि यह उच्च ऊर्जा स्तरों तक क्रमिक रूप से क्यों नहीं बढ़ सका। इस मामले में, सभी इलेक्ट्रॉन जल्द या बाद में सबसे कम ऊर्जा की स्थिति में समाप्त हो जाएंगे, जिससे परमाणु का विनाश होगा। एक अन्य समस्या परमाणु स्पेक्ट्रा में विसंगतियों की थी जिसे सिद्धांत ने स्पष्ट नहीं किया। 1896 में वापस, पीटर ज़िमन ने एक जिज्ञासु प्रयोग किया। उन्होंने एक परमाणु गैस को चुंबकीय क्षेत्र में रखा और एक स्पेक्ट्रोग्राम लिया। यह पता चला कि कुछ वर्णक्रमीय रेखाएँ कई में विभाजित हो जाती हैं। बोहर के सिद्धांत में इस तरह के प्रभाव की व्याख्या नहीं की गई थी।
बोहर के अनुसार हाइड्रोजन परमाणु का मॉडल बनाना
अपने सिद्धांत की तमाम कमियों के बावजूद, नील्स बोहर हाइड्रोजन परमाणु का एक यथार्थवादी मॉडल बनाने में सक्षम थे। ऐसा करने में, उन्होंने आवृत्ति नियम और शास्त्रीय के नियमों का इस्तेमाल कियायांत्रिकी इलेक्ट्रॉन कक्षाओं की संभावित त्रिज्या निर्धारित करने और क्वांटम राज्यों की ऊर्जा की गणना करने के लिए बोहर की गणना काफी सटीक निकली और प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई। विद्युतचुंबकीय तरंगों के उत्सर्जन और अवशोषण की आवृत्ति स्पेक्ट्रोग्राम पर अंधेरे अंतराल के स्थान के अनुरूप होती है।
इस प्रकार, हाइड्रोजन परमाणु के उदाहरण का उपयोग करके, यह सिद्ध किया गया कि प्रत्येक परमाणु असतत ऊर्जा स्तरों के साथ एक क्वांटम प्रणाली है। इसके अलावा, वैज्ञानिक पत्राचार सिद्धांत का उपयोग करके शास्त्रीय भौतिकी और उनके अभिधारणाओं को संयोजित करने का एक तरीका खोजने में सक्षम था। इसमें कहा गया है कि क्वांटम यांत्रिकी में न्यूटनियन भौतिकी के नियम शामिल हैं। कुछ शर्तों के तहत (उदाहरण के लिए, यदि क्वांटम संख्या काफी बड़ी थी), क्वांटम और शास्त्रीय यांत्रिकी अभिसरण करते हैं। यह इस तथ्य से साबित हुआ कि क्वांटम संख्या में वृद्धि के साथ, स्पेक्ट्रम में अंधेरे अंतराल की लंबाई पूरी तरह से गायब हो गई, जैसा कि न्यूटनियन अवधारणाओं के प्रकाश में अपेक्षित था।
अर्थ
पत्राचार सिद्धांत का परिचय विशेष क्वांटम यांत्रिकी के अस्तित्व की मान्यता की दिशा में एक महत्वपूर्ण मध्यवर्ती कदम बन गया है। बोहर का परमाणु मॉडल उप-परमाणु कणों की गति के अधिक सटीक सिद्धांतों के निर्माण में कई शुरुआती बिंदु बन गया है। नील्स बोहर क्वांटिज़ेशन नियम की सटीक भौतिक व्याख्या खोजने में असमर्थ थे, लेकिन वह ऐसा भी नहीं कर सके, क्योंकि प्राथमिक कणों के तरंग गुण केवल समय के साथ खोजे गए थे। नई खोजों के साथ बोहर के सिद्धांत को पूरक करते हुए लुई डी ब्रोगली ने साबित किया कि प्रत्येक कक्षा, के अनुसारजो इलेक्ट्रॉन गति करता है वह नाभिक से फैलने वाली तरंग है। इस दृष्टि से परमाणु की स्थिर अवस्था को ऐसा माना जाने लगा कि यह उस स्थिति में बनता है जब तरंग, नाभिक के चारों ओर एक पूर्ण क्रांति करके दोहराती है।
