A kvantumfizika születése




A mai ember számára természetes, hogy a körülöttünk lévő tárgyak, anyagok molekulákból, a molekulák pedig atomokból állnak. A XIX. században születtek meg azok a tudományos eredmények, melyek az atomok létezésére utalnak, de sokan az atomokat nem valóságnak, hanem csak tudományos feltételezésnek, hipotézisnek fogadták el. Az emberi természet  általános tulajdonsága a kételkedés, a "hiszem, ha látom" elv. Az atomhipotézis megszületése után több mint egy évszázadig reménytelennek tűnt, hogy valaha is láthatunk atomokat. Ma már megszokott dolog, hogy atomok, molekulák, képében gyönyörködhetünk. Ezeken az elektronmikroszkópi képeken az atomok elmosódott foltoknak  látszanak, az atommagokat nem láthatjuk, csak a külső elektronfelhőt észlelhetjük.

Az előzőekben olvasható, hogy milyen tapasztalatok vezettek az atomok létezésének és szerkezetének felismeréséhez. Tudjuk tehát, hogy az atomok pozitív töltésű atommagból és a körülötte lévő elektronokból állnak. Az atomok átmérője (1-5) 10-10 m nagyságú, az atommagok ennél tízezerszer-százezerszer kisebbek. Ha az atommagot gombostűfej méretűre nagyítanánk, akkor az egész atomnak ház nagyságúnak kellene lennie. Egy átlagos atommag körülbelül 4000-szer nagyobb tömegű, mint az atomban lévő összes elektron együttesen. Tehát minden atomban az anyag nagy része egy igen kicsi "pontba", gombostűfejbe van bezsúfolva, csak a tömeg négyezred része van elektronok formájában szétkenve az egész házban, jogos tehát igen ritka "elektrongáz"-ról beszélnünk.
Minden, ami kémia, továbbá a fizika jelentős része, a teljes elektronika, manapság már a biológia egyes területei is mind az "elektrongáz" viselkedésével magyarázható elektronok atomon belüli viselkedése azonban igen különös, sokszor meglepő, a fizikusok számára kihívóan izgalmas. Erről fogunk most tanulni.
Az elektron atomon belüli viselkedését a kvantumfizika írja le.

A következőkben megismerjük a XIX. század végének és a XX. század elejének néhány meglepő felfedezését, ezek magyarázatát, majd időről időre összegezzük eredményeinket, és szintetizáljuk atomfizikai és kvantumfizikai tudásunkat.