원자 물리학의 발전

원자 물리학

 

원자 물리학은 원자 의 구조, 운동 법칙 및 상호 작용을 연구하는 물리학의 한 분야입니다. 주로 원자의 전자 구조, 원자 스펙트럼, 충돌 과정 및 원자 또는 다른 물질과의 상호 작용을 연구합니다. 

 

개발 이력

1880년대에 발전된 물리학은 많은 사실을 축적하고 많은 원리와 결론을 요약하고 역학, 열역학 및 전기역학의 세 가지 완전한 이론 체계를 확립했습니다. 수학과 화학도 많이 쌓았고 특히 과학과 기술이 많이 발전했습니다. 운송, 운송 및 통신이 더욱 편리해졌으며 산업이 전기 응용 프로그램을 개발했으며 내연 기관 및 증기 기관이 채택되었으며 야금 산업이 발전했습니다. 생산의 발전은 한편으로 새로운 문제와 도전을 불러일으키며 동시에 과학적 작업과 실험을 위한 더 나은 조건과 물질적 보증을 제공합니다. 이 기간이 지나면 물리학, 특히 원자 물리학이 매우 빠르게 발전했습니다.

 

1885년 스위스 바르머는 수소 분광선 시스템이 매우 간단한 실험식을 유도한다는 것을 발견했고, 보어는 이 법칙을 사용하여 수소 원자의 전이 법칙을 빠르게 찾았습니다. Hertz는 1887년에 광전 효과를 발견했으며, 이는 나중에 아인슈타인 이 광양자 가설 을 사용하여 성공적으로 설명 했습니다. 1895년에 뢴트겐은 x-선을 발견했고, 나중에 사람들은 원자 내층에서 전자 사이의 전이 법칙을 얻었습니다. 방사능은 1896년 프랑스인 Becquerel에 의해 발견되었습니다. Thomson은 1897년에 전자의 존재를 확인했습니다. 이 두 가지 발견은 원자가 더 이상 나눌 수 없다는 이론을 완전히 무너뜨렸습니다. 베크렐은 우연히 방사능을 발견하고 당시 인광물질 연구를 하던 중 서랍에 종이로 봉인된 네거티브 필름이 감광성 필름인 것을 우연히 발견하고 그 위에 열쇠가 놓이게 됩니다.

 

세심한 관찰 끝에 인광 실험에 사용된 우라늄 화합물도 우연히 서랍에 넣어져 있던 것이 밝혀졌고, 조사 결과 이 ​​화합물은 방사성 물질로 방사선을 방출할 수 있는 것으로 밝혀졌습니다. 그 후, 퀴리는 수십 톤의 우라늄 채굴 폐광에서 더 방사능이 강한 폴로늄과 라듐을 추출했습니다. 방사선 현상의 발견으로 방사성 원소의 원자는 입자를 방출한 후 다른 새로운 원소로 변형될 수 있다는 사실이 알려져 있는데, 이는 방사선을 방출하는 원자가 내부 구조를 가지고 있음을 나타냅니다. 이 발견과 대조적으로 전자의 발견은 그다지 운이 좋지 않았지만, 톰슨은 전자의 존재를 확인한 "최초 입자물리학의 문을 연 위대한 인물"로 공로를 인정받았습니다.

 

빌헬름 콘라드

1890년의 휴스턴과 1897년의 카우프만도 비슷한 실험을 하여 음극선을 발견했고 느릅나무 값을 측정하였습니다. 그러나 그들은 모두 전통적인 낡은 생각을 바꿀 용기가 없었기 때문에 포기했습니다. 이들은 엥겔스가 말했듯이 "진리가 코끝에 닿을 때 진실을 얻지 못한" 사람들입니다. Thomson은 전자의 존재를 증명했을 뿐만 아니라 많은 물질에서 전자가 방출될 수 있음을 발견하여 전자가 물질의 구성 요소임을 나타냅니다. 그래서 1898년에 Thomson은 원자의 "대추 케이크 모델"을 대담하게 제안했습니다. 원자의 양전하를 띤 부분은 원자 크기의 탄성 젤리 같은 구체이고 양전하는 구체 또는 구체에 균일하게 분포되어 있습니다. 음의 전자가 내장되어 있고, 이 전자는 평형 위치에서 단순 고조파 진동을 만들고, 원자 방출 주파수는 전자 진동 주파수입니다. 이 모델은 당시 Yuanyu의 모든 지식을 설명할 수 있습니다. 새로운 문제의 도입과 함께 Thomson 모델도 그에 따라 개선 및 개선되어 1903년과 1907년에 수정되었습니다.

 

조셉 존 톰슨

1903년에 Lennart의 금속 필름에 전자 산란 실험은 원자의 "공허함"을 보여주어 Thomson의 모델을 어렵게 만들었습니다. 그는 더 빠른 속도의 전자가 원자를 쉽게 관통할 수 있고 원자의 반지름이 그렇게 크지 않다는 것을 발견했습니다. 고체 구체, 그래서 Thomson 그의 원자 모델에 "젤리 같은" 구체에 대한 설명을 추가했습니다. 또 다른 예: 원소 주기율표 를 설명하기 위해 Thomson은 전자가 동심원 고리에 분포되어 있다고 가정하고 각 고리에 제한된 수의 전자만 배치할 수 있다고 지적했습니다. 그러나 1909년 Marston과 Geiger가 유명한 "Q 입자 대각 산란 실험"을 한 후 Thomson 모델은 NT의 극복할 수 없는 어려움에 실제로 부딪쳤고 이 모델은 그것을 전혀 설명할 수 없었습니다. 따라서 8000분의 1의 확률로 Q 입자가 대상 물질에 의해 "튀게" 되어 모델이 뒤집힙니다.

 

1904년에 Thomson은 원자의 양전하가 균일한 부피 밀도로 전체 원자와 같은 크기의 구체에 분포하는 반면, 음으로 하전된 전자는 구체의 다른 위치에 하나씩 분포되어 에서 진동한다고 제안했습니다. 특정 주파수를 각각 방출하여 전자기 복사를 방출합니다. 이 모델은 "견과류 빵" 모델에 생생하게 비유되었지만 이 모델의 이론은 실험 결과와 모순되어 빠르게 폐기되었습니다.

 

1911년 Rutherford는 입자 산란 실험 에 기초 하여 원자의 중심이 전체 원자의 크기에 비해 작은 양전하를 띤 무거운 핵이라고 제안했습니다. 큰 행성이 ​​태양 주위를 도는 것과 유사하게 전자는 핵 주위를 돌고 있습니다. 이 모델은 행성 모델이라고도 알려진 원자의 핵 모델이라고 합니다. 이 모델에서 도출된 결론은 실험 결과와 잘 일치했으며 빠르게 수용되었습니다.

 

핵 주위를 회전하는 전자는 가속도가 있습니다.고전 전자기 이론에 따르면 전자는 자동으로 에너지를 방출해야 원자의 에너지가 점차 감소하고 복사 주파수가 점진적으로 변하므로 방출 스펙트럼은 연속 스펙트럼이어야 합니다. 전자는 에너지의 감소로 인해 점차적으로 핵에 접근하고 결국 핵에 떨어지므로 원자는 불안정한 시스템이어야합니다.

 

그러나 실제로 원자는 안정적이며 원자에서 방출되는 스펙트럼은 연속적이지 않고 선형입니다. 이러한 사실은 거시적 현상의 연구에서 확립된 고전적 전기역학이 원자의 미시적 과정에 적용되지 않는다는 것을 보여줍니다. 이를 위해서는 원자 현상에 대한 추가 분석, 원자 내부 운동의 규칙성 탐구, 미시적 과정에 적합한 원자 이론 수립이 필요합니다.

 

1913년 덴마크 물리학자 보어(Bohr)가 러더퍼드 (Rutherford)에서 제안된 핵모델을 원자 스펙트럼의 경험적 법칙과 결합하여 1900년 Planck가 제안한 양자 가설과 1905년 Einstein이 제안한 광자 가설을 적용하여 원자의 에너지가 불연속을 형성한다는 가설을 제안합니다. 에너지 준위가 전환될 때 원자가 특정 주파수의 빛을 방출한다는 것입니다.

 

보어의 가설은 수소 원자의 스펙트럼 과 같은 특정 원자 현상을 설명할 수 있었고, 처음으로 수소 원자의 구조 이론을 성공적으로 확립했습니다. 보어 이론의 확립은 원자 구조 이론과 원자 분광학의 큰 발전이지만, 원자 문제에 대한 추가 연구는 이 이론의 단점을 보여주므로 매우 대략적인 근사 이론으로 볼 수 밖에 없습니다.

 

1924년 드 브로이는 미세한 입자가 파동-입자 이중성 을 갖는다는 가설을 내세웠고 , 이후 관찰을 통해 미세한 입자가 파동의 성질을 가지고 있음이 증명되었습니다. 1926년 슈뢰딩거는 이를 기반으로 파동역학을 확립했습니다. 동시에 하이젠베르그, 보른, 디락 등의 학자들이 다른 방식으로 등가이론을 확립했고, 이 이론을 지금은 양자역학이라 부르며 원자 현상을 잘 설명할 수 있습니다.

 

20세기의 첫 30년 동안 원자물리학은 물리학의 최전선에 있었고 급속하게 발전하여 양자역학의 확립을 촉진하고 현대 물리학의 새 시대를 열었습니다. 양자역학은 당시 직면한 일부 원자 물리학 문제를 성공적으로 해결했기 때문에 많은 물리학자들은 원자 운동의 기본 법칙은 명확하고 나머지는 일부 세부 사항일 뿐이라고 믿었습니다.

 

마담 퀴리

이해의 한계와 원자핵 과 소립자 연구의 매력으로 인해 원자 에너지 준위의 미세 및 초미세 구조에 대해 심도 있게 연구 하고 일부 성과를 달성 한 일부 분광학 자 외에도 많은 물리학자들은 원자핵과 소립자 연구에서 원자물리학의 발전은 장기간에 걸쳐 원자물리학에 대한 종합적이고 심도 있는 연구를 수행하지 못함으로써 어느 정도 영향을 받아왔습니다.

 

1950년대 후반, 우주 기술과 우주 물리학 의 발달로 엔지니어와 과학자들은 기존의 원자 물리학 지식만으로는 우주 과학 및 우주 기술의 문제를 해결하는 것으로는 충분하지 않음을 발견했습니다. 과거에 사람들은 많은 분광선의 파장을 정확하게 측정하고 원자의 에너지 준위 를 깊이 연구했으며 스펙트럼선과 에너지 준위에 대한 이론적 설명도 비교적 정확했습니다.

 

그러나 스펙트럼 선 강도 , 전이 확률 , 충돌 단면적 , 심지어 이러한 물리량의 일부 매개변수의 크기 와 같은 우주 과학의 매우 중요한 기본 지식에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다 . 핵 실험에서 직면하는 많은 문제도 이 지식과 ​​관련이 있습니다. 따라서 원자물리학에 대한 새로운 실험과 이론적 논의도 함께 이루어져야 한다.

 

원자 물리학의 사용

원자 물리학의 발전은 레이저 기술의 생성과 발전에 큰 공헌을 했습니다. 레이저가 등장한 후 레이저 기술 을 사용하여 원자 물리학 문제를 연구함으로써 실험 정확도가 크게 향상되어 많은 새로운 현상과 새로운 문제가 발견되었습니다. 무선 주파수 및 마이크로파 분광법 의 새로운 실험 방법의 확립은 또한 원자 스펙트럼 라인의 미세 구조 를 연구하는 강력한 도구 가 되었으며 원자 에너지 준위의 미세 구조 연구를 촉진했습니다. 따라서 1950년대 말 이후 원자물리학에 대한 연구가 다시 주목을 받으며 매우 활발한 분야가 되었습니다.