Vznik kvantové mechaniky

  • V souvislosti s problémem stavby atomu stále chyběla teorie, atomová mechanika, pohybové rovnice, jimiž se řídí chování elektronu a jejichž řešením lze toto chování předpovědět. První teorii podal roku 1925 W. Heisenberg vytvořením tzv. maticové mechaniky, z níž vyplývají jak základní vlastnosti Bohrova modelu, tak i překvapující fakta o stabilitě atomu a o energetických přeskocích doprovázených vyzářením energie. O rok později E. Schrödinger přetvořil teorii de Broglieho o příslušnosti ke každé částici. Odvodil pohybovou rovnici, nazvanou později jeho jménem, jíž se řídí chování elektronových vln v atomu. Ze situace, kdy elektron je vázán přitažlivou silou jádra v atomu, Schrödinger odvodil, jaké bude chování příslušné elektronové vlny. Podařilo se mu spočítat tvar a frekvence vlnových obrazců, které se tvoří na elektronových vlnách prostorově vázaných na atomové jádro.
  • Tak vznikly dvě na pohled naprosto rozdílné kvantové teorie atomu - Heisenbergova a Schrôdingerova. Obě správně popisovaly skutečnost, ale zdály se nepřeveditelné jedna na druhou. Základem Heisenbergova přístupu byla snaha vytvořit teorii, v níž by vystupovaly pouze pozorovatelné veličiny. Schrôdingerova teorie atomu vznikla matematickým zpracováním de Broglieovy představy, že každé částici přísluší vlna o určité charakteristické frekvenci. Brzy však Schrôdinger dokázal, že obě teorie jsou ekvivalentní. Přechod od jedné k druhé byl pouze matematickou transformací. Tak bylo možno tutéž fyziku, dnes nazvanou kvantová mechanika, vyjádřit ve dvou velmi rozdílných matematických podobách.
  • Celý vývoj završil roku 1927 P. Dirac tím, že sjednotil novorozenou kvantovou mechaniku s Einsteinovou teorií relativity. Jeho relativistická teorie nejen popsala známý elektron, ale i předpověděla pozitron, jako antičástici, která byla brzy nato objevena experimentálně.
  • Planetární model atomu, v němž elektrony v podobě kuliček obíhaly kolem jádra, vedl k ustavičným rozporům se známými a ověřenými přírodními zákony. Kvantová teorie atomu, podle níž je stav elektronu popsán prostorově omezenou vlnou, vysvětlila skutečnosti do všech kvantitativních podrobností. Předpověděla správně energetické spektrum záření atomu.