גילוי האטום

מהעת העתיקה ועד סוף ימי-הביניים

עוד בתרבויות קדומות בעת העתיקה עלה הרעיון הפילוסופי כי כל החומרים בעולם מורכבים מחומרים בסיסיים פשוטים. ביוון העתיקה, למשל, אומץ רעיון קדום כי המים שנמצאים בכל מצב צבירה אפשרי (גז, נוזל ומוצק) מהווים חומר בסיסי ממנו מורכב כל חומר בעולם. לאחר מכן הועלתה האפשרות כי האוויר הוא היסוד הבסיסי ממנו מורכבים כל החומרים. לבסוף הוצעה האפשרות כי היסודות מהם מורכבים כל החומרים בעולם הם אש, מים, אדמה ורוח.

היסודות - יוון העתיקה

כימאים בתרבות הערבית שהתפתחה בצפון-אפריקה לאחר התפוררותה של האימפריה הרומית הוסיפו לארבעת היסודות ארבעה תכונות המקשרות בינם.

היסודות - תרבות ערב

במהלך המאות הבאות צצו רעיונות שונים ליסודות הבסיסיים מהם מורכבים שאר החומרים בעולם. חומרים בעלי תכונות מיוחדות בעיקר כמו מלח וגופרית הופיעו בתיאוריות שונות.

תקופת הרנסאס

בשנת 1667 פרסם

יוֹהַאן יוֹהַכִים בֶּכֶר (Johann Johachim Becher)

תיאוריה חדשה בה היסודות הבסיסיים הנם אדמתיים בלבד. בכר טען לקיומו של חומר חסר צורה, צבע וריח אשר הימצאותו בכל חומר מקנה לו תכונת בעירה. לחומרים שונים כמות שונה של אותו חומר בעירה ולכן עוצמת הבעירה ומשכי הזמן שונים הם מחומר לחומר. בזמן בעירת החומר ואיבוד ממשקלו התנדף ממנו החומר החדש והוא השתנה מתרכובת שכללה את חומר הבעירה למהותו הבסיסית והפשוטה. תלמידו של בכר,

גֶאוֹרְג שְטָאהל (Georg Stahl)

, הקנה לחומר הבעירה את השם פְלוֹגִיסְטוֹן (Phlogiston), הנגזר מהמילה היוונית המתארת תכונת בעירה של חומר.

היסודות - תקופת הרנסאנס

תיאורית הפלוגיסטון החזיקה מעמד עד לשנת 1772. בשנה זו ערך כימאי צרפתי בשם

אָנְטוֹן לָבוֹאִיזְיֶה (Antoine Lavoisier)

ניסויי בעירה בחומרים שונים בעזרת אשתו

מָארִי-אַן (Marie-Anne)

. במהלך הניסויים הקפידו השניים למדוד את משקל החומר לפני הבעירה ואחריה בדיוק רב. מהניסויים עלה כי ישנם חומרים כמו זרחן וגופרית שמשקלם דווקא עולה אחרי הבעירה. זאת בניגוד למצופה לפי תיאוריית פלוגיסטון. לפי תיאורית הפלוגיסטון מאבד החומר כמות של פלוגיסטון בזמן הבעירה, ולכן משקלו צפוי לרדת... ובהחלט לא לעלות.

באותה תקופה שקד

ג'וֹזֶף פְּרִיסְטְלִי (Joseph Priestly)

האנגלי על עריכת ניסויים בהם הבדיל וזיהה סוגי גזים שונים הנפלטים מבעירתם של חומרים שונים. בשנת 1774 הוא נפגש בפריז עם לבואיזיה. פריסטלי סיפר לו על ניסוייו ועל זיהוי הגזים השונים. מכאן פריסטלי הסיק כי קיימים סוגי גזים שונים והמשיך צעד אחד קדימה שהם נבדלים אחד מהשני לפי משקלם. הוא עמד על הקשר בין משקל החומר למרכיביו. הוא טען כי היסודות הנם חומרים שעדיין לא נמצאה הדרך להפרידם. בעזרת פירוק יסודות מתרכובות ניתן להפחית ממשקל החומר.

מאזני משקולות

כך משקל החומר הופך לכלי-עזר לקביעה האם החומר הוא מורכב או פשוט יותר עד להיותו יסוד.

תיאורית האטום

תיעוד ראשון של הרעיון לקיומו של אטום מופיע בפואמה שכתב אזרח רומאי בשם

טִיטוּס לוּצְרֶטִיאוּס קָארוּס (Titus Lucretius Carus)

באמצע המאה הראשונה לפני הספירה. אטום (σομοτα מיוונית: א-בלתי, טום-חלוקה) מוגדר כחלקיק הקטן ביותר הנושא את תכונות החומר ושאינו ניתן יותר פיזית לחלוקה.

ג'וֹן דָלְטוֹן (John Dalton)

נולד ב-6 לספטמבר בשנת 1766 באנגליה. דלטון היה השני מבין שלושה ילדים, ונולד כשהוא סובל מעיוורון צבעים כאחיו הבכור. בתחילת חייו הבוגרים נפנה לתחום ההוראה, תחום בו עסק בהפסקות קצרות למשך כל חייו המקצועיים. תוך עיסוק בהוראה התוודע לעולם המתמטיקה והפיזיקה. תחביבו העיקרי לשעות הפנאי היה בעיקר בתחום מזג-אויר וחקר האטמוספרה. הוא נהג לרשום בדפיו את תצפיותיו המטאורולוגיות החל משנת 1787 עד ממש ליומו האחרון. מתחום זה הוא נמשך לעסוק בתכונותיהם של גזים שונים. גזים הנם דוגמא לחומר נוזלי אלסטי (elastic fluid), חומר שגם מתפשט במרחב וגם שומר על צורתו כנוזל. אדי קיטור של מים, למשל, יכולים להיות גם גז מתפשט, גם נוזל ואף להיות גם מוצק בטמפרטורת קיפאון.

דלטון פנה לחקור סוגים שונים של גזים. מסקנתו הראשונה בתחום בשנת 1801 הייתה כי גזים שונים מתפשטים באותה מידה כשמחממים אותם. בשנת 1803 הוא גילה וקבע כי תכונת הלחץ של תערובת גזים שונים מורכבת מסכום תכונת הלחץ של כל גז לפי חלקו היחסי. כלומר, אם נצרף גז1 הכלוא בלחץ P1 לגז2 הכלוא בכלי אחר בלחץ P2 נקבל תערובת גז בלחץ P1+P2 (זאת בהנחה שהטמפרטורות של שני הכלים ונפחיהם היו שווים) – זהו חוק דלטון. החוק תקף לא רק לשני גזים אלא לצירוף כל מספר של גזים.

חוק דלטון

דלטון החיה מחדש את תיאורית האטום וביסס את דעתו כי גזים שונים מורכבים כל האחד מאטומים בעלי תכונות זהות השונות מתכונותיהן של אטומים של גזים אחרים. על סמך תוצאות ניסוייהם של כימאים קודמים לו הוא קיבץ ופרסם בשנת 1803 ארבעה עקרונות מנחים:

1. כל יסוד עשוי מחלקיקים קטנים ביותר הנקראים אטומים.
2. האטומים של כל יסוד אינם ניתנים לחלוקה.
3. כל יסוד מורכב מאטומים זהים הנבדלים מאטומים של כל יסוד אחר.
4. תהליך יצירת תרכובות חדשות או תהליך פירוקן ליסודות המרכיבים אותם אינו כרוך ביצירת או "איבוד" אטומים, אלא רק בסידורם מחדש.

מודל האטום של דלטון

דלטון הניח כי בטבע קיימת עדיפות ליצירת תרכובות פשוטות בין אטומים של יסודות שונים. התרכובת הפשוטה ביותר הנה של אטום אחד של יסוד A עם אטום אחד של יסוד B. התרכובת שנוצרת הנה בינארית. התרכובת הפשוטה הבאה הנה אטום אחד של יסוד A עם שני אטומים של יסוד B (או להפך). התרכובת שנוצרת הנה שלישונית. התרכובת הפשוטה הבאה הנה אטום אחד של חומר A עם שלושה אטומים של חומר B (או להפך) ונקראת תרכובת רביעיונית. הוא הסיק כי בכל התרכובות שנוצרות או מתפרקות אין יצירה מחדש של אטומים או איבודם, אלא סידורם מחדש במבנה שונה. מבנה שזכה מאוחר יותר לכינוי מולקולה. בתיאוריו תיאר את האטומים לשם נוחות ההבנה ככדורים.

המולקולה - תרכובות שונות

דלטון ידע כי מים אינם חומר יסוד וכי הם מורכבים ממימן וחמצן. מים זהים בכל מקום בעולם בתכונותיהם, ומכיוון שגם כל חלוקה של מים לכמויות קטנות יותר מותירה אותן עם אותן תכונות – מסקנה היא שמים מורכבים תמיד מאותם כמויות של מימן וחמצן. אז נשאלת השאלה האם מולקולה של מים כוללת אטום אחד של מימן (H) קשור יחד עם אטום אחד של חמצן (O) כדי לקיים את התרכובת הבינארית הפשוטה ביותר (HO)?

דלטון סבר שכן, ומדידות שערך תמכו בכך.

למרות טעות זו (שכן מים מורכבים משני אטומי מימן על כל אטום חמצן - H2O) התיאוריה שניסח פרצה דרך קדימה בתחום הכימיה. צעדו זה היה נועז, ואמונתו המוחלטת בצדקת תיאורית האטום הנחתה אותו במהלך ניסוייו בהמשך. תחילה הוא בדק אם לאטומים של גזים שונים יש משקל שונה. לאחר מכן הוא פנה למדוד בעזרת ניסויים את המשקל של אטום גז אחד באופן יחסי לעומת המשקל של אטום גז אחר.

ניסוייו גילו כי מערבוב כמות של גרם אחד של מימן ושמונה גרם של חמצן נוצר גרם אחד של מים. מכאן הסיק כי המשקל של אטום אחד של חמצן הנו גדול פי שמונה מזה של אטום אחד של מימן. דלטון קבע את אטום המימן בתור נקודת ייחוס בטבלת המשקלים של היסודות. משקל כל אטום של יסוד אחר בטבלה יהיה כפולה שלמה של המשקל של אטום המימן, שהוא אכן היסוד הקל ביותר בטבע. בשנת 1808 הוא פרסם טבלה בה מספר יסודות ומשקלן האטומי היחסי ביחס לזה של אטום מימן. הערכים שקבע היו בחלקם שגויים, אך התוו את הדרך להגדרת הסופית של הטבלה המחזורית של היסודות על-ידי הבאים אחריו, בינם גם דמיטרי מנדלייב.

ב-27 ליולי 1844 הוא נפטר משבץ. כארבעים אלף איש באו לקחת חלק בלוויה שלו. לאחר מותו נערך ניתוח בעיניו, לפי בקשתו, לטובת המשך חקר מחלת עיוורון הצבעים אשר הוא היה בין חוקריה הראשונים. מחלת עיוורון הצבעים נקראת כיום על שמו – דלטוניזם.

מודל "לחם צימוקים"

דלטון, כפי שכבר ראינו, דימה את האטומים לכדורים שלמים. היו אלה כדורים קשיחים ובלתי-ניתנים לחלוקה. אפשר לדמות אותם לכדורי ביליארד. עוד בתקופתו של דלטון הייתה ידועה תופעת המוליכות החשמלית ותנועתם של אלקטרונים בחומרים מוליכים. מודל האטום של דלטון נכשל בלספק הסבר לתופעה זו. נדרש מודל אטום חדש ופיזיקאי אנגלי בשם

ג'וֹזֶף ג'וֹן תוֹמְסוֹן (Joseph John Thomson)

נענה לאתגר.

תומסון נולד באנגליה ב-18 לדצמבר 1856. בשנת 1880 הוא סיים בהצטיינות את לימודי המתמטיקה במכללת טריניטי שבאוניברסיטת קיימברידג'. המכללה אימצה אותו לסגל האקדמי ותומסון העסיק עצמו בחיפוש אחר פתרונות מתמטיים למודל האטום ולתופעת האלקטרומגנטיות. בשנת 1884 הוא קודם לדרגת פרופסור השלישי במספר של מעבדת קאוונדיש שמינויה הראשון היה

ג'יימס קלרק מאקסוול (James Clerk Maxwell)

.
סקרנותו המדעית של תומסון הביאה אותו לחקור תופעה מסתורית בת זמנו. ידוע היה שאם מעבירים זרם חשמלי דרך שפופרת ריקה נוצר הבזק אור בוהק בתוך השפופרת. דומה לאפקט שמושג בנורה חשמלית.

שפופרת ריק פשוטה

עם שיפור יעילות המשאבות ניתן היה להגיע לדרגת ריק גבוהה יותר, או אז נוצרה קשת זוהרת ברורה בתוך השפופרת.

שפופרת ריק משופרת

השערות רבות היו לגבי המקור לקרן האור, החל מגז האתר שסברו שהוא נושא את גלי האור ועד לחלקיקי חומר קטנים.
לקראת סוף המאה ה-18 נערכו ניסויים רבים עם שפופרת הריק. מספר עובדות מעניינות התגלו מניסויים אלו:
1. הקרן מוסטת בהימצאות מגנט.
2. הקרן נושאת מטען חשמלי שלילי.
3. הקרן אינה מוסטת בהימצאות שדה חשמלי (בסתירה למצופה מקרן בעלת מטען חשמלי).
4. הקרן עוברת דרך לוח מתכת שנמצא בשפופרת כאילו לא היה קיים.

אך הניסויים החשובים ביותר ואיתם המסקנות היותר מעניינות נערכו על-ידי תומסון בשנת 1897.

בניסוי הראשון שערך הוא ניסה באמצעות הסטת הקרן עם מגנט להפריד את הקרן משדה המטען החשמלי השלילי שאפף אותה. הוא לא הצליח להשיג הפרדה שכזאת ולכן הניח שקרן האור והמטען החשמלי השלילי אחד הם.
תומסון שיער ששאריות הגז בשפופרת נטענות בחשמל מהקרן עצמה ומונעות לכן ממנה להיות מוסטת כשהשפופרת מונחת בתוך שדה חשמלי. הניסוי השני שלו כלל שאיבת מה שיותר אוויר מהשפופרת. עם פחות גז טעון הקרן אכן הגיבה כמצופה והוסטה בהימצאות שדה חשמלי.

שפופרת ריק קתודית

שפופרת קרן קתודית: זוהי שפופרת ריק שקופה בה הדק אחד מחובר למתח שלילי והדק אחר מרוחק ממנה מחובר למתח חיובי. הריק בשפופרת מאפשר מעבר קל יותר לאלקטרונים בהדק השלילי אל ההדק החיובי. ההדק החיובי מורכב משני לוחות מתכת כאשר באחד יש סדק צר לאורכו ובשני יש סדק צר לרוחבו. זרם אלקטרונים שנורה מההדק השלילי מסונן דרך שני סדקים אלה לכדי אלומה צרה מאוד של אלקטרונים. הפרש מתחים גבוה בין שני ההדקים יקנה מהירות גבוהה לאלקטרונים והם יגיעו עד לקצה השני של השפופרת.
אם נתקין שתי לוחות מתכת במסלול קרן האלקטרונים וניצור בעזרתם שדה חשמלי, אז שדה זה יגרום להסטת האלקטרונים הטעונים במטען שלילי אל עבר הלוח הטעון חיובית והרחק מהלוח הטעון שלילית.

כעת לא היה ספק לתומסון שמדובר בחלקיקי חומר קטנים הטעונים מטען חשמלי שלילי. כדי לקבוע את גודל החלקיקים חזר תומסון על הניסוי השני הפעם עם מדידות גודל ההיסט של הקרן כתלות במתח החשמלי שמסופק לשפופרת ולסוג הגז שהיא מכילה. החישובים שנערכו על תוצאות הניסוי הראו שמדובר בחלקיקים מאוד קטנים.

תומסון יצא בהכרזה כי:
1. הקרן בשפופרת הריק עשויה מחלקיקים טעונים.
2. חלקיקים אלה הם חלק מהאטום.
3. האטום מורכב רק מחלקיקים אלה.

הכרזתו התקבלה בהתחלה בהסתייגות. לבסוף התקבלו שתי טענותיו הראשונות באופן כללי וטענתו השלישית (שאנחנו יודעים כיום שלא הייתה נכונה) נדחתה לגמרי.

על בסיס שלושת מסקנותיו הגדיר תומסון מודל חדש למבנה האטום. האטום הנו שדה מטען חשמלי חיובי שיוצר מבנה ספיראלי. בתוך האטום לכודים אלקטרונים בלי יכולת לנוע, כמו צימוקים בבצק לחם (זהו מעדן אנגלי שנקרא גם "פודינג צימוקים" – “Plum Pudding”). מודל זה התיישב בהצלחה עם העובדה שהחומרים הנם נייטרלים. הכדור הספיראלי הנו שדה מטען חשמלי חיובי המתבטל על-ידי האלקטרונים בעלי המטען החשמלי השלילי הטבועים בתוכו.

מודל האטום של תומסון

בהמשך יתברר כי מודל זה אינו מושלם. אך עדיין נודעה למודל זה חשיבות רבה שכן הוא קרא תיגר על הגדרת האטום כעשוי מקשה אחת (כמו כדור ביליארד) וטען שגם האטום בנוי מחלקיקים קטנים יותר - האלקטרונים. תומסון נפטר ב-30 לאוגוסט 1940.

מודל פלאנטרי

אֶרְנְסְט רָתֶ'רְפוֹרְד (Ernest Rutherford)

נולד ב-30 לאוגוסט 1871 בניו-זילנד, למשפחה ברוכת ילדים. הוריו היגרו מבריטניה (אביו סקוטי ואימו אנגלייה). רת'רפורד רכש השכלה אקדמאית באוניברסיטת וולינגטון שבניו-זילנד. שם סיים אחרי ארבע שנים לימודי תואר כפול בפקולטה למתמטיקה ופיזיקה בשנת 1893. לאחר לימודיו עסק בחקר תכונות המגנטיות של ברזל בחשיפה לשדה חשמלי משתנה. כבר אז שמו הלך לפניו והוא קיבל מלגה להצטרפות לקבוצת מחקר במעבדת קאוונדיש במכללת טריניטי שבאוניברסיטת קיימברידג', אשר נוהלה על-ידי תומסון.

רת'רפורד עסק גם בחקר תופעת הגלים האלקטרומגנטיים, ובשנת 1896 פיתח מקלט לגלים אלקטרומגנטיים למרחק של כמה מאות מטרים. היה זה הישג בזמנו שיכול היה להוביל לפיתוח של הטלגרף האלחוטי הראשון. נציין שממש באותה שנה מרקוני רשם פטנט על המצאתו זו באנגליה. אך התפתחותו בתחום זה נגדעה בשל מחקר אחר שהוא הופנה אליו על-ידי תומסון. תומסון זיהה מהר את יכולותיו של רת'רפורד ויחד ניהלו השניים מחקר בנושא מוליכות חשמלית של גזים שונים. באותה תקופה התגלתה קרינת גלי-X (בשנת 1895) וגם הקרינה הרדיואקטיבית (בשנת 1896). רת'רפורד השתמש בקרינות אלו בניסוייו ובדק את השפעתן על המוליכות החשמלית של גזים שונים. במהלך ניסוייו גילה כי קיימים שני סוגי קרינות רדיואקטיביות שונות. הוא כינה אותן בפשטות קרינת אלפא וקרינת ביתא.

"אם תוצאות הניסוי שלך זקוקות לסטטיסטיקה, היית צריך לערוך את הניסוי טוב יותר", ארנסט רת'רפורד

בשנת 1898 היגר רת'רפורד לקנדה למלא תקן משרת פרופסור בפקולטת פיזיקה אוניברסיטאית. שם הוא המשיך במחקר קרינת אלפא אותה החל בקיימברידג'.
הוא עסק בתחום הרדיואקטיביות ופיתח יחד עם פְרֶדְרִיק סוֹדִי (Frederick Soddy) תיאוריה הקושרת את תופעת הרדיואקטיביות למבנה האטום של החומר ולא למבנה המולקולות. לפי התיאוריה החדשה הקרינה הרדיואקטיבית נפלטת מחומר בזמן שהאטומים הכבדים מתפרקים לאטומים קלים יותר. קצב פליטת הקרינה יורד במשך הזמן, אך נמשך לזמן ארוך מאוד. בעזרת מדידת הקרינה מאבנים, מאובנים וכו' ניתן לתארך את גילו של כדור-הארץ, את גילם של שכבות אדמה שונות ואת גילם של יצורים שונים שהתאבנו.

לאנגליה הוא שב כעשר שנים לאחר-מכן, בשנת 1907, למלא תקן פרופסור של פיזיקה באוניברסיטת מנצ'סטר. שם המשיך לחקור בתחום הרדיואקטיביות וקרינת אלפא. באותה שנה הוענק לו פרס נובל לכימיה על פועלו בתחום זה. ניסוי שערך סטודנט מתחיל תחת הדרכתו הוביל את רת'רפורד למסקנה מרחיקה לכת. בניסוי שנערך נורו חלקיקי קרינת אלפא לעבר דף זהב דקיק. לפי מודל האטום של תומסון מסת האטום של כל יסוד מפוזרת אחיד בכל נפח התחום שהוא תופס במרחב. לכן, קרינת חלקיקי אלפא שנורית לעבר דף זהב דקיק צפויה להיתקל בהתנגדות זהה בכל נקודה ונקודה. התוצאה הצפויה הייתה שהקרינה תחדור את הדף ותיקלט על דף צילום שמונח מאחוריו בתזוזה סטטיסטית קטנה בלבד של החלקיקים. בסוף הניסוי אכן נקלטו חלקיקי קרינת אלפא בתזוזות קטנות על דף הצילום. העובדה המפתיעה הייתה שגם בדף צילום שהונח מסביב לדף נקלטו בזויות שונות חלקיקים שהועפו הצידה. אפילו בזווית של 180 מעלות נקלטה כמות של חלקיקים. נראה היה שחלק קטן של החלקיקים התפזר כתוצאה מהתנגשות בנקודות קטנות של מסה גבוהה בתוך דף הזהב.

הניסוי של ר'תרפורד

בשנת 1911, כתוצאה מניסוי זה, יצא רת'רפורד בהכרזה שמבנה האטום כולל גרעין קטן מאוד ביחס לגודל האטום (יחסי רדיוס של כ- 1:100,000) ובתוכו מרוכז המטען החיובי של האטום כמו גם הרוב המוחלט של המסה. את הגרעין סובבים אלקטרונים בעלי מטען שלילי וכמעט חסרי מסה. מודל זה דומה למבנה פלנטארי של כוכבי השמיים ומכאן גם כינויו.

מודל האטום של ראת'רפורד

בשנת 1918 הוא גילה במקרה כי הצליח להמיר אטומי חנקן לאטומי חמצן בעזרת הקרנה מסיבית של גלי אלפא. בכך הפך להיות האלכימאי הראשון, והראשון להבקיע את האטום.

בשנת 1919 הוא סגר מעגל כששב למעבדת קאוונדיש כמחליפו של תומסון.
במהלך חייו אסף רת'רפורד תארי כבוד למכביר ותהילת עולם. הוא נפטר ב-19 לאוקטובר 1937. אפרי גופתו נקברו בכנסיית ווסטמיניסטר שבלונדון קרוב לאייזק ניוטון ג'ון ולגדולי מדע אחרים.

מודל האטום של רת'רפורד-בוהר

מודל האטום של רת'רפורד אכן נתן מענה הולם לניסויים ולעובדות שהיו ידועות, אך עורר שאלה חדשה. כיצד זה שהאלקטרונים סובבים את גרעין האטום מבלי ליפול לתוכו?
את התשובה לשאלה הזו סיפק

נִילְס הֶנְרִיק דֵייְוִיד בּוֹהְר (Niels Henrik David Bohr)

.

נילס בוהר נולד ב-9 לאוקטובר 1885 בקופנהגן, בירת דנמרק. בתור בן לאבא פיסיולוג ולאמא עם רקע משפחתי בחינוך זכה בוהר הצעיר לחינוך המתאים ולדחיפה ללימודים בכלל ולימודי פיזיקה בפרט. אחרי לימודי התיכון המשיך ללימודים אקדמאיים בפקולטה של קופנהגן. שם השלים לימודי תואר לפיזיקה עד לקבלת תואר דוקטורט בשנת 1911. נושא התעניינותו לאחר לימודיו היה בתחום הפיזיקה התיאורטית. בתחום זה התוודע לראשונה לתיאוריה הקוונטית של מקס פלאנק (Max Planck) בנושא קרינה.
לאחר לימודיו יצא בוהר לאוניברסיטת קיימברידג', שם קיווה ללמוד תחת הדרכתו של תומסון, אשר אותו ואת רעיונותיו העריך מאוד. אך הלה היה עסוק מעל לראשו בעניינים אחרים ולא התפנה אליו. ייתכן וגם שבמתכוון ניסה להתחמק מבוהר, שטען כי מצא מספר אי דיוקים בתיאוריות וחישובים של תומסון. שנה לאחר מכן הגיע בוהר למנצ'סטר לעבוד במעבדה יחד עם ראת'רפורד.

בשנת 1913 יצא בוהר עם מאמר שבא לפתור את הבעיה שהייתה ידועה במודל האטום הפלנטארי של ראת'רפורד. במערכת שמש אמיתית פועל הכוח הצנטריפוגלי להחזקת כוכבי הלכת במסלול היקפי סביב השמש. באטום, לעומת זאת, קיימים גם הכוח הצנטריפוגלי וגם הכוח החשמלי בין האלקטרון הטעון שלילית לגרעין הטעון חיובית. הכוח החשמלי, לפי כל מודל חישובי פשוט, יגרום לאלקטרון "ליפול" פנימה לתוך הגרעין תוך כדי פליטת קרינה. את הבעיה הזו בא בוהר לפתור באמצעות המכאניקה הקוונטית שהתפתחה באותה תקופה. לפי תיאורית המכאניקה הקוונטית, שפותחה על-ידי פלאנק, הקרינה הנפלטת מאטום הינה במנות (קוונטות) בדידות ולא רציפות. כלומר, סרגל המודד את האנרגיה הנפלטת ימדוד רק ערכים הנופלים בשנתות שלמות בלבד ולא כל ערך אפשרי בתחום. בוהר תיאר מודל של אטום בו ישנם מסלולים מעגליים של אלקטרון סביב הגרעין בערכי רדיוס מסוימים בהם לא מאבד האלקטרון אנרגיה בצורת קרינה ונשאר מוחזק במסלול. להלן מספר עקרונות של מודל האטום של בוהר, שנקרא גם מודל האטום של ראת'רפורד-בוהר:

1. ישנם רדיוסים בהם האלקטרון יכול להימצא מבלי "ליפול" לתוך הגרעין.
2. ברדיוס המסלול הקרוב ביותר לגרעין יוחזק האלקטרון באנרגיה האפשרית הנמוכה ביותר.
3. אלקטרון יכול לנוע ממסלול היקפי בעל רמת אנרגיה נמוכה למסלול היקפי בעל רמת אנרגיה גבוה יותר על-ידי הטמעת אנרגיית קרינה מפוטון (פוטון הוא חלקיק אור).
4. אלקטרון יכול לנוע ממסלול היקפי בעל רמת אנרגיה גבוהה למסלול היקפי בעל רמת אנרגיה נמוכה יותר על-ידי פליטת אנרגיית קרינה בצורת פוטון.

מודל זה גם יפה הסביר את תופעת חותמת הספקטרה השונה של היסודות. באותה תקופה ידוע היה שאם מעבירים קרינת אנרגיה הנפלטת מגז דרך מנסרה (פריזמה), אזי הקרינה "נשברת" למרכיביה. שבירת הקרינה למרכיביה מתקבלת מכיוון שכל אורך גל המוכל בקרינה יוצא מהפריזמה בזווית שונה. כך על קיר ממול יוטלו מרכיבי הקרינה בסדר לפי אורכי הגל שלהם. פלאנק גילה כי אנרגיית הקרינה הנפלטת מתאימה לאורכי הגל. הוא הסיק כי הקרינה נפלטת בקוונטות שלמות של אנרגיה.

בזמן מלחמת העולם ה-II נמלט בוהר מדנמרק, שנכבשה בידי הנאצים, לשבדיה ולאחר מכן לאנגליה ולארה"ב. בזמן שהותו באמריקה עזר לפתח את פצצת האטום הראשונה. בתום המלחמה חזר לדנמרק מולדתו. עד סוף חייו עסק בוהר בפיתוח תחום הפיזיקה התיאורטי לצד הטפה לשימוש באטום למטרות שלום בלבד. הוא נפטר ב-18 לנובמבר 1962 כשהוא עדיין צלול בדעתו ועסוק בכתיבת מאמרים חדשים.


גילוי האטום ומבנהו הוא תהליך שנמשך על פני כאלפיים שנה והיה מלווה בתיאוריות שונות ומוזרות ובמודלים שונים. אין ספק שהיה כאן תהליך למידה ארוך המבוסס על למידה מתוך טעויות חשיבה ותיאוריות בחלקן שגויות ובחלקן לא מדויקות.

נילס בוהר היטיב לתאר זאת במשפטו הידוע,

"מומחה הוא אדם שעשה את כל הטעויות האפשריות בתחום מסוים"

לחם צימוקים (12 מנות)

מרכיבים:
3 ספלים של קוביות חתוכות מלחם לבן
3 ספלים של צימוקים (צהובים ו/או שחורים)
חצי ספל של אוכמניות חתוכות (לא חובה)
חצי ספל סוכר לבן
חצי ספל סוכר חום
חצי ספל רום/ברנדי
מיץ מחצי לימון סחוט
חצי כפית קליפת לימון מגורדת
חצי כפית קינמון
חצי כפית אגוז מוסקט
כמה טיפות תמצית שקדים
מעט אבקת סודה לאפיה
קמצוץ מלח
4 ביצים
200 גרם חמאה
ציפוי פודינג קאסטד להגשה (מומלץ מאוד)
אופן ההכנה:
1. לבחוש מעט את הביצים
2. להוסיף: קוביות הלחם, צימוקים, אוכמניות, סוכר, קליפת לימון, קינמון, אגוז מוסקט, סודה לאפייה ומלח. לערבב הכול יחד.
3. להוסיף את הרום, מיץ לימון, תמצית שקדים ולערבב שוב.
4. לשמן היטב קערה עמוקה ולהכניס את התערובת בפנים.
5. לכסות בנייר פרגמנט משומן ומכסה.
6. לבשל בבישול סיר כפול (סיר בתוך סיר), למלא מים בסיר החיצוני עד לשליש גובה הסיר הפנימי בו נמצאת התערובת. להביא לכדי רתיחה קלה ולהשאיר על האש ל-5 עד 6 שעות. חובה לבדוק מידי פעם שלא הגיע לרתיחה חזקה וכדי ולהוסיף מים אם צריך.
7. בסיום (התערובת כהה ומוצקה וסכין ננעץ יוצא נקי) יש להניח בצד לקירור.
8. להגיש בציפוי פודינג קאסטד כמיטב המסורת האנגלית.

לא מומלץ לנסות!





[ עמוד ראשי - המצאות | מתמטיקה קדומה | מספרים אי-רציונליים | משפט פיתגורס | גיאומטריה אוקלידית | אלגברה | התפתחות הסְפַרוֹת | משוואות קוביות וקווארדיות | מספרים מורכבים | לוגריתם | חשבון דיפרנציאלי ואינטגראלי | עיקרון הציפה | זכוכית מגדלת | משקפיים | מיקרוסקופ | טלסקופ | חוק סְנֵל | חוק בויל | חוקי התנועה | עיקרון ברנולי | שלושת חוקי התרמודינמיקה | טבלה מחזורית | מדידת מהירות האור | כוח לורנץ | קרינת רנטגן | טרנספורמצית לורנץ | תורת היחסות הפרטית | גילוי האטום | תורת היחסות הכללית | חשמל | חוק קולון | חוק אוהם | חוקי קירכהוף | נורת להט | מנוע קיטור | מנפה כותנה | מצלמה | מקרר | מזגן | מחשב | מכבש דפוס | כתב ברייל | טלגרף | טלפון | רדיו | טלוויזיה | כדור פורח | מצנח | רכבת | אופניים | מכונית | אווירון מדחף | מטוס סילון | אבק שריפה | תותח | רובה מוסקט | מרגמה | אקדח | מוקש | מקלע | רובה-מטען | הוביצר | תת-מקלע | רימון-יד | טנק | רובה-סער | פצצת אטום | תורת האבולוציה | פסטור | תיאוריית התורשה | פניצילין ]