Brani antologici di Fisica Moderna

La Struttura dell’Atomo (febbraio 1914)

Bohr ha richiamato l’attenzione sulle difficoltà inerenti alla costruzione di atomi sulla base della teoria nucleare e ha mostrato che non si possono dedurre posizioni stabili per gli elettroni esterni in base alla meccanica classica. Introducendo concetti connessi con i quanti di Planck ha mostrato che con certe ipotesi è possibile costruire semplici atomi, per esempio idrogeno… Mentre può esserci considerevole differenza di opinioni sulla validità e sul significato fisico delle ipotesi di Bohr, non ci può essere dubbio che le sue teorie sono interessantissime e importanti per tutti i fisici come il primo tentativo definito per costruire semplici atomi e molecole e per spiegare i loro spettri.

Ernest Rutherford (1871 – 1937)

I remember discussions with Bohr which went through many hours till very late at night an ended almost in despair; and when at the end of the discussion I went alone for a walk in the neighbouring park I repeated to myself again and again the question: Can nature possibly be so absurd as it seemed to us in these atomic experiments?

Werner Heisenberg, Physics and Philosophy, 1963

Einstein a proposito di Bohr

Che queste basi mal sicure e contraddittorie bastassero a un uomo coll’istinto e acutezza unici di Bohr, a scoprire le leggi fondamentali delle righe spettrali, delle orbite elettroniche negli atomi e perfino la loro importanza per la chimica, mi sembrò allora un miracolo e tale mi sembra ancor oggi.

Bohr e la quantizzazione dell'atomo

Nessun sistema planetario, seguente le leggi della meccanica newtoniana, ritornerebbe alla sua configurazione originale dopo una collisione con un altro sistema simile. Ma un atomo dell'elemento carbonio, ad esempio, resterà sempre un atomo di carbonio dopo qualsiasi collisione o interazione in un legame chimico. [...] La spiegazione di questa insolita stabilità venne fornita da Bohr nel 1913, per mezzo dell'applicazione dell'ipotesi quantistica di Planck. Se l'atomo può modificare la propria energia soltanto per quanta separati d'energia, ciò deve significare che l'atomo può esistere soltanto in stati stazionari separati, dei quali il più basso è il suo stato normale. Perciò, dopo qualsiasi tipo di interazione l'atomo tornerà sempre alla fine al suo stato normale. Con questa applicazione della teoria dei quanta al modello atomico, Bohr poté non solo spiegare la stabilità dell'atomo ma anche, in alcuni casi semplici, dare un'interpretazione teoretica delle righe degli spettri emessi dagli atomi se stimolati da una scarica elettrica o dal calore.

Werner Heisenberg, Fisica e filosofia, Il Saggiatore, Milano, 1982, pp. 45-47

La struttura dell'atomo (1940)

In the year nineteen hundred, in the course of purely theoretical (mathematical) investigation, Max Planck made a very remarkable discovery: the law of radiation of bodies as a function of temperature could not be derived solely from the Laws of Maxwellian electrodynamics. To arrive at results consistent with the relevant experiments, radiation of a given frequency f had to be treated as though it consisted of energy atoms (photons) of the individual energy hf, where h is Planck's universal constant. During the years following, it was shown that light was everywhere produced and absorbed in such energy quanta. In particular, Niels Bohr was able to largely understand the structure of the atom, on the assumption that the atoms can only have discrete energy values, and that the discontinuous transitions between them are connected with the emission or absorption of energy quantum. This threw some light on the fact that in their gaseous state elements and their compounds radiate and absorb only light of certain sharply defined frequencies.

Un'ipotesi sulla natura della radiazione

[...] mi sembra che le osservazioni effettuate sulla "radiazione del corpo nero", la fotoluminescenza, l'emissione di raggi catodici mediante luce ultravioletta e su altri fenomeni che implicano l'emissione o la trasformazione della luce, possano essere meglio comprese se si adotta l'ipotesi che l'energia della radiazione sia distribuita nello spazio in modo discontinuo. In base all'ipotesi che qui viene avanzata, quando un raggio di luce si propaga partendo da un punto, l'energia non si distribuisce con continuità su di un volume sempre crescente, ma è costituita da un numero finito di quanti di energia, localizzati nello spazio, che si muovono senza suddividersi e che possono essere assorbiti o emessi solo globalmente. [...]

Albert Einstein, Su un punto di vista euristico a proposito della creazione e della trasformazione della luce, ("Annalen der Physik", 17, 1905) trad. it. in Carlo Tarsitani, Il dilemma onda-corpuscolo da Maxwell a Planck e Einstein, Loescher, Torino, 1983, pp. 272-273

I quanti di energia

Consequently, there remains only the one conclusion, that previous electron theories suffer from an essential incompleteness which demands a modification, but how deeply this modification should go into the structure of the theory is a question upon which views are still widely divergent. J. J. Thompson inclines to the most radical view, as do J. Larmor, A. Einstein, and with him I. Stark who even believe that the propagation of electromagnetic waves in a pure vacuum does not occur precisely in accordance with the Maxwellian field equations, but in definite energy quanta hv. I am of the opinion, on the other hand, that at present it is not necessary to proceed in so revolutionary a manner, and that one may come successfully through by seeking the significance of the energy quanta hv solely in the mutual actions with which the resonators influence one another.

Max Planck, Columbia Lectures in Quantum Theory