書記が物理やるだけ#188 前期量子論の概要-1

量子力学を学習するにあたり，前期量子論について簡単に振り返っておく。

問題

説明

この法則は1900年にドイツの物理学者マックス・プランクによって導かれ，物体が光を吸収または放射する時，そのエネルギーはエネルギー量子ε = hν の整数倍でなければならないと仮定した。この量子化の仮説が量子力学の幕開けともいえる。

光電効果は，1905年に物理学者のアルベルト・アインシュタインが自身の論文『光の発生と変換に関する1つの発見的な見地について』内で導入した光量子仮説によって説明付けられ，1916年にアメリカ合衆国の物理学者ロバート・ミリカンの実験により光量子仮説が証明された。なお，アインシュタインはこの業績によって1921年にノーベル物理学賞を受賞した。

コンプトン効果とは，X線を物体に照射したとき，散乱X線の波長が入射X線の波長より長くなる現象である。これは電子によるX線の非弾性散乱によって起こる現象であり，X線（電磁波）が粒子性をもつことを示す。

この時期にはさまざまな原子模型が提案され，中でもラザフォードは，原子の質量と正電荷の大部分が原子の中心と想定される非常に小さな体積に集中していることを発見した。

その後，リュードベリの式により放出/吸収される波長が飛び飛びの値であることが分かるようになる。

解答

光電効果において，電子を金属から飛び出させるのに必要なエネルギーが仕事関数である。

コンプトン散乱については，衝突問題を考えることで数式で表せる。

ラザフォードモデルによれば以下のようにエネルギーを表すことができるが，電子は加速するごとに電磁波を放出するため，徐々にエネルギーを失いらせん状に原子核に近づき，やがて原子核と衝突する。この速度は一瞬であり，原子は安定して存在できないことになってしまうため矛盾する。また，エネルギーは連続的に変化しており，線スペクトルの観測と矛盾する。

このような問題を大きく進展させたのが，次回扱うボーア・モデルである。

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