Het atoommodel van Niels Bohr was volkomen revolutionair toen het in 1913 werd gepresenteerd. Hoewel het nog steeds op scholen wordt onderwezen, het werd decennia geleden achterhaald. Echter, de maker ontwikkelde ook een veel bredere en minder bekende kwantumtheorie, waarvan de principes in de loop van de tijd veranderden. Onderzoekers van de Universiteit van Barcelona hebben nu de ontwikkeling in het denken van de Deense natuurkundige geanalyseerd - een echt voorbeeld van hoe wetenschappelijke theorieën worden gevormd.

De meeste scholen onderwijzen nog steeds het atoommodel, waarin elektronen rond de kern draaien zoals de planeten rond de zon. Het model was gebaseerd op het eerste model van Rutherford, de principes van klassieke mechanica en opkomende ideeën over 'kwantisering' (vergelijkingen om initiële kwantumhypothesen toe te passen op klassieke fysieke systemen) ontwikkeld door Max Planck en Albert Einstein.

Zoals Blai Pié i Valls, een natuurkundige aan de Universiteit van Barcelona, legt uit aan SINC:"Bohr publiceerde zijn model in 1913 en, hoewel het revolutionair was, het was een voorstel dat weinig deed om zeer uiteenlopende experimentele resultaten te verklaren, dus richtte hij tussen 1918 en 1923 een veel ruimer, goed geïnformeerde theorie die zijn vorige model opgenomen."

Bohr's theorie, kwantumtheorie genoemd, stelde voor dat elektronen de kern omcirkelen volgens de klassieke wetten maar onderhevig aan beperkingen, zoals de banen die ze kunnen innemen en de energie die ze verliezen als straling wanneer ze van de ene baan naar de andere springen. Maar het probeerde ook op een uniforme manier alle kwantumverschijnselen te verklaren die tot nu toe waren waargenomen.

"Deze theorie rustte op twee fundamentele pijlers:het adiabatische principe, een methode om mogelijke kwantumtoestanden binnen het atoom te vinden; en het correspondentieprincipe, die klassieke elektrodynamica verbindt met de nieuwe kwantumtheorie die destijds werd gesmeed, " legt Pié i Valls uit, die, samen met professor Enric Pérez, heeft deze historische analyses over het onderwerp gepubliceerd in het tijdschrift 'Annalen der Physik'.

De auteurs bestudeerden het gebruik dat Bohr aan de adiabatische hypothese gaf vanaf het moment dat de Oostenrijkse natuurkundige Paul Ehrenfest deze in 1911 uiteenzette tot zijn Deense collega deze tot een 'principe' verhief en ontwikkelde om er het maximale uit te halen. Ze ontdekten ook de wederzijdse invloed tussen Bohr en de Duitse natuurkundige Arnold Sommerfeld, die zijn eigen formulering van 'kwantificering' naar voren bracht en een significante invloed had op de ontwikkeling van de oude kwantumtheorie, de achtergrond waartegen alle studies voorafgaand aan de geboorte van de kwantummechanica in 1925 zich afspeelden.

"Een van de belangrijkste veranderingen die we hebben gevonden, is de omkering van het belang van de twee fundamentele principes, " merkt Pié i Valls op. "In 1918, de centrale rol van het adiabatische principe overschaduwde het correspondentieprincipe in de theorie van Bohr bijna volledig, en dat mogen we niet vergeten, maar door de jaren heen het verdween naar de achtergrond, terwijl de correspondentietheorie aan belang won en nieuwe, nuttige toepassingen van calculus. Met de oprichting van de kwantummechanica, het correspondentieprincipe behield zijn centrale rol, die het tot op de dag van vandaag heeft."

De auteurs betreuren het feit dat de kwantumtheorie van Bohr veel minder bekend is dan zijn atoommodel, "verouderd sinds 1925, maar wat vandaag de dag nog steeds op scholen wordt uitgelegd vanwege de aanzienlijke educatieve waarde en uit puur pragmatisme - het is onmogelijk om op bepaalde niveaus een theorie te onderwijzen die zo complex is als de kwantummechanica."

Deze situatie, echter, ertoe heeft geleid dat het publiek ten onrechte het idee heeft dat het Bohr-model nog steeds geldig is, wanneer de moderne visie van het atoom is, in feite, beheerst door de probabilistische wetten van de kwantummechanica, die ons dwingen ons het elektron voor te stellen als een gedelokaliseerde 'waarschijnlijkheidswolk' rond de kern van het atoom.