닐스 보어와 고전 양자론

닐스 보어와 고전 양자론

1913년 닐스 보어(Niels Bohr, 1871∼1937)가 제안한 새로운 원자론은 현대물리학의 한 축을 이루는 양자역학 출현에 커다란 역할을 했을 뿐만이 아니라 원소의 주기율표에 대한 현대적인 이해를 하는 데 초석이 된 이론이었다. 이 보어의 원자론은 고전전자기학적 논의와 새로운 양자론적 논의가 서로 혼합된 것으로서 훗날 양자 상태 개념과 파울리의 배타원리 출현에 결정적인 역할을 했으며, 무엇보다도 원자의 분광학적 현상을 설명하는 데더 없이 좋은 도구가 되었다. 1923년부터 보어와 좀머펠트에 의해 발전된 고전양자론은 위기를 맞이하고 그뒤 1925년 하이젠베르크의 행렬역학과 1926년 슈뢰딩거의 파동역학에 의해 대체될 때까지 보어의 원자론은 한 시대를 풍미했던 과도기적 이론이었던 것이다.

19세기말부터 과학자들은 원자의 구조와 원소의 주기율적 성질을 설명하기 위한 다양한 모형을 개발했다. 1903년 5월 도쿄 대학에서 열린 도쿄수학물리학회에서 나가오카 한타로(長岡半太郞, 1865∼1950)는 소위 토성 원자 모형을 발표했다. 하지만 양전하가 중앙에 있고 그 주위를 전자들이 고리 모양으로 돌고 있는 이 토성 원자 모형은 역학적 불안정성 때문에 나오자마자 심한 비판에 부딪혀 폐기될 수 밖에 없었다.

19세기말부터 다양한 형태의 원자 모형을 고안해나가고 있었던 톰슨(Joseph John Thomson, 1856∼1940)은이 토성 원자 모형이 지니는 불안정성을 극복하기 위해 이와는 다른 새로운 원자 모형을 찾아나갔다. 우선 그는 양전하가 원자 전체에 걸쳐 있고, 전자들이 양전하 안과 밖으로 돌아다니며 돌고 있는 원자 모형을 제안했다. 이 모형을 흔히들 건포도 모형이라고 부르는데 톰슨이 받아들였던 여러 모형들 가운데 하나에 해당하는 것이었다. 톰슨의 원자 모형은 토성 원자 모형에 비해 역학적인 안정성을 확보할 수 있다는 장점이 있었는데, 톰슨은 자신의 이 원자 모형으로 원소의 주기율적 성질 등 화학에서 나타나는 다양한 현상을 설명하려고 했다.
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