Arnold Sommerfeld nie był tylko nazwiskiem z podręcznika. Był niemieckim fizykiem, który wypełnił lukę we wczesnej teorii atomowej Nielsa Bohra. Born in Königsberg, Prussia (now Kaliningrad, Russia) on December 5, 1868, Sommerfeld died in Munich on April 26, 1951. His work connected classical physics with the quantum world. Pozwoliło to naukowcom wyjaśnić subtelną strukturę linii widmowych. Są to drobne rozłamy w widmie światła, których prostszy model Bohra nie mógł wyjaśnić.
Jego ścieżka nie była prosta. Studiował matematykę i nauki przyrodnicze na Uniwersytecie w Królewcu. Następnie przeniósł się do Getyngi, gdzie został asystentem. Już w roku 1897 wykładał matematykę w Clausthal. W 1900 objął stanowisko w Akwizgranie. Ale jego prawdziwy wpływ zaczął się w Monachium. Jako profesor fizyki teoretycznej tam od 1906 do 1931 roku wykonał większość pracy.
Korekcja za pomocą orbity eliptycznej
Bohr miał rację, że elektrony krążą wokół jądra. Założył jednak, że te orbity są idealnymi okręgami. Sommerfeld sprzeciwił się. Studiował widma atomowe i widział szczegóły, które umknęły uwadze Bohra. Uświadomił sobie, że elektrony również poruszają się po orbitach eliptycznych.
Ta zmiana nie była tylko kosmetyczna. Wymagało to wprowadzenia nowej zmiennej do matematyki. Sommerfeld postulował azymutalną liczbę kwantową. Liczba ta opisywała kształt orbity. Później dodał magnetyczną liczbę kwantową, aby uwzględnić orientację. Razem te liczby wyjaśniają, dlaczego linie widmowe dzielą się na delikatniejsze struktury. To było dokładne rozwiązanie kłopotliwego problemu.
Sommerfeld’s studies of atomic spectra led him to the assumption that in Bohr’s model of the atom, electrons move in elliptical orbits along with circular ones.
Poza atomem
Nie zatrzymał się na samym rdzeniu. Sommerfeld zagłębił się w mechanikę fal. Opracował także teorię elektronów w metalach. Ta praca okazała się cenna dla zrozumienia termoelektryczności i przewodnictwa metali. Dało to inżynierom i fizykom narzędzia do przewidywania zachowania metali pod wpływem ciepła i pól elektrycznych.
Jego dziedzictwo to nie tylko równania. To dokładnie prawda. Pokazał, że świat kwantowy jest bardziej złożony, niż ktokolwiek przypuszczał. I dał nam matematykę, żeby to opisać.
Pozostaje jednak pytanie, czy widział pełny zakres tego, co ujawnią jego liczby. Rewolucja kwantowa dopiero się zaczynała. Jego eliptyczne orbity były krokiem naprzód. Ale stały się także pomostem do czegoś obcego. Do czegoś, co wciąż próbujemy zbadać.
