Presentace mapující vývoj v umění, vědě a technice, který umožnil formulaci Bohrova modelu atomu. Především pak fyzikální experimenty jako byl objev elektronu, spektroskopická pozorování nebo studium vlastností jádra.

1. Od objevu elektronu k
Bohrovu modelu atomu:
filosofický, matematický a fyzikální exkurz
Michal Černý,
PřF MU

2. Na čem je postaven Bohrův model?
• Jaké kulturní klima bylo nutné?
• Jaké myšlenky jej ovlivnili?
• Jaké byly klíčové fyzikální otázky a experimenty této doby?
• Co se dělo v matematice?
• Co se dělo ve filosofii?
• Mohl vzniknout takový model v jiném období a klimatu?

3. Erwin Schrödinger
• „Fyzika se nemůže a nesmí nikdy odtrhnout od kultury. Byl by
to začátek jejího konce.“

4. Paradigma ve vědě
• T. S. Kuhn: paradigma souhrn základních domněnek,
předpokladů, představ dané skupiny vědců. Ke každému
paradigmatu patří i metodická pravidla řešení, intuitivní
postoje a hodnocení problémů.
• K. R. Popper: Předběžné vědění a přibližování se pravdě.
Problém falsifikace a verifikace ve vědě.
• M. Focault: typ myšlení a poznávání charakteristický pro dané
období. Epistémé tvoří apriorní strukturu, můžeme hovořit o
archeologii vědění.

5. 1897-1913
• 1898: Objeveny prvky krypton, neon, xenon, polonium a
radium; USA obsadily Havajské ostrovy.
• 1900: Na Sněžce byla vzniká meteorologické stanice; první
automobil s volantem.
• 1902: Film George Mélièse Cesta na Měsíc.
• 1904: Zprovoznění Transsibiřské magistrály.
• 1906: Představen dural, výbuch Vesuvu poničil Neapol.
• 1908: OH v Londýně, poslední díl Ottova slovníku naučného a
užití pojmu kubismus.
• 1910: Vzducholodě v civilní dopravě, první obrazovka,
Portugalsko republikou.
• 1912: Kaplanova turbína, balkánská válka, Čína republikou.

6. FILOSOFIE A MATEMATIKA

7. Gottlob Frege
• Pojmové písmo – logické značky, prostor pro budování
přesných teorií.
• Základní zákony aritmetiky - číslo je definováno mohutností
množiny.

8. Whitehead a Russell
• PrincipiaMathematica .
• Budování matematiky jako bezrozporné axiomatické vědy.
• Staví na teorii množin.
• Typy matematických objektů.
• Reaguje na ni později Gödel.

9. PrincipiaMathematica

10. Edmud Husserl
• Filosofie aritmetiky – čísla jsou jen psychologickými konstrukty.
• Zakládá fenomenologickou filosofii.
• Filosofie jako věda s vlastním předmětem i metodami.

11. Charles Peirce
• Autor pravdivostních tabulek či diagramů v logice
• Přichází s vlastní logickou algebrou (založenou na NOR).
• Rozdělení poznání:
• dedukcí z evidentních pravd;
• indukcí ze zkušenosti;
• abdukcí, což je tvořivá lidská činnost, která se projevuje při tvorbě
hypotéz.

12. MODERNÍ UMĚNÍ

13. Kubismus
• Pracuje s novým pohledem na prostor a čas. Inspirace
nekonečnem.
• Snaha o rozložení skutečnosti do jasných a srozumitelných
částí.
• 1908: termínu „kubismus“ Louis Vauxcelles.
• Georges Braque a Pablo Picasso.

14. Expresionismus
• 1905 Německá umělecká skupina Die Brücke.
• Není důležité to co je vidět, ale podstata věcí.
• Křik od Edvarda Munche (1893).

15. FYZIKA

16. Joseph John Thomson
• 1896 objev elektronu.
• q/m = 10-11 C/kg.
• Předchozí experimenty Juliuse Plückera a Williema Crookese
byly limitovány nedostatečnou aparaturou.
• „As the cathode rays carry a charge of negative electricity, are deflected by an
electrostatic force as if they were negatively electrified, and are acted on by a
magnetic force in just the way in which this force would act on a negatively electrified
body moving along the path of these rays, I can see no escape from the conclusion
that they are charges of negative electricity carried by particles of matter. “

17. Ernst Mach a Jean Baptist
Perrin
• Existují atomy?
• 1827 Brown pozoruje pohyb pilových zrnek.
• Práce Maxwella, Boltzmana a řady dalších.
• 1908 Jean Baptist Perrin provádí pečlivé experimentální i
teoretické úvahy, které vedou k jistotě existence diskrétního
složení hmoty.
• Průkaznost existence atomů startuje novou vlnu úvah – jak
vypadá atom?

18. Předběžné poznatky
• Elektron je malý a lehký.
• Zbytek atomu (tedy kladný iont) je oproti němu mimořádně
těžký.
• Ze spektroskopie plynů bylo zřejmé, že atomy jsou elektricky
neutrální.
• Z látek lze elektrony vypudit.
• Elektrony mají dobrou schopnost procházet látkou – atom je z
velké části prázdný (F. Lenard).

19. První modely
• 1903 Philipp Lenard: dynamidový model
• 1903 Hantaro Nagaoka: saturnový model
• 1904 Joseph John Thomson: pudingový model

20. Ernest Rutherford
• 1899: objev a popis alfa a beta záření.
• 1900 – 1903: objev radioaktivity a rozpadových řad.
• 1903: objev gama záření.
• 1909: objev jádra atomu.
• 1909: Rutherfordův planetární
model atomu.

21. Max Planck
• 1899 objev konstanty h a tzv. Planckových jednotek.
• 1901 vydal článek, ve kterém vysvětluje záření černého tělesa
tak, že nevyzařuje spojitě, nýbrž po určitých kvantech, která
jsou popsány vztahem
퐸 = ℎ푓.
• Na něj navazuje Einstein interpretací kvantování energie a
vysvětlením fotoefektu.
퐸푓표푡표푛푢 = ℎ푓 − 푊

22. Spektroskopie
• 1853: Anderes Angström detekoval čtyři spektrální čáry a o
sedm let později dokázal změřit jejich vlnovou délku.
• 1885: Johann Balmer našel matematickou závislost mezi
čtyřmi vlnovými délkami.
• Dnes moderně zapisujeme jako:
1
휆푚
= 푅(
1
22 −
1
푚2)
• Byla otázka, co znamená ono R, proč má právě
takovou hodnotu a na čem může být závislé.

23. Bohrova východiska
• Rutherfordův model atomu a také jím odhadnutá velikost
jádra.
• Thomsonův výpočet velikosti atomu.
• Problém stability atomů.
• Spektroskopická data, matematický vztah mezi vlnovou délkou
a přirozeným číslem m.
• Všechny atomy téhož druhu vyzařují stejné diskrétní spektrální
čáry.
• Mikrosvět je spojen s fundamentální konstantou h.
• Tak jako v matematice se hledá cesta definice vhodných
axiomů.

24. Dva axiomy
• Existují stacionární stavy.
• K vyzáření energie nebo její absorpci dochází při (de)excitaci
atomu:
Δ퐸 = 퐸푝표čá푡푒č푛í − 퐸푘표푛푐표푣á
Δ퐸 = ℎ푓

25. Některé výsledky
• Bohrův model atomu vodíku dokázal vysvětlit existenci
spektrálních čar i jejich diskrétní strukturu a konkrétní hodnoty
energie.
• Bylo možné spočítat Rydbergovu konstantu.
• Bylo možné snadno vypočítat poloměr (vodíku podobnému)
atomu v základním stavu, také ve vybuzeném.
• Bohrův magneton: 휇퐵 =
푒ℎ
4휋푚푒
• Lze určit hodnotu energií na těchto drahách (tedy i frekvenci)
• Experimentální verifikaci provedli Herz a Franck v letech 1914-
1919.
• Navazuje na něj spor Bohra s Einsteinem o podstatu kvantové
mechaniky.

26. ???
• Jaké kulturní klima bylo nutné?
• Jaké myšlenky jej ovlivnili?
• Jaké byly klíčové fyzikální otázky a experimenty této doby?
• Co se dělo v matematice?
• Co se dělo ve filosofii?
• Mohl vzniknout takový model v jiném období a klimatu?

27. DĚKUJI ZA POZORNOST