האטום של בוהר, או: למה לאטומים יש ברקוד

ב־1913 לקח הדני נילס בוהר את רעיון החבילות והחיל אותו על האטום עצמו. ההצעה שלו הייתה חצופה: אלקטרון באטום לא יכול להיות בכל מרחק שהוא מהגרעין. יש רק סדרה מסוימת של "מדרגות" מותרות — רמות אנרגיה — ובין המדרגות אין מקום לעמוד בו. כל עוד האלקטרון יושב על מדרגה, הוא לא פולט קרינה, בניגוד למה שמקסוול דורש. פשוט כי ככה.

בוהר לא ידע להצדיק את ההנחה הזאת, והוא לא התיימר. אבל היא פתרה שתי בעיות במכה אחת:

יציבות האטום. יש מדרגה תחתונה, ומתחתיה אין לאן ליפול. אלקטרון שהגיע למצב היסוד תקוע שם, ולכן החומר קיים.

הברקוד. כשאלקטרון קופץ ממדרגה גבוהה לנמוכה, הוא נפטר מהפרש האנרגיה המדויק בין השתיים — ופולט אותו כפוטון אחד. הפרש אנרגיה מסוים פירושו תדר מסוים, כלומר צבע מסוים. וכיוון שסולם המדרגות של כל יסוד הוא ייחודי לו, הצבעים שלו ייחודיים לו. זה הברקוד.

פתאום הכול מתחבר. הצבע של נורת נתרן כתומה־צהובה ברחוב הוא קפיצה ספציפית באטום נתרן. הצבע האדום של שלט ניאון הוא סדרת קפיצות בניאון. ואור השמש? דווקא שם התמונה הפוכה: האור עצמו הוא רצף חום כמעט חלק, והברקוד מופיע בו כקווים כהים — צבעים שאטומים בדרך החוצה בלעו וחיסרו מהרצף. הצבע של אש, של זיקוק, של אורורה בקוטב — כולם ברקודים.

אנלוגיה: גרם מדרגות בלי מדרון. אפשר לעמוד על מדרגה שלוש או על מדרגה ארבע, אבל אין נקודה באמצע. וכשיורדים ממדרגה ארבע לשלוש, משחררים תמיד בדיוק את אותה כמות אנרגיה — ולכן תמיד בדיוק את אותו צבע. איפה זה נשבר: מדרגות אמיתיות מרווחות באופן שווה. רמות האנרגיה באטום מצטופפות ככל שעולים, וזו הסיבה שהברקוד לא מרווח באופן אחיד.

מה שבוהר לא הצליח: המודל עבד יפה להפליא עבור מימן — האטום הפשוט ביותר, אלקטרון אחד בודד. עבור הליום, עם שני אלקטרונים, הוא כבר נכשל. ובעיקר, הוא לא ענה על השאלה הבסיסית: למה יש מדרגות? מאיפה הן באות? בוהר בעצם אמר "כי אחרת החישוב לא יוצא", וזה לא הסבר.

התשובה תגיע אחת־עשרה שנים אחר כך, מכיוון מפתיע לגמרי, בפרק הבא.