Niels Bohrs atommodell var helt revolutionerande när den presenterades 1913. Även om den fortfarande lärs ut i skolor, det blev föråldrat för decennier sedan. Dock, dess skapare utvecklade också en mycket bredare och mindre känd kvantteori, vars principer förändrades över tiden. Forskare vid universitetet i Barcelona har nu analyserat utvecklingen i den danske fysikerns tanke – ett verkligt exempel på hur vetenskapliga teorier formas.

De flesta skolor lär fortfarande ut atommodellen, där elektroner kretsar runt kärnan som planeterna gör runt solen. Modellen var baserad på Rutherfords första modell, principerna för klassisk mekanik och framväxande idéer om 'kvantisering' (ekvationer för att tillämpa initiala kvanthypoteser på klassiska fysikaliska system) som utvecklats av Max Planck och Albert Einstein.

Som Blai Pié i Valls, en fysiker vid universitetet i Barcelona, förklarar för SINC:"Bohr publicerade sin modell 1913 och, även om det var revolutionerande, det var ett förslag som inte förklarade mycket varierande experimentella resultat, så mellan 1918 och 1923 etablerade han en mycket mer omfattande, välinformerad teori som inkorporerade hans tidigare modell."

Bohrs teori, kallas kvantteori, föreslog att elektroner kretsar runt kärnan enligt de klassiska lagarna men med förbehåll för begränsningar, såsom de banor de kan uppta och den energi de förlorar som strålning när de hoppar från en bana till en annan. Men den försökte också på ett enhetligt sätt förklara alla kvantfenomen som hade observerats hittills.

"Denna teori vilade på två grundläggande pelare:den adiabatiska principen, en metod för att hitta möjliga kvanttillstånd inom atomen; och korrespondensprincipen, som förbinder klassisk elektrodynamik med den nya kvantteorin som skapades vid den tiden, " förklarar Pié i Valls som, tillsammans med professor Enric Pérez, har publicerat dessa historiska analyser om ämnet i tidskriften 'Annalen der Physik'.

Författarna studerade hur Bohr använde den adiabatiska hypotesen från när den österrikiske fysikern Paul Ehrenfest lade fram den 1911 tills hans danska kollega lyfte upp den till en "princip" och utvecklade den för att få ut det mesta av den. De upptäckte också det ömsesidiga inflytandet mellan Bohr och den tyske fysikern Arnold Sommerfeld, som avancerade sin egen formulering av "kvantifiering" och hade ett betydande inflytande på att utveckla den gamla kvantteorin, bakgrunden mot vilken alla studier före kvantmekanikens födelse 1925 ställdes.

"En av de viktigaste förändringarna vi har funnit är omkastningen av betydelsen av de två grundläggande principerna, " konstaterar Pié i Valls. "1918, den centrala roll som den adiabatiska principen spelar översköljde nästan helt överensstämmelseprincipen i Bohrs teori, och det får vi inte glömma, men genom åren, det bleknade in i bakgrunden, medan korrespondensteorin fick betydelse och införlivade nya, användbara applikationer från kalkyl. Med etableringen av kvantmekaniken, korrespondensprincipen behöll sin centrala roll, som den har till denna dag."

Författarna beklagar det faktum att Bohrs kvantteori är mycket mindre känd än hans atommodell, "föråldrad sedan 1925, men som fortfarande förklaras i skolor idag på grund av dess betydande utbildningsvärde och av ren pragmatism - det är omöjligt att lära ut en teori så komplex som kvantmekanik på vissa nivåer."

Den här situationen, dock, har lett till att allmänheten felaktigt har uppfattningen att Bohr-modellen fortfarande är giltig, när den moderna visionen av atomen är, faktiskt, styrs av kvantmekanikens probabilistiska lagar, som tvingar oss att föreställa oss elektronen som ett delokaliserat "sannolikhetsmoln" runt atomkärnan.