معادله موج شرودینگر

شرودینگر می دانست که بر تمامی پدیده های موجی جهان- از امواج سطح آب گرفته تا امواج الکترومغناطیسی – نوعی معادله موج حاکم است که رفتار پدیده ها را توصیف می کند. بعنوان مثال معادله موج توصیف کننده امواج الکترومغناطیسی در اواخر قرن نوزدهم میلادی توسط جیمز کلارک ماکسول کشف شده بود. شرودینگر پیش خود گفت اگر ذرات ماده هم رفتار موج مانند داشته باشند؛ بنابراین قاعدتا باید یک معادله موج هم برای توصیف رفتار این « امواج ماده » وجود داشته باشد. بدین ترتیب شرودینگر جست و جوی چنین معادله ای را آغاز کرد و سرانجام در اواسط سال ۱۹۲۶ موفق شد معادله موج امواج ماده را بیابد.این معادله که به نام « معادله موج شرودینگر » مشهور شد یک معادله دیفرانسیل مرتبه دو خطی است که رفتار تمامی ذرات کوانتومی را که در یک میدان پتانسیل مشخص در حرکتند توصیف می کند.

با کشف معادله شرودینگر، این معادله عملا به معادله اصلی و پایه ای مکانیک کوانتومی تبدیل شد و مشابه همان نقشی را که معادله قانون دوم نیوتن بعنوان معادله پایه ای در مکانیک کلاسیک ایفا می کند در مکانیک کوانتومی بر عهده گرفت. بنابراین می توان گفت که با کشف معادله شرودینگر، مکانیک کوانتومی ساختار ریاضی نهایی خود را در قالب مکانیک موجی پیدا کرد و فرمول بندی آن تا حد زیادی کامل شد. کشف این معادله بسیار مهم، جایزه نوبل سال ۱۹۳۳ فیزیک را برای شرودینگر به ارمغان آورد. معادله شرودینگر دیدگاه فیزیکدان ها نسبت به اتم را نیز متحول کرد و مدل اتمی بسیار کامل تری را نسبت به مدل اتمی بوهر ارائه داد؛ مدلی بنام مدل اوربیتالی که امروزه نیز همچنان صادق است.

مکانیک موجی شرودینگر نشان داد که بر خلاف فرض مدل اتمی بوهر اساس نمی توان الکترون ها را در اتم همانند سیاراتی تصور کرد که به دور هسته می گردند چرا که الکترون ها در اتم رفتاری موج مانند دارند و بنابراین در هر لحظه زمانی نه در یک مکان خاص بلکه در گستره ای از فضای درون اتم حضور دارند. بنابراین الکترون ها در اتم عملا مانند یک توده ابر مانند هستند که فضاهای مشخصی را در اطراف هسته اتم پوشانده اند، فضاهایی که اصطلاحا اوربیتهای اتمی نامیده می شوند. با حل معادله شرودینگر برای هر اتم می توان به ویژگی های اوربیتال های اتمی آن پی برد. چیزی نگذشت که مشخص شد این ابرهای الکترونی و اوربیتال های اتمی نقش فوق العاده مهمی در ایجاد پیوندهای شیمیایی و تشکیل مولکول های مختلف بر عهده دارند.