ARNOLD SOMMERFELD: BIOGRAFIE, ATOOMMODEL, BIJDRAGEN - ARTE - 2025

Arnold Sommerfeld (1868-1951) was een Duitse natuurkundige, vooral bekend omdat hij meer dan een eeuw geleden atoomtheorie met Bohr had ontwikkeld. Hij was een van de grondleggers van de theoretische fysica, die dankzij zijn bijdragen een onafhankelijke discipline werd, samen met de werken van Max Planck, Albert Einstein en Niels Nohr. Hij wordt beschouwd als een pionier op het gebied van kwantum- en atoomfysica.

Tegenwoordig zijn het Bohr-Sommerfeld-atoom en de fijne structuurconstante nog steeds begrippen die door natuurkundigen worden gebruikt. Sommige geleerden hebben de naam van Sommerfeld in verband gebracht met de eerste moderne school voor theoretische fysica. Zijn bijdragen kwamen ook tot uiting in het leerboek Atomaire structuur en spectraallijnen, erg belangrijk in de atoomfysica.

Bron: GFHund, via Wikimedia Commons.

Dit boek van zijn auteurschap verspreidde zich over de hele wereld, werd in meerdere talen vertaald en was een pijler in de opleiding van veel studenten op het gebied van kernfysica.

Biografie

Zijn volledige naam was Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld. De Duitse natuurkundige werd geboren op 5 december 1868 in Königsberg, Duitsland.

Zijn ouders waren Cäcile Matthias en Franz Sommerfeld, een arts uit die tijd. Het echtpaar kreeg meer kinderen: Walter, geboren in 1863, was de oudere broer van Arnold, die ook een zus had. Margarethe was twee jaar jonger dan Arnold, maar leefde slechts 10 jaar omdat ze leed aan roodvonk.

Arnold toonde van jongs af aan veel interesse in de kunsten en was zelfs zeer getalenteerd.

Studies

Zijn interesse in de kunsten kwam tot uiting in de studies die hij uitvoerde in zijn geboorteplaats Königsberg. Hij toonde een bijzondere passie voor literatuur, met name voor de klassieke werken van Duitse auteurs. Hij had niet voor alle vakken uitstekende cijfers, al was hij ook geen slechte student.

Voordat hij aan de universiteit begon, was het idee dat door zijn hoofd ging, zich te wijden aan de bouwsector, een gebied waarin een lid van zijn familie al had gewerkt.

Het enige probleem dat Sommerfeld ontdekte, was dat hij, om in de civiele techniek te kunnen werken, zijn geboorteplaats had moeten verlaten en zich had moeten vestigen in een stad met een technische universiteit waar studies werden onderwezen die hem van dienst zouden zijn voor zijn carrière.

Aan de Albert Universiteit van Königsberg, genoemd naar de oprichter, kon hij geen techniek studeren. Maar aangezien hij niet helemaal zeker was van de carrière die hij wilde kiezen, kwam de verhuizing op de achtergrond en bleef hij liever dicht bij zijn familie.

Universitair stadium

Tijdens het eerste semester oriënteerde hij zich op de cursussen die aan de instelling werden gegeven. Hij schreef zich in voor cursussen over economie, economisch beleid, etnografie, politieke partijen, calculus, Duits burgerlijk recht, kritiek op Kant en ethische grondbeginselen.

Na het afronden van dat eerste semester, begon Sommerfeld zijn curriculum te concentreren op cursussen die een meer technische basis hadden, maar hij ging verder zonder zich te concentreren op het gebied van de natuurkunde. Eigenlijk was zijn grootste interesse op het gebied van wiskunde.

Hij studeerde zes jaar, behaalde een Ph.D. en kreeg het vertrouwen om zijn toekomst onder ogen te zien. Onder zijn professoren telde hij persoonlijkheden als Ferdinand von Lindemann, Adolf Hurwitz, David Hilbert en de eveneens natuurkundige Emil Wiechert.

Militair podium

Na het afronden van zijn universitaire studie vervulde Sommerfeld een jaar lang zijn verplichtingen op militair gebied als vrijwilliger. Hij maakte deel uit van het infanterieregiment bij Königsberg, hoewel hij het niet erg leuk vond; hij beschouwde het militaire werk van een soldaat als iets vervelends.

Een van de voordelen van een opleiding voor het infanterieregiment was dat het zich in Königsberg bevond en daarom dicht bij huis bleef. Zelfs vanwege het vrijwillige karakter van zijn werk, kon hij thuis slapen.

Ras

Na het vervullen van zijn verplichtingen in de militaire wereld en na het behalen van een doctoraat, verhuisde hij in 1891 naar Göttingen om te werken aan de universiteit van die stad. In Göttingen gaf hij les in wiskunde en theoretische natuurkunde. Hij diende ook als assistent van Felix Klein, een bekende wiskundige van die tijd.

In 1897 ging hij naar de Clausthal Zellerfeld Universiteit in Goslar, waar hij ook drie jaar les gaf voordat hij naar Aken verhuisde. Aan de universiteit van de stad was hij hoogleraar technische engineering.

Als professor in de theoretische fysica in München, tussen 1906 en 1931, voltooide hij daar zijn meest relevante werken. Hij kwam naar München om de natuurkundige Ludwig Boltzmann te vervangen als hoogleraar theoretische fysica. Bovendien had hij de leiding over de leiding van het Instituut voor Theoretisch Onderwijs dat in München was gevestigd aan de Universiteit van de staat.

Dood

Arnold Sommerfeld stierf op 26 april 1951. Zijn overlijden vond plaats in München, waar hij tijdens het wandelen met zijn kleinkinderen een verkeersongeval kreeg.

Eind maart liep de Duitse natuurkundige met zijn kleinkinderen door zijn huis in München toen hij werd aangereden door een auto. Na tien dagen verloor hij het bewustzijn en kort daarna stierf hij aan de verwondingen die hij bij het ongeval had opgelopen.

Atomaire modellen

Zijn belangrijkste werk vond plaats in 1915 toen hij, samen met de Deense natuurkundige Niels Bohr, de leiding had over het transformeren van enkele aspecten van de atoomtheorie. Hiervoor vertrouwden beide wetenschappers op andere theorieën, zoals kwantum en relativistisch.

Zijn motivatie was gebaseerd op het feit dat de atoomtheorie gebreken vertoonde als het erom ging uit te leggen wat complexe atomen waren

In de ideeën die Sommerfeld en Bohr naar voren brachten, legden ze uit dat de banen gemaakt door elektronen elliptisch van vorm waren. Bovendien hadden deze banen een ander kwantumgetal, dat als secundair werd beschouwd.

Het belang van deze kwantumgetallen, zowel de secundaire als de belangrijkste die Bohr verkreeg, was dat hij bepaalde of het elektron een impulsmoment had. Dit was relevant omdat het ons in staat stelde te bepalen of het elektron kinetische energie had.

Hij sprak ook over de aanwezigheid van een derde kwantumgetal, dat magnetisch werd genoemd. Dit aantal had de functie om vast te stellen hoe hellend het vlak van de baan was.

Voor het jaar 1916 toonde de Duitse natuurkundige Friedrich Paschen aan dat de ideeën van Sommerfeld correct waren, maar het was geen definitieve theorie omdat het sommige problemen niet oploste.

problemen

Het periodiek systeem van de elementen en het gedrag op chemisch niveau hadden een betere verklaring gekregen dankzij het atomaire model genaamd Bohr-Sommerfeld. Maar ook daarvoor was de inbreng van andere onderzoeken nodig. Het profiteerde bijvoorbeeld van latere ontdekkingen.

Zoals Wolfgang Pauli in 1924, die verklaarde dat de aanwezigheid van twee elektronen niet tegelijkertijd zou kunnen optreden als ze hetzelfde kwantumgetal hadden. Bovendien werd in 1924 een vierde kwantumgetal geïntroduceerd dankzij de opmars van Goudsmit en Unlenbeck.

Het waren de ideeën van de golfkwantummechanica die een betere analyse van spectra mogelijk maakten. Ten slotte werd dit Bohr-Sommerfeld-model later vervangen door een model dat vertrouwde op golfmechanica.

Andere bijdragen

Door het werk van Sommerfeld kon hij meer ideeën in het veld ontwikkelen. Van zijn toepassingen van de theorie op technische problemen waren de theorie die hij ontwikkelde over smeermiddelwrijving en zijn bijdragen aan draadloze telegrafie de bekendste.

Zijn bijdragen op andere gebieden waren ook relevant, vooral toen hij werkte aan de klassieke theorie van elektromagnetisme.

Zijn werk als leraar leverde ook een grote bijdrage aan de wetenschappelijke wereld. Vanaf 1906, toen hij aan de universiteit van München arriveerde, leidde hij verschillende generaties theoretisch fysici op. Tot zijn studenten behoren acht Nobelprijswinnaars.

Het was belangrijk voor de introductie van het tweede en derde kwantumgetal, maar ook voor de theorie van de röntgengolf.

Tijdens de laatste fase van zijn carrière had de Duitser de leiding over het gebruik van statistische mechanica om bepaalde gedragingen te verklaren. In het bijzonder legde hij de elektronische eigenschappen van metalen uit.

Hij had een prominente rol bij de oprichting van het Journal of Physics in 1920. Deze publicatie diende voor de publicatie en herziening van vele werken op het gebied van de natuurkunde.

Gepubliceerde werken

Sommerfeld publiceerde tijdens zijn carrière verschillende werken. Twee van zijn werken waren het meest opmerkelijk, zoals het geval is bij atomen en spectraallijnen en de tekst van Inleiding tot de theoretische fysica.

In totaal zijn er meer dan 10 boeken geschreven, waarvan sommige meerdere delen hebben. Naast de vele artikelen die hij schreef over zijn ideeën en ontdekkingen.

Nobelprijzen

Sommerfeld is de hoofdrolspeler in een van de meest merkwaardige gevallen in de wetenschappelijke wereld. Ondanks alle bijdragen die hij heeft geleverd, heeft hij nooit een Nobelprijs voor natuurkunde gekregen.

Nog nieuwsgieriger is het als je er rekening mee houdt dat hij de natuurkundige is met de meeste nominaties in de geschiedenis van de Nobelprijs. Het heeft in totaal 84 kandidaturen, die werden verzameld tussen de jaren 1917 en 1951.

Pas in 1929 had hij negen nominaties. En het jaar dat hij stierf, ontving hij er nog vier.

Hoewel hij de prijs nooit heeft ontvangen, heeft hij de eer de natuurkundige te zijn met de meest winnende studenten.

Referenties

1. Arnold Sommerfeld - Duitse natuurkundige. Opgehaald van britannica.com
2. Beléndez, A. (2017). Sommerfeld: de eeuwige Nobelprijswinnaar. Opgehaald van bbvaopenmind.com
3. Eckert, M. (2013). Arnold Sommerfeld. New York, NY: Springer.
4. Izquierdo Sañudo, M. (2013). Historische evolutie van de principes van chemie. : Uned - Nationale Universiteit.
5. Seth, S. (2010). Het kwantum maken. Cambridge, Massachusetts: MIT Press.