Представления о квантово-механической модели атома водорода

Точное математическое решение уравнения Шредингера невозможно для системы из более чем двух частиц по той же самой причине, по которой в классической механике до сего времени не найдено точного математического описания системы из трех одновременно движущихся тел — из-за отсутствия точного выражения для потенциальной энергии сложной динамической системы. Пример решения волнового уравнения Шредингера для простейшего атома — химического элемента водорода — позволил применить найденные принципы и механизмы химического поведения электронов для атомов всех видов, которых сегодня известно 118.

Атом водорода состоит из двух элементарных частиц — протона и электрона. Обе частицы имеют единичный элементарный электрический заряд: протон — положительный, электрон — отрицательный. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона. Образовать устойчивую систему эти частицы могут только в относительном движении, при котором из-за разницы в массах более подвижным будет электрон.

До обнаружения корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц простейшей моделью, объяснившей основные свойства атома водорода, была планетарная модель 1913 г. Резерфорда — Бора. Она описывала атом водорода как «планетную систему» — тяжелый протон в центре (ядро атома), а вокруг него вращается легкий электрон. Модель давала количественные предсказания для объяснения особенностей атома водорода, совпадающие с данными спектроскопии, но содержала ряд допущений, противоречивших классической электродинамике. Противоречия были преодолены при использовании квантово-механического описания энергетического состояния атома водорода, основанного на законах квантовой механики и уравнении Шредингера.