Friedrich Hund: Saksalainen fyysikko, Hundin säännöt ja tunneleffektin löytäjä
Friedrich Hund – saksalainen kvanttifysiikan pioneeri. Tutki atomeja ja molekyylejä, loi Hundin säännöt ja löysi tunneleffektin.
Friedrich Hund (4. helmikuuta 1896 – 31. maaliskuuta 1997) oli saksalainen fyysikko, syntynyt ja alkujaan kotoisin Karlsruhesta. Hän oli uransa aikana tunnettu erityisesti elektronirakenteen, atomien ja molekyylien kvanttimekaanisen kuvauksen tutkimuksesta ja molekyylispektrien selittämisestä. Hund työskenteli useissa saksalaisissa yliopistoissa, muun muassa Rostockin, Leipzigin, Jenan, Frankfurt am Mainin ja Göttingenin yliopistoissa, ja hän oli aktiivinen kansainvälisessä tieteenelämässä.
Keskeiset tieteelliset saavutukset
Hund julkaisi yli 250 tieteellistä artikkelia ja esseetä. Hän oli merkittävä vaikuttaja kvanttimekaniikan soveltamisessa atomien ja molekyylien rakenteen ymmärtämiseen: hänen työnsä liittyivät mm. elektronien järjestäytymiseen atomeissa ja termien (energian ja momentin) luokitteluun. Hundin työ edisti myös molekyyliorbitaaliteorian ja spektrianalyysin kehittymistä.
Hundin säännöt (Hundin säännöt) ovat yksi hänen tunnetuimmista panoksistaan. Lyhyesti esitettynä säännöt kertovat, miten elektronit asettuvat samalle energiatilalle (orbitaalityypille) ja mikä elektronikonfiguraatio yleensä tuottaa atomille alhaisimman energian (perustilan). Keskeiset periaatteet ovat:
- maksimoi kokonaisspinien määrä (elektronien spinit pyrkivät samansuuntaisiksi),
- maksimoi kokonaisorbitaalinen momentti L saman spinien tilanteessa,
- kun otetaan huomioon spinin ja orbitaalisen momentin yhdistäminen (J), määrää kuitenkin kuinka arvojärjestys valitaan täyttyneiden kuorien mukaan (alle tai yli puolitetun kuoren kohdalla J:n arvo, joka antaa pienimmän tai suurimman arvon, valitaan perustilan määrittämiseksi).
Toinen merkittävä panos Hundilta oli varhainen kuvaus niin kutsutusta tunnelefektin ilmiöstä kvanttimekaniikassa. Hän oli yksi ensimmäisistä tutkijoista, joka analysoi tilanteita, joissa hiukkanen voi kvanttimekaanisesti "tunneloitua" paikasta toiseen klassisesti kielletyn energiaesteen läpi. Tällaisten ilmiöiden ymmärtäminen selitti esimerkiksi joitakin molekyylien spektrissä havaittuja energiatasojen jakautumia (splitting) ja on myöhemmin osoittautunut keskeiseksi sekä teoreettisessa fysiikassa että sovelluksissa kuten puolijohteissa ja kemiallisissa reaktioissa.
Vaikutus ja perintö
Hundin työ vaikutti suoraan kvanttimekaniikan ja spektritutkimuksen kehitykseen 1920- ja 1930-luvuilla sekä myöhemmin kvanttikemian ja molekyylifysiikan syntyyn. Hänen nimensä on jäänyt erityisesti säännöistä ja käsitteistä, joita opiskellaan edelleen atomifysiikan ja kemian peruskurseilla. Hund eli pitkän elämän — yli 101-vuotiaaksi — ja hänen tutkimuksensa jatkavat merkitystään nykyaikaisessa tieteellisessä kontekstissa.
Lisätietoja Friedrich Hundin elämästä, julkaisuista ja tarkemmista tieteellisistä tuloksista löytyy alan erikoislähteistä ja historiateksteistä, joissa käsitellään kvanttimekaniikan ja molekyylispektrien kehitystä.
Hänen elämänsä
Hund työskenteli tunnettujen fyysikoiden, kuten Schrödingerin, Diracin, Heisenbergin, Max Bornin ja Walter Bothen kanssa. Tuohon aikaan hän oli Bornin assistentti, joka työskenteli kvanttimekaniikan parissa.
Opiskeltuaan matematiikkaa, fysiikkaa ja maantiedettä Marburgissa ja Göttingenissä hän toimi teoreettisen fysiikan yksityisluennoitsijana Göttingenissä vuonna 1925, professorina Rostockissa vuonna 1927, Leipzigissa vuonna 1929, Jenassa vuonna 1946, Frankfurt/Mainissa vuonna 1951 ja vuodesta 1957 alkaen jälleen Göttingenissä. Lisäksi hän oleskeli Kööpenhaminassa (1926) Niels Bohrin kanssa ja luennoi atomista Harvardin yliopistossa Cambridgessa Massachusettsissa vuonna 1928.
Hänen 100-vuotissyntymäpäivänään ilmestyy kirja: Friedrich Hund: Geschichte der physikalischen Begriffe (Heidelberg, Berlin, Oxford), Spektrum, Akademie Verlag 1996, ISBN 3-8274-0083-X. Werner Kutzelnigg kirjoitti myös arvostelun.
Friedrich Hundista tuli Jenan kunniakansalainen, ja hänen mukaansa nimettiin katu Jenassa. Kesäkuusta 2004 lähtien osa fysiikan laitoksen uudesta rakennuksesta sai osoitteen Friedrich-Hund-Platz 1. Sama nimi valittiin Göttingenin yliopiston teoreettisen fysiikan instituutille.
Robert Mulliken + Friedrich Hund Chicago 1929
Satoja tapauksia
Hundin tapaukset, jotka ovat erityisiä molekyylin kulmamomenttikytkennän järjestelmiä, ja Hundin säännöt, jotka ohjaavat elektronikonfiguraatioita, ovat tärkeitä spektroskopiassa ja kvanttikemiassa. Kemiassa ensimmäinen Hundin säännöistä on erityisen tärkeä, ja siihen viitataan usein yksinkertaisesti Hundin sääntönä.
Kysymyksiä ja vastauksia
Kysymys: Kuka oli Friedrich Hund?
V: Friedrich Hund oli saksalainen fyysikko Karlsruhesta, joka tunnettiin atomeja ja molekyylejä koskevasta työstään.
K: Missä hän työskenteli?
V: Hän työskenteli Rostockin, Leipzigin, Jenan, Frankfurt am Mainin ja Gِttingenin yliopistoissa.
K: Millaisia panoksia hän teki kvanttiteoriaan?
V: Hän antoi panoksensa kvanttiteoriaan atomin rakenteesta ja molekyylispektrien rakenteesta.
K: Mikä on Hundin sääntö?
V: Hundin sääntö on atomifysiikan periaate, jonka mukaan kun atomeihin tai molekyyleihin lisätään elektroneja, ne miehittävät eri spin-suuntaisia orbitaaleja siten, että niiden yhteenlaskettu spin-kertoluku on mahdollisimman suuri. Se on nimetty Friedrich Hundin mukaan, joka ehdotti sitä ensimmäisen kerran vuonna 1926.
Kysymys: Milloin hän löysi tunnelointiefektin?
V: Hän löysi myöhemmin niin sanotun tunneliefektin vuonna 1926.
K: Oliko Friedrich Hund jonkin tieteellisen seuran jäsen?
V: Kyllä, hän oli kansainvälisen kvanttimolekyylitutkimuksen akatemian jäsen.
Etsiä