プラムプディングモデル

プラムプディング模型は、20世紀初期の（そして間違った）原子の模型である。電子が発見された後、原子核が発見される前の1904年にJ.J.トムソンによって提唱された。当時、科学者たちは、原子の中に正の電荷があり、それが電子の負の電荷と釣り合って原子を中性にしていることは知っていましたが、その正の電荷がどこから来るのかは知りませんでした。トムソンのモデルは、原子がプラスに帯電した媒質（空間）を持ち、その中にマイナスに帯電した電子があるというものだった。正電荷の媒質がプリンのようで、その中に電子、つまりプラムがあることから、提案後すぐにこのモデルは「プラム・プディング」モデルと呼ばれるようになった。

トムソンモデルの例

現代の原子モデルへの発展

ラザフォードのモデル

トムソンモデルが提唱されて間もない1909年、ハンス・ガイガーとアーネスト・マースデンは、トムソンモデルを検証するために、金の薄板を使って実験を行った。彼らの教授であるアーネスト・ラザフォードは、トムソンの正しさを証明する結果を期待したが、その結果は彼らの期待とは全く異なるものであった。1911年、ラザフォードは、正の電荷は陽子という小さな粒子から来ていること、陽子は原子核という小さな中心部にあり、電子は原子核の周りを回っていることを発見したのです。

ボーアモデル

ラザフォードのモデルは非常に単純でしたが、電子には電荷があり、正電荷を持つ原子核に引き寄せられるはずなので、間違っていたのです。1913年、ニールス・ボーアは原子モデルに「エネルギー準位」を追加した。電子が原子核に落ちないのは、電子がエネルギー準位に含まれているからで、高いエネルギー準位に変化するには余分なエネルギーが必要であり、低いエネルギー準位に変化するにはエネルギーの放出が必要である。電子のエネルギーを変えずにエネルギー状態を変えることはできないのです。もし電子に光子（電磁波を運ぶ粒子）が当たると、電子は余分なエネルギーを得て高いエネルギー準位に行き（状態が変わり）、その後、低いエネルギー準位に飛び降りて、含まれていたエネルギーを放出します。この新しいモデルは、ボーアモデルまたはラザフォード・ボーアモデルと呼ばれました。このモデルによって、科学にまったく新しい分野が加わった。量子物理学

量子モデル

1926年、エルヴィン・シュレーディンガーは、電子が粒子としてだけでなく波としても振る舞うという考えを用いました。これは、波動と粒子の二重性と呼ばれています。この考えは、原子モデルや量子物理学に全く新しいレイヤーを追加するものでした。粒子であれば、観測すれば空間のどこにあるかがわかる。しかし、波の場合は、そこらじゅうにあるわけですから、正確にどこにあるのかを定義することはできません。これを「量子力学的な不確かさ」といいます。電子の場合は、粒子であると同時に波でもあるので、ある場所にある確率しかわかりません。(上図参照)

電子がエネルギー準位を変化させ、光子としてエネルギーを得たり放出したりする様子を表した絵。

これは現在の原子モデルを示しています。原子の周りの黒い影は、そこに電子が存在する確率を表しています。黒くなるほど、その場所に電子が見つかる確率が高くなります。