Old quantum theoryとは？わかりやすく解説

前期量子論（ぜんきりょうしろん、Old quantum theory）は古典力学（統計力学）の時代から、ハイゼンベルクの行列力学、シュレーディンガーの波動力学等による本格的な量子力学の構築が始まるまで（1920年代中頃）の、過渡期に現れた量子効果に関しての一連の量子論的理論^[1]。

前期量子論の発展

プランクの輻射の理論

前期量子論はプランクによる黒体放射（輻射）の理論（エネルギー量子仮説）により始まった。黒体からの放射は実験的にある波長に極大を持ち、その波長は黒体の温度の増加にともない短波長側にシフトすることが知られていた。この、一見単純な現象を古典力学（統計力学）の枠内で定式化したレイリーやジーンズの扱い（レイリー・ジーンズの法則）に従えば、黒体からの放射強度は短波長になるに従い強くなり波長0の極限では発散する。この理論と実験の矛盾を解消するために、プランクは黒体内の放射場のエネルギーが振動数に比例した特定の値を単位としてしか変化できないという「量子化」という概念を提唱し、振動数とエネルギーを結びつける定数（プランク定数） $h$ を導入した。この仮定に基づいてプランクが導出した式は黒体放射の実験結果と一致した。

アインシュタインの光量子仮説

プランクに続き、アインシュタインが量子化の概念を光に拡張し、光電効果を説明するために光量子仮説を提唱した。光量子仮説に従えば振動数 $ν$ の光は電磁波（波動）であると同時に $E = hν$ というエネルギーを持つ粒子として振る舞う。この考え方は放射場のエネルギー変化を不連続としたプランクの概念を他の系に拡張するものであり、プランクの理論に味方するものであるにも拘わらずプランク自身は難色を示した。

スペクトル公式の発見

ボーアの原子構造論

原子の構造から元素の周期律と化学結合を説明しようというJ. J. トムソンがその原子模型で目指した目標を、アーネスト・ラザフォードの原子模型を下敷きに、作用量子と呼ばれるものを導入する事で達成しようという企てから生まれたニールス・ボーアの原子構造論^[2]は、それまで輻射や光の量子条件に係る理論でしかなかった量子論に、原子の構造を記述する理論という新たな一面を与えた^{[注 1]}。

詳細は「ボーアの原子模型」を参照