من اكتشف نظرية الجسيمات؟

لم يتم اكتشاف نظرية الجسيمات للمادة كثيرًا كما تمت صياغتها ، وبدأت هذه الصيغة في اليونان القديمة.

الشخص الذي يُنسب إليه الفضل في تصور فكرة أن العالم يتكون من جسيمات صغيرة غير قابلة للتجزئة هو الفيلسوف ديموقريطس ، الذي عاش من 460 إلى 370 قبل الميلاد. ابتكر تجربة لإثبات فكرته ، وفي حين أن تجربة ديموقريطس قد تبدو مفرطة في التبسيط اليوم ، ساعدت في ولادة مفهوم الذرة ، وهو أمر أساسي للفهم الحديث لـ شيء.

في القرون التي أعقبت التجربة ، لم تحرز نظرية جسيمات ديموقريطوس تقدمًا كبيرًا ، ولكن في مطلع القرن التاسع عشر ، تناولها الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي جون دالتون (1766 - 1844).

ظل عمل دالتون تقريبًا دون تغيير طوال الجزء الأكبر من قرن حتى انخرط طاقم من الفيزيائيين المعاصرين شمل أسماء مثل طومسون ، رذرفورد ، بور ، بلانك وأينشتاين. وذلك عندما بدأت الشرارات في الطيران ، ودخل العالم العصر النووي.

يبدو أن كلمة "ديمقراطية" قد تكون مشتقة من اسمه ، لكن ديموقريطس لم يكن فيلسوفًا سياسيًا. الكلمة تأتي في الواقع من الكلمات اليونانية العروض، وهو ما يعني "الشعب" ، و الكراتين، وهو ما يعني "أن تحكم".

اشتهر ديموقريطوس بـ "الفيلسوف الضاحك" بسبب الأهمية الكبيرة التي يوليها للبهجة ، وقد صاغ كلمة أخرى مهمة: ذرة. وأشار إلى الجسيمات الصغيرة التي تشكل كل شيء في الكون ذرة، وهو ما يعني غير قابل للتجزئة أو غير قابل للتجزئة.

لم تكن هذه مساهمته الرائدة الوحيدة في العلم. كان ديموقريطوس أيضًا أول من افترض أن الضوء الذي نراه من مجرة ​​درب التبانة هو الضوء المشترك للعديد من النجوم الفردية. كما اقترح وجود كواكب أخرى وحتى افترض وجود أكوان متعددة ، وهي فكرة في طليعة العلم اليوم.

وفقًا لأرسطو (384 - 322 قبل الميلاد) ، اعتقد ديموقريطوس أن الروح البشرية تتكون من ذرات النار وجسم ذرات الأرض. كان هذا مخالفًا لاعتقاد أرسطو بأن العالم يتكون من أربعة عناصر هي الهواء والنار والأرض والماء ، وأن نسبة العناصر تحدد خصائص المادة.

اعتقد أرسطو أن العناصر يمكن أن تتحول إلى بعضها البعض ، وهي فكرة غذت البحث عن حجر الفيلسوف طوال العصور الوسطى.

لم يشترك أرسطو ولا أفلاطون ذو النفوذ المتساوي (حوالي 429-347 قبل الميلاد) في نظرية جسيمات ديموقريطوس ، وسيستغرق الأمر 2000 عام حتى يتم أخذ "الفيلسوف الضاحك" عنجد. يمكن أن يكون لذلك علاقة بالتجربة التي ابتكرها ديموقريطوس لإثبات نظريته ، والتي كانت أقل من مقنعة.

استنتج ديموقريطوس أنه إذا أخذت حجرًا أو أي شيء آخر واستمرت في تقسيمه إلى نصفين ، فإنك في النهاية تصل إلى قطعة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تقسيمها بعد الآن. يقال إنه أجرى هذه التجربة بصدف ، وعندما اختزل القشرة إلى مسحوق ناعم لم يعد بإمكانه تقطيعه إلى قطع أصغر ، اعتبر ذلك دليلاً على نظريته.

كان ديموقريطس ماديًا ، على عكس أفلاطون وأرسطو ، اللذين اعتقدا أن أهداف الأحداث أهم من أسبابها. كان رائدًا في الرياضيات والهندسة ، وكان من بين قلة من الناس في ذلك الوقت الذين اعتقدوا أن الأرض كروية. حتى لو لم يستطع إثبات ذلك بشكل مقنع ، فإن مفهومه للذرات الموجودة في الغالب في الفضاء الفارغ ، ولكل منها القليل إن الخطاف المصنوع من الفيلكرو الذي سمح له بالاتصال بالذرات الأخرى ، ليس بعيدًا عن النموذج العلمي الحديث لـ ذرة.

هل كانت نظرية ديموقريطس صحيحة؟ الإجابة هي نعم ، لكن لم يتم اعتبارها حتى عام 1800. وذلك عندما أعاد جون دالتون النظر فيه أثناء عمله على قانون التكوين الثابت الذي قدمه الكيميائي الفرنسي جوزيف بروست. يتبع قانون بروست مباشرة قانون حفظ الكتلة ، الذي اكتشفه كيميائي فرنسي آخر ، أنطوان لافوازييه.

قانون التكوين الثابت تنص على أن عينة من مركب نقي ، بغض النظر عن كيفية الحصول عليها ، تحتوي دائمًا على نفس العناصر بنفس نسب الكتلة. أدرك دالتون أن هذا لا يمكن أن يكون صحيحًا إلا إذا كانت المادة تتكون من جزيئات غير قابلة للتجزئة ، والتي أطلق عليها اسم الذرات (مع إيماءة الرأس إلى ديموقريطس). قدم دالتون أربعة تصريحات حول المادة التي تشكل معًا نظريته الذرية:

• تتكون كل المواد من جسيمات غير قابلة للتدمير وغير قابلة للتجزئة تسمى الذرات.
• ذرات عنصر معين متطابقة في الكتلة والخصائص.
• يمكن أن تتحد الذرات لتشكل مركبات.
• عندما يحدث تفاعل كيميائي ، فهو ناتج عن إعادة ترتيب الذرات.

ظلت نظرية دالتون الذرية دون تغيير تقريبًا في معظم القرن التاسع عشر.

طوال القرن التاسع عشر ، كان الجدل محتدماً حول طبيعة الضوء - سواء كان ينتشر كموجة أو جسيم. أكدت العديد من التجارب فرضية الموجة ، وأكد العديد منها الفرضية الجسدية. في عام 1887 ، اكتشف الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز التأثير الكهروضوئي عندما كان يجري تجارب على مولد فجوة الشرارة. أثبت هذا الاكتشاف أنه أهم بكثير مما أدركه هيرتز.

في ذلك الوقت تقريبًا ، قام الفيزيائي الإنجليزي ج. اكتشف طومسون أول جسيم دون ذري ، وهو الإلكترون ، من خلال فحص سلوك أشعة الكاثود. ساعد اكتشافه في تفسير ما يشكل التفريغ الكهربائي من لوحة موصلة عندما تسليط الضوء عليها - وهو التأثير الكهروضوئي - لكن ليس سبب التفريغ ولا سبب ارتباط قوة النبضة الكهربائية بتردد الضوء. كان على الحل الانتظار حتى عام 1914.

لم يشرح أحد غير ألبرت أينشتاين التأثير الكهروضوئي من حيث رزم صغيرة من الطاقة تسمى كوانتا. اقترح الفيزيائي الألماني ماكس بلانك هذه في عام 1900. أثبت تفسير أينشتاين نظرية الكم ، وحصل على جائزة نوبل عن ذلك.

كانت كوانتا ، كما تصورها بلانك ، جسيمات وموجات في نفس الوقت. وفقًا لـ Planck ، كان الضوء مكونًا من كوانتات تسمى الفوتونات ، ولكل منها طاقة معينة محددة من خلال ترددها. في عام 1913 ، استخدم الفيزيائي الدنماركي نيلز بور نظرية بلانك لإعطاء النموذج الكوكبي للذرة ، والذي اقترحه الفيزيائي النيوزيلندي إرنست رذرفورد في عام 1911 ، وهو نموذج كمي.

في نموذج بوهر للذرة ، يمكن للإلكترونات تغيير المدارات عن طريق إصدار أو امتصاص فوتون ، ولكن نظرًا لأن الفوتونات عبارة عن حزم منفصلة ، يمكن للإلكترونات فقط تغيير المدارات بكميات منفصلة. ابتكر اثنان من المجربين ، هما جيمس فرانك وجوستاف هيرتز ، تجربة أكدت تجربة بوهر الفرضية عن طريق قصف ذرات الزئبق بالإلكترونات ، وقد فعلوا ذلك دون معرفة ذلك عمل بوهر.

مع تعديلين ، نجا نموذج بوهر حتى الوقت الحاضر ، على الرغم من أن معظم علماء الفيزياء الحديثين يعتبرونه تقريبيًا. كان التعديل الأول هو اكتشاف رذرفورد للبروتون في عام 1920 ، والثاني هو اكتشاف النيوترون بواسطة الفيزيائي البريطاني جيمس تشادويك في عام 1932.

الذرة الحديثة هي تأكيد لنظرية جسيمات ديموقريطس ، لكنها أيضًا شيء من التنصل. تبين أن الذرات ليست غير قابلة للتجزئة ، وهذا ينطبق أيضًا على الجسيمات الأولية التي تتكون منها. يمكنك تقسيم الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات إلى جسيمات أصغر تسمى الكواركات ، وقد يكون من الممكن أيضًا تقسيم الكوارك. الرحلة إلى أسفل حفرة الأرانب لم تنته بعد.