Кой откри теорията за частиците?

Теорията на частиците на материята не е била толкова открита, колкото е формулирана и тази формулировка е започнала в древна Гърция.

Човекът, на когото се приписва идеята, че светът е съставен от малки, неделими частици, е философът Демокрит, живял от 460 до 370 г. пр.н.е. Той измисли експеримент, за да докаже идеята си и макар експериментът с Демокрит да изглежда прекалено опростен днес помогна да се роди концепцията за атома, която е от основно значение за съвременното разбиране за материя.

През вековете, последвали експеримента, теорията за частиците на Демокрит не постигна особен напредък, но в началото на деветнадесети век, той е взет от английския химик и физик Джон Далтън (1766 - 1844).

Работата на Далтън остава практически непроменена през по-голямата част от един век, докато екип от съвременни физици, включващи имена като Томпсън, Ръдърфорд, Бор, Планк и Айнщайн, не се включи. Тогава започват да летят искри и светът навлиза в ядрената ера.

Звучи така, сякаш думата „демокрация“ може да е произлязла от името му, но Демокрит не е бил политически философ. Думата всъщност идва от гръцките думи

Известен като „смеещият се философ“ поради голямото значение, което той отдава на бодростта, Демокрит наистина измисли още една важна дума: атом. Той се позова на малките частици, които изграждат всичко във Вселената, като атомос, което означава неизрежим или неделим.

Това не беше единственият му новаторски принос в науката. Демокрит беше и първият, който заяви, че светлината, която виждаме от Млечния път, е комбинираната светлина на множество отделни звезди. Той също така предложи съществуването на други планети и дори постулира съществуването на множество вселени, идея, която е на върха на науката днес.

Според Аристотел (384 - 322 пр.н.е.) Демокрит вярвал, че човешката душа е съставена от атоми на огъня и тялото на земните атоми. Това противоречи на убеждението на Аристотел, че светът се състои от четирите елемента въздух, огън, земя и вода и че съотношението на елементите определя характеристиките на материята.

Аристотел дори вярва, че елементите могат да се трансформират един в друг, идея, която подхранва търсенето на Философския камък през цялото Средновековие.

Нито Аристотел, нито също толкова влиятелният Платон (около 429 - 347 г. пр. Н. Е.) Се абонират за Теория на частиците на Демокрит и ще отнеме 2000 години, за да бъде взет „смеещият се философ“ сериозно. Това може да има нещо общо с експеримента, който Демокрит измисли, за да докаже своята теория, който беше по-малко от убедителен.

Демокрит разсъждава, че ако вземете камък или друг предмет и продължите да го разделяте наполовина, в крайна сметка стигате до парче, което е толкова малко, че вече не може да бъде разделено. Твърди се, че той е извършил този експеримент с мидна черупка и когато е намалил черупката до фин прах, който вече не е могъл да нарязва на по-малки парчета, е взел предвид това доказателство за своята теорема.

Демокрит е материалист, за разлика от Платон и Аристотел, които вярват, че целите на събитията са по-важни от техните причини. Той беше пионер в математиката и геометрията и по това време беше сред малкото хора, които вярваха, че земята е сферична. Дори и да не можеше да го докаже убедително, концепцията му за атомите съществуваше предимно в празно пространство, като всеки имаше по малко кука в стил велкро, която му позволява да се свързва с други атоми, не е ли толкова далеч от съвременния научен модел на атом.

Правилна ли беше теорията на Демокрит? Отговорът е квалифицирано да, но дори не се разглежда като възможност до 1800 г. Тогава Джон Далтън го преразгледа, докато работеше по Закона за постоянния състав, разработен от френския химик Джоузеф Пруст. Законът на Пруст следва пряко от Закона за запазване на масата, който е открит от друг френски химик, Антоан Лавоазие.

Законът за постоянния състав заявява, че пробата от чисто съединение, независимо как е получена, винаги съдържа едни и същи елементи в същите пропорции на масата. Далтън осъзна, че това може да е вярно само ако материята се състои от неделими частици, които той нарича атоми (с кимване на глава към Демокрит). Далтън направи четири твърдения за материята които заедно съставляват неговата атомна теория:

• Цялата материя е съставена от неразрушими и неделими частици, наречени атоми.
• Атомите на конкретен елемент са идентични по маса и свойства.
• Атомите могат да се комбинират, за да образуват съединения.
• Когато възникне химическа реакция, това се дължи на пренареждане на атомите.

Атомната теория на Далтън остава практически непроменена през по-голямата част от XIX век.

През деветнадесети век дискутираше за естеството на светлината - дали тя се разпространява като вълна или частица. Много експерименти потвърдиха хипотезата на вълната и много повече потвърдиха корпускулярната. През 1887 г. немският физик Хайнрих Херц открива фотоелектрическия ефект, когато прави експерименти с генератор на искрови пролуки. Това откритие се оказа много по-важно, отколкото Херц осъзна.

По това време английският физик Дж. Томпсън откри първата субатомна частица, електрона, като изследва поведението на катодни лъчи. Откритието му помогна да обясни какво представлява електрическият разряд от проводяща плоча, когато я осветявате - което е фотоелектричен ефект - но не какво причинява разреждането, нито защо силата на електрическия импулс е свързана със светлинната честота. Решението трябваше да изчака до 1914 г.

Никой друг, освен Алберт Айнщайн, обяснява фотоелектричния ефект от гледна точка на малки пакети енергия, наречени кванти. Те бяха предложени от немския физик Макс Планк през 1900 г. Обяснението на Айнщайн доказа квантовата теория и той получи Нобелова награда за това.

Квантите, както ги е замислил Планк, са едновременно частици и вълни. Според Планк светлината е съставена от кванти, наречени фотони, всеки от които има определена енергия, определена от честотата си. През 1913 г. датският физик Нийлс Бор използва теорията на Планк, за да даде на планетарния модел на атома, предложен от новозеландския физик Ърнест Ръдърфорд през 1911 г., квантово изменение.

В модела на атома на Бор електроните могат да променят орбитите, като излъчват или абсорбират фотон, но тъй като фотоните са дискретни пакети, електроните могат да променят орбитите само в дискретни количества. Двама експериментатори, Джеймс Франк и Густав Херц, измислиха експеримент, който потвърди този на Бор хипотеза чрез бомбардиране на живачни атоми с електрони и те го направиха, без дори да знаят за това Работата на Бор.

С две модификации моделът на Бор е оцелял до наши дни, въпреки че повечето съвременни физици го смятат за приближение. Първата модификация е откриването на протона от Ръдърфорд през 1920 г., а втората е откриването на неутрона от британския физик Джеймс Чадуик през 1932 г.

Съвременният атом е потвърждение на теорията за частиците на Демокрит, но е и нещо като отхвърляне. Оказва се, че атомите не са неделими и това важи и за елементарните частици, които ги съставят. Можете да подразделите електрони, протони и неутрони на по-малки частици, наречени кварки, и дори може да е възможно да разделите кварк. Пътуването надолу по заешката дупка далеч не е приключило.