Kdo objevil teorii částic?

Částicová teorie hmoty nebyla tolik objevena, jak byla formulována, a tato formulace začala ve starověkém Řecku.

Osoba, které se připisuje myšlenka, že svět se skládá z drobných nedělitelných částic, je filozof Democritus, který žil od 460 do 370 př. N. L. Navrhl experiment, který by dokázal jeho nápad, a zatímco experiment Demokritus se může zdát příliš zjednodušující dnes to pomohlo zrodit koncept atomu, který je ústředním bodem moderního chápání hmota.

Ve stoletích, které následovaly po experimentu, nedělala teorie částic Democritus velký pokrok, ale na přelomu devatenáctého století se ho ujal anglický chemik a fyzik John Dalton (1766 - 1844).

Daltonova práce zůstala po většinu století prakticky nezměněna, dokud se nezapojila posádka moderních fyziků, která zahrnovala jména jako Thompson, Rutherford, Bohr, Planck a Einstein. Tehdy začaly létat jiskry a svět vstoupil do jaderného věku.

Zní to, jako by slovo „demokracie“ mohlo být odvozeno od jeho jména, ale Demokritos nebyl politickým filozofem. Slovo ve skutečnosti pochází z řeckých slov

Známý jako „smějící se filozof“ kvůli velkému významu, který přikládal veselosti, udělal Democritus další důležité slovo: atom. Mluvil o malých částicích, které tvoří vše ve vesmíru atomos, což znamená nedělitelný nebo nedělitelný.

To nebyl jeho jediný průkopnický příspěvek k vědě. Democritus byl také první, kdo předpokládal, že světlo, které vidíme z Mléčné dráhy, je kombinovaným světlem velkého množství jednotlivých hvězd. Navrhl také existenci jiných planet a dokonce postuloval existenci několika vesmírů, což je myšlenka, která je dnes na špici vědy.

Podle Aristotela (384 - 322 př. N. L.) Demokritos věřil, že lidská duše byla složena z atomů ohně a těla atomů Země. To bylo v rozporu s Aristotelovou vírou, že svět se skládá ze čtyř prvků vzduchu, ohně, země a vody, a že poměr prvků určoval vlastnosti hmoty.

Aristoteles dokonce věřil, že prvky mohou být přeměněny jeden na druhého, což je myšlenka, která během středověku podporovala hledání kamene mudrců.

Aristoteles ani stejně vlivný Platón (přibližně 429–347 př. N. L.) Se nepřipojili k Teorie částic Democritus a trvalo by to 2 000 let, než by byl přijat „smějící se filozof“ vážně. To by mohlo mít něco společného s experimentem, který Demokritos vymyslel, aby dokázal svou teorii, která byla méně než přesvědčivá.

Democritus usoudil, že pokud vezmete kámen nebo nějaký jiný předmět a budete ho dále dělit na polovinu, nakonec dojdete ke kousku, který je tak malý, že jej už nelze dále dělit. Říká se, že tento experiment provedl s mušlí, a když zredukoval skořápku na jemný prášek, který už nedokázal rozřezat na menší kousky, považoval tento důkaz své věty.

Democritus byl materialista, na rozdíl od Platóna a Aristotela, kteří věřili, že účely událostí jsou důležitější než jejich příčiny. Byl průkopníkem v matematice a geometrii a byl v té době jedním z mála lidí, kteří věřili, že Země je sférická. I když to nedokázal přesvědčivě dokázat, jeho pojetí atomů existujících většinou v prázdném prostoru, z nichž každý měl trochu háček ve stylu suchého zipu, který mu umožnil spojení s jinými atomy, není tak daleko od moderního vědeckého modelu atom.

Byla Demokritova teorie správná? Odpověď je kvalifikované ano, ale do roku 1800 to nebylo ani považováno za možnost. Tehdy to John Dalton znovu navštívil, když pracoval na zákonu stálého složení, který prosadil francouzský chemik Joseph Proust. Proustův zákon vyplýval přímo ze zákona o zachování mše, který objevil další francouzský chemik Antoine Lavoisier.

Zákon stálého složení uvádí, že vzorek čisté sloučeniny, bez ohledu na to, jak je získána, obsahuje vždy stejné prvky ve stejných hmotnostních poměrech. Dalton si uvědomil, že to může být pravda, pouze pokud by hmota sestávala z nedělitelných částic, které nazýval atomy (s kývnutím hlavy na Demokrita). Dalton udělal čtyři výroky o hmotě které dohromady tvoří jeho atomovou teorii:

• Celá hmota se skládá z nezničitelných a nedělitelných částic nazývaných atomy.
• Atomy konkrétního prvku mají stejnou hmotnost a vlastnosti.
• Atomy se mohou spojit za vzniku sloučenin.
• Když dojde k chemické reakci, je to způsobeno přeskupením atomů.

Daltonova atomová teorie zůstala po většinu devatenáctého století prakticky nezměněna.

Po celé devatenácté století zuřila debata o povaze světla - ať už se šíří jako vlna nebo částice. Mnoho experimentů potvrdilo vlnovou hypotézu a mnoho dalších potvrdilo korpuskulární. V roce 1887 objevil německý fyzik Heinrich Hertz fotoelektrický jev, když prováděl experimenty s generátorem jiskřiště. Tento objev se ukázal být mnohem důležitější, než si Hertz uvědomil.

V té době anglický fyzik J.J. Thompson objevil první subatomární částice, elektron, zkoumáním chování katodových paprsků. Jeho objev pomohl vysvětlit, co představovalo elektrický výboj z vodivé desky, když na ni svítíte - což je fotoelektrický efekt - ale ne to, co způsobuje výboj, ani proč síla elektrického impulzu souvisí s frekvencí světla. Na řešení muselo počkat až do roku 1914.

Nikdo jiný než Albert Einstein nevysvětlil fotoelektrický efekt, pokud jde o tzv. Malé balíčky energie kvantum. Ty navrhl německý fyzik Max Planck v roce 1900. Einsteinovo vysvětlení prokázalo kvantovou teorii a získal za ni Nobelovu cenu.

Quanta, jak je Planck pojal, byly jak částice, tak vlny současně. Podle Plancka bylo světlo složeno z kvant zvaných fotony, z nichž každý měl určitou energii definovanou svou frekvencí. V roce 1913 dánský fyzik Neils Bohr použil Planckovu teorii k poskytnutí planetárního modelu atomu, který navrhl novozélandský fyzik Ernest Rutherford v roce 1911, kvantové převzetí.

V Bohrově modelu atomu mohou elektrony měnit dráhy emitováním nebo absorpcí fotonu, ale protože fotony jsou diskrétní balíčky, mohou elektrony měnit dráhy pouze v diskrétních množstvích. Dva experimentátoři, James Franck a Gustav Hertz, vymysleli experiment, který potvrdil Bohrův experiment hypotéza bombardováním atomů rtuti elektrony, a oni to udělali, aniž by o tom vůbec věděli Bohrova práce.

Se dvěma modifikacemi Bohrův model přežil až do současnosti, ačkoli to většina moderních fyziků považuje za přibližné. První změnou byl objev protonu Rutherfordem v roce 1920 a druhou objev neutronu britský fyzik James Chadwick v roce 1932.

Moderní atom je potvrzením teorie částic Democritus, ale je to také něco jako zavržení. Ukázalo se, že atomy nejsou nedělitelné, a to platí i pro elementární částice, které je obsahují. Můžete rozdělit elektrony, protony a neutrony na menší částice zvané kvarky a je dokonce možné rozdělit kvark. Cesta do králičí nory zdaleka nekončí.