Wer hat die Teilchentheorie entdeckt?

Die Teilchentheorie der Materie wurde nicht so sehr entdeckt, wie sie formuliert wurde, und diese Formulierung begann im antiken Griechenland.

Die Idee, dass die Welt aus winzigen, unteilbaren Teilchen besteht, wird dem Philosophen Demokrit zugeschrieben, der von 460 bis 370 v. Chr. lebte. Er entwickelte ein Experiment, um seine Idee zu beweisen, und obwohl das Demokrit-Experiment allzu simpel erscheinen mag heute hat es dazu beigetragen, das Konzept des Atoms hervorzubringen, das für das moderne Verständnis von von zentraler Bedeutung ist Angelegenheit.

In den Jahrhunderten, die dem Experiment folgten, machte die Demokrit-Teilchentheorie keine großen Fortschritte, aber Jahrhunderts wurde es vom englischen Chemiker und Physiker John Dalton (1766 - 1844).

Daltons Arbeit blieb fast ein Jahrhundert lang praktisch unverändert, bis eine Crew moderner Physiker mit Namen wie Thompson, Rutherford, Bohr, Planck und Einstein beteiligt wurde. Dann begannen die Funken zu fliegen und die Welt trat in das Atomzeitalter ein.

Es klingt, als sei das Wort "Demokratie" von seinem Namen abgeleitet, aber Demokrit war kein politischer Philosoph. Das Wort kommt eigentlich von den griechischen Wörtern Demos, was "das Volk" bedeutet, und kratein, was "regieren" bedeutet.

Wegen seiner großen Bedeutung für Fröhlichkeit als "lachender Philosoph" bekannt, prägte Demokrit ein weiteres wichtiges Wort: Atom. Er bezeichnete die kleinen Teilchen, aus denen alles im Universum besteht, als atomos, was untrennbar oder unteilbar bedeutet.

Dies war nicht sein einziger bahnbrechender Beitrag zur Wissenschaft. Demokrit war auch der erste, der postulierte, dass das Licht, das wir von der Milchstraße sehen, das kombinierte Licht einer Vielzahl einzelner Sterne ist. Er schlug auch die Existenz anderer Planeten vor und postulierte sogar die Existenz mehrerer Universen, eine Idee, die heute auf dem neuesten Stand der Wissenschaft ist.

Nach Aristoteles (384 - 322 v. Chr.) glaubte Demokrit, dass die menschliche Seele aus Feueratomen und dem Körper aus Erdatomen besteht. Dies widersprach der Überzeugung von Aristoteles, dass die Welt aus den vier Elementen Luft, Feuer, Erde und Wasser besteht und dass das Verhältnis der Elemente die Eigenschaften der Materie bestimmt.

Aristoteles glaubte sogar, dass sich die Elemente ineinander verwandeln ließen, eine Idee, die die Suche nach dem Stein der Weisen durch das Mittelalter hindurch antrieb.

Weder Aristoteles noch der ebenso einflussreiche Platon (ca. 429 - 347 v. Chr.) unterzeichneten die Demokrit-Teilchentheorie, und es würde 2.000 Jahre dauern, bis der "lachende Philosoph" gefangen wäre Ernsthaft. Das könnte mit dem Experiment zu tun haben, das Demokrit entwickelt hatte, um seine Theorie zu beweisen, die wenig überzeugend war.

Demokrit argumentierte, dass, wenn man einen Stein oder einen anderen Gegenstand nimmt und ihn weiter in zwei Hälften teilt, man schließlich zu einem Stück gelangt, das so klein ist, dass es nicht mehr geteilt werden kann. Es wird gesagt, dass er dieses Experiment mit einer Muschel durchgeführt hat, und als er die Muschel zu einem feinen Pulver reduzierte, das er nicht mehr in kleinere Stücke schneiden konnte, betrachtete er diesen Beweis für seinen Satz.

Demokrit war ein Materialist, im Gegensatz zu Platon und Aristoteles, die glaubten, dass der Zweck der Ereignisse wichtiger sei als ihre Ursachen. Er war ein Pionier in Mathematik und Geometrie und gehörte zu dieser Zeit zu den wenigen Menschen, die glaubten, die Erde sei kugelförmig. Auch wenn er es nicht überzeugend beweisen konnte, seine Vorstellung von Atomen, die hauptsächlich im leeren Raum existieren, von denen jedes ein wenig hat Klettverschluss, der es ermöglichte, sich mit anderen Atomen zu verbinden, ist nicht so weit vom modernen wissenschaftlichen Modell der model Atom.

War Demokrits Theorie richtig? Die Antwort ist ein qualifiziertes Ja, aber es wurde bis 1800 nicht einmal als Möglichkeit in Betracht gezogen. Das war der Moment, als John Dalton es erneut aufgriff, während er an dem Gesetz der konstanten Zusammensetzung arbeitete, das vom französischen Chemiker Joseph Proust entwickelt wurde. Das Proustsche Gesetz folgte direkt aus dem Gesetz der Erhaltung der Masse, das von einem anderen französischen Chemiker, Antoine Lavoisier, entdeckt worden war.

Das Gesetz der konstanten Zusammensetzung besagt, dass eine Probe einer reinen Verbindung, egal wie sie gewonnen wird, immer die gleichen Elemente in den gleichen Massenverhältnissen enthält. Dalton erkannte, dass dies nur wahr sein konnte, wenn die Materie aus unteilbaren Teilchen bestand, die er Atome nannte (mit einem Kopfnicken zu Demokrit). Dalton gemacht vier Aussagen zur Materie die zusammen seine Atomtheorie bilden:

• Alle Materie besteht aus unzerstörbaren und unteilbaren Teilchen, die Atome genannt werden.
• Atome eines bestimmten Elements sind in Masse und Eigenschaften identisch.
• Atome können sich zu Verbindungen verbinden.
• Wenn eine chemische Reaktion stattfindet, ist dies auf eine Umlagerung von Atomen zurückzuführen.

Daltons Atomtheorie blieb während des größten Teils des 19. Jahrhunderts praktisch unverändert.

Das ganze 19. Jahrhundert hindurch hatte eine Debatte über die Natur des Lichts geführt – ob es sich als Welle oder als Teilchen ausbreitete. Viele Experimente bestätigten die Wellenhypothese, und viele weitere bestätigten die korpuskuläre. 1887 entdeckte der deutsche Physiker Heinrich Hertz bei Experimenten mit einem Funkenstreckengenerator den photoelektrischen Effekt. Diese Entdeckung erwies sich als viel wichtiger, als Hertz erkannte.

Etwa zu dieser Zeit hat der englische Physiker J.J. Thompson entdeckte das erste subatomare Teilchen, das Elektron, indem er das Verhalten von Kathodenstrahlen untersuchte. Seine Entdeckung half zu erklären, was die elektrische Entladung einer leitenden Platte ausmacht, wenn man sie mit Licht bestrahlt – und das ist die photoelektrischer Effekt – aber nicht, was die Entladung verursacht oder warum die Stärke des elektrischen Impulses mit der Lichtfrequenz zusammenhängt. Die Lösung musste bis 1914 warten.

Kein Geringerer als Albert Einstein erklärte den photoelektrischen Effekt in Form von kleinen Energiepaketen namens Quanten. Diese wurden 1900 vom deutschen Physiker Max Planck vorgeschlagen. Einsteins Erklärung bewies die Quantentheorie, und er wurde dafür mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Quanten, wie Planck sie sich vorstellte, waren gleichzeitig Teilchen und Wellen. Laut Planck besteht Licht aus Quanten, den sogenannten Photonen, von denen jedes eine bestimmte Energie hat, die durch seine Frequenz definiert ist. 1913 nutzte der dänische Physiker Neils Bohr Plancks Theorie, um dem Planetenmodell des Atoms, das 1911 vom neuseeländischen Physiker Ernest Rutherford vorgeschlagen worden war, eine Quantenüberarbeitung zu geben.

In Bohrs Atommodell können Elektronen ihre Bahnen ändern, indem sie ein Photon emittieren oder absorbieren, aber da Photonen diskrete Pakete sind, können die Elektronen ihre Bahnen nur in diskreten Mengen ändern. Zwei Experimentatoren, James Franck und Gustav Hertz, entwickelten ein Experiment, das Bohrs Hypothese, indem sie Quecksilberatome mit Elektronen beschossen, und sie taten es, ohne es zu wissen Bohrs Arbeit.

Mit zwei Modifikationen hat Bohrs Modell bis heute überlebt, obwohl die meisten modernen Physiker es als Näherung betrachten. Die erste Modifikation war die Entdeckung des Protons durch Rutherford im Jahr 1920 und die zweite die Entdeckung des Neutrons durch den britischen Physiker James Chadwick im Jahr 1932.

Das moderne Atom ist eine Bestätigung der Demokrit-Teilchentheorie, aber auch so etwas wie eine Ablehnung. Es stellt sich heraus, dass Atome nicht unteilbar sind, und das gilt auch für die Elementarteilchen, aus denen sie bestehen. Sie können Elektronen, Protonen und Neutronen in kleinere Teilchen, die Quarks genannt werden, unterteilen, und vielleicht ist es sogar möglich, ein Quark zu unterteilen. Die Reise durch den Kaninchenbau ist noch lange nicht vorbei.