Ποιος ανακάλυψε τη θεωρία των σωματιδίων;

Η θεωρία των σωματιδίων της ύλης δεν ανακαλύφθηκε τόσο πολύ όσο διατυπώθηκε, και αυτή η διαμόρφωση ξεκίνησε στην αρχαία Ελλάδα.

Το άτομο που θεωρείται ότι έχει συλλάβει την ιδέα ότι ο κόσμος αποτελείται από μικροσκοπικά, αδιαίρετα σωματίδια είναι ο φιλόσοφος Δημόκριτος, ο οποίος έζησε από το 460 έως το 370 π.Χ. Επινόησε ένα πείραμα για να αποδείξει την ιδέα του, και ενώ το πείραμα του Δημοκρατία μπορεί να φαίνεται υπερβολικά απλοϊκό Σήμερα, βοήθησε στη γέννηση της έννοιας του ατόμου, η οποία είναι κεντρική στη σύγχρονη κατανόηση του ύλη.

Στους αιώνες που ακολούθησαν το πείραμα, η δημοκρατική θεωρία σωματιδίων δεν σημείωσε μεγάλη πρόοδο, αλλά στα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα, ανέλαβε ο Άγγλος χημικός και φυσικός John Dalton (1766 - 1844).

Το έργο του Ντάλτον παρέμεινε ουσιαστικά αμετάβλητο για το μεγαλύτερο μέρος ενός αιώνα έως ότου ένα πλήρωμα σύγχρονων φυσικών που περιλάμβανε ονόματα όπως οι Τόμπσον, Ράδερφορντ, Μπόρ, Πλανκ και Αϊνστάιν. Τότε άρχισαν να πετούν οι σπινθήρες και ο κόσμος εισήλθε στην πυρηνική εποχή.

Ακούγεται σαν η λέξη «δημοκρατία» να προέρχεται από το όνομά του, αλλά ο Δημοκρατίας δεν ήταν πολιτικός φιλόσοφος. Η λέξη προέρχεται πραγματικά από τις ελληνικές λέξεις επιδείξεις, που σημαίνει "οι άνθρωποι" και κερατίνη, που σημαίνει "να κυβερνήσεις."

Γνωστός ως «γέλιο φιλόσοφος» λόγω της μεγάλης σημασίας που έδωσε στην ευθυμία, ο Δημοκρατίας κέρδισε μια άλλη σημαντική λέξη: άτομο. Αναφέρθηκε στα μικρά σωματίδια που απαρτίζουν τα πάντα στο σύμπαν άτομα, που σημαίνει ακατάλληλη ή αδιαίρετη.

Αυτή δεν ήταν η μόνη πρωτοποριακή συμβολή του στην επιστήμη. Ο Δημοκρατίας ήταν επίσης ο πρώτος που θεώρησε ότι το φως που βλέπουμε από τον Γαλαξία μας είναι το συνδυασμένο φως ενός πλήθους μεμονωμένων αστεριών. Πρότεινε επίσης την ύπαρξη άλλων πλανητών και μάλιστα υποστήριξε την ύπαρξη πολλαπλών κόσμων, μια ιδέα που βρίσκεται στην αιχμή της επιστήμης σήμερα.

Σύμφωνα με τον Αριστοτέλη (384 - 322 π.Χ.), ο Δημόκριτος πίστευε ότι η ανθρώπινη ψυχή αποτελείται από άτομα πυρκαγιάς και από το σώμα των ατόμων της γης. Αυτό ήταν αντίθετο με την πεποίθηση του Αριστοτέλη ότι ο κόσμος αποτελείται από τα τέσσερα στοιχεία του αέρα, της φωτιάς, της γης και του νερού και ότι η αναλογία των στοιχείων καθορίζει τα χαρακτηριστικά της ύλης.

Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι τα στοιχεία μπορούσαν να μεταμορφωθούν το ένα στο άλλο, μια ιδέα που τροφοδότησε την αναζήτηση της Φιλοσοφικής Πέτρας κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα.

Ούτε ο Αριστοτέλης ούτε ο εξίσου σημαντικός Πλάτων (περίπου 429 - 347 π.Χ.) Η δημοκρατική θεωρία των σωματιδίων, και θα χρειαζόταν 2.000 χρόνια για τη λήψη του «γέλιου φιλόσοφου» σοβαρά. Αυτό θα μπορούσε να έχει σχέση με το πείραμα που ο Δημοκρατίας επινόησε για να αποδείξει τη θεωρία του, κάτι που ήταν λιγότερο από πειστικό.

Ο Δημοκρατίας αιτιολόγησε ότι αν πάρετε μια πέτρα ή κάποιο άλλο αντικείμενο και συνεχίσετε να το χωρίζετε στο μισό, τελικά θα φτάσετε σε ένα κομμάτι που είναι τόσο μικρό που δεν μπορεί πλέον να διαιρεθεί. Λέγεται ότι πραγματοποίησε αυτό το πείραμα με ένα κοχύλι, και όταν μείωσε το κέλυφος σε μια λεπτή σκόνη που δεν μπορούσε πλέον να κοπεί σε μικρότερα κομμάτια, θεώρησε αυτή την απόδειξη του θεώρημά του.

Ο Δημοκρατίας ήταν υλιστής, σε αντίθεση με τον Πλάτωνα και τον Αριστοτέλη, οι οποίοι πίστευαν ότι οι σκοποί των γεγονότων ήταν πιο σημαντικοί από τους σκοπούς τους. Ήταν πρωτοπόρος στα μαθηματικά και τη γεωμετρία, και ήταν ανάμεσα σε λίγους ανθρώπους εκείνη την εποχή που πίστευαν ότι η γη ήταν σφαιρική. Ακόμα κι αν δεν μπορούσε να το αποδείξει πειστικά, η σύλληψή του για τα άτομα υπήρχε κυρίως σε κενό χώρο, το καθένα έχει λίγο velcro-style hook που του επέτρεψε να συνδεθεί με άλλα άτομα, δεν είναι τόσο μακριά από το σύγχρονο επιστημονικό μοντέλο του άτομο.

Η θεωρία του Δημόκριτου ήταν σωστή; Η απάντηση είναι μια ειδική ναι, αλλά δεν θεωρήθηκε καν πιθανότητα μέχρι το 1800. Τότε ο Τζον Ντάλτον το επανέλαβε ενώ εργαζόταν για το Νόμο της Σταθερής Σύνθεσης που προτάθηκε από τον Γάλλο χημικό Joseph Proust. Ο νόμος του Proust ακολούθησε απευθείας από τον Νόμο της Διατήρησης της Μάζας, ο οποίος είχε ανακαλυφθεί από έναν άλλο Γάλλο Χημικό, τον Antoine Lavoisier.

Ο νόμος της σταθερής σύνθεσης δηλώνει ότι ένα δείγμα μιας καθαρής ένωσης, ανεξάρτητα από το πώς λαμβάνεται, περιέχει πάντα τα ίδια στοιχεία στις ίδιες αναλογίες μάζας. Ο Ντάλτον συνειδητοποίησε ότι αυτό θα μπορούσε να ισχύει μόνο εάν η ύλη αποτελείται από αδιαίρετα σωματίδια, τα οποία ονόμασε άτομα (με ένα νεύμα του κεφαλιού προς τον Δημόκριτο). Ο Ντάλτον έκανε τέσσερις δηλώσεις για την ύλη που μαζί αποτελούν την ατομική θεωρία του:

• Όλη η ύλη αποτελείται από άφθαρτα και αδιαίρετα σωματίδια που ονομάζονται άτομα.
• Τα άτομα ενός συγκεκριμένου στοιχείου είναι πανομοιότυπα σε μάζα και ιδιότητες.
• Τα άτομα μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν ενώσεις.
• Όταν συμβαίνει μια χημική αντίδραση, οφείλεται στην αναδιάταξη των ατόμων.

Η ατομική θεωρία του Ντάλτον παρέμεινε σχεδόν αμετάβλητη για το μεγαλύτερο μέρος του δέκατου ένατου αιώνα.

Καθ 'όλη τη διάρκεια του δέκατου ένατου αιώνα, μια συζήτηση μαινόταν για τη φύση του φωτός - είτε διαδόθηκε ως κύμα είτε ως σωματίδιο. Πολλά πειράματα επιβεβαίωσαν την υπόθεση των κυμάτων, και πολλά άλλα επιβεβαίωσαν τη σωματική. Το 1887, ο Γερμανός φυσικός Heinrich Hertz ανακάλυψε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο όταν έκανε πειράματα με μια γεννήτρια σπινθήρων. Αυτή η ανακάλυψη αποδείχθηκε πολύ πιο σημαντική από ό, τι συνειδητοποίησε ο Χερτζ.

Εκείνη την εποχή, ο Άγγλος φυσικός J.J. Ο Thompson ανακάλυψε το πρώτο υποατομικό σωματίδιο, το ηλεκτρόνιο, εξετάζοντας τη συμπεριφορά των ακτίνων καθόδου. Η ανακάλυψή του βοήθησε να εξηγήσει τι αποτελούσε την ηλεκτρική εκκένωση από μια αγώγιμη πλάκα όταν λάμπει φως σε αυτήν - ποια είναι η φωτοηλεκτρικό φαινόμενο - αλλά όχι τι προκαλεί την εκφόρτιση ούτε γιατί η ισχύς της ηλεκτρικής ώθησης σχετίζεται με τη συχνότητα φωτός. Η λύση έπρεπε να περιμένει μέχρι το 1914.

Κανένας άλλος από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν δεν εξήγησε το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα ως προς τα μικρά πακέτα ενέργειας που ονομάζεται κβάντα. Αυτά είχαν προταθεί από τον Γερμανό φυσικό Max Planck το 1900. Η εξήγηση του Αϊνστάιν απέδειξε την κβαντική θεωρία και του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ.

Ο Quanta, όπως τους συνέλαβε ο Planck, ήταν ταυτόχρονα σωματίδια και κύματα. Σύμφωνα με τον Planck, το φως αποτελείται από κβάντα που λέγονται φωτονία, καθένα από τα οποία είχε μια συγκεκριμένη ενέργεια που ορίζεται από τη συχνότητά του. Το 1913, ο Δανός φυσικός Neils Bohr χρησιμοποίησε τη θεωρία του Planck για να δώσει το πλανητικό μοντέλο του ατόμου, το οποίο είχε προτείνει ο φυσικός της Νέας Ζηλανδίας Ernest Rutherford το 1911, ένα κβαντικό do-over.

Στο μοντέλο του ατόμου του Bohr, τα ηλεκτρόνια μπορούν να αλλάξουν τροχιές εκπέμποντας ή απορροφώντας ένα φωτόνιο, αλλά επειδή τα φωτόνια είναι διακριτές συσκευασίες, τα ηλεκτρόνια μπορούν να αλλάξουν τροχιές μόνο σε διακριτές ποσότητες. Δύο πειραματιστές, ο James Franck και ο Gustav Hertz, επινόησαν ένα πείραμα που επιβεβαίωσε το Bohr's υπόθεση βομβαρδίζοντας άτομα υδραργύρου με ηλεκτρόνια, και το έκαναν χωρίς καν να το γνωρίζουν Το έργο του Bohr.

Με δύο τροποποιήσεις, το μοντέλο του Bohr έχει επιβιώσει μέχρι σήμερα, αν και οι περισσότεροι σύγχρονοι φυσικοί το θεωρούν προσέγγιση. Η πρώτη τροποποίηση ήταν η ανακάλυψη του πρωτονίου από τον Rutherford το 1920 και η δεύτερη ήταν η ανακάλυψη του νετρονίου από τον Βρετανό φυσικό James Chadwick το 1932.

Το σύγχρονο άτομο είναι μια επιβεβαίωση της θεωρίας των σωματιδίων του Δημόκριτου, αλλά είναι επίσης κάτι που αποποιείται. Τα άτομα αποδεικνύονται ότι δεν είναι αδιαίρετα και αυτό ισχύει επίσης για τα στοιχειώδη σωματίδια που τα αποτελούν. Μπορείτε να υποδιαιρέσετε τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια σε μικρότερα σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ και μπορεί ακόμη και να είναι δυνατόν να υποδιαιρέσετε ένα κουάρκ. Το ταξίδι κάτω από την τρύπα του κουνελιού απέχει πολύ από το τέλος.