¿Quién descubrió la teoría de las partículas?

La teoría de las partículas de la materia no se descubrió tanto como se formuló, y esa formulación comenzó en la antigua Grecia.

La persona a la que se le atribuye haber concebido la idea de que el mundo está compuesto de partículas diminutas e indivisibles es el filósofo Demócrito, que vivió entre el 460 y el 370 a. C. Ideó un experimento para probar su idea, y aunque el experimento de Demócrito puede parecer demasiado simplista hoy, ayudó a dar a luz el concepto de átomo, que es fundamental para la comprensión moderna de importar.

En los siglos que siguieron al experimento, la teoría de las partículas de Demócrito no progresó mucho, pero a principios del siglo XIX, fue asumido por el químico y físico inglés John Dalton (1766 - 1844).

El trabajo de Dalton permaneció prácticamente sin cambios durante la mayor parte de un siglo hasta que se involucró un equipo de físicos modernos que incluía nombres como Thompson, Rutherford, Bohr, Planck y Einstein. Fue entonces cuando empezaron a volar chispas y el mundo entró en la era nuclear.

Suena como si la palabra "democracia" se derivara de su nombre, pero Demócrito no era un filósofo político. La palabra en realidad proviene de las palabras griegas población, que significa "la gente", y kratein, que significa "gobernar".

Conocido como el "filósofo risueño" debido a la gran importancia que le dio a la alegría, Demócrito acuñó otra palabra importante: átomo. Se refirió a las pequeñas partículas que componen todo en el universo como atomos, lo que significa que no se puede cortar o indivisible.

Esta no fue su única contribución pionera a la ciencia. Demócrito también fue el primero en postular que la luz que vemos de la Vía Láctea es la luz combinada de una multitud de estrellas individuales. También propuso la existencia de otros planetas e incluso postuló la existencia de múltiples universos, una idea que está a la vanguardia de la ciencia actual.

Según Aristóteles (384 - 322 a. C.), Demócrito creía que el alma humana estaba compuesta de átomos de fuego y el cuerpo de átomos terrestres. Esto era contrario a la creencia de Aristóteles de que el mundo consta de los cuatro elementos de aire, fuego, tierra y agua, y que la proporción de los elementos determinaba las características de la materia.

Aristóteles incluso creyó que los elementos podían transformarse entre sí, una idea que alimentó la búsqueda de la Piedra Filosofal a lo largo de la Edad Media.

Ni Aristóteles ni el igualmente influyente Platón (circa 429 - 347 a. C.) suscribieron la Teoría de las partículas de Demócrito, y se necesitarían 2000 años para que el "filósofo risueño" fuera tomado en serio. Eso podría tener algo que ver con el experimento que Demócrito ideó para probar su teoría, que fue menos que convincente.

Demócrito razonó que si toma una piedra u otro objeto y continúa dividiéndolo por la mitad, eventualmente llega a una pieza que es tan pequeña que ya no se puede dividir. Se dice que realizó este experimento con una concha, y cuando redujo la concha a un polvo fino que ya no podía cortar en pedazos más pequeños, consideró esa prueba de su teorema.

Demócrito era un materialista, a diferencia de Platón y Aristóteles, que creían que los propósitos de los acontecimientos eran más importantes que sus causas. Fue un pionero en matemáticas y geometría, y fue una de las pocas personas en ese momento que creían que la tierra era esférica. Incluso si no pudiera probarlo de manera convincente, su concepción de los átomos que existen principalmente en el espacio vacío, cada uno con un pequeño gancho estilo velcro que le permitió conectarse con otros átomos, no está tan lejos del modelo científico moderno de la átomo.

¿Era correcta la teoría de Demócrito? La respuesta es un sí con reservas, pero ni siquiera se consideró como una posibilidad hasta 1800. Fue entonces cuando John Dalton lo revisó mientras trabajaba en la ley de composición constante propuesta por el químico francés Joseph Proust. La ley de Proust se deriva directamente de la ley de conservación de la masa, que había sido descubierta por otro químico francés, Antoine Lavoisier.

La ley de la composición constante establece que una muestra de un compuesto puro, sin importar cómo se obtenga, siempre contiene los mismos elementos en las mismas proporciones de masa. Dalton se dio cuenta de que esto solo podría ser cierto si la materia consistiera en partículas indivisibles, a las que llamó átomos (con un movimiento de cabeza hacia Demócrito). Dalton hizo cuatro declaraciones sobre la materia que juntos constituyen su teoría atómica:

• Toda la materia está compuesta de partículas indestructibles e indivisibles llamadas átomos.
• Los átomos de un elemento específico son idénticos en masa y propiedades.
• Los átomos pueden combinarse para formar compuestos.
• Cuando ocurre una reacción química, se debe a un reordenamiento de los átomos.

La teoría atómica de Dalton permaneció prácticamente sin cambios durante la mayor parte del siglo XIX.

A lo largo del siglo XIX, se había suscitado un debate sobre la naturaleza de la luz, si se propagaba como una onda o una partícula. Muchos experimentos confirmaron la hipótesis de la onda y muchos más confirmaron la corpuscular. En 1887, el físico alemán Heinrich Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico cuando estaba haciendo experimentos con un generador de chispas. Este descubrimiento resultó ser mucho más importante de lo que se dio cuenta Hertz.

Por esa época, el físico inglés J.J. Thompson descubrió la primera partícula subatómica, el electrón, al examinar el comportamiento de los rayos catódicos. Su descubrimiento ayudó a explicar qué constituía la descarga eléctrica de una placa conductora cuando se ilumina, que es la efecto fotoeléctrico - pero no qué causa la descarga ni por qué la fuerza del impulso eléctrico está relacionada con la frecuencia de la luz. La solución tuvo que esperar hasta 1914.

Nada menos que Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico en términos de pequeños paquetes de energía llamados cuantos. Estos habían sido propuestos por el físico alemán Max Planck en 1900. La explicación de Einstein demostró la teoría cuántica y fue galardonado con el Premio Nobel por ello.

Los cuantos, tal como los concibió Planck, eran partículas y ondas al mismo tiempo. Según Planck, la luz estaba compuesta de cuantos llamados fotones, cada uno de los cuales tenía una energía particular definida por su frecuencia. En 1913, el físico danés Neils Bohr usó la teoría de Planck para dar al modelo planetario del átomo, que había sido propuesto por el físico neozelandés Ernest Rutherford en 1911, un cambio cuántico.

En el modelo del átomo de Bohr, los electrones pueden cambiar de órbita emitiendo o absorbiendo un fotón, pero como los fotones son paquetes discretos, los electrones solo pueden cambiar de órbita en cantidades discretas. Dos experimentadores, James Franck y Gustav Hertz, idearon un experimento que confirmó la hipótesis bombardeando átomos de mercurio con electrones, y lo hicieron sin siquiera saber acerca de El trabajo de Bohr.

Con dos modificaciones, el modelo de Bohr ha sobrevivido hasta nuestros días, aunque la mayoría de los físicos modernos lo consideran una aproximación. La primera modificación fue el descubrimiento del protón por Rutherford en 1920, y la segunda fue el descubrimiento del neutrón por el físico británico James Chadwick en 1932.

El átomo moderno es una confirmación de la teoría de las partículas de Demócrito, pero también es una especie de repudio. Los átomos resultan no ser indivisibles, y eso también es cierto para las partículas elementales que los componen. Puede subdividir electrones, protones y neutrones en partículas más pequeñas llamadas quarks, e incluso puede ser posible subdividir un quark. El viaje por la madriguera del conejo está lejos de terminar.