Aatomiteooriate loetelu

Aatomiteooria on arenenud iidsetest aegadest. Teadlased on võtnud Kreeka teadlaste hüpoteesi ja tuginenud sellele oma erinevatega avastused ja teooriad aatomi kohta, mis tuleneb kreeka sõnast "atomos", mis tähendab jagamatu. Sellest ajast alates on teadusringkonnad avastanud, et need osakesed jagunevad veelgi alamosakesteks, mida nimetatakse prootoniteks, neutroniteks ja elektronideks. Sellegipoolest on nimi "aatom" kinni jäänud.

Leucippus ja Democritus pakkusid viiendal sajandil eKr esimesena välja, et kogu aine koosneb väikestest aatomiteks nimetatud üksustest. Kaks filosoofi väitsid, et need olid tahked osakesed, millel ei olnud sisemist struktuuri, ja neid oli erineva kuju ja suurusega. Sellised vaimsed omadused nagu maitse ja värv olid selle teooria kohaselt valmistatud aatomitest. Aristoteles oli sellele ideele aga kindlalt vastu ja teadusringkonnad ei pööranud sellele sajandeid tõsist tähelepanu.

1808. aastal ehitas inglise keemik John Dalton edasi Kreeka aatomite mõistet. Ta postuleeris, et aine koosneb aatomitest, mis on väikesed jagamatud osakesed. Ta tegi ka ettepaneku, et kuigi ühe elemendi kõik aatomid on identsed, erinevad nad täielikult teistest elementidest koosnevatest.

Inglise füüsik Joseph J. Thomson esitas jagatava aatomi teooria "ploomipuding" 1904. aastal, pärast 1897. aastal elektronide avastamist. Tema mudel postuleeris, et aatomid koosnevad suurest positiivse laenguga kerast, mis on täis negatiivselt laetud elektrone (ta nimetas neid "rakkudeks") nagu puuvili ploomipudingus. Lisaks eeldas ta, et positiivse sfääri laengu laeng võrdub elektronide negatiivsete laengutega. Täna nimetame positiivseid laetud osakesi prootoniteks ja negatiivseid elektronideks.

Briti füüsik Ernest Rutherford pakkus 1911. aastal välja aatomi tuumamudeli, milles on tuum. Ta avastas ka selle osa tegevuse, nimelt prootonite ja elektronide liikumise aatomi keskosas. Lisaks postuleeris ta, et prootonite arv aatomis on võrdne elektronide arvuga. Samuti püstitas ta hüpoteesi, et eksisteerib rohkem neutraalseid osakesi. Neid on hakatud nimetama neutroniteks.

Taani füüsik Niels Bohr pakkus 1913. aastal välja planeedimudeli, milles elektronid pöörlevad tuuma ümber just siis, kui planeedid tiirlevad ümber Päikese. Kuigi elektronid on orbiidil, on neil see, mida Bohr nimetas "pidevaks energiaks". Kui need osakesed neelavad energiat ja siirduvad kõrgemale orbiidile, nimetab Bohri teooria neid "põnevil" elektronid. Kui elektronid pöörduvad tagasi oma algsele orbiidile, annavad nad selle energia välja elektromagnetilise kiirguse kujul.

Tuhandete teadlaste aastakümneid kestnud hoolikas uurimistöö põhineb praegusel aatomiteoorial Albert Einsteini, Werner Heisenbergi ja teiste 1930. aastatel tehtud tööd. Nagu varasemate teooriate puhul, koosneb ka aatom kesksest raskest tuumast, mida ümbritseb arvukalt elektrone. Erinevalt varasematest teooriatest, mis käsitlesid elektrone, prootoneid ja muid pisikesi osakesi kindlate tahkete "tükkidena", moodne kvantteooria käsitleb neid statistiliste "pilvedena"; kummalisel kombel saate mõõta nende kiirust täpselt või nende asukohti, kuid mitte mõlemat korraga aeg. Hästi käitunud elliptilistel radadel tiirlevate planeetidena käituvate elektronide asemel keerlevad nad ringi erineva kujuga uduste pilvedena. Seejärel muutuvad aatomid vähem kõvade, täpsete piljardikuulide ja rohkem vetruvate ümarate käsnade sarnaseks. Vaatamata "tahkele" ainele võivad nad avaldada lainelisi omadusi, nagu laine pikkus ja häiremustrid.

Kui teadlased vaatasid aatomeid üha võimsamate vahenditega, avastasid nad, et tuuma moodustavad prootonid ja neutronid olid omakorda veelgi väiksematest osakestest. 1960. aastatel nimetasid füüsikud Murray Gell-Mann ja George Zweig neid osakesi "kvarkideks", laenates James Joyce'i romaanis kasutatud sõna. Kvarke on sortides nagu "üles", "alla", "ülevalt" ja "alt". Prootonid ja neutronid moodustuvad kimpudest, milles on igaüks kolm kvarki: vastavalt "üles", "alla" ja "üles" ja "alla", "üles" ja "alla".