Kes avastas osakeste teooria?

Mateeria osakeste teooriat ei avastatud niivõrd, kuivõrd see sõnastati, ja see sõnastus algas Vana-Kreekas.

Inimene, kellele omistatakse idee, et maailm koosneb pisikestest jagamatutest osakestest, on filosoof Democritus, kes elas aastatel 460–370 e.m.a. Ta mõtles oma idee tõestamiseks välja katse ja ehkki Democrituse eksperiment võib tunduda liiga lihtsustatud täna aitas see sünnitada aatomi mõistet, mis on tänapäevases arusaamas kesksel kohal asja.

Katsele järgnenud sajanditel ei saavutanud Democrituse osakeste teooria kuigi palju edusamme, kuid 19. sajandi vahetusel asus sellele inglise keemik ja füüsik John Dalton (1766 - 1844).

Daltoni töö jäi sajandi jooksul praktiliselt muutumatuks, kuni kaasati moodsate füüsikute meeskond, kuhu kuulusid sellised nimed nagu Thompson, Rutherford, Bohr, Planck ja Einstein. Siis hakkasid sädemed lendama ja maailm jõudis tuumaajastu.

Tundub, nagu oleks sõna "demokraatia" võinud tuleneda tema nimest, kuid Democritus ei olnud poliitiline filosoof. Sõna pärineb tegelikult kreekakeelsetest sõnadest

Demokritos, kes oli rõõmsameelsusele omistatud suure tähtsuse tõttu tuntud kui "naerev filosoof", mündis veel ühe olulise sõna: aatom. Ta viitas väikestele osakestele, mis moodustavad universumis kõik atomos, mis tähendab lõikamatut või jagamatut.

See polnud tema ainus teerajaja panus teadusse. Demokritos oli ka esimene, kes tõdes, et valgus, mida näeme Linnuteelt, on paljude üksikute tähtede ühendatud valgus. Ta pakkus välja ka teiste planeetide olemasolu ja isegi postuleeris mitme universumi olemasolu, idee, mis on tänapäeval teaduse tipptasemel.

Aristotelese (384 - 322 e.m.a) sõnul uskus Democritus, et inimese hing koosneb tule aatomitest ja maa aatomite kehast. See oli vastuolus Aristotelese veendumusega, et maailm koosneb neljast elemendist õhust, tulest, maast ja veest ning et elementide suhe määras aine omadused.

Aristoteles uskus isegi, et elemendid saab üksteiseks ümber kujundada, idee, mis õhutas filosoofikivi otsimist kogu keskaja vältel.

Aristoteles ega sama mõjukas Platon (umbes 429–347 e.m.a) ei liitunud Democrituse osakeste teooria ja "naerva filosoofi" võtmiseks kuluks 2000 aastat tõsiselt. Sellel võib olla midagi pistmist eksperimentiga, mille Democritus mõtles välja oma teooria tõestamiseks, mis oli vähem kui veenev.

Democritus põhjendas, et kui võtate kivi või mõne muu eseme ja jätkate selle poolitamist, jõuate lõpuks nii väikese tüki juurde, et seda ei saa enam jagada. Väidetavalt tegi ta selle katse merekarbiga ja kui ta taandas koore peeneks pulbriks, mida ta ei suutnud enam väiksemateks tükkideks lõigata, pidas ta seda oma teoreemi tõestuseks.

Democritus oli materialist, erinevalt Platonist ja Aristotelesest, kes uskusid, et sündmuste eesmärgid on olulisemad kui nende põhjused. Ta oli pioneer matemaatikas ja geomeetrias ning kuulus toona väheste inimeste hulka, kes uskusid, et maa on sfääriline. Isegi kui ta ei suutnud seda veenvalt tõestada, oli tema kontseptsioon aatomitest enamasti tühjas ruumis, millest kummalgi oli vähe takjakinnitusega konks, mis võimaldas sellel ühenduda teiste aatomitega, pole nii kaugel kaasaegsest teaduslikust mudelist aatom.

Kas Democrituse teooria oli õige? Vastus on jah, kuid seda ei peetud võimalikuks alles 1800. aastal. Just siis vaatas John Dalton selle läbi, kui töötas Prantsuse keemiku Joseph Prousti väljatöötatud pideva koosseisu seadusega. Prousti seadus järgnes otse missa säilitamise seadusest, mille oli avastanud teine ​​Prantsuse keemik Antoine Lavoisier.

Püsiva koosseisu seadus väidab, et puhta ühendi proov sisaldab ükskõik mis viisil seda, sisaldab alati samu elemente samas massis. Dalton mõistis, et see võib olla tõsi ainult siis, kui aine koosneb jagamatutest osakestest, mida ta nimetas aatomiteks (pea noogutades Demokritosele). Dalton tegi neli väidet mateeria kohta mis koos moodustavad tema aatomiteooria:

• Kogu aine koosneb hävimatutest ja jagamatutest osakestest, mida nimetatakse aatomiteks.
• Konkreetse elemendi aatomid on massi ja omaduste poolest identsed.
• Aatomid võivad ühendades moodustada ühendeid.
• Keemilise reaktsiooni tekkimisel on see tingitud aatomite ümberkorraldusest.

Daltoni aatomiteooria püsis suurema osa 19. sajandist praktiliselt muutumatuna.

Terve 19. sajandi vältel oli möllas valguse olemuse üle - kas see levis lainena või osakestena. Paljud katsed kinnitasid lainehüpoteesi ja paljud teised kinnitasid korpuskulaarset. 1887. aastal avastas saksa füüsik Heinrich Hertz fotoelektrilise efekti, kui ta tegi eksperimente sädemete generaatoriga. See avastus osutus palju olulisemaks, kui Hertz mõistis.

Umbes sel ajal oli inglise füüsik J.J. Thompson avastas katoodkiirte käitumist uurides esimese subatoomse osakese, elektroni. Tema avastus aitas selgitada juhtiva plaadi elektrilahendust, kui sellele valgust paistate - see on fotoelektriline efekt - aga mitte seda, mis põhjustab tühjenemist ega miks elektriimpulsi tugevus on seotud valguse sagedusega. Lahendus pidi ootama 1914. aastat.

Keegi muu kui Albert Einstein ei selgitanud fotoelektrilist efekti väikeste nn energiapakettide osas kvandid. Need oli välja pakkunud saksa füüsik Max Planck 1900. aastal. Einsteini selgitus tõestas kvantteooriat ja talle anti selle eest Nobeli preemia.

Quanta, nagu Planck neid eostas, olid korraga nii osakesed kui ka lained. Plancki sõnul koosnes valgus kvantidest, mida nimetatakse footoniteks, millest igaühel oli oma sagedusega määratletud kindel energia. Aastal 1913 andis Taani füüsik Neils Bohr Plancki teooria abil kvantülekande aatomi planeedimudelile, mille Uus-Meremaa füüsik Ernest Rutherford oli välja pakkunud 1911. aastal.

Bohri aatommudelis saavad elektronid muuta orbiiti footoni kiirgamise või neelamise teel, kuid kuna footonid on diskreetsed paketid, saavad elektronid orbiite muuta ainult diskreetsetes kogustes. Kaks katsetajat, James Franck ja Gustav Hertz, töötasid välja katse, mis kinnitas Bohri katset hüpotees pommitades elavhõbeda aatomeid elektronidega ja nad tegid seda isegi teadmata Bohri töö.

Kahe modifikatsiooniga on Bohri mudel säilinud tänapäevani, kuigi enamik kaasaegseid füüsikuid peab seda ligikaudseks. Esimene modifikatsioon oli prootoni avastamine Rutherfordi poolt 1920. aastal ja teine ​​oli neutroni avastamine Briti füüsiku James Chadwicki poolt 1932. aastal.

Kaasaegne aatom on kinnitus Democrituse osakeste teooriale, kuid see on ka midagi vastumeelsust. Aatomid osutuvad jagamatuteks ja see kehtib ka neid sisaldavate elementaarosakeste kohta. Saate jagada elektronid, prootonid ja neutronid väiksemateks osakesteks, mida nimetatakse kvarkideks, ja võib olla isegi võimalik kvark alamrühmadeks jaotada. Teekond küülikuaugust alla pole kaugeltki lõppenud.