Qui a découvert la théorie des particules ?

La théorie particulaire de la matière n'a pas été tant découverte qu'elle a été formulée, et cette formulation a commencé dans la Grèce antique.

La personne qui est créditée d'avoir conçu l'idée que le monde est composé de minuscules particules indivisibles est le philosophe Démocrite, qui a vécu de 460 à 370 avant notre ère. Il a conçu une expérience pour prouver son idée, et bien que l'expérience de Démocrite puisse sembler trop simpliste aujourd'hui, il a contribué à donner naissance au concept d'atome, qui est au cœur de la compréhension moderne de matière.

Dans les siècles qui ont suivi l'expérience, la théorie des particules de Démocrite n'a pas beaucoup progressé, mais au tournant du XIXe siècle, il fut repris par le chimiste et physicien anglais John Dalton (1766 - 1844).

Les travaux de Dalton sont restés pratiquement inchangés pendant la majeure partie d'un siècle jusqu'à ce qu'une équipe de physiciens modernes comprenant des noms tels que Thompson, Rutherford, Bohr, Planck et Einstein s'implique. C'est alors que des étincelles ont commencé à jaillir et que le monde est entré dans l'ère nucléaire.

Il semble que le mot « démocratie » dérive de son nom, mais Démocrite n'était pas un philosophe politique. Le mot vient en fait des mots grecs démos, ce qui signifie « le peuple », et kratein, ce qui signifie « régner ».

Connu sous le nom de « philosophe rieur » en raison de la grande importance qu'il accordait à la gaieté, Démocrite a inventé un autre mot important: atome. Il a qualifié les petites particules qui composent tout dans l'univers de atomes, ce qui signifie indécoupable ou indivisible.

Ce n'était pas sa seule contribution pionnière à la science. Démocrite a également été le premier à postuler que la lumière que nous voyons de la Voie lactée est la lumière combinée d'une multitude d'étoiles individuelles. Il a également proposé l'existence d'autres planètes et a même postulé l'existence d'univers multiples, une idée qui est aujourd'hui à la pointe de la science.

Selon Aristote (384 - 322 avant notre ère), Démocrite croyait que l'âme humaine était composée d'atomes de feu et le corps d'atomes de terre. Cela était contraire à la croyance d'Aristote selon laquelle le monde se compose des quatre éléments de l'air, du feu, de la terre et de l'eau, et que le rapport des éléments déterminait les caractéristiques de la matière.

Aristote croyait même que les éléments pouvaient se transformer les uns dans les autres, une idée qui a alimenté la recherche de la pierre philosophale tout au long du Moyen Âge.

Ni Aristote ni le tout aussi influent Platon (vers 429 - 347 av. La théorie des particules de Démocrite, et il faudrait 2 000 ans pour que le "philosophe rieur" soit pris sérieusement. Cela pourrait avoir quelque chose à voir avec l'expérience que Démocrite a conçue pour prouver sa théorie, qui était moins que convaincante.

Démocrite a estimé que si vous prenez une pierre ou un autre objet et que vous continuez à le diviser en deux, vous finissez par arriver à un morceau si petit qu'il ne peut plus être divisé. On dit qu'il a effectué cette expérience avec un coquillage, et lorsqu'il a réduit le coquillage en une poudre fine qu'il ne pouvait plus couper en petits morceaux, il a considéré cette preuve de son théorème.

Démocrite était un matérialiste, contrairement à Platon et Aristote, qui croyaient que les buts des événements étaient plus importants que leurs causes. Il était un pionnier des mathématiques et de la géométrie, et il était parmi les rares personnes à l'époque à croire que la terre était sphérique. Même s'il n'a pas pu le prouver de manière convaincante, sa conception d'atomes existant principalement dans l'espace vide, chacun ayant un peu crochet de style velcro qui lui a permis de se connecter avec d'autres atomes, n'est pas si éloigné du modèle scientifique moderne du atome.

La théorie de Démocrite était-elle correcte? La réponse est un oui avec réserve, mais cela n'a même pas été considéré comme une possibilité avant 1800. C'est alors que John Dalton l'a revisité alors qu'il travaillait sur la loi de composition constante avancée par le chimiste français Joseph Proust. La loi de Proust découle directement de la loi de conservation de la masse, découverte par un autre chimiste français, Antoine Lavoisier.

La loi de composition constante déclare qu'un échantillon d'un composé pur, peu importe comment il est obtenu, contient toujours les mêmes éléments dans les mêmes proportions massiques. Dalton réalisa que cela ne pouvait être vrai que si la matière était constituée de particules indivisibles, qu'il appelait atomes (avec un clin d'œil à Démocrite). Dalton fait quatre déclarations sur la matière qui ensemble constituent sa théorie atomique :

• Toute matière est composée de particules indestructibles et indivisibles appelées atomes.
• Les atomes d'un élément spécifique ont une masse et des propriétés identiques.
• Les atomes peuvent se combiner pour former des composés.
• Lorsqu'une réaction chimique se produit, elle est due à un réarrangement des atomes.

La théorie atomique de Dalton est restée pratiquement inchangée pendant la majeure partie du XIXe siècle.

Tout au long du XIXe siècle, un débat avait fait rage sur la nature de la lumière – si elle se propageait sous forme d'onde ou de particule. De nombreuses expériences ont confirmé l'hypothèse des ondes, et bien d'autres ont confirmé l'hypothèse corpusculaire. En 1887, le physicien allemand Heinrich Hertz a découvert l'effet photoélectrique alors qu'il faisait des expériences avec un générateur d'éclateur. Cette découverte s'est avérée bien plus importante que Hertz ne le pensait.

À cette époque, le physicien anglais J.J. Thompson a découvert la première particule subatomique, l'électron, en examinant le comportement des rayons cathodiques. Sa découverte a aidé à expliquer ce qui constituait la décharge électrique d'une plaque conductrice lorsque vous l'éclairez - qui est la effet photoélectrique – mais pas ce qui cause la décharge ni pourquoi la force de l'impulsion électrique est liée à la fréquence de la lumière. La solution dut attendre 1914.

Nul autre qu'Albert Einstein n'a expliqué l'effet photoélectrique en termes de petits paquets d'énergie appelés quanta. Ceux-ci avaient été proposés par le physicien allemand Max Planck en 1900. L'explication d'Einstein a prouvé la théorie quantique, et il a reçu le prix Nobel pour cela.

Les quanta, tels que Planck les concevait, étaient à la fois des particules et des ondes. Selon Planck, la lumière était composée de quanta appelés photons, dont chacun avait une énergie particulière définie par sa fréquence. En 1913, le physicien danois Neils Bohr a utilisé la théorie de Planck pour donner au modèle planétaire de l'atome, qui avait été proposé par le physicien néo-zélandais Ernest Rutherford en 1911, une refonte quantique.

Dans le modèle de l'atome de Bohr, les électrons peuvent changer d'orbite en émettant ou en absorbant un photon, mais comme les photons sont des paquets discrets, les électrons ne peuvent changer d'orbite qu'en quantités discrètes. Deux expérimentateurs, James Franck et Gustav Hertz, ont conçu une expérience qui a confirmé le hypothèse en bombardant des atomes de mercure avec des électrons, et ils l'ont fait sans même savoir Le travail de Bohr.

Avec deux modifications, le modèle de Bohr a survécu jusqu'à nos jours, bien que la plupart des physiciens modernes le considèrent comme une approximation. La première modification fut la découverte du proton par Rutherford en 1920, et la seconde fut la découverte du neutron par le physicien britannique James Chadwick en 1932.

L'atome moderne est une confirmation de la théorie des particules de Démocrite, mais c'est aussi une sorte de répudiation. Les atomes s'avèrent ne pas être indivisibles, et c'est également vrai pour les particules élémentaires qui les composent. Vous pouvez subdiviser les électrons, les protons et les neutrons en particules plus petites appelées quarks, et il peut même être possible de subdiviser un quark. Le voyage dans le terrier du lapin est loin d'être terminé.