Tko je otkrio teoriju čestica?

Teorija čestica materije nije toliko otkrivena koliko je formulirana, a ta je formulacija započela u drevnoj Grčkoj.

Osoba kojoj se pripisuje ideja da je svijet sastavljen od sitnih, nedjeljivih čestica je filozof Demokrit, koji je živio od 460. do 370. pne. Osmislio je eksperiment kako bi dokazao svoju ideju, i iako se Demokritov eksperiment može činiti pretjerano pojednostavljenim danas je pomogao u rađanju koncepta atoma koji je presudan za moderno razumijevanje materija.

U stoljećima koja su slijedila eksperiment, teorija Demokritovih čestica nije puno napredovala, ali na prijelazu iz devetnaestog u stoljeće, preuzeo ga je engleski kemičar i fizičar John Dalton (1766 - 1844).

Daltonovo djelo ostalo je praktički nepromijenjeno veći dio stoljeća sve dok se nije uključila posada modernih fizičara koja je uključivala imena poput Thompsona, Rutherforda, Bohra, Plancka i Einsteina. Tada su iskre počele letjeti i svijet je ušao u nuklearno doba.

Zvuči kao da je riječ "demokracija" možda izvedena iz njegovog imena, ali Demokrit nije bio politički filozof. Riječ zapravo dolazi od grčkih riječi

Poznat kao "filozof koji se smije" zbog velike važnosti koju je pridavao vedrini, Demokrit je skovao još jednu važnu riječ: atom. Na male čestice koje čine sve u svemiru nazvao je kao atomos, što znači neizrezivo ili nedjeljivo.

Ovo nije bio njegov jedini pionirski doprinos znanosti. Demokrit je također bio prvi koji je utvrdio da je svjetlost koju vidimo s Mliječne staze kombinirana svjetlost mnoštva pojedinačnih zvijezda. Također je predložio postojanje drugih planeta, pa čak i pretpostavio postojanje više svemira, ideja koja je danas na vrhu znanosti.

Prema Aristotelu (384. - 322. pr. Kr.), Demokrit je vjerovao da je ljudska duša sastavljena od atoma vatre i tijela zemaljskih atoma. To je bilo suprotno Aristotelovom vjerovanju da se svijet sastoji od četiri elementa zraka, vatre, zemlje i vode te da je omjer elemenata odredio značajke materije.

Aristotel je čak vjerovao da se elementi mogu transformirati jedni u druge, ideja koja je potaknula potragu za Filozofskim kamenom tijekom srednjeg vijeka.

Ni Aristotel ni jednako utjecajni Platon (oko 429. - 347. pr. Kr.) Nisu se pretplatili na Teorija čestica Demokritusa, a trebalo bi 2000 godina da se uzme "filozof koji se smije" ozbiljno. To bi moglo imati veze s eksperimentom koji je Demokrit smislio kako bi dokazao svoju teoriju, koja je bila manje nego uvjerljiva.

Demokrit je zaključio da ako uzmete kamen ili neki drugi predmet i nastavite ga dijeliti napola, na kraju ćete doći do dijela koji je toliko malen da ga se više ne može podijeliti. Kaže se da je ovaj pokus izveo s školjkom, a kad je ljusku smanjio na fini prah koji više nije mogao rezati na manje komade, smatrao je to dokazom svog teorema.

Demokrit je bio materijalist, za razliku od Platona i Aristotela, koji su vjerovali da su svrhe događaja važnije od njihovih uzroka. Bio je pionir u matematici i geometriji i bio je među rijetkim ljudima u to vrijeme koji su vjerovali da je zemlja sferna. Čak i ako to nije mogao uvjerljivo dokazati, njegova koncepcija atoma postoji uglavnom u praznom prostoru, od kojih svaki ima malo Kuka u obliku čička koja mu je omogućila povezivanje s drugim atomima, nije li toliko udaljena od suvremenog znanstvenog modela atom.

Je li Demokritova teorija bila točna? Odgovor je kvalificirano da, ali se čak nije razmatrala kao mogućnost sve do 1800. godine. Tada ga je John Dalton ponovno posjetio dok je radio na Zakonu o stalnom sastavu koji je unaprijedio francuski kemičar Joseph Proust. Proustov zakon izravno je slijedio Zakon o očuvanju mase, koji je otkrio drugi francuski kemičar, Antoine Lavoisier.

Zakon stalnog sastava navodi da uzorak čistog spoja, bez obzira kako je dobiven, uvijek sadrži iste elemente u istim masenim omjerima. Dalton je shvatio da to može biti istina samo ako se materija sastoji od nedjeljivih čestica, koje je nazivao atomima (klimajući glavom Demokritu). Dalton je napravio četiri izjave o materiji koji zajedno čine njegovu atomsku teoriju:

• Sva je materija sastavljena od neuništiva i nedjeljivih čestica koje se nazivaju atomi.
• Atomi određenog elementa identični su po masi i svojstvima.
• Atomi se mogu kombinirati i tvoriti spojeve.
• Kada se dogodi kemijska reakcija, to je posljedica preslagivanja atoma.

Daltonova atomska teorija ostala je gotovo nepromijenjena veći dio devetnaestog stoljeća.

Kroz devetnaesto stoljeće vodila se rasprava o prirodi svjetlosti - je li se ona širila u obliku vala ili čestice. Mnogi eksperimenti potvrdili su hipotezu o valovima, a mnogi drugi i korpuskularnu. 1887. godine njemački je fizičar Heinrich Hertz otkrio fotoelektrični efekt kada je radio eksperimente s generatorom iskra. Ovo se otkriće pokazalo mnogo važnijim nego što je Hertz shvatio.

Otprilike u to vrijeme engleski fizičar J.J. Thompson je otkrio prvu subatomsku česticu, elektron, ispitivanjem ponašanja katodnih zraka. Njegovo otkriće pomoglo je objasniti što je električno pražnjenje provodne ploče kad je obasjate - što je fotoelektrični efekt - ali ne što uzrokuje pražnjenje niti zašto je snaga električnog impulsa povezana s frekvencijom svjetlosti. Rješenje je trebalo pričekati do 1914. godine.

Nitko osim Alberta Einsteina nije objasnio fotoelektrični efekt u vidu malih paketića energije kvanta. Njih je 1900. predložio njemački fizičar Max Planck. Einsteinovo objašnjenje dokazalo je kvantnu teoriju, a za nju je dobio Nobelovu nagradu.

Kvante su, kako ih je Planck zamislio, istovremeno bile i čestice i valovi. Prema Plancku, svjetlost se sastojala od kvanta zvanih fotoni, od kojih je svaki imao određenu energiju definiranu frekvencijom. Danski fizičar Neils Bohr 1913. koristio je Planckovu teoriju kako bi planetarnom modelu atoma, koji je predložio novozelandski fizičar Ernest Rutherford 1911. godine, dao kvantni presud.

U Bohrovu modelu atoma, elektroni mogu mijenjati orbite emitiranjem ili apsorpcijom fotona, ali budući da su fotoni diskretni paketi, elektroni mogu mijenjati orbite samo u diskretnim količinama. Dvoje eksperimentatora, James Franck i Gustav Hertz, osmislili su eksperiment koji je potvrdio Bohrov eksperiment hipoteza bombardirajući atome žive elektronima, a oni su to učinili a da nisu ni znali za to Bohrovo djelo.

S dvije modifikacije, Bohrov model preživio je do danas, iako ga većina modernih fizičara smatra aproksimacijom. Prva modifikacija bila je otkriće protona od strane Rutherforda 1920. godine, a druga otkriće neutrona od strane britanskog fizičara Jamesa Chadwicka 1932. godine.

Suvremeni atom potvrda je teorije Demokritovih čestica, ali također je i vrsta odbacivanja. Ispostavilo se da atomi nisu nedjeljivi, a to vrijedi i za elementarne čestice koje ih čine. Možete podijeliti elektrone, protone i neutrone u manje čestice zvane kvarkovi, a možda je čak moguće podijeliti i kvark. Putovanje zečjom rupom još nije gotovo.