Ki fedezte fel a részecske elméletet?

Az anyag részecske-elméletét nem annyira fedezték fel, mint amennyit megfogalmaztak, és ez a megfogalmazás az ókori Görögországban kezdődött.

Az a személy, akinek elismerik, hogy felfogta azt az elképzelést, hogy a világ apró, oszthatatlan részecskékből áll, az a demokrácia filozófus, aki ie 460 és 370 között élt. Kísérletet dolgozott ki ötlete bizonyítására, és bár a Democritus-kísérlet túl egyszerűnek tűnhet ma segített megszülni az atom fogalmát, amely központi jelentőségű az atom modern megértésében ügy.

A kísérletet követő évszázadokban a Democritus részecske-elmélet nem sokat fejlődött, de század fordulóján John Dalton angol kémikus és fizikus (1766 - 1844).

Dalton munkássága egy évszázad nagyobb részében gyakorlatilag változatlan maradt, amíg a modern fizikusok legénysége nem vett részt ilyen nevekben, mint Thompson, Rutherford, Bohr, Planck és Einstein. Ekkor kezdtek repülni a szikrák, és a világ belépett az atomkorba.

Úgy hangzik, mintha a "demokrácia" szó az ő nevéből származhatott volna, de Democritus nem volt politikai filozófus. A szó valójában a görög szavakból származik

A "nevető filozófus" néven ismert, mivel nagy jelentőséget tulajdonított a vidámságnak, Democritus pedig egy másik fontos szót is megfogalmazott: atom. A kis részecskékre, amelyek az univerzumban mindent felépítenek, utalt atomos, ami kivághatatlan vagy oszthatatlan.

Nem ez volt az egyetlen úttörő hozzájárulása a tudományhoz. Demokritosz volt az első, aki azt állította, hogy a Tejútról látott fény az egyes csillagok sokaságának együttes fénye. Javasolta más bolygók létezését, sőt több univerzum létezését feltételezte, ez az elképzelés napjainkban a tudomány élvonalában áll.

Arisztotelész (ie 384 - 322) szerint Demokritosz úgy vélte, hogy az emberi lélek tűzatomokból és a földi atomok testéből áll. Ez ellentmondott Arisztotelész azon meggyőződésének, hogy a világ a levegő, a tűz, a föld és a víz négy eleméből áll, és hogy az elemek aránya határozza meg az anyag jellemzőit.

Arisztotelész még azt is hitte, hogy az elemek átalakíthatók egymásba, ez az ötlet táplálta a bölcsek kövének keresését az egész középkorban.

Sem Arisztotelész, sem az ugyanolyan befolyásos Platón (Kr. E. 429 - 347 körül) nem iratkozott alá a Democritus részecske elmélet, és 2000 évbe telik, mire a "nevető filozófust" elveszik Komolyan. Ennek köze lehet ahhoz a kísérlethez, amelyet Demokritosz talált ki elméletének bizonyítására, amely kevésbé volt meggyőző.

Demokritosz úgy vélekedett, hogy ha veszel egy követ vagy más tárgyat, és tovább osztod a felét, akkor egy olyan darabhoz jutsz, amely annyira kicsi, hogy nem lehet tovább osztani. Állítólag ezt a kísérletet egy kagylóval hajtotta végre, és amikor a héjat finom porrá redukálta, amelyet már nem tudott kisebb darabokra vágni, akkor elméletének ezt a bizonyítékát tekintette.

Demokritosz materialista volt, ellentétben Platónnal és Arisztotelésszel, akik úgy vélték, hogy az események célja fontosabb, mint okuk. Úttörő volt a matematikában és a geometriában, és abban az időben kevés ember között volt, akik azt hitték, hogy a föld gömbölyű. Még akkor is, ha ezt nem tudta meggyőzően bizonyítani, atomképzete többnyire az üres térben létezik, mindegyiknek van egy kicsit a tépőzáras stílusú horog, amely lehetővé tette, hogy más atomokkal kapcsolódjon, nem áll olyan távol a modern tudományos modelljétől atom.

Helyes volt-e Demokritosz elmélete? A válasz igen, de 1800-ig még csak lehetőségként sem vették figyelembe. Ekkor John Dalton újra megvizsgálta, miközben az állandó összetétel törvényén dolgozott, amelyet Joseph Proust francia kémikus fejlesztett ki. Proust törvénye közvetlenül a misék megőrzésének törvényéből következett, amelyet egy másik francia vegyész, Antoine Lavoisier fedezett fel.

Az állandó összetétel törvénye kimondja, hogy egy tiszta vegyület mintája, függetlenül attól, hogy hogyan állítják elő, mindig ugyanazokat az elemeket tartalmazza ugyanabban a tömegarányban. Dalton rájött, hogy ez csak akkor lehet igaz, ha az anyag oszthatatlan részecskékből áll, amelyeket atomoknak nevezett (egy fejbiccentéssel Demokritosz felé). Dalton elkészítette négy állítás az anyagról amelyek együtt alkotják az atomelméletét:

• Minden anyag elpusztíthatatlan és oszthatatlan részecskékből áll, amelyeket atomoknak nevezünk.
• Egy adott elem atomjai tömegükben és tulajdonságaikban megegyeznek.
• Az atomok egyesülve vegyületeket képezhetnek.
• Amikor kémiai reakció következik be, az az atomok átrendeződésének tudható be.

Dalton atomelmélete gyakorlatilag változatlan maradt a XIX. Század nagy részében.

A 19. század folyamán vita folyt a fény természetéről - akár hullámként, akár részecskeként terjedt. Számos kísérlet megerősítette a hullámhipotézist, és még sokan a korpuszkulárisat. 1887-ben Heinrich Hertz német fizikus felfedezte a fotoelektromos hatást, amikor szikrahézagenerátorral végzett kísérleteket végzett. Ez a felfedezés sokkal fontosabbnak bizonyult, mint Hertz rájött.

Körülbelül ekkor az angol fizikus J.J. Thompson a katódsugarak viselkedésének vizsgálatával fedezte fel az első szubatomi részecskét, az elektront. Felfedezése segített elmagyarázni, hogy mi képezi az elektromos kisülést egy vezetőlemezről, amikor rá világítasz - ami az fotoelektromos hatás - de nem azt, hogy mi okozza a kisülést, és azt sem, hogy az elektromos impulzus ereje miért kapcsolódik a fényfrekvenciához. A megoldásra 1914-ig kellett várni.

Albert Einsteinen kívül senki más nem magyarázta a fotoelektromos hatást az úgynevezett kevés energiacsomaggal kvantum. Ezeket Max Planck német fizikus javasolta 1900-ban. Einstein magyarázata kvantumelméletnek bizonyult, ezért Nobel-díjat kapott.

A Quanta, ahogy Planck felfogta őket, egyszerre voltak részecskék és hullámok is. Planck szerint a fény fotonoknak nevezett kvantumokból állt, amelyek mindegyikének a frekvenciája határozta meg egy adott energiát. 1913-ban Neils Bohr dán fizikus Planck elméletével kvantumátadást adott az atom bolygómodelljére, amelyet Ernest Rutherford új-zélandi fizikus ajánlott 1911-ben.

Bohr atommodelljében az elektronok egy foton kibocsátásával vagy abszorpciójával megváltoztathatják a pályát, de mivel a fotonok különálló csomagok, az elektronok csak diszkrét mennyiségben változtathatják meg a pályát. Két kísérletező, James Franck és Gustav Hertz készített egy kísérletet, amely megerősítette Bohrét hipotézis azzal, hogy elektronokkal bombázzák a higany atomokat, és ezt meg is tették anélkül, hogy tudtak volna róla Bohr munkája.

Két módosítással Bohr modellje a mai napig fennmaradt, bár a legtöbb modern fizikus közelítésnek tartja. Az első módosítás a proton felfedezése volt Rutherford által 1920-ban, a második pedig a neutron felfedezése volt James Chadwick brit fizikus által 1932-ben.

A modern atom megerősíti a Democritus részecske elméletét, de ez egyfajta visszautasítás is. Az atomokról kiderül, hogy nem oszthatók meg, és ez igaz az őket alkotó elemi részecskékre is. Az elektronokat, a protonokat és a neutronokat kisebb részecskékre, kvarkoknak nevezhetjük, és akár egy kvarkot is fel lehet osztani. A nyúllyukon való utazás még korántsem ért véget.