מי גילה את תורת החלקיקים?

תאוריית החלקיקים של החומר לא התגלתה כל כך הרבה בזמן שנוסחה, וניסוח זה החל ביוון העתיקה.

מי שזוכה לזכותו שהגה את הרעיון שהעולם מורכב מחלקיקים זעירים ובלתי ניתנים לחלוקה הוא הפילוסוף דמוקריטוס, שחי בין השנים 460 עד 370 לפני הספירה. הוא המציא ניסוי כדי להוכיח את הרעיון שלו, ולמרות שניסוי הדמוקריטוס עשוי להיראות פשטני מדי כיום זה עזר ללדת את מושג האטום, שהוא מרכזי בהבנה המודרנית של חוֹמֶר.

במאות שאחרי הניסוי, תיאוריית החלקיקים של דמוקריטוס לא התקדמה הרבה, אבל בתחילת המאה התשע עשרה הוא נלקח על ידי הכימאי והפיזיקאי האנגלי ג'ון דלטון (1766 - 1844).

עבודתו של דלטון נותרה כמעט ללא שינוי במשך מאה שנה טובה יותר עד שצוות פיזיקאים מודרניים שכלל שמות כמו תומפסון, רתרפורד, בוהר, פלאנק ואיינשטיין התערב. או אז ניצוצות החלו לעוף, והעולם נכנס לעידן הגרעין.

זה נשמע כאילו המילה "דמוקרטיה" אולי נגזרה משמו, אך דמוקריטוס לא היה פילוסוף פוליטי. המילה באה למעשה מהמילים היווניות הדגמות, שפירושו "העם", ו קרטין, שפירושו "לשלוט".

הידוע כ"פילוסוף הצוחק "בגלל החשיבות הגדולה שהקדיש לעליזות, ודמוקריטוס אכן מטבע מילה חשובה נוספת:

זו לא הייתה תרומתו החלוצית היחידה למדע. דמוקריטוס היה גם הראשון להעיד כי האור שאנו רואים משביל החלב הוא האור המשולב של מספר רב של כוכבים בודדים. הוא גם הציע את קיומם של כוכבי לכת אחרים ואף הניח את קיומם של יקומים מרובים, רעיון שנמצא בקצה החדש של המדע כיום.

על פי אריסטו (384 - 322 לפנה"ס), דמוקריטוס האמין כי נפש האדם מורכבת מאטומי אש וגוף אטומי האדמה. זה היה בניגוד לאמונה של אריסטו שהעולם מורכב מארבעת יסודות האוויר, האש, האדמה והמים, וכי יחס היסודות קבע את מאפייני העניין.

אריסטו אפילו האמין שניתן להפוך את היסודות זה לזה, רעיון שהניע את החיפוש אחר אבן הפילוסוף לאורך כל ימי הביניים.

לא אריסטו ולא אפלטון המשפיע באותה מידה (בערך 429 - 347 לפנה"ס) רשומים על תיאוריית החלקיקים של דמוקריטוס, וייקח 2,000 שנה עד שייקח את ה"פילוסוף הצוחק " ברצינות. זה יכול להיות קשור לניסוי שהמציא דמוקריטוס כדי להוכיח את התיאוריה שלו, שהייתה פחות משכנעת.

דמוקריטוס נימק שאם אתה לוקח אבן או חפץ אחר וממשיך לחלק אותו לשניים, בסופו של דבר אתה מגיע לחתיכה כל כך קטנה שאי אפשר לחלק אותה יותר. אומרים שהוא ביצע ניסוי זה עם צדף, וכשהצמצם את הקליפה לאבקה דקה שלא יכול היה לחתוך עוד לחתיכות קטנות יותר, הוא שקל את ההוכחה למשפטו.

דמוקריטוס היה מטריאליסט, שלא כמו אפלטון ואריסטו, שהאמינו שמטרות האירועים חשובות יותר מסיבותיהם. הוא היה חלוץ בתחום המתמטיקה והגיאומטריה, והוא היה בין אנשים מעטים שהאמינו שכדור הארץ הוא כדור. גם אם לא היה יכול להוכיח זאת בצורה משכנעת, תפיסתו של האטומים קיימת בעיקר בחלל ריק, ולכל אחד מהם מעט וו בסגנון וולקרו שאפשר לו להתחבר לאטומים אחרים, אינו רחוק כל כך מהמודל המדעי המודרני של אָטוֹם.

האם התיאוריה של דמוקריטוס הייתה נכונה? התשובה היא כן מוסמך, אבל זה אפילו לא נחשב כאפשרות עד 1800. אז ג'ון דלטון חזר על כך בזמן שעבד על חוק ההרכב המתמיד שקידם הכימאי הצרפתי ג'וזף פרוסט. החוק של פרוסט נבע ישירות מחוק שימור המיסה, שהתגלה על ידי כימאי צרפתי אחר, אנטואן לבואזיה.

חוק ההרכב המתמיד קובע כי מדגם של תרכובת טהורה, לא משנה איך היא מתקבלת, מכיל תמיד את אותם יסודות באותן פרופורציות מסה. דלטון הבין שזה יכול להיות נכון רק אם החומר מורכב מחלקיקים בלתי ניתנים לחלוקה, אותם כינה אטומים (עם הנהון ראש לדמוקריטוס). דלתון עשה ארבע אמירות בנושא שמהווים יחד את התיאוריה האטומית שלו:

• כל החומר מורכב מחלקיקים בלתי ניתנים להריסה וניתנים לחלוקה הנקראים אטומים.
• אטומים של יסוד ספציפי זהים במסה ובתכונות שלהם.
• אטומים יכולים להשתלב וליצור תרכובות.
• כאשר מתרחשת תגובה כימית, הדבר נובע מסידור מחדש של אטומים.

התיאוריה האטומית של דלתון נותרה כמעט ללא שינוי במשך רוב המאה התשע עשרה.

לאורך המאה התשע עשרה התחולל ויכוח על אופיו של האור - בין אם הוא התפשט כגל או חלקיק. ניסויים רבים אישרו את השערת הגלים, ורבים אחרים אישרו את זה. בשנת 1887, הפיזיקאי הגרמני היינריך הרץ גילה את ההשפעה הפוטואלקטרית כאשר הוא עשה ניסויים עם מחולל פער ניצוצות. גילוי זה התגלה כחשוב הרבה יותר מכפי שהרץ הבין.

בערך באותה תקופה, הפיזיקאי האנגלי ג'יי ג'יי. תומפסון גילה את החלקיק התת אטומי הראשון, האלקטרון, על ידי בחינת התנהגות של קרני הקתודה. התגלית שלו סייעה להסביר מהי פריקה חשמלית מפלטת מוליך כאשר אתה מאיר עליה אור - וזה ה אפקט פוטואלקטרי - אך לא מה גורם לפריקה וגם לא מדוע עוצמת הדחף החשמלי קשורה לתדר האור. הפיתרון היה צריך לחכות עד 1914.

לא אחר מאשר אלברט איינשטיין הסביר את האפקט הפוטואלקטרי במונחים של חבילות אנרגיה קטנות שנקראו מנה. אלה הוצעו על ידי הפיזיקאי הגרמני מקס פלאנק בשנת 1900. ההסבר של איינשטיין הוכיח את תורת הקוונטים, ועל כך הוענק לו פרס נובל.

קוואנטה, כפי שהגה אותם פלנק, היו גם חלקיקים וגם גלים בו זמנית. על פי פלאנק, האור הורכב מכמות המכונה פוטונים, שלכל אחד מהם אנרגיה מסוימת שהוגדרה על ידי התדר שלו. בשנת 1913, הפיזיקאי הדני נילס בוהר השתמש בתיאוריה של פלאנק כדי לתת למודל הפלנטרי של האטום, שהוצע על ידי הפיזיקאי הניו-זילנדי ארנסט רתרפורד בשנת 1911, פעולה קוונטית.

במודל האטום של בוהר, אלקטרונים יכולים לשנות מסלולים על ידי פליטה או קליטה של ​​פוטון, אך מכיוון שפוטונים הם חבילות נפרדות, האלקטרונים יכולים לשנות מסלולים רק בכמויות נפרדות. שני נסיינים, ג'יימס פרנק וגוסטב הרץ, המציאו ניסוי שאישר את זו של בוהר השערה על ידי הפצצת אטומי כספית באמצעות אלקטרונים, והם עשו זאת מבלי שידעו כלל על כך עבודתו של בוהר.

עם שני שינויים, המודל של בוהר שרד עד היום, אם כי רוב הפיזיקאים המודרניים רואים בכך קירוב. השינוי הראשון היה גילוי הפרוטון על ידי רתרפורד בשנת 1920, והשני היה גילוי הנויטרון על ידי הפיזיקאי הבריטי ג'יימס צ'אדוויק בשנת 1932.

האטום המודרני הוא אישור לתיאוריית החלקיקים הדמוקריטוס, אך הוא גם דוחה. אטומים מתגלים כבלתי ניתנים לחלוקה, וזה נכון גם לגבי החלקיקים האלמנטריים המרכיבים אותם. ניתן לחלק אלקטרונים, פרוטונים ונויטרונים לחלקיקים קטנים יותר הנקראים קווארקים, ואולי אפילו ניתן לחלק את הקווארק. המסע במורד חור הארנב רחוק מלהסתיים.