Kas atklāja daļiņu teoriju?

Matērijas daļiņu teorija tika atklāta ne tik daudz, cik tā tika formulēta, un šī formulēšana sākās Senajā Grieķijā.

Persona, kurai tiek uzskatīts, ka viņa ir iecerējusi ideju, ka pasaule sastāv no sīkām, nedalāmām daļiņām, ir filozofs Demokrits, kurš dzīvoja no 460. līdz 370. gadam pirms Kristus. Viņš izstrādāja eksperimentu, lai pierādītu savu ideju, un, lai gan Demokrita eksperiments var šķist pārāk vienkāršots šodien tas palīdzēja radīt atoma jēdzienu, kas ir galvenais mūsdienu izpratnei par jautājums.

Gadsimtu laikā, kas sekoja eksperimentam, Demokrita daļiņu teorija neko daudz nepanāca, taču deviņpadsmitā gadsimta mijā to pārņēma angļu ķīmiķis un fiziķis Džons Daltons (1766 - 1844).

Daltona darbs gandrīz gadsimta garumā praktiski nemainījās, līdz iesaistījās mūsdienu fiziķu brigāde, kurā bija iekļauti tādi vārdi kā Thompson, Rutherford, Bohr, Planck un Einstein. Tieši tad dzirksteles sāka lidot, un pasaule ienāca kodollaikmetā.

Izklausās, it kā vārds "demokrātija", iespējams, būtu cēlies no viņa vārda, taču Demokrits nebija politikas filozofs. Vārds faktiski nāk no grieķu vārdiem

Pazīstams kā "smejošs filozofs", jo viņam bija liela nozīme dzīvespriecībā, Demokrits uzcēla vēl vienu svarīgu vārdu: atoms. Viņš atsaucās uz mazajām daļiņām, kas veido visu Visumā atomos, kas nozīmē nesagriežamu vai nedalāmu.

Tas nebija viņa vienīgais novatoriskais ieguldījums zinātnē. Demokrits bija arī pirmais, kas izteicās, ka gaisma, ko redzam no Piena ceļa, ir daudzu atsevišķu zvaigžņu apvienotā gaisma. Viņš arī ierosināja citu planētu esamību un pat postulēja vairāku Visumu esamību, šī ideja mūsdienās atrodas zinātnes līderos.

Pēc Aristoteļa (384. - 322.g.pmē.) Domām, Demokrits uzskatīja, ka cilvēka dvēseli veido uguns atomi un zemes atomu ķermenis. Tas bija pretrunā ar Aristoteļa pārliecību, ka pasaule sastāv no četriem gaisa, uguns, zemes un ūdens elementiem un ka elementu attiecība nosaka matērijas īpašības.

Aristotelis pat uzskatīja, ka elementus var pārveidot citā citā - ideja, kas veicināja Filozofa akmens meklēšanu viduslaikos.

Ne Aristotelis, ne tikpat ietekmīgais Platons (ap 429. - 347. gadu pirms mūsu ēras) abonēja Demokrita daļiņu teorija, un "smejošā filozofa" uzņemšanai būtu nepieciešami 2000 gadi nopietni. Tam varētu būt kāds sakars ar eksperimentu, kuru Demokrits izstrādāja, lai pierādītu savu teoriju, kas bija mazāk nekā pārliecinoša.

Demokrits pamatoja, ka, ja jūs paņemat akmeni vai kādu citu priekšmetu un turpina to dalīt uz pusēm, jūs galu galā nonākat pie gabala, kas ir tik mazs, ka to vairs nevar sadalīt. Ir teikts, ka viņš veica šo eksperimentu ar gliemežvāku un, kad viņš samazināja čaumalu līdz smalkam pulverim, kuru vairs nevarēja sagriezt mazākos gabalos, viņš uzskatīja šo savas teorēmas pierādījumu.

Demokrits bija materiālists, atšķirībā no Platona un Aristotela, kuri uzskatīja, ka notikumu mērķi ir svarīgāki par to cēloņiem. Viņš bija pionieris matemātikā un ģeometrijā, un tajā laikā viņš bija maz cilvēku, kuri uzskatīja, ka zeme ir sfēriska. Pat ja viņš to nevarētu pārliecinoši pierādīt, viņa priekšstats par atomiem galvenokārt atrodas tukšā telpā, katram no tiem ir maz velcro stila āķis, kas ļāva tam savienoties ar citiem atomiem, nav tik tālu no mūsdienu zinātniskā modeļa atoms.

Vai Demokrita teorija bija pareiza? Atbilde ir apstiprinoša, bet līdz pat 1800. gadam tā pat netika uzskatīta par iespēju. Tas bija laiks, kad Džons Daltons to pārskatīja, kamēr viņš strādāja pie franču ķīmiķa Džozefa Prusta izstrādātā Pastāvīgās kompozīcijas likuma. Prusta likums izrietēja tieši no Masu saglabāšanas likuma, kuru bija atklājis cits franču ķīmiķis Antuāns Lavoizjē.

Pastāvīgas kompozīcijas likums teikts, ka tīra savienojuma paraugs neatkarīgi no tā, kā tas iegūts, vienmēr satur vienus un tos pašus elementus vienādās masas proporcijās. Daltons saprata, ka tā varētu būt patiesība tikai tad, ja matērija sastāvētu no nedalāmām daļiņām, kuras viņš sauca par atomiem (ar galvas nodošanu Demokritam). Daltons izgatavoja četri apgalvojumi par matēriju kas kopā veido viņa atomu teoriju:

• Visa matērija sastāv no neiznīcināmām un nedalāmām daļiņām, kuras sauc par atomiem.
• Konkrēta elementa atomi ir identiski pēc masas un īpašībām.
• Atomi var apvienoties, veidojot savienojumus.
• Kad notiek ķīmiska reakcija, tas notiek atomu pārkārtošanās dēļ.

Daltona atomu teorija gandrīz nemainījās gandrīz visu deviņpadsmito gadsimtu.

Visā deviņpadsmitajā gadsimtā bija plosījušās debates par gaismas būtību - vai tā izplatījās kā vilnis vai daļiņa. Daudzi eksperimenti apstiprināja viļņu hipotēzi un daudzi citi apstiprināja korpuskulāro. 1887. gadā vācu fiziķis Heinrihs Hercs, veicot eksperimentus ar dzirksteļspraugu ģeneratoru, atklāja fotoelektrisko efektu. Šis atklājums izrādījās daudz svarīgāks, nekā Hercs saprata.

Ap to laiku angļu fiziķis Dž. Tompsons, pārbaudot katoda staru uzvedību, atklāja pirmo subatomisko daļiņu - elektronu. Viņa atklājums palīdzēja izskaidrot elektrisko izlādi no vadošās plāksnes, kad jūs uz tās spīdat gaismu - kas ir fotoelektriskais efekts - bet ne to, kas izraisa izlādi, ne kāpēc elektriskā impulsa stiprums ir saistīts ar gaismas frekvenci. Risinājums bija jāgaida līdz 1914. gadam.

Neviens, izņemot Albertu Einšteinu, fotoelektrisko efektu izskaidroja ar sauktajām mazajām enerģijas pakām kvanti. Tos 1900. gadā ierosināja vācu fiziķis Makss Planks. Einšteina skaidrojums pierādīja kvantu teoriju, un viņam par to tika piešķirta Nobela prēmija.

Kvanta, kā Planks viņus iecerēja, vienlaikus bija gan daļiņas, gan viļņi. Pēc Plankas teiktā, gaismu veidoja kvanti, ko sauc par fotoniem, un katram no tiem bija noteikta enerģija, ko definēja tā frekvence. 1913. gadā dāņu fiziķis Neils Bohrs izmantoja Plancka teoriju, lai dotu atomu planētas modelim, kuru 1911. gadā bija ierosinājis Jaunzēlandes fiziķis Ernests Rezerfords, kvantu pārvarēšanu.

Bora atoma modelī elektroni var mainīt orbītas, izstarojot vai absorbējot fotonu, bet, tā kā fotoni ir diskrēti paketes, elektroni var mainīt orbītas tikai atsevišķos daudzumos. Divi eksperimentētāji, Džeimss Franks un Gustavs Hercs, izstrādāja eksperimentu, kas apstiprināja Bora eksperimentu hipotēze, bombardējot dzīvsudraba atomus ar elektroniem, un viņi to izdarīja, pat nezinot Bora darbs.

Ar divām modifikācijām Bora modelis ir saglabājies līdz mūsdienām, lai gan lielākā daļa mūsdienu fiziķu to uzskata par aptuvenu. Pirmā modifikācija bija Rezerforda protona atklāšana 1920. gadā, bet otrā - britu fiziķa Džeimsa Čadvika neitrona atklāšana 1932. gadā.

Mūsdienu atoms ir Demokrita daļiņu teorijas apstiprinājums, bet tas ir arī kaut kas atteikums. Izrādās, ka atomi nav nedalāmi, un tas attiecas arī uz elementārdaļiņām, kas tos satur. Jūs varat sadalīt elektronus, protonus un neitronus mazākās daļiņās, ko sauc par kvarkiem, un pat var būt iespējams sadalīt kvarkus. Ceļojums pa trušu bedrīti nebūt nav beidzies.