Hvem oppdaget partikkelteorien?

Partikkelteorien om materie ble ikke oppdaget så mye som den ble formulert, og den formuleringen begynte i det gamle Hellas.

Personen som er kreditert for å ha oppfattet ideen om at verden er sammensatt av små, udelelige partikler, er filosofen Democritus, som levde fra 460 til 370 fvt. Han utviklet et eksperiment for å bevise ideen sin, og mens Democritus-eksperimentet kan virke altfor forenklet i dag hjalp det med å føde atombegrepet, som er sentralt i den moderne forståelsen av saken.

I århundrene som fulgte eksperimentet, gjorde Democritus-partikkelteorien ikke mye fremgang, men på begynnelsen av det nittende århundre ble den tatt opp av engelsk kjemiker og fysiker John Dalton (1766 - 1844).

Daltons arbeid forble praktisk talt uendret i en bedre del av et århundre til et mannskap av moderne fysikere som inkluderte navn som Thompson, Rutherford, Bohr, Planck og Einstein ble involvert. Det var da gnister begynte å fly, og verden gikk inn i atomalderen.

Det høres ut som om ordet "demokrati" kan ha blitt avledet fra navnet hans, men Democritus var ikke en politisk filosof. Ordet kommer faktisk fra de greske ordene

Demokrit var kjent som den "le filosofen" på grunn av den store betydningen han la på munterhet, og gjorde et annet viktig ord: atom. Han refererte til de små partiklene som utgjør alt i universet som atomos, som betyr uklippelig eller udelelig.

Dette var ikke hans eneste banebrytende bidrag til vitenskapen. Democritus var også den første til å si at lyset vi ser fra Melkeveien er det kombinerte lyset fra et mangfold av individuelle stjerner. Han foreslo også eksistensen av andre planeter og postulerte til og med eksistensen av flere universer, en idé som er i forkant av vitenskapen i dag.

I følge Aristoteles (384 - 322 f.Kr.) mente Democritus at menneskesjelen var sammensatt av ildatomer og jordatomer. Dette var i strid med Aristoteles 'tro på at verden består av de fire elementene luft, ild, jord og vann, og at forholdet mellom elementene bestemte egenskapene til saken.

Aristoteles mente til og med at elementene kunne forvandles til hverandre, en idé som drev søket etter filosofens stein gjennom middelalderen.

Verken Aristoteles eller den like innflytelsesrike Platon (ca. 429 - 347 f.Kr.) abonnerte på Democritus-partikkelteori, og det ville ta 2000 år før den "latterfilosofen" ble tatt alvor. Det kan ha noe å gjøre med eksperimentet som Democritus utviklet for å bevise sin teori, som var mindre enn overbevisende.

Democritus resonnerte at hvis du tar en stein eller et annet objekt og fortsetter å dele den i to, kommer du til slutt til et stykke som er så lite at det ikke kan deles mer. Det sies at han utførte dette eksperimentet med en skjell, og da han reduserte skallet til et fint pulver som han ikke lenger kunne kutte i mindre biter, vurderte han beviset på setningen.

Democritus var en materialist, i motsetning til Platon og Aristoteles, som mente at formålet med hendelser var viktigere enn årsakene deres. Han var en pioner innen matematikk og geometri, og han var blant få mennesker på den tiden som trodde jorden var sfærisk. Selv om han ikke kunne bevise det på en overbevisende måte, fantes hans oppfatning av atomer hovedsakelig i tomt rom, hver med litt velcro-stil krok som tillot det å koble seg til andre atomer, er ikke så langt borte fra den moderne vitenskapelige modellen av atom.

Var Democritus 'teori riktig? Svaret er et kvalifisert ja, men det ble ikke engang vurdert som en mulighet før i 1800. Det var da John Dalton besøkte det mens han jobbet med loven om konstant komposisjon som ble fremmet av den franske kjemikeren Joseph Proust. Prousts lov fulgte direkte fra loven om bevaring av masse, som ble oppdaget av en annen fransk kjemiker, Antoine Lavoisier.

Loven om konstant sammensetning sier at en prøve av en ren forbindelse, uansett hvordan den oppnås, alltid inneholder de samme elementene i samme masseforhold. Dalton skjønte at dette bare kunne være sant hvis materien besto av udelbare partikler, som han kalte atomer (med et nikk på hodet til Democritus). Dalton laget fire uttalelser om materie som sammen utgjør hans atomteori:

• All materie er sammensatt av uforgjengelige og udelelige partikler som kalles atomer.
• Atomer av et bestemt element er identiske i masse og egenskaper.
• Atomer kan kombineres for å danne forbindelser.
• Når en kjemisk reaksjon oppstår, skyldes det en omorganisering av atomer.

Daltons atomteori forble nesten uendret det meste av det nittende århundre.

Gjennom hele det nittende århundre hadde det vært en debatt om lysets natur - om det forplantet seg som en bølge eller en partikkel. Mange eksperimenter bekreftet bølgehypotesen, og mange flere bekreftet den korpuskulære. I 1887 oppdaget den tyske fysikeren Heinrich Hertz den fotoelektriske effekten da han gjorde eksperimenter med en gnistgapgenerator. Denne oppdagelsen viste seg å være langt viktigere enn Hertz skjønte.

Rundt den tiden var den engelske fysikeren J.J. Thompson oppdaget den første subatomære partikkelen, elektronet, ved å undersøke oppførselen til katodestråler. Hans oppdagelse hjalp til med å forklare hva som utgjorde elektrisk utladning fra en ledende plate når du skinner lys på den - som er den fotoelektrisk effekt - men ikke hva som forårsaker utladning eller hvorfor styrken til den elektriske impulsen er relatert til lysfrekvensen. Løsningen måtte vente til 1914.

Ingen ringere enn Albert Einstein forklarte den fotoelektriske effekten i form av små pakker med energi kvante. Disse ble foreslått av den tyske fysikeren Max Planck i 1900. Einsteins forklaring beviste kvanteteori, og han ble tildelt Nobelprisen for den.

Quanta, som Planck oppfattet dem, var både partikler og bølger samtidig. I følge Planck var lys sammensatt av kvanta kalt fotoner, som hver hadde en bestemt energi definert av frekvensen. I 1913 brukte den danske fysikeren Neils Bohr Plancks teori for å gi planetmodellen av atomet, som ble foreslått av den newzealandske fysikeren Ernest Rutherford i 1911, et kvantum.

I Bohrs modell av atomet kan elektroner endre baner ved å sende ut eller absorbere et foton, men siden fotoner er diskrete pakker, kan elektronene bare endre baner i diskrete mengder. To eksperimenter, James Franck og Gustav Hertz, utviklet et eksperiment som bekreftet Bohrs hypotese ved å bombardere kvikksølvatomer med elektroner, og de gjorde det uten å vite noe om det Bohrs arbeid.

Med to modifikasjoner har Bohrs modell overlevd til nåtid, selv om de fleste moderne fysikere anser det som en tilnærming. Den første modifikasjonen var oppdagelsen av protonen av Rutherford i 1920, og den andre var oppdagelsen av nøytronen av den britiske fysikeren James Chadwick i 1932.

Det moderne atomet er en bekreftelse på Democritus-partikkelteorien, men det er også noe avstøtende. Atomer viser seg å ikke være utelelige, og det gjelder også for de elementære partiklene som utgjør dem. Du kan dele elektroner, protoner og nøytroner i mindre partikler som kalles kvarker, og det kan til og med være mulig å dele en kvark. Reisen nedover kaninhullet er langt fra over.