Quem descobriu a teoria das partículas?

A teoria das partículas da matéria não foi tanto descoberta quanto formulada, e essa formulação começou na Grécia antiga.

A pessoa a quem se atribui a concepção da ideia de que o mundo é composto de partículas minúsculas e indivisíveis é o filósofo Demócrito, que viveu de 460 a 370 AEC. Ele planejou um experimento para provar sua ideia, e embora o experimento de Demócrito possa parecer excessivamente simplista hoje, ajudou a dar origem ao conceito de átomo, que é central para a compreensão moderna de matéria.

Nos séculos que se seguiram ao experimento, a teoria das partículas de Demócrito não fez muito progresso, mas na virada do século XIX, foi assumido pelo químico e físico inglês John Dalton (1766 - 1844).

O trabalho de Dalton permaneceu praticamente inalterado por quase um século, até que uma equipe de físicos modernos que incluía nomes como Thompson, Rutherford, Bohr, Planck e Einstein se envolveu. Foi quando as faíscas começaram a voar e o mundo entrou na era nuclear.

Parece que a palavra "democracia" deriva de seu nome, mas Demócrito não era um filósofo político. A palavra, na verdade, vem das palavras gregas demos, que significa "o povo" e Krateína, que significa "governar".

Conhecido como o "filósofo risonho" pela grande importância que atribuía à alegria, Demócrito cunhou outra palavra importante: átomo. Ele se referiu às pequenas partículas que compõem tudo no universo como atomos, o que significa imutável ou indivisível.

Esta não foi sua única contribuição pioneira para a ciência. Demócrito também foi o primeiro a postular que a luz que vemos da Via Láctea é a luz combinada de uma multidão de estrelas individuais. Ele também propôs a existência de outros planetas e até mesmo postulou a existência de múltiplos universos, uma ideia que está na vanguarda da ciência hoje.

De acordo com Aristóteles (384 - 322 aC), Demócrito acreditava que a alma humana era composta de átomos de fogo e o corpo de átomos terrestres. Isso era contrário à crença de Aristóteles de que o mundo consiste nos quatro elementos de ar, fogo, terra e água, e que a proporção dos elementos determinava as características da matéria.

Aristóteles até acreditava que os elementos podiam se transformar uns nos outros, ideia que alimentou a busca pela Pedra Filosofal durante a Idade Média.

Nem Aristóteles nem o igualmente influente Platão (por volta de 429 - 347 aC) subscreveram o A teoria das partículas de Demócrito, e levaria 2.000 anos para o "filósofo risonho" ser tomado a sério. Isso poderia ter algo a ver com o experimento que Demócrito idealizou para provar sua teoria, que não foi nada convincente.

Demócrito raciocinou que, se você pegar uma pedra ou algum outro objeto e continuar a dividi-la ao meio, acabará chegando a uma peça que é tão pequena que não pode mais ser dividida. Diz-se que ele realizou esse experimento com uma concha do mar, e quando reduziu a concha a um pó fino que não podia mais cortar em pedaços menores, ele considerou aquela prova de seu teorema.

Demócrito era um materialista, ao contrário de Platão e Aristóteles, que acreditava que os objetivos dos eventos eram mais importantes do que suas causas. Ele foi um pioneiro em matemática e geometria e estava entre as poucas pessoas na época que acreditavam que a Terra era esférica. Mesmo que ele não pudesse provar de forma convincente, sua concepção de átomos existindo principalmente no espaço vazio, cada um tendo um pouco gancho estilo velcro que permitiu a conexão com outros átomos, não está muito longe do modelo científico moderno do átomo.

A teoria de Demócrito estava correta? A resposta é um sim qualificado, mas nem sequer era considerado uma possibilidade até 1800. Foi quando John Dalton o revisitou enquanto trabalhava na Lei da Composição Constante proposta pelo químico francês Joseph Proust. A lei de Proust seguia diretamente da Lei de Conservação da Massa, que havia sido descoberta por outro químico francês, Antoine Lavoisier.

A Lei da Composição Constante afirma que uma amostra de um composto puro, não importa como é obtida, sempre contém os mesmos elementos nas mesmas proporções de massa. Dalton percebeu que isso só poderia ser verdade se a matéria consistisse em partículas indivisíveis, que ele chamou de átomos (com um aceno de cabeça para Demócrito). Dalton fez quatro afirmações sobre o assunto que juntos constituem sua teoria atômica:

• Toda matéria é composta de partículas indestrutíveis e indivisíveis chamadas átomos.
• Os átomos de um elemento específico são idênticos em massa e propriedades.
• Os átomos podem se combinar para formar compostos.
• Quando ocorre uma reação química, é devido a um rearranjo de átomos.

A teoria atômica de Dalton permaneceu praticamente inalterada durante a maior parte do século XIX.

Ao longo do século XIX, havia um debate intenso sobre a natureza da luz - se ela se propagava como uma onda ou uma partícula. Muitos experimentos confirmaram a hipótese da onda, e muitos mais confirmaram a corpuscular. Em 1887, o físico alemão Heinrich Hertz descobriu o efeito fotoelétrico quando fazia experimentos com um gerador de centelha. Essa descoberta provou ser muito mais importante do que Hertz imaginava.

Naquela época, o físico inglês J.J. Thompson descobriu a primeira partícula subatômica, o elétron, examinando o comportamento dos raios catódicos. Sua descoberta ajudou a explicar o que constitui a descarga elétrica de uma placa condutora quando você ilumina-a - que é o efeito fotoelétrico - mas não o que causa a descarga nem porque a força do impulso elétrico está relacionada com a freqüência da luz. A solução teve que esperar até 1914.

Ninguém menos que Albert Einstein explicou o efeito fotoelétrico em termos de pequenos pacotes de energia chamados quanta. Estas foram propostas pelo físico alemão Max Planck em 1900. A explicação de Einstein provou a teoria quântica, e ele recebeu o Prêmio Nobel por isso.

Quanta, como Planck os concebeu, eram partículas e ondas ao mesmo tempo. De acordo com Planck, a luz era composta de quanta chamados fótons, cada um dos quais tinha uma energia particular definida por sua frequência. Em 1913, o físico dinamarquês Neils Bohr usou a teoria de Planck para dar o modelo planetário do átomo, que havia sido proposto pelo físico da Nova Zelândia Ernest Rutherford em 1911, uma reformulação quântica.

No modelo do átomo de Bohr, os elétrons podem mudar de órbita emitindo ou absorvendo um fóton, mas como os fótons são pacotes discretos, os elétrons só podem mudar de órbita em quantidades discretas. Dois experimentadores, James Franck e Gustav Hertz, desenvolveram um experimento que confirmou a hipótese bombardeando átomos de mercúrio com elétrons, e eles fizeram isso sem nem mesmo saber sobre Trabalho de Bohr.

Com duas modificações, o modelo de Bohr sobreviveu até os dias de hoje, embora a maioria dos físicos modernos o considere uma aproximação. A primeira modificação foi a descoberta do próton por Rutherford em 1920, e a segunda foi a descoberta do nêutron pelo físico britânico James Chadwick em 1932.

O átomo moderno é uma confirmação da teoria das partículas de Demócrito, mas também é uma espécie de repúdio. Os átomos acabam não sendo indivisíveis, e isso também é verdade para as partículas elementares que os compõem. Você pode subdividir elétrons, prótons e nêutrons em partículas menores chamadas quarks, e pode até ser possível subdividir um quark. A jornada pela toca do coelho está longe de terminar.