Cine a descoperit teoria particulelor?

Teoria particulelor materiei nu a fost atât de descoperită, cât a fost formulată, iar această formulare a început în Grecia antică.

Persoana căreia i se atribuie ideea că lumea este compusă din particule minuscule și indivizibile este filosoful Democrit, care a trăit între 460 și 370 î.Hr. El a conceput un experiment pentru a-și demonstra ideea și, în timp ce experimentul Democrit poate părea prea simplist astăzi, a ajutat la nașterea conceptului de atom, care este esențial pentru înțelegerea modernă a contează.

În secolele care au urmat experimentului, teoria particulelor Democrit nu a făcut prea multe progrese, dar la începutul secolului al XIX-lea, a fost preluat de chimistul și fizicianul englez John Dalton (1766 - 1844).

Opera lui Dalton a rămas practic neschimbată mai bine de un secol până când un echipaj de fizicieni moderni care includea nume precum Thompson, Rutherford, Bohr, Planck și Einstein s-au implicat. Atunci au început să zboare scântei, iar lumea a intrat în era nucleară.

Suna ca și cum cuvântul „democrație” ar fi putut fi derivat din numele său, dar Democrit nu era un filosof politic. Cuvântul provine de fapt din cuvintele grecești demonstrații, care înseamnă „oamenii” și kratein, care înseamnă „a domni”.

Cunoscut ca „filozoful care râde” din cauza importanței pe care a acordat-o veseliei, Democrit a inventat un alt cuvânt important: atom. El s-a referit la micile particule care alcătuiesc totul din univers ca. atomos, ceea ce înseamnă necutabil sau indivizibil.

Aceasta nu a fost singura sa contribuție de pionierat la știință. Democrit a fost, de asemenea, primul care a afirmat că lumina pe care o vedem din Calea Lactee este lumina combinată a unei multitudini de stele individuale. El a propus, de asemenea, existența altor planete și chiar a postulat existența mai multor universuri, o idee care este astăzi la vârful științei.

Potrivit lui Aristotel (384 - 322 î.Hr.), Democrit credea că sufletul uman era compus din atomi de foc și corpul atomilor pământului. Acest lucru era contrar credinței lui Aristotel că lumea constă din cele patru elemente ale aerului, focului, pământului și apei și că raportul dintre elemente a determinat caracteristicile materiei.

Aristotel a crezut chiar că elementele ar putea fi transformate unul în altul, idee care a alimentat căutarea Piatrei filosofale de-a lungul Evului Mediu.

Nici Aristotel, nici Platonul la fel de influent (circa 429 - 347 î.e.n.) nu au subscris la Teoria particulelor lui Democrit și ar fi nevoie de 2.000 de ani pentru ca „filosoful care râde” să fie luat Serios. Asta ar putea avea ceva de-a face cu experimentul pe care Democrit l-a conceput pentru a-și demonstra teoria, care a fost mai puțin decât convingător.

Democrit a argumentat că, dacă iei o piatră sau un alt obiect și continui să o divizi în jumătate, ajungi în cele din urmă la o bucată care este atât de mică încât nu mai poate fi împărțită. Se spune că a efectuat acest experiment cu o scoică și, când a redus coaja la o pulbere fină pe care nu o mai putea tăia în bucăți mai mici, a considerat acea dovadă a teoremei sale.

Democrit era un materialist, spre deosebire de Platon și Aristotel, care credeau că scopul evenimentelor era mai important decât cauzele lor. A fost un pionier în matematică și geometrie și a fost printre puțini oameni la acea vreme care credeau că pământul este sferic. Chiar dacă nu a putut să o demonstreze în mod convingător, concepția sa despre atomi există mai ales în spațiul gol, fiecare având câte un pic cârlig în stil velcro care i-a permis să se conecteze cu alți atomi, nu este atât de departe de modelul științific modern al atom.

A fost corectă teoria lui Democrit? Răspunsul este un da calificat, dar nici măcar nu a fost considerat o posibilitate până în 1800. Atunci John Dalton a revizuit-o în timp ce lucra la Legea compoziției constante avansată de chimistul francez Joseph Proust. Legea lui Proust a urmat direct din Legea conservării masei, care fusese descoperită de un alt chimist francez, Antoine Lavoisier.

Legea compoziției constante afirmă că un eșantion dintr-un compus pur, indiferent de modul în care este obținut, conține întotdeauna aceleași elemente în aceleași proporții de masă. Dalton și-a dat seama că acest lucru ar putea fi adevărat numai dacă materia ar consta în particule indivizibile, pe care le-a numit atomi (cu un semn din cap către Democrit). A făcut Dalton patru afirmații despre materie care împreună constituie teoria sa atomică:

• Toată materia este compusă din particule indestructibile și indivizibile numite atomi.
• Atomii unui element specific sunt identici ca masă și proprietăți.
• Atomii se pot combina pentru a forma compuși.
• Când apare o reacție chimică, aceasta se datorează unei rearanjări a atomilor.

Teoria atomică a lui Dalton a rămas practic neschimbată în cea mai mare parte a secolului al XIX-lea.

De-a lungul secolului al XIX-lea, se dezbătuse o dezbatere despre natura luminii - dacă se propagă ca undă sau particulă. Multe experimente au confirmat ipoteza undei și multe altele au confirmat-o pe cea corpusculară. În 1887, fizicianul german Heinrich Hertz a descoperit efectul fotoelectric atunci când făcea experimente cu un generator de scânteie. Această descoperire s-a dovedit a fi mult mai importantă decât și-a dat seama Hertz.

În acea perioadă, fizicianul englez J.J. Thompson a descoperit prima particulă subatomică, electronul, examinând comportamentul razelor catodice. Descoperirea sa a ajutat la explicarea a ceea ce a constituit descărcarea electrică de pe o placă conductoare atunci când străluciți lumină pe ea - care este efect fotoelectric - dar nu ce cauzează descărcarea și nici de ce forța impulsului electric este legată de frecvența luminii. Soluția a trebuit să aștepte până în 1914.

Nimeni altul decât Albert Einstein a explicat efectul fotoelectric în termeni de pachete mici de energie numite quanta. Acestea fuseseră propuse de fizicianul german Max Planck în 1900. Explicația lui Einstein a dovedit teoria cuantică și a primit Premiul Nobel pentru aceasta.

Quanta, așa cum le-a conceput Planck, erau atât particule, cât și unde în același timp. Potrivit lui Planck, lumina era compusă din quante numite fotoni, fiecare dintre ei având o anumită energie definită de frecvența sa. În 1913, fizicianul danez Neils Bohr a folosit teoria lui Planck pentru a da modelul planetar al atomului, care fusese propus de fizicianul din Noua Zeelandă Ernest Rutherford în 1911, o înlăturare cuantică.

În modelul atomului lui Bohr, electronii pot schimba orbitele prin emiterea sau absorbția unui foton, dar din moment ce fotonii sunt pachete discrete, electronii pot schimba orbite doar în cantități discrete. Doi experimentatori, James Franck și Gustav Hertz, au conceput un experiment care a confirmat-o pe Bohr ipoteză prin bombardarea atomilor de mercur cu electroni și au făcut-o fără să știe măcar Opera lui Bohr.

Cu două modificări, modelul lui Bohr a supraviețuit până în prezent, deși majoritatea fizicienilor moderni îl consideră o aproximare. Prima modificare a fost descoperirea protonului de către Rutherford în 1920, iar a doua a fost descoperirea neutronului de către fizicianul britanic James Chadwick în 1932.

Atomul modern este o confirmare a teoriei particulelor lui Democrit, dar este, de asemenea, o repudiere. Atomii se dovedesc a fi indivizibili și acest lucru este valabil și pentru particulele elementare care le compun. Puteți subdiviza electronii, protonii și neutronii în particule mai mici numite quarkuri și poate fi chiar posibil să subdivideți un quark. Călătoria pe gaura de iepure este departe de a se termina.