Kdo je odkril teorijo delcev?

Teorija delcev snovi ni bila odkrita toliko, kot je bila oblikovana, in ta formulacija se je začela v starodavni Grčiji.

Oseba, ki ji pripisujejo idejo, da je svet sestavljen iz drobnih, nedeljivih delcev, je filozof Demokrit, ki je živel od 460 do 370 pr. Zasnoval je poskus, s katerim je dokazal svojo idejo, in čeprav se poskus Demokrit morda zdi preveč poenostavljen danes je pomagal roditi koncept atoma, ki je osrednjega pomena za moderno razumevanje zadeve.

V stoletjih, ki so sledila eksperimentu, teorija delcev Demokrita ni veliko napredovala, vendar na prelomu devetnajstega stoletja jo je prevzel angleški kemik in fizik John Dalton (1766 - 1844).

Daltonovo delo je ostalo večino stoletja tako rekoč nespremenjeno, dokler se v to ni vključila posadka sodobnih fizikov, med katerimi so bila imena Thompson, Rutherford, Bohr, Planck in Einstein. Takrat so začele leteti iskre in svet je vstopil v jedrsko dobo.

Sliši se, kot da beseda "demokracija" izhaja iz njegovega imena, toda Demokrit ni bil politični filozof. Beseda dejansko izhaja iz grških besed

Demokrit je zaradi velikega pomena, ki ga je dajal vedrini, znan kot "smejoči se filozof", ujel še eno pomembno besedo: atom. Na majhne delce, ki sestavljajo vse v vesolju, se je skliceval na atomos, kar pomeni nerazrešiv ali nedeljiv.

To ni bil njegov edini pionirski prispevek k znanosti. Demokrit je bil tudi prvi, ki je trdil, da je svetloba, ki jo vidimo z Rimske ceste, kombinirana svetloba množice posameznih zvezd. Predlagal je tudi obstoj drugih planetov in celo postavil obstoj več vesolj, ideja, ki je danes na vrhu znanosti.

Po Aristotelu (384 - 322 pr. N. Št.) Je Demokrit verjel, da je človeška duša sestavljena iz ognjenih atomov in telesa zemeljskih atomov. To je bilo v nasprotju z Aristotelovim prepričanjem, da svet sestavljajo štirje elementi zraka, ognja, zemlje in vode ter da razmerje elementov določa značilnosti snovi.

Aristotel je celo verjel, da je mogoče elemente spremeniti drug v drugega, ideja, ki je spodbujala iskanje filozofskega kamna skozi srednji vek.

Niti Aristotel niti enako vpliven Platon (približno 429 - 347 pr. N. Št.) Se nista naročila na Teorija delcev Demokrita in trajalo bi 2000 let, da bi vzel "smejočega se filozofa" resno. To bi lahko imelo nekaj skupnega s poskusom, ki ga je Demokrit zasnoval za dokazovanje svoje teorije, ki pa je bila manj kot prepričljiva.

Demokrit je razmišljal, da če vzamete kamen ali kak drug predmet in ga še naprej delite na polovico, sčasoma pridete do kosa, ki je tako majhen, da ga ni več mogoče deliti. Rečeno je, da je ta poskus izvedel z morsko školjko in ko je lupino zmanjšal na fin prah, ki ga ni mogel več razrezati na manjše koščke, je menil, da je to dokaz njegovega izreka.

Demokrit je bil za razliko od Platona in Aristotela materialist, ki je verjel, da so nameni dogodkov pomembnejši od vzrokov. Bil je pionir v matematiki in geometriji in takrat je bil med redkimi ljudmi, ki so verjeli, da je zemlja sferična. Tudi če tega ni mogel prepričljivo dokazati, ima njegovo pojmovanje atomov večinoma v praznem prostoru, pri čemer ima vsak malo kavelj v obliki čička, ki mu je omogočil povezavo z drugimi atomi, ni tako daleč od sodobnega znanstvenega modela atom.

Je bila Demokritova teorija pravilna? Odgovor je kvalificiran da, vendar do leta 1800 ni bil upoštevan niti kot možnost. Takrat jo je John Dalton ponovno pregledal, ko je delal na Zakonu o konstantni sestavi, ki ga je podal francoski kemik Joseph Proust. Proustov zakon je neposredno izhajal iz zakona o ohranjanju mase, ki ga je odkril drugi francoski kemik, Antoine Lavoisier.

Zakon o konstantni sestavi navaja, da vzorec čiste spojine, ne glede na to, kako je pridobljen, vedno vsebuje iste elemente v enakih masnih razmerjih. Dalton je spoznal, da bi to lahko bilo res samo, če bi bila snov sestavljena iz nedeljivih delcev, ki jih je imenoval atomi (s kimanjem glave Demokritu). Dalton je naredil štiri trditve o materiji ki skupaj tvorijo njegovo atomsko teorijo:

• Vsa snov je sestavljena iz neuničljivih in nedeljivih delcev, imenovanih atomi.
• Atomi določenega elementa so enaki po masi in lastnostih.
• Atomi se lahko kombinirajo in tvorijo spojine.
• Ko pride do kemične reakcije, je to posledica prerazporeditve atomov.

Daltonova atomska teorija je večino devetnajstega stoletja ostala skoraj nespremenjena.

V devetnajstem stoletju je divjala razprava o naravi svetlobe - ali se širi kot val ali delci. Številni poskusi so potrdili hipotezo o valovanju, veliko več pa je potrdil tudi korpuskularno. Leta 1887 je nemški fizik Heinrich Hertz odkril fotoelektrični učinek, ko je delal poskuse z generatorjem isker. To odkritje se je izkazalo za veliko pomembnejše, kot je Hertz ugotovil.

Približno takrat je angleški fizik J.J. Thompson je s preučevanjem vedenja katodnih žarkov odkril prvi subatomski delček, elektron. Njegovo odkritje je pomagalo razložiti, kaj je električni izpust iz prevodne plošče, ko jo osvetlite - kar je fotoelektrični učinek - ne pa tisto, kar povzroča praznjenje, niti zakaj je moč električnega impulza povezana s svetlobno frekvenco. Rešitev je morala počakati do leta 1914.

Nihče drug kot Albert Einstein je fotoelektrični učinek razložil z majhnimi poklici energije kvante. Te je leta 1900 predlagal nemški fizik Max Planck. Einsteinova razlaga je dokazala kvantno teorijo in zanjo je dobil Nobelovo nagrado.

Quante, kot jih je zasnoval Planck, so bili hkrati delci in valovi. Po Plancku je bila svetloba sestavljena iz kvantov, imenovanih fotoni, od katerih je imel vsak svojo energijo, določeno s svojo frekvenco. Leta 1913 je danski fizik Neils Bohr uporabil Planckovo teorijo, da je planetarnemu modelu atoma, ki ga je leta 1911 predlagal novozelandski fizik Ernest Rutherford, ponudil kvantno spremembo.

V Bohrjevem modelu atoma lahko elektroni spreminjajo orbite z oddajanjem ali absorbiranjem fotona, ker pa so fotoni diskretni paketi, lahko elektroni orbite spreminjajo le v diskretnih količinah. Dva eksperimentatorja, James Franck in Gustav Hertz, sta zasnovala eksperiment, ki je potrdil Bohrov eksperiment hipotezo z bombardiranjem atomov živega srebra z elektroni, in to so storili, ne da bi sploh vedeli Bohrovo delo.

Z dvema spremembama se je Bohrov model ohranil do danes, čeprav ga večina sodobnih fizikov šteje za približek. Prva sprememba je bila odkritje protona s strani Rutherforda leta 1920, druga pa odkritje nevtrona s strani britanskega fizika Jamesa Chadwicka leta 1932.

Sodobni atom je potrditev teorije delcev Demokrita, vendar je tudi nekaj zavračanja. Izkaže se, da atomi niso nedeljivi, kar velja tudi za osnovne delce, ki jih sestavljajo. Elektrone, protone in nevtrone lahko razdelite na manjše delce, imenovane kvarki, morda pa je mogoče razdeliti tudi kvark. Pot po zajčji luknji še zdaleč ni končana.