Ко је открио теорију честица?

Теорија честица материје није толико откривена колико је формулисана, а та формулација је започела у древној Грчкој.

Особа којој се приписује идеја да је свет сачињен од сићушних, недељивих честица је филозоф Демокрит, који је живео од 460. до 370. пне. Осмислио је експеримент како би доказао своју идеју, и иако Демокритов експеримент може изгледати превише поједностављено данас је помогао да се роди концепт атома, који је од централног значаја за савремено схватање атома материја.

У вековима који су пратили експеримент, теорија Демокритових честица није много напредовала, али на прелазу из деветнаестог века у њу је ступио енглески хемичар и физичар Џон Далтон (1766 - 1844).

Далтоново дело остало је практично непромењено већи део века све док се није укључила посада савремених физичара која су укључивала имена попут Томпсон, Рутхерфорд, Бохр, Планцк и Еинстеин. Тада су варнице почеле да лете и свет је ушао у нуклеарно доба.

Звучи као да је реч „демократија“ можда изведена из његовог имена, али Демокрит није био политички филозоф. Реч заправо потиче од грчких речи

Познат као „филозоф који се смеје“ због велике важности коју је придавао ведрини, Демокрит је сковао још једну важну реч: атом. Он се осврнуо на мале честице које чине све у универзуму као атомос, што значи нерешив или недељив.

Ово није био његов једини пионирски допринос науци. Демокрит је такође био први који је тврдио да је светлост коју видимо са Млечног пута комбинована светлост мноштва појединачних звезда. Такође је предложио постојање других планета и чак претпоставио постојање више универзума, идеја која је данас на врху ивице науке.

Према Аристотелу (384. - 322. п. Н. Е.), Демокрит је веровао да је људска душа састављена од атома ватре и тела атома земље. То је било супротно Аристотеловом веровању да се свет састоји од четири елемента ваздуха, ватре, земље и воде и да је однос елемената одредио карактеристике материје.

Аристотел је чак веровао да се елементи могу трансформисати један у други, идеја која је подстакла потрагу за Филозофским каменом током целог средњег века.

Ни Аристотел ни једнако утицајни Платон (око 429 - 347. п. Н. Е.) Нису се претплатили на Теорија честица Демокрит, а требало би 2000 година да се узме „филозоф који се смеје“ озбиљно. То би могло имати везе са експериментом који је Демокрит смислио да докаже своју теорију, која је била мање него убедљива.

Демокрит је закључио да ако узмете камен или неки други предмет и наставите да га делите на пола, на крају ћете доћи до комада који је толико мали да се више не може делити. Каже се да је овај експеримент извео са шкољком, а када је љуску свео на фини прах који више није могао да исече на мање комаде, сматрао је то доказом своје теореме.

Демокрит је био материјалиста, за разлику од Платона и Аристотела, који су веровали да су сврхе догађаја важније од њихових узрока. Био је пионир у математици и геометрији и био је међу мало људи у то време који су веровали да је земља сферна. Чак и ако то није могао убедљиво да докаже, његова концепција атома постоји углавном у празном простору, од којих сваки има мало кука у облику чичка која му је омогућила да се повеже са другим атомима, није ли толико удаљена од модерног научног модела атом.

Да ли је Демокритова теорија била тачна? Одговор је квалификовано да, али се чак није разматрала као могућност до 1800. године. Тада га је Јохн Далтон поново прегледао док је радио на Закону о константном саставу који је унапредио француски хемичар Јосепх Проуст. Прустов закон је следио директно из Закона о очувању масе, који је открио други француски хемичар, Антоине Лавоисиер.

Закон константне композиције наводи да узорак чистог једињења, без обзира како се добија, увек садржи исте елементе у истим пропорцијама масе. Далтон је схватио да би ово могло бити тачно само ако би се материја састојала од недељивих честица, које је назвао атомима (климањем главе Демокриту). Далтон је направио четири изјаве о материји који заједно чине његову атомску теорију:

• Сва материја се састоји од неуништива и недељивих честица које се називају атоми.
• Атоми одређеног елемента су идентични по маси и својствима.
• Атоми се могу комбиновати и формирати једињења.
• Када дође до хемијске реакције, то је због преуређења атома.

Далтонова атомска теорија остала је практично непромењена током већег дела деветнаестог века.

Током деветнаестог века водила се расправа о природи светлости - да ли се она шири као талас или честица. Многи експерименти потврдили су хипотезу о таласима, а многи други и корпускуларну. 1887. немачки физичар Хајнрих Херц открио је фотоелектрични ефекат када је вршио експерименте са генератором варница. Ово откриће показало се много важнијим него што је Херц схватио.

Отприлике у то време енглески физичар Џ. Томпсон је открио прву субатомску честицу, електрон, испитивањем понашања катодних зрака. Његово откриће помогло је да се објасни шта је електрично пражњење проводне плоче када је обасјате светлошћу - а то је фотоелектрични ефекат - али не шта узрокује пражњење нити зашто је снага електричног импулса повезана са фреквенцијом светлости. Решење је требало сачекати до 1914.

Нико други осим Алберта Ајнштајна објаснио је фотоелектрични ефекат у виду малих пакетића енергије кванта. То је предложио немачки физичар Мак Планцк 1900. године. Ајнштајново објашњење доказало је квантну теорију и за то му је додељена Нобелова награда.

Кванте, како их је Планцк замислио, истовремено су биле и честице и таласи. Према Планцку, светлост се састојала од кванта званих фотони, од којих је сваки имао одређену енергију дефинисану фреквенцијом. Дански физичар Неилс Бохр је 1913. године искористио Планцкову теорију да би планетарном моделу атома, који је предложио новозеландски физичар Ернест Рутхерфорд 1911. године, дао квантну надокнаду.

У Бохровом моделу атома, електрони могу мењати орбите емитујући или апсорбујући фотон, али пошто су фотони дискретни пакети, електрони могу да мењају орбите само у дискретним количинама. Двоје експериментатора, Јамес Францк и Густав Хертз, осмислили су експеримент који је потврдио Бор-ов хипотезу бомбардирајући атоме живе електронима, и то су учинили а да нису ни знали за то Бохрово дело.

Са две модификације, Боров модел је преживео до данас, иако га већина савремених физичара сматра апроксимацијом. Прва модификација била је откриће протона од стране Рутхерфорда 1920, а друга откриће неутрона од стране британског физичара Јамеса Цхадвицка 1932. године.

Савремени атом је потврда теорије Демокритових честица, али је и нешто као одбацивање. Испоставило се да атоми нису недељиви, а то важи и за елементарне честице које их чине. Можете поделити електроне, протоне и неутроне на мање честице зване кваркови, а можда је чак могуће поделити и кварк. Путовање зечјом рупом још увек није готово.