ใครเป็นผู้ค้นพบทฤษฎีอนุภาค?

ทฤษฎีอนุภาคของสสารไม่ได้ถูกค้นพบมากนักในขณะที่มันถูกสร้างสูตร และสูตรนั้นเริ่มขึ้นในสมัยกรีกโบราณ

บุคคลที่ได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้มีความคิดที่ว่าโลกประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ ที่แบ่งแยกไม่ได้คือนักปรัชญาเดโมคริตุส ซึ่งมีชีวิตอยู่ตั้งแต่ 460 ถึง 370 ปีก่อนคริสตศักราช เขาคิดค้นการทดลองเพื่อพิสูจน์ความคิดของเขา และในขณะที่การทดลองของเดโมคริตุสอาจดูเหมือนง่ายเกินไป ในปัจจุบันได้ช่วยให้เกิดแนวคิดเรื่องอะตอมซึ่งเป็นศูนย์กลางของความเข้าใจสมัยใหม่ของ เรื่อง.

ในศตวรรษหลังการทดลอง ทฤษฎีอนุภาคเดโมคริตุสไม่ได้ก้าวหน้ามากนัก แต่ ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่สิบเก้า นักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ จอห์น ดาลตัน (พ.ศ. 2309 - 1844).

งานของดัลตันแทบไม่เปลี่ยนแปลงตลอดช่วงที่ดีขึ้นของศตวรรษ จนกระทั่งทีมนักฟิสิกส์สมัยใหม่ที่มีชื่อเช่นทอมป์สัน รัทเทอร์ฟอร์ด บอร์ พลังค์ และไอน์สไตน์เข้ามาเกี่ยวข้อง เมื่อนั้นประกายไฟก็เริ่มโบยบิน และโลกก็เข้าสู่ยุคนิวเคลียร์

ดูเหมือนว่าคำว่า "ประชาธิปไตย" อาจมาจากชื่อของเขา แต่เดโมคริตุสไม่ใช่นักปรัชญาการเมือง คำนี้มาจากคำภาษากรีก การสาธิตซึ่งหมายถึง "ประชาชน" และ เครตีนซึ่งหมายความว่า "การปกครอง"

รู้จักกันในนาม "ปราชญ์หัวเราะ" เพราะความสำคัญอย่างยิ่งที่เขาวางไว้บนความร่าเริง เดโมคริตุสได้สร้างคำสำคัญอีกคำหนึ่ง: อะตอม. เขาเรียกอนุภาคเล็ก ๆ ที่ประกอบขึ้นเป็นทุกสิ่งในจักรวาลว่า อะตอมซึ่งหมายถึงตัดไม่ได้หรือแบ่งไม่ได้

นี่ไม่ใช่ผลงานบุกเบิกด้านวิทยาศาสตร์เพียงอย่างเดียวของเขา เดโมคริตุสยังเป็นคนแรกที่วางตำแหน่งว่าแสงที่เราเห็นจากทางช้างเผือกเป็นแสงรวมของดวงดาวแต่ละดวงจำนวนมาก นอกจากนี้ เขายังเสนอการมีอยู่ของดาวเคราะห์ดวงอื่น และถึงกับตั้งสมมติฐานถึงการมีอยู่ของจักรวาลหลายแห่ง ซึ่งเป็นแนวคิดที่ล้ำสมัยของวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน

ตามคำกล่าวของอริสโตเติล (384 - 322 ปีก่อนคริสตศักราช) เดโมคริตุสเชื่อว่าวิญญาณมนุษย์ประกอบด้วยอะตอมของไฟและร่างกายของอะตอมดิน สิ่งนี้ขัดกับความเชื่อของอริสโตเติลที่ว่าโลกประกอบด้วยธาตุทั้งสี่ของอากาศ ไฟ ดิน และน้ำ และอัตราส่วนของธาตุกำหนดลักษณะของสสาร

อริสโตเติลเชื่อด้วยซ้ำว่าองค์ประกอบต่างๆ สามารถแปลงเป็นองค์ประกอบอื่นได้ ซึ่งเป็นแนวคิดที่กระตุ้นให้เกิดการค้นหาศิลาอาถรรพ์ตลอดยุคกลาง

ทั้งอริสโตเติลและเพลโตที่มีอิทธิพลเท่าเทียมกัน (ประมาณ 429 - 347 ก่อนคริสตศักราช) ไม่สมัครเป็นสมาชิก ทฤษฎีอนุภาคเดโมคริตุส ต้องใช้เวลาถึง 2,000 ปีกว่าจะได้ "ปราชญ์หัวเราะ" อย่างจริงจัง. นั่นอาจเกี่ยวข้องกับการทดลองที่เดโมคริตุสคิดค้นเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีของเขา ซึ่งไม่น่าเชื่อถือ

เดโมคริตุสให้เหตุผลว่า ถ้าคุณเอาหินหรือวัตถุอื่นๆ แล้วแบ่งครึ่งต่อไปเรื่อย ๆ คุณก็จะได้ชิ้นส่วนที่เล็กมากจนไม่สามารถแบ่งแยกได้อีก ว่ากันว่าเขาทำการทดลองนี้กับเปลือกหอย และเมื่อเขาลดเปลือกให้เป็นผงละเอียดที่เขาไม่สามารถหั่นเป็นชิ้นเล็ก ๆ ได้อีกต่อไป เขาได้พิจารณาข้อพิสูจน์ของทฤษฎีบทของเขา

เดโมคริตุสเป็นนักวัตถุนิยม ไม่เหมือนกับเพลโตและอริสโตเติลที่เชื่อว่าจุดประสงค์ของเหตุการณ์สำคัญกว่าสาเหตุของพวกเขา เขาเป็นผู้บุกเบิกด้านคณิตศาสตร์และเรขาคณิต และเขาเป็นหนึ่งในไม่กี่คนที่เชื่อว่าโลกเป็นทรงกลม แม้ว่าเขาจะไม่สามารถพิสูจน์ได้อย่างน่าเชื่อถือ แต่แนวคิดเรื่องอะตอมของเขาส่วนใหญ่มีอยู่ในพื้นที่ว่าง โดยแต่ละส่วนมีเพียงเล็กน้อย ตะขอแบบตีนตุ๊กแกที่อนุญาตให้เชื่อมต่อกับอะตอมอื่น ๆ ไม่ไกลจากแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ของ อะตอม.

ทฤษฎีของเดโมคริตุสถูกต้องหรือไม่? คำตอบคือใช่ตามเงื่อนไข แต่ยังไม่ถือว่าเป็นไปได้จนถึงปี 1800 นั่นคือตอนที่จอห์น ดาลตันกลับมาทบทวนเรื่องนี้อีกครั้งในขณะที่เขากำลังทำงานเกี่ยวกับกฎองค์ประกอบคงที่ซึ่งนำโดยนักเคมีชาวฝรั่งเศสชื่อโจเซฟ พราวสท์ กฎของ Proust เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์มวลโดยตรง ซึ่งถูกค้นพบโดย Antoine Lavoisier นักเคมีชาวฝรั่งเศสอีกคนหนึ่ง

กฎขององค์ประกอบคงที่ ระบุว่าตัวอย่างของสารประกอบบริสุทธิ์ ไม่ว่าจะได้มาอย่างไร มักจะมีองค์ประกอบเดียวกันในสัดส่วนมวลเท่ากัน ดาลตันตระหนักว่าสิ่งนี้อาจเป็นจริงได้ก็ต่อเมื่อสสารประกอบด้วยอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ ซึ่งเขาเรียกว่าอะตอม (โดยพยักหน้าให้เดโมคริตุส) ดัลตันทำ สี่ประโยคเกี่ยวกับเรื่อง ที่รวมกันเป็นทฤษฎีอะตอมของเขา:

• สสารทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคที่ทำลายไม่ได้และแบ่งแยกไม่ได้เรียกว่าอะตอม
• อะตอมของธาตุเฉพาะมีมวลและคุณสมบัติเหมือนกัน
• อะตอมสามารถรวมกันเป็นสารประกอบได้
• เมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมี เกิดจากการจัดเรียงอะตอมใหม่

ทฤษฎีอะตอมของดาลตันแทบไม่เปลี่ยนแปลงเกือบตลอดศตวรรษที่สิบเก้า

ตลอดศตวรรษที่สิบเก้า มีการถกเถียงกันอย่างเดือดดาลเกี่ยวกับธรรมชาติของแสง ไม่ว่าจะแพร่กระจายเป็นคลื่นหรืออนุภาค การทดลองจำนวนมากยืนยันสมมติฐานของคลื่น และอีกมากยืนยันสมมติฐานเกี่ยวกับร่างกาย ในปี ค.ศ. 1887 ไฮน์ริช เฮิร์ตซ์ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ค้นพบปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกขณะทำการทดลองกับเครื่องกำเนิดประกายไฟ การค้นพบนี้พิสูจน์แล้วว่ามีความสำคัญมากกว่าที่เฮิรตซ์ตระหนัก

ในช่วงเวลานั้น นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ J.J. ทอมป์สันค้นพบอนุภาคย่อยของอะตอมตัวแรก อิเล็กตรอน โดยการตรวจสอบพฤติกรรมของรังสีแคโทด การค้นพบของเขาช่วยอธิบายสิ่งที่ก่อให้เกิดการคายประจุไฟฟ้าจากแผ่นนำไฟฟ้าเมื่อคุณส่องแสงบนแผ่นนั้น - ซึ่งก็คือ ตาแมวผล – แต่ไม่ใช่สาเหตุที่ทำให้เกิดการคายประจุและสาเหตุที่ความแรงของแรงกระตุ้นไฟฟ้าไม่สัมพันธ์กับความถี่แสง การแก้ปัญหาต้องรอจนถึงปี พ.ศ. 2457

ไม่มีใครอื่นนอกจากอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ที่อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกในแง่ของพลังงานก้อนเล็กๆ ที่เรียกว่า ควอนตั้ม สิ่งเหล่านี้ได้รับการเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Max Planck ในปี 1900 คำอธิบายของไอน์สไตน์พิสูจน์ทฤษฎีควอนตัม และเขาได้รับรางวัลโนเบลสำหรับเรื่องนี้

Quanta ตามที่ Planck ให้กำเนิดมันเป็นทั้งอนุภาคและคลื่นในเวลาเดียวกัน ตามที่พลังค์กล่าว แสงประกอบด้วยควอนตัมที่เรียกว่าโฟตอน ซึ่งแต่ละธาตุมีพลังงานเฉพาะที่กำหนดโดยความถี่ของมัน ในปี 1913 นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Neils Bohr ใช้ทฤษฎีของ Planck เพื่อสร้างแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม ซึ่งเสนอโดย Ernest Rutherford นักฟิสิกส์ชาวนิวซีแลนด์ในปี 1911 ซึ่งเป็นการทำแบบควอนตัม

ในแบบจำลองอะตอมของบอร์ อิเล็กตรอนสามารถเปลี่ยนวงโคจรได้โดยการปล่อยหรือดูดซับโฟตอน แต่เนื่องจากโฟตอนเป็นแพ็คเกจที่ไม่ต่อเนื่อง อิเล็กตรอนจึงสามารถเปลี่ยนวงโคจรได้ในปริมาณที่ไม่ต่อเนื่องเท่านั้น ผู้ทดลองสองคน James Franck และ Gustav Hertz ได้คิดค้นการทดลองที่ยืนยัน Bohr's สมมติฐานโดยการทิ้งระเบิดอะตอมของปรอทด้วยอิเล็กตรอน และพวกเขาทำมันโดยไม่รู้ด้วยซ้ำ งานของบอร์

ด้วยการดัดแปลงสองครั้ง แบบจำลองของ Bohr ยังคงมีอยู่จนถึงปัจจุบัน แม้ว่านักฟิสิกส์สมัยใหม่ส่วนใหญ่จะพิจารณาว่าเป็นแบบจำลอง การดัดแปลงครั้งแรกคือการค้นพบโปรตอนโดย Rutherford ในปี 1920 และครั้งที่สองคือการค้นพบนิวตรอนโดย James Chadwick นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษในปี 1932

อะตอมสมัยใหม่เป็นเครื่องยืนยันถึงทฤษฎีอนุภาคเดโมคริตุส แต่ก็เป็นสิ่งที่ปฏิเสธไม่ได้เช่นกัน อะตอมไม่สามารถแบ่งแยกได้ และนั่นก็เป็นความจริงสำหรับอนุภาคมูลฐานที่ประกอบเป็นอะตอมด้วย คุณสามารถแบ่งอิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอนออกเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่าควาร์ก และอาจแบ่งย่อยควาร์กได้ การเดินทางลงหลุมกระต่ายยังอีกยาวไกล