Vsebina
- Teorija delcev Demokrit
- Democritusov eksperiment za dokazovanje obstoja atomov
- John Dalton in moderna atomska teorija
- Teorija delcev ustreza kvantu
- Moderni Atom
Teorija o delcih materije ni bila toliko odkrita, kot je bila formulirana, in ta formulacija se je začela že v stari Grčiji.
Človek, ki je zaslužen za idejo, da je svet sestavljen iz drobnih, nedeljivih delcev, je filozof Demokrit, ki je živel od leta 460 do 370 pred našim štetjem. Zasnoval je eksperiment, da bi dokazal svojo zamisel, in čeprav se zdi, da je eksperiment Democritus danes videti preveč poenostavljen, je pomagal roditi koncept atoma, ki je osrednji v sodobnem razumevanju materije.
V stoletjih, ki so sledila eksperimentu, teorija delcev Democritus ni močno napredovala, vendar jo je na prelomu v devetnajstem stoletju zavzel angleški kemik in fizik John Dalton (1766 - 1844).
Delo Daltonov je ostalo skoraj eno stoletje skoraj nespremenjeno, dokler se ni vključila posadka sodobnih fizikov, ki je vključevala imena, kot so Thompson, Rutherford, Bohr, Planck in Einstein. Takrat so iskrice začele leteti in svet je vstopil v jedrsko dobo.
Teorija delcev Demokrit
Zveni, kot da bi beseda "demokracija" morda izhajala iz njegovega imena, vendar Demokrit ni bil politični filozof. Beseda pravzaprav izvira iz grških besed predstavitve, kar pomeni "ljudstvo" in kratein, kar pomeni "vladati."
Znan kot "smejoči se filozof" zaradi velikega pomena, ki ga je namenil veselju, je Demokrit skoval drugo pomembno besedo: atom. Omenil je majhne delce, ki sestavljajo vse v vesolju kot atomos, kar pomeni neizrekljivo ali nedeljivo.
To ni bil njegov edini pionirski prispevek k znanosti. Tudi Demokrit je prvi postavil stališče, da je svetloba, ki jo vidimo z Mlečne poti, kombinirana svetloba množice posameznih zvezd. Predlagal je tudi obstoj drugih planetov in celo postavil obstoj več vesoljev, kar je 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 Aristotellovim prepričanjem, da svet sestavljajo štirje elementi zraka, ognja, zemlje in vode ter da je razmerje elementov določalo lastnosti materije.
Aristotel je celo verjel, da se elementi lahko preoblikujejo drug v drugega, ideja, ki je spodbudila iskanje filozofskega kamna skozi srednji vek.
Democritusov eksperiment za dokazovanje obstoja atomov
Niti Aristotel niti enako vpliven Platon (okrog 429 - 347 pr.n.št.) se niso vpisali v Demokritovo teorijo o delcih in potrebovali bi 2000 let, da se "filozofa, ki se smeji" jemlje resno. To bi lahko imelo nekaj skupnega z eksperimentom, ki si ga je Demokrit zamislil dokazati svojo teorijo, ki je bila manj kot prepričljiva.
Demokrit je utemeljil, da če vzamete kamen ali kakšen drug predmet in ga še naprej razdelite na pol, na koncu pridete do koščka, ki je tako majhen, da ga ni več mogoče razdeliti. Govori se, da je ta poskus izvedel s 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 izrekanja.
Demokrit je bil materialist, za razliko od Platona in Aristotela, ki sta verjela, da so nameni dogodkov pomembnejši od njihovih vzrokov. Bil je začetnik matematike in geometrije in bil je med redkimi ljudmi v tistem času, ki so verjeli, da je zemlja sferična. Tudi če tega ne bi mogel prepričljivo dokazati, njegova zamisel o atomih, ki večinoma obstajajo v praznem prostoru, pri čemer ima vsak malo kljuko v obliki velkroga, ki mu je omogočil povezavo z drugimi atomi, ni tako daleč od sodobnega znanstvenega modela atoma.
John Dalton in moderna atomska teorija
Je bila teorija Demokrita pravilna? Odgovor je kvalificiran, vendar to sploh ni bilo mogoče obravnavati do leta 1800. To je, ko ga je John Dalton znova revidiral, medtem ko je delal zakon o stalni sestavi, ki ga je izpopolnil francoski kemik Joseph Proust. Zakon Prusts je neposredno sledil zakonu ohranjanja maše, ki ga je odkril drug francoski kemik Antoine Lavoisier.
Zakon stalne sestave navaja, da vzorec čiste spojine, ne glede na to, kako je pridobljen, vedno vsebuje iste elemente v enakih masnih deležih. Dalton je spoznal, da je to lahko resnično le, če je stvar sestavljena iz nedeljivih delcev, ki jih je poimenoval atome (s kimanjem glave k Demokritu). Dalton je naredil štiri izjave o materiji ki skupaj tvorijo njegovo atomsko teorijo:
Daltonska atomska teorija je ostala skoraj nespremenjena večino devetnajstega stoletja.
Teorija delcev ustreza kvantu
V celotnem devetnajstem stoletju je divjala razprava o naravi svetlobe - ne glede na to, ali se širi kot val ali kot delček. Številni poskusi so potrdili hipotezo o valovanju, številni drugi pa so potrdili korpuskularno. Leta 1887 je nemški fizik Heinrich Hertz odkril fotoelektrični učinek, ko je delal poskuse z generatorjem iskre. To odkritje se je izkazalo za veliko pomembnejše, kot je ugotovil Hertz.
Približno takratni angleški fizik J.J. Thompson je odkril prvi subatomski delček, elektron, s preučevanjem vedenja katodnih žarkov. Njegovo odkritje je pomagalo razložiti, kaj je električni izpust iz prevodne plošče, ko svetiš na njem - kar je tisto fotoelektrični učinek - toda ne, kaj povzroča praznjenje, niti zakaj je moč električnega impulza povezana s svetlobno frekvenco. Na rešitev je bilo treba počakati do leta 1914.
Nihče drug kot Albert Einstein ni razložil fotoelektričnega učinka v smislu majhnih paketov energije kvanta. To je predlagal nemški fizik Max Planck leta 1900. Einsteinova razlaga je dokazala kvantno teorijo in zanj je prejel Nobelovo nagrado.
Kvante, kot jih je zamislil Planck, so bile hkrati delci in valovi. Po Plancku je bila svetloba sestavljena iz kvante, imenovane fotoni, od katerih je vsak imel določeno energijo, določeno s svojo frekvenco. Leta 1913 je danski fizik Neils Bohr s Plancsovo teorijo uporabil planetarni model atoma, ki ga je leta 1911 predlagal novozelandski fizik Ernest Rutherford, ki ga je kvantno nadgrajeval.
Moderni Atom
V Bohrsovem modelu atoma lahko elektroni spreminjajo orbite tako, da oddajajo ali absorbirajo foton, ker pa so fotoni diskretni paketi, lahko elektroni spreminjajo orbite le v diskretnih količinah. Dva eksperimentatorja, James Franck in Gustav Hertz, sta zasnovala poskus, ki je potrdil Bohrsovo hipotezo z bombardiranjem atomov živega srebra z elektroni, in to sta storila, ne da bi sploh vedela za Bohrsovo delo.
Z dvema modifikacijama je Bohrsov model preživel do današnjega časa, čeprav ga večina sodobnih fizikov meni za približek. Prva modifikacija je bilo odkritje protona s strani Rutherforda leta 1920, druga pa je bila odkritje nevtrona britanskega fizika Jamesa Chadwicka leta 1932.
Sodobni atom je potrditev teorije delcev Democritus, vendar je tudi nekaj zavračanja. Izkazalo se je, da atomi niso nedeljivi, kar velja tudi za elementarne delce, ki jih sestavljajo. Elektrone, protone in nevtrone lahko razdelite na manjše delce, ki jih imenujemo kvarki, in morda celo delite kvarke. Pot po zajčji luknji še zdaleč ni končana.