Περιεχόμενο
- Η Θεωρία των σωματιδίων του Δημόκριτου
- Το Πείραμα του Δημόκριτου για να αποδείξει την ύπαρξη των ατόμων
- John Dalton και σύγχρονη ατομική θεωρία
- Η θεωρία των σωματιδίων συναντά το Κβαντικό
- Η σύγχρονη ατμόσφαιρα
Η σωματιδιακή θεωρία της ύλης δεν ανακαλύφθηκε τόσο πολύ όσο αυτή διατυπώθηκε, και αυτή η διατύπωση άρχισε στην αρχαία Ελλάδα.
Το πρόσωπο που πιστώνεται με το να έχει κατανοήσει την ιδέα ότι ο κόσμος αποτελείται από μικροσκοπικά, αδιαίρετα σωματίδια είναι ο φιλόσοφος Δημόκριτος, ο οποίος έζησε από το 460 έως το 370 π.Χ. Κατασκεύασε ένα πείραμα για να αποδείξει την ιδέα του και ενώ το πείραμα του Δημοκρίτου μπορεί να φαίνεται υπερβολικά απλοϊκό σήμερα, βοήθησε να γεννηθεί η έννοια του ατόμου, το οποίο είναι κεντρικό στη σύγχρονη κατανόηση της ύλης.
Κατά τους αιώνες που ακολούθησαν το πείραμα, η Θεωρία των σωματιδίων του Δημόκριτου δεν έκανε μεγάλη πρόοδο, αλλά στη στροφή του δέκατου ένατου αιώνα αναλήφθηκε από τον αγγλικό χημικό και φυσικό John Dalton (1766 - 1844).
Οι εργασίες Daltons παρέμειναν ουσιαστικά αμετάβλητες για το μεγαλύτερο μέρος ενός αιώνα μέχρι να εμπλακεί ένα πλήθος σύγχρονων φυσικών που περιελάμβανε ονόματα όπως ο Thompson, ο Rutherford, ο Bohr, ο Planck και ο Einstein. Αυτό όταν οι σπίθες άρχισαν να πετούν, και ο κόσμος μπήκε στην πυρηνική εποχή.
Η Θεωρία των σωματιδίων του Δημόκριτου
Φαίνεται ότι η λέξη «δημοκρατία» μπορεί να προέρχεται από το όνομά του, αλλά ο Δημόκριτος δεν ήταν πολιτικός φιλόσοφος. Η λέξη προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις demos, που σημαίνει "ο λαός", και kratein, που σημαίνει "να αποφανθείς".
Γνωστός ως "φίλος του γέλιου" λόγω της μεγάλης σπουδαιότητας που έδωσε στη χαρά, ο Δημόκριτος έγραψε μια άλλη σημαντική λέξη: άτομο. Αναφέρθηκε στα μικρά σωματίδια που συνθέτουν τα πάντα στο σύμπαν atomos, πράγμα που σημαίνει άκαμπτο ή αδιαίρετο.
Αυτή δεν ήταν η μόνη πρωτοποριακή συμβολή του στην επιστήμη. Ο Δημόκριτος ήταν επίσης ο πρώτος που δημιούργησε ότι το φως που βλέπουμε από τον Γαλαξία μας είναι το συνδυασμένο φως πολλών ατομικών αστεριών. Επίσης, πρότεινε την ύπαρξη άλλων πλανητών και μάλιστα δημιούργησε την ύπαρξη πολλών συμπάντων, μια ιδέα που βρίσκεται στην αιχμή της επιστήμης σήμερα.
Σύμφωνα με τον Αριστοτέλη (384 - 322 π.Χ.), ο Δημόκριτος πίστευε ότι η ανθρώπινη ψυχή αποτελείται από άτομα της φωτιάς και το σώμα των ατόμων της γης. Αυτό ήταν αντίθετο με την πεποίθηση του Αριστοτέλη ότι ο κόσμος αποτελείται από τα τέσσερα στοιχεία του αέρα, της φωτιάς, της γης και του ύδατος και ότι η αναλογία των στοιχείων καθορίζει τα χαρακτηριστικά του θέματος.
Ο Αριστοτέλης πίστευε ακόμη ότι τα στοιχεία θα μπορούσαν να μετασχηματιστούν μεταξύ τους, μια ιδέα που τροφοδότησε την αναζήτηση της Πέτρας των Φιλοσόφων καθ 'όλη τη διάρκεια του Μεσαίωνα.
Το Πείραμα του Δημόκριτου για να αποδείξει την ύπαρξη των ατόμων
Ούτε ο Αριστοτέλης ούτε ο εξίσου επιρροής Πλάτωνας (περίπου 429 - 347 π.Χ.) συνυπέγραψαν τη θεωρία των σωματιδίων του Δημόκριτου και θα χρειαζόταν 2.000 χρόνια για να ληφθεί σοβαρά υπόψη ο "φιλόσοφος του γέλιου". Αυτό θα μπορούσε να έχει κάτι να κάνει με το πείραμα που ο Δημόκριτος επινόησε για να αποδείξει τη θεωρία του, η οποία ήταν λιγότερο από πειστική.
Ο Δημόκριτος θεώρησε ότι αν πάρετε μια πέτρα ή κάποιο άλλο αντικείμενο και συνεχίσετε να το χωρίζετε στο μισό, τελικά θα φτάσετε σε ένα κομμάτι που είναι τόσο μικρό που δεν μπορεί να χωριστεί πια. Λέγεται ότι έκανε αυτό το πείραμα με ένα κοχύλι, και όταν μείωσε το κέλυφος σε μια λεπτή σκόνη που δεν μπορούσε πλέον να κόψει σε μικρότερα κομμάτια, θεώρησε ότι η απόδειξη του θεώρημά του.
Ο Δημόκριτος ήταν υλιστής, σε αντίθεση με τον Πλάτωνα και τον Αριστοτέλη, που πίστευαν ότι οι σκοποί των γεγονότων ήταν πιο σημαντικοί από τους λόγους τους. Ήταν πρωτοπόρος στα μαθηματικά και τη γεωμετρία, και ήταν από λίγους ανθρώπους εκείνη την εποχή που πίστευαν ότι η γη ήταν σφαιρική. Ακόμα κι αν δεν μπορούσε να το αποδείξει πειστικά, η αντίληψή του για άτομα που υπάρχουν κυρίως σε κενό χώρο, καθένα με ένα μικρό άγκιστρο τύπου velcro που του επέτρεπε να συνδεθεί με άλλα άτομα, δεν απέχει πολύ από το σύγχρονο επιστημονικό μοντέλο του ατόμου.
John Dalton και σύγχρονη ατομική θεωρία
Η θεωρία του Δημοκρίτου ήταν σωστή; Η απάντηση είναι μια κατάλληλη ναι, αλλά δεν θεωρήθηκε ακόμη ως δυνατότητα μέχρι το 1800. Αυτό ήταν όταν ο John Dalton το επανεξέτασε ενώ εργαζόταν στο νόμο της σταθερής σύνθεσης που προωθούσε ο γάλλος χημικός Joseph Proust. Ο νόμος του Prousts ακολουθείται άμεσα από το νόμο περί συντήρησης της μάζας, το οποίο ανακαλύφθηκε από έναν άλλο γάλλο χημίσα Antoine Lavoisier.
Ο νόμος της σταθερής σύνθεσης δηλώνει ότι ένα δείγμα μιας καθαρής ένωσης, ανεξάρτητα από τον τρόπο που αποκτάται, περιέχει πάντα τα ίδια στοιχεία με τις ίδιες μάζες. Ο Dalton συνειδητοποίησε ότι αυτό θα μπορούσε να είναι αληθές μόνο αν η ύλη αποτελείται από αδιαίρετα σωματίδια, τα οποία ονόμασε άτομα (με νεύμα από το κεφάλι προς τον Δημοκρίτειο). Ο Ντάλτον έκανε τέσσερις δηλώσεις σχετικά με την ύλη που μαζί αποτελούν την ατομική θεωρία του:
Η ατομική θεωρία Daltons παρέμεινε ουσιαστικά αμετάβλητη για το μεγαλύτερο μέρος του δέκατου ένατου αιώνα.
Η θεωρία των σωματιδίων συναντά το Κβαντικό
Καθ 'όλη τη διάρκεια του δέκατου ένατου αιώνα, συζητήθηκε η φύση του φωτός - είτε διαδόθηκε ως κύμα είτε ως σωματίδιο. Πολλά πειράματα επιβεβαίωσαν την υπόθεση κύματος, και πολλά άλλα επιβεβαίωσαν την κυτταρολογική. Το 1887, ο Γερμανός φυσικός Heinrich Hertz ανακάλυψε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο όταν έκανε πειράματα με μια γεννήτρια χάσματος σπινθήρων. Αυτή η ανακάλυψη αποδείχθηκε πολύ πιο σημαντική από ό, τι συνειδητοποίησε ο Hertz.
Γύρω από αυτό το διάστημα, ο αγγλικός φυσικός J.J. Ο Thompson ανακάλυψε το πρώτο υποατομικό σωματίδιο, το ηλεκτρόνιο, εξετάζοντας τη συμπεριφορά των ακτίνων καθόδου. Η ανακάλυψή του βοήθησε να εξηγηθεί τι αποτελούσε την ηλεκτρική εκκένωση από μια αγώγιμη πλάκα όταν λάβατε λάμψη σε αυτήν - που είναι φωτοηλεκτρικό φαινόμενο - αλλά όχι αυτό που προκαλεί την εκκένωση ούτε γιατί η ισχύς του ηλεκτρικού παλμού σχετίζεται με τη συχνότητα του φωτός. Η λύση έπρεπε να περιμένει μέχρι το 1914.
Κανένας άλλος από τον Albert Einstein δεν εξήγησε το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα όσον αφορά τα μικρά πακέτα ενέργειας που ονομάζονται quanta. Αυτά είχαν προταθεί από το γερμανικό φυσικό Max Planck το 1900. Η εξήγηση Einsteins αποδείχθηκε κβαντική θεωρία, και του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ γι 'αυτό.
Τα Quanta, όπως τους συνέλαβε ο Πλανκ, ήταν ταυτόχρονα σωματίδια και κύματα. Σύμφωνα με τον Πλανκ, το φως αποτελείται από κουτάνια που ονομάζονται φωτόνια, καθένα από τα οποία είχε μια συγκεκριμένη ενέργεια που ορίζεται από τη συχνότητά του. Το 1913, ο Δανός φυσικός Neils Bohr χρησιμοποίησε τη θεωρία Plancks για να δώσει το πλανητικό μοντέλο του ατόμου, το οποίο είχε προταθεί από το φυσικό επιστήμονα της Νέας Ζηλανδίας Ernest Rutherford το 1911, μια κβαντική αντίδραση.
Η σύγχρονη ατμόσφαιρα
Στο μοντέλο Bohrs του ατόμου, τα ηλεκτρόνια μπορούν να αλλάξουν τις τροχιές εκπέμποντας ή απορροφώντας ένα φωτόνιο, αλλά επειδή τα φωτόνια είναι διακεκριμένα πακέτα, τα ηλεκτρόνια μπορούν να αλλάξουν μόνο τις τροχιές σε ξεχωριστές ποσότητες. Δύο πειραματιστές, ο James Franck και ο Gustav Hertz, επινόησαν ένα πείραμα που επιβεβαίωσε την υπόθεση του Bohrs με βομβαρδισμούς ατόμων με υδράργυρο με ηλεκτρόνια, και το έκαναν χωρίς να γνωρίζουν ακόμη και τη δουλειά του Bohrs.
Με δύο τροποποιήσεις, το μοντέλο Bohrs επέζησε μέχρι σήμερα, αν και οι περισσότεροι σύγχρονοι φυσικοί το θεωρούν μια προσέγγιση. Η πρώτη τροποποίηση ήταν η ανακάλυψη του πρωτονίου από τον Rutherford το 1920, και η δεύτερη ήταν η ανακάλυψη του νετρονίου από το βρετανικό φυσικό James Chadwick το 1932.
Το σύγχρονο άτομο είναι μια επιβεβαίωση της Θεωρίας των σωματιδίων του Δημόκριτου, αλλά και κάτι της απόρριψης. Τα άτομα αποδεικνύονται ότι δεν είναι αδιαίρετα, και αυτό ισχύει και για τα στοιχειώδη σωματίδια που τα αποτελούν. Μπορείτε να υποδιαιρέσετε τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια σε μικρότερα σωματίδια που ονομάζονται κουάρκς και μπορεί ακόμη και να υποδιαιρεθεί ένα κουάρκ. Το ταξίδι κάτω από την τρύπα του κουνελιού δεν έχει τελειώσει.