Conţinut
- Teoria particulelor Democritus
- Experimentul Democrit pentru a demonstra existența atomilor
- John Dalton și Teoria atomică modernă
- Teoria particulelor îndeplinește cuanticul
- Atomul modern
Teoria particulelor de materie nu a fost descoperită atât de mult cât a fost formulată și această formulare a început în Grecia antică.
Persoana căreia i se creează că a conceput ideea că lumea este compusă din particule minuscule, indivizibile este filosoful Democrit, care a trăit între 460 și 370 î.e.n. El a conceput un experiment pentru a-și demonstra ideea și, în timp ce experimentul Democrit poate părea prea simplist în ziua de azi, acesta a contribuit la nașterea conceptului de atom, care este central pentru înțelegerea modernă a materiei.
În secolele care au urmat experimentului, teoria particulelor Democritus nu a făcut multe progrese, însă la sfârșitul secolului al XIX-lea, a fost preluată de chimistul și fizicianul englez John Dalton (1766 - 1844).
Munca lui Daltons a rămas practic neschimbată timp de mai bine de un secol până când s-a implicat un echipaj de fizicieni moderni care au inclus nume precum Thompson, Rutherford, Bohr, Planck și Einstein. Atunci au început să zboare scântei și lumea a intrat în era nucleară.
Teoria particulelor Democritus
Pare că cuvântul „democrație” ar fi putut fi derivat din numele său, dar Democrit nu a fost un filozof politic. Cuvântul provine de fapt din cuvintele grecești demo-uri, ceea ce înseamnă „poporul” și kratein, ceea ce înseamnă „a guverna”.
Cunoscut drept „filosoful râzând” datorită importanței deosebite pe care a acordat-o veseliei, Democrit a monedat un alt cuvânt important: atom. S-a referit la particulele mici care alcătuiesc tot ceea ce există în univers ca fiind Atomos, ceea ce înseamnă incontrolabil sau indivizibil.
Aceasta nu a fost singura sa contribuție de pionierat la știință. De asemenea, Democrit a fost primul care a considerat că lumina pe care o vedem din Calea Lactee este lumina combinată a unei multitudini de stele individuale. El a propus, de asemenea, existența altor planete și chiar a postulat existența mai multor universuri, idee care se află astăzi în vârful științei.
Potrivit lui Aristotel (384 - 322 î.e.n.), Democrit credea că sufletul uman era compus din atomi de foc și corpul atomilor de pe pământ. Acest lucru era contrar credinței lui Aristotel că lumea este formată din cele patru elemente ale aerului, focului, pământului și apei și că raportul dintre elementele a determinat caracteristicile materiei.
Aristotel a crezut chiar că elementele pot fi transformate unul în altul, idee care a alimentat căutarea Piatra Filosofilor de-a lungul Evului Mediu.
Experimentul Democrit pentru a demonstra existența atomilor
Nici Aristotel și nici la fel de influent Platon (circa 429 - 347 î.e.n.) nu s-au abonat la teoria particulelor Democrit și ar fi nevoie de 2.000 de ani pentru ca „filozoful râzând” să fie luat în serios. Asta ar putea avea ceva de-a face cu experimentul conceput de Democrit pentru a-și demonstra teoria, care a fost mai puțin decât convingător.
Democrit a motivat că dacă luați o piatră sau un alt obiect și continuați să o împărțiți în jumătate, ajungeți în cele din urmă la o piesă atât de mică încât nu mai poate fi împărțită. Se spune că a efectuat acest experiment cu o coajă de mare și, atunci când a redus coaja la o pulbere fină pe care nu o mai putea tăia în bucăți mai mici, a considerat această dovadă a teoremei sale.
Democrit era un materialist, spre deosebire de Platon și Aristotel, care credeau că scopurile evenimentelor erau mai importante decât cauzele lor. El a fost un pionier în matematică și geometrie și a fost printre puțini oameni la acea vreme care credeau că pământul este sferic. Chiar dacă nu ar putea demonstra convingător, concepția sa despre atomi existând mai ales în spațiul gol, fiecare având un cârlig în stil velcro care i-a permis să se conecteze cu alți atomi, nu este departe de modelul științific modern al atomului.
John Dalton și Teoria atomică modernă
A fost corectă teoria lui Democrit? Răspunsul este un da calificat, dar nu a fost considerat chiar ca o posibilitate până în 1800. Atunci când John Dalton l-a revizuit în timp ce lucra la Legea compoziției constante avansată de chimistul francez Joseph Proust. Legea proustilor a urmat direct din Legea conservării masei, care a fost descoperită de un alt chimist francez, Antoine Lavoisier.
Legea compoziției constante afirmă că un eșantion dintr-un compus pur, indiferent de modul în care este obținut, conține întotdeauna aceleași elemente în aceleași proporții de masă. Dalton și-a dat seama că acest lucru nu ar putea fi valabil decât dacă materia constă în particule indivizibile, pe care le-a numit atomi (cu o înclinare a capului spre Democrit). A făcut Dalton patru declarații despre materie care împreună constituie teoria sa atomică:
Teoria atomică a lui Daltons a rămas practic neschimbată în cea mai mare parte a secolului al XIX-lea.
Teoria particulelor îndeplinește cuanticul
De-a lungul secolului al XIX-lea, o dezbatere a avut o furie cu privire la natura luminii - dacă ea s-a propagat ca o undă sau o particulă. Multe experimente au confirmat ipoteza valului, iar multe altele au confirmat-o pe cea corpusculară. În 1887, fizicianul german Heinrich Hertz a descoperit efectul fotoelectric atunci când făcea experimente cu un generator de scânteie. Această descoperire s-a dovedit a fi mult mai importantă decât a realizat Hertz.
În acea perioadă, fizicianul englez J.J. Thompson a descoperit prima particulă subatomică, electronul, examinând comportamentul razelor catodice. Descoperirea lui a ajutat să explice ce a constituit descărcarea electrică de pe o placă de conducere atunci când strălucești lumina - care este efect fotoelectric - dar nu ceea ce provoacă descărcarea și nici de ce rezistența impulsului electric este legată de frecvența luminii. Soluția trebuia să aștepte până în 1914.
Nimeni altul decât Albert Einstein a explicat efectul fotoelectric în termeni de pachete mici de energie numite Quanta. Acestea au fost propuse de fizicianul german Max Planck în 1900. Explicația lui Einsteins a dovedit teoria cuantică, iar el a primit premiul Nobel pentru asta.
Quanta, așa cum le-a conceput Planck, erau atât particule cât și valuri în același timp. Potrivit lui Planck, lumina era compusă din quanta numită fotoni, fiecare dintre ei având o anumită energie definită prin frecvența sa. În 1913, fizicianul danez Neils Bohr a folosit teoria lui Plancks pentru a da modelul planetar al atomului, care fusese propus de către fizicianul neozeelandez Ernest Rutherford în 1911, un cuantum do-over.
Atomul modern
În modelul Bohrs al atomului, electronii pot schimba orbitele prin emiterea sau absorbția unui foton, dar, întrucât fotonii sunt pachete discrete, electronii pot schimba orbitele doar în cantități discrete. Doi experimentatori, James Franck și Gustav Hertz, au conceput un experiment care a confirmat ipoteza lui Bohrs prin bombardarea atomilor de mercur cu electroni și au făcut-o fără să știe măcar despre munca lui Bohrs.
Cu două modificări, modelul Bohrs a supraviețuit până în prezent, deși majoritatea fizicienilor moderni îl consideră o aproximare. Prima modificare a fost descoperirea protonului de către Rutherford în 1920, iar a doua a fost descoperirea neutronului de către fizicianul britanic James Chadwick în 1932.
Atomul modern este o confirmare a teoriei particulelor a lui Democrit, dar este și o repudiere. Atomii se dovedesc a nu fi indivizi și acest lucru este valabil și pentru particulele elementare care le cuprind. Puteți subdiviza electroni, protoni și neutroni în particule mai mici numite quark și poate fi chiar posibil să subdivizați un quark. Călătoria în gaura iepurelui este departe de a se termina.