Obsah
- Teória častíc Demokrita
- Experiment Demokrita na preukázanie existencie atómov
- John Dalton a moderná atómová teória
- Teória častíc zodpovedá kvantu
- The Modern Atom
Teória častíc nie je až tak objavená, ako bola formulovaná, a táto formulácia sa začala v starovekom Grécku.
Osoba, ktorá si zaslúži myšlienku, že svet sa skladá z malých nedeliteľných častíc, je filozofom Demokritom, ktorý žil od 460 do 370 pnl. Vymyslel experiment na preukázanie svojej myšlienky, a hoci experiment Demokrita sa dnes môže javiť príliš zjednodušene, pomohol zrodiť koncepciu atómu, ktorý je ústredným prvkom moderného chápania hmoty.
V storočiach, ktoré nasledovali po experimente, sa teória častíc Demokritos nedosiahla výrazný pokrok, ale na prelome 19. a 19. storočia ju prevzal anglický chemik a fyzik John Dalton (1766 - 1844).
Daltonova práca zostala prakticky nezmenená po lepšiu časť storočia, kým sa do nej nezapojila posádka moderných fyzikov, medzi ktoré patria napríklad mená Thompson, Rutherford, Bohr, Planck a Einstein. To je, keď iskry začali lietať a svet vstúpil do jadrového veku.
Teória častíc Demokrita
Znie to, akoby slovo „demokracia“ mohlo byť odvodené od jeho mena, ale Democritus nebol politickým filozofom. Slovo skutočne pochádza z gréckych slov ukážky, čo znamená „ľudia“ a kratein, čo znamená „vládnuť“.
Demokritus, známy ako „smiešny filozof“, pre veľkú dôležitosť, ktorú prikladal veselosti, vytvoril ďalšie dôležité slovo: atóm, Hovoril o malých časticiach, ktoré tvoria všetko vo vesmíre Atomos, čo znamená nezrušiteľné alebo nedeliteľné.
Nebol to jeho jediný priekopnícky príspevok k vede. Democritus bol tiež prvý, kto predpokladal, že svetlo, ktoré vidíme z Mliečnej dráhy, je kombinovaným svetlom veľkého množstva jednotlivých hviezd. Navrhol tiež existenciu iných planét a dokonca predpokladal existenciu viacerých vesmírov, ideu, ktorá je dnes na špičke vedy.
Podľa Aristotela (384 - 322 BCE) Demokritus veril, že ľudská duša bola zložená z atómov ohňa a z tela atómov zeme. Bolo to v rozpore s presvedčením Aristoteles, že svet sa skladá zo štyroch prvkov vzduchu, ohňa, zeme a vody, a že pomer prvkov určoval vlastnosti hmoty.
Aristoteles dokonca veril, že tieto prvky by sa mohli zmeniť na jeden druhého, čo je myšlienka, ktorá poháňala hľadanie kameňa mudrcov v stredoveku.
Experiment Demokrita na preukázanie existencie atómov
Ani Aristoteles, ani rovnako vplyvný Platón (približne 429 - 347 BCE) sa neprihlásili k teórii častíc Democritus a trvalo by to 2 000 rokov, kým by sa „smiešny filozof“ bral vážne. Mohlo by to mať niečo spoločné s experimentom, ktorý Demokrit navrhol, aby dokázal svoju teóriu, čo bolo menej ako presvedčivé.
Demokrit usúdil, že ak vezmete kameň alebo nejaký iný predmet a budete ho ďalej deliť na polovicu, nakoniec prídete na kúsok, ktorý je taký malý, že sa už nedá rozdeliť. Hovorí sa, že tento experiment vykonal s mušľou a keď zredukoval škrupinu na jemný prášok, ktorý už nedokázal rozrezať na menšie kúsky, považoval tento dôkaz svojej vety.
Demokritus bol materialista, na rozdiel od Platóna a Aristotela, ktorý veril, že účely udalostí sú dôležitejšie ako ich príčiny. Bol priekopníkom v matematike a geometrii a vtedy patril medzi niekoľko ľudí, ktorí verili, že Zem je sférická. Aj keď to nemohol presvedčivo dokázať, jeho koncepcia atómov, ktoré sa vyskytujú väčšinou v prázdnom priestore, z ktorých každý má malý háčik na suchý zips, ktorý mu umožňoval spojenie s inými atómami, nie je tak ďaleko od moderného vedeckého modelu atómu.
John Dalton a moderná atómová teória
Bola teória Demokrita správna? Odpoveďou je kvalifikované áno, ale až do roku 1800 sa to ani nepovažovalo za možnosť. To je, keď ju John Dalton znovu prehodnotil, keď pracoval na zákone o konštantnom zložení, ktorý predložil francúzsky chemik Joseph Proust. Zákon o proustoch vychádzal priamo zo zákona o ochrane mše, ktorý objavil ďalší francúzsky chemik Antoine Lavoisier.
Zákon o konštantnom zložení uvádza, že vzorka čistej zlúčeniny, bez ohľadu na to, ako sa získa, vždy obsahuje rovnaké prvky v rovnakých hmotnostných pomeroch. Dalton si uvedomil, že to môže byť pravda iba vtedy, ak hmota pozostáva z nedeliteľných častíc, ktoré nazval atómy (s kývnutím hlavy k demokratovi). Dalton urobil štyri výroky o látke ktoré spolu tvoria jeho atómovú teóriu:
Atómová teória Daltonov zostala po väčšinu 19. storočia prakticky nezmenená.
Teória častíc zodpovedá kvantu
Počas devätnásteho storočia zúrila debata o povahe svetla - či už sa šírila ako vlna alebo častica. Mnoho experimentov potvrdilo hypotézu na vlne a mnoho ďalších potvrdilo korpuskulárnu hypotézu. V roku 1887 nemecký fyzik Heinrich Hertz objavil fotoelektrický efekt, keď robil experimenty s generátorom iskier. Tento objav sa ukázal byť oveľa dôležitejší, než si Hertz uvedomil.
Približne v tom čase anglický fyzik J.J. Thompson objavil prvú subatomickú časticu, elektrón, skúmaním chovania katódových lúčov. Jeho objav pomohol vysvetliť, čo predstavuje elektrický výboj z vodivej dosky, keď na ňu svietite svetlo - čo je fotoelektrický efekt - ale nie to, čo spôsobuje výboj, ani prečo súvisí sila elektrického impulzu s frekvenciou svetla. Roztok musel počkať do roku 1914.
Nikto iný, ako Albert Einstein, nevysvetľoval fotoelektrický efekt, pokiaľ ide o malé zvané pakety energie kvantá. Navrhol ich nemecký fyzik Max Planck v roku 1900. Einsteínove vysvetlenie sa ukázalo ako kvantová teória, za čo mu bola udelená Nobelova cena.
Quanta, ako ich predstavil Planck, boli časticami aj vlnami súčasne. Podľa Plancka sa svetlo skladalo z kvanty nazývanej fotóny, z ktorých každý mal svoju energiu definovanú frekvenciou. V roku 1913 dánsky fyzik Neils Bohr použil Plancksovu teóriu, aby dal planétový model atómu, ktorý navrhol novozélandský fyzik Ernest Rutherford v roku 1911, kvantový do-over.
The Modern Atom
V Bohrovom modeli atómu môžu elektróny meniť obežné dráhy emitovaním alebo absorbovaním fotónu, ale pretože fotóny sú diskrétne balíčky, môžu elektróny meniť iba obežné dráhy v diskrétnych množstvách. Dvaja experimentátori, James Franck a Gustav Hertz, navrhli experiment, ktorý potvrdil Bohrovu hypotézu bombardovaním atómov ortuti elektrónmi a urobili to bez toho, aby vedeli o Bohrovej práci.
Bohrsov model s dvoma modifikáciami prežil dodnes, hoci väčšina moderných fyzikov to považuje za aproximáciu. Prvou modifikáciou bolo objavenie protónu Rutherfordom v roku 1920 a druhou bolo objavenie neutrónu britským fyzikom Jamesom Chadwickom v roku 1932.
Moderný atóm je potvrdením teórie častíc Democritus, ale je to tiež niečo ako odmietnutie. Ukázalo sa, že atómy nie sú neoddeliteľné, a to platí aj pre elementárne častice, ktoré ich tvoria. Elektróny, protóny a neutróny môžete rozdeliť na menšie častice nazývané kvarky a dokonca je možné kvark rozdeliť. Cesta králičou dierou ešte zďaleka nekončí.