מי גילה את תורת החלקיקים?

תוֹכֶן

• תיאוריית החלקיקים הדמוקריטוסים
• הניסוי הדמוקריטוס להוכחת קיומם של אטומים
• ג'ון דלטון ותורת האטום המודרנית
• תורת החלקיקים פוגשת את הקוונטים
• האטום המודרני

תורת החלקיקים של החומר לא התגלתה כל כך כפי שנוסחה, ואותה ניסוח החל ביוון העתיקה.

מי שזוכה בזכותו שהגה את הרעיון שהעולם מורכב מחלקיקים זעירים ובלתי ניתנים לחלוקה הוא הפילוסוף דמוקריטוס, שחי 460 עד 370 לפני הספירה. הוא תכנן ניסוי להוכחת הרעיון שלו, ובעוד הניסוי הדמוקריטוס אולי נראה היום פשטני מדי, הוא עזר להוליד את מושג האטום, שהוא מרכזי להבנתו המודרנית של החומר.

במאות שלאחר הניסוי, תאוריית החלקיקים הדמוקריטוס לא התקדמה רבות, אך בסוף המאה התשע-עשרה היא תפסה את הכימאי והפיזיקאי האנגלי ג'ון דלטון (1766 - 1844).

עבודות דלתון נותרו כמעט ללא שינוי במשך רוב המאה, עד שצוות של פיסיקאים מודרניים שכלל שמות כמו תומפסון, רות'רפורד, בוהר, פלאנק ואינשטיין הסתבך. זה כשהניצוצות החלו לעוף, והעולם נכנס לעידן הגרעין.

תיאוריית החלקיקים הדמוקריטוסים

זה נשמע כאילו המלה "דמוקרטיה" נגזרה משמו, אך דמוקריטוס לא היה פילוסוף פוליטי. המילה באה למעשה מהמילים היווניות הדגמותשמשמעותה "האנשים", ו קראטיןשמשמעותו "לשלוט".

דמוקריטוס, שנקרא "הפילוסוף הצוחק" בגלל החשיבות הרבה שהוא שם על העליזות. אטום. הוא התייחס לחלקיקים הקטנים המרכיבים את כל היקום כ אטומוסשמשמעותה לא ניתנת לחיתוך או בלתי ניתנת לחלוקה.

זו לא הייתה תרומתו החלוצית היחידה למדע. דמוקריטוס היה גם הראשון שהצביע כי האור שאנו רואים מדרך החלב הוא האור המשולב של המון כוכבים בודדים. הוא גם הציע קיומם של כוכבי לכת אחרים ואף הניח את קיומם של יקומים מרובים, רעיון שנמצא בקצה המפתח של המדע כיום.

לפי אריסטו (384 - 322 לפני הספירה), דמוקריטוס האמין כי נפש האדם מורכבת מאטומי אש וגוף אטומי כדור הארץ. זה היה בניגוד לאמונתו של אריסטו כי העולם מורכב מארבעת היסודות של אוויר, אש, אדמה ומים, וכי יחס היסודות קבע את מאפייני העניין.

אריסטו אפילו האמין שניתן להפוך את האלמנטים זה לזה, רעיון שהניע את החיפוש אחר אבן הפילוסופים לאורך כל ימי הביניים.

הניסוי הדמוקריטוס להוכחת קיומם של אטומים

לא אריסטו ולא אפלטון המשפיע באותה מידה (בערך 429 - 347 לפני הספירה) היו מנויים לתורת החלקיקים של הדמוקריטוס, וייקח ברצינות 2,000 שנה עד ש"הפילוסוף הצוחק "ייקח ברצינות. זה יכול להיות קשור לניסוי שדמוקריטוס המציא כדי להוכיח את התיאוריה שלו, שהייתה פחות משכנעת.

דמוקריטוס טען שאם אתה לוקח אבן או חפץ אחר וממשיך לחלק אותו לשניים, בסופו של דבר אתה מגיע לחתיכה שהיא כל כך קטנה עד שלא ניתן לחלק אותה עוד. נאמר שהוא ביצע ניסוי זה עם צדף, וכאשר הוא צמצם את הקליפה לאבקה דקה שהוא כבר לא יכול היה לחתוך לחתיכות קטנות יותר, הוא שקל את ההוכחה למשפט שלו.

דמוקריטוס היה חומרני, שלא כמו אפלטון ואריסטו, שהאמינו שתכליות האירועים חשובות יותר מסיבותיהם. הוא היה חלוץ במתמטיקה וגיאומטריה, והוא היה בין מעט אנשים באותה עת שהאמינו שהאדמה כדורית. אפילו אם הוא לא יכול היה להוכיח זאת באופן משכנע, תפיסתו של האטומים הקיימים ברובם בחלל ריק, שלכל אחד מהם וו קטן בסגנון וולקרו שאיפשר לו להתחבר לאטומים אחרים, היא לא כל כך רחוקה מהמודל המדעי המודרני של האטום.

ג'ון דלטון ותורת האטום המודרנית

האם תיאוריית הדמוקריטוס הייתה נכונה? התשובה היא כן מוסמך, אבל זה אפילו לא נחשב כאפשרות עד 1800. זה היה כאשר ג'ון דלטון חזר על כך בזמן שהוא עבד על חוק הקומפוזיציה הקבועה שהקדם הכימאי הצרפתי ג'וזף פרוסט. חוק ההפרשות בא בעקבות ישירות מחוק שימור המיסה, שהתגלה על ידי כימאי צרפתי אחר, אנטואן לבואה.

חוק הקומפוזיציה הקבועה קובע כי דגימה של תרכובת טהורה, לא משנה כיצד היא מתקבלת, מכילה תמיד אותם אלמנטים באותה פרופורציות המוניות. דלטון הבין שזה יכול להיות נכון רק אם החומר מורכב מחלקיקים בלתי ניתנים לחלוקה, אותם כינה אטומים (בהנהון ראש לדמוקריטוס). דלטון עשה ארבע הצהרות על עניין שמהווים יחד את התיאוריה האטומית שלו:

תיאוריית האטום של דלתון נותרה כמעט ללא שינוי ברוב המאה התשע עשרה.

תורת החלקיקים פוגשת את הקוונטים

לאורך כל המאה התשע-עשרה התנהל ויכוח על טבעו של האור - בין אם הוא התפשט כגל או כעל חלקיק. ניסויים רבים אישרו את השערת הגל, ורבים נוספים אישרו את הניתוח הגופני. בשנת 1887 גילה הפיזיקאי הגרמני היינריך הרץ את האפקט הפוטואלקטרי כשעשה ניסויים עם מחולל פער ניצוץ. גילוי זה התגלה כחשוב בהרבה מכפי שהבין הרץ.

בערך באותה תקופה, הפיזיקאי האנגלי ג'יי ג'יי. תומפסון גילה את החלקיק התת-אטומי הראשון, האלקטרון, על ידי בחינת התנהגות קרני הקתודה. הגילוי שלו עזר להסביר מה היווה את הפריקה החשמלית מלוח מוליך כשאת מאירה עליו אור - וזהו אפקט פוטואלקטרי - אך לא מה גורם לפריקה ולא מדוע חוזק הדחף החשמלי קשור לתדר האור. הפיתרון היה צריך להמתין עד שנת 1914.

לא אחר מאשר אלברט איינשטיין הסביר את ההשפעה הפוטואלקטרית מבחינת חבילות אנרגיה קטנות שנקראו מנה. אלה הוצעו על ידי הפיזיקאי הגרמני מקס פלאנק בשנת 1900. ההסבר של איינשטיין הוכיח את תורת הקוונטים, והוא זכה בפרס נובל על כך.

קוונטה, כפי שהגה אותם פלאנק, היו גם חלקיקים וגם גלים בו זמנית. לפי פלאנק, האור הורכב מקוונטה המכונה פוטונים, שלכל אחד מהם הייתה אנרגיה מסוימת שהוגדרה על ידי התדר שלה. בשנת 1913 השתמש הפיזיקאי הדני נילס בוהר בתורת פלאנקס כדי לתת את המודל הפלנטרי של האטום, שהוצע על ידי הפיזיקאי הניו זילנדי ארנסט רות'רפורד בשנת 1911, מעשה קוונטי.

האטום המודרני

במודל Bohrs של האטום, אלקטרונים יכולים לשנות מסלול על ידי פליטה או קליטה של ​​פוטון, אך מכיוון שפוטונים הם חבילות נפרדות, האלקטרונים יכולים לשנות מסלול רק בכמויות נפרדות. שני נסיינים, ג'יימס פרנק וגוסטב הרץ, המציאו ניסוי שאישר את השערת בוהר בהפצצת אטומי כספית באלקטרונים, והם עשו זאת מבלי שהם אפילו ידעו על עבודת בוהר.

עם שני שינויים, מודל Bohrs שרד עד ימינו, אם כי מרבית הפיזיקאים המודרניים רואים בכך קירוב. השינוי הראשון היה גילוי הפרוטון על ידי רתרפורד בשנת 1920, והשני היה גילוי הנויטרון על ידי הפיזיקאי הבריטי ג'יימס צ'אדוויק בשנת 1932.

האטום המודרני הוא אישור של תיאוריית החלקיקים של הדמוקריטוס, אך הוא גם משהו של דחייה. האטומים מתגלים כבלתי ניתנים לחלוקה, וזה נכון גם לחלקיקים היסודיים המרכיבים אותם. אתה יכול לחלק אלקטרונים, פרוטונים ונויטרונים לחלקיקים קטנים יותר הנקראים קווארקים, ואולי אפילו ניתן לחלק חלוקת קוורק. המסע במורד הארנב רחוק מלהסתיים.