Sisältö
- Democritus-hiukkasteoria
- Demokratinen koe atomien olemassaolon osoittamiseksi
- John Dalton ja moderni atomiteoria
- Hiukkasteoria täyttää kvantin
- Moderni atomi
Aineen hiukkasteoriaa ei löydetty niin paljon kuin se muotoiltiin, ja muotoilu alkoi antiikin Kreikassa.
Henkilö, jolla on ajatus siitä, että maailma koostuu pienistä, jakamattomista hiukkasista, on filosofi Democritus, joka asui 460 - 370 eaa. Hän suunnitteli kokeilun ideansa todistamiseksi, ja vaikka Democritus-kokeilu saattaa vaikuttaa nykyään liian yksinkertaiselta, se auttoi synnyttämään atomin käsitteen, joka on keskeinen nykyajan ymmärryksessä.
Kokeen jälkeisinä vuosisatoina Democritus-hiukkasteoria ei edennyt paljon, mutta 1800-luvun vaihteessa englantilainen kemisti ja fyysikko John Dalton (1766 - 1844) otti sen käyttöön.
Daltonin työ pysyi käytännössä muuttumattomana vuosisadan paremmalla puolella, kunnes nykyaikaisten fyysikkojen miehistö, joka sisälsi sellaisia nimiä kuin Thompson, Rutherford, Bohr, Planck ja Einstein, pääsi mukaan. Siinä vaiheessa kun kipinät alkoivat lentää, ja maailma tuli ydinaikaan.
Democritus-hiukkasteoria
Kuulostaa siltä, että sana "demokratia" olisi saattanut olla peräisin hänen nimestään, mutta Democritus ei ollut poliittinen filosofi. Sana todella tulee kreikkalaisista sanoista demoja, joka tarkoittaa "kansaa" ja kratein, joka tarkoittaa "hallita".
"Nauravaksi filosofiksi" tunnetuksi iloisuudelle osoittamansa suuren merkityksen vuoksi Democritus teki kolikon toisen tärkeän sanan: atomi. Hän viittasi pieniin hiukkasiin, jotka muodostavat kaiken maailmankaikkeudessa ATOMOS, mikä tarkoittaa kiistämätöntä tai jakamattomia.
Tämä ei ollut hänen ainoa edelläkävijäpanos tieteeseen. Democritus oli myös ensimmäinen, joka katsoi, että Linnunradalta näkemämme valo on monien yksittäisten tähtijen yhdistetty valo. Hän ehdotti myös muiden planeettojen olemassaoloa ja jopa postuloi monien maailmankaikkeuksien olemassaoloa, idea, joka on nykyään tieteen kärjessä.
Aristoteleen (384 - 322 eKr.) Mukaan Democritus uskoi, että ihmisen sielu koostui palo-atomeista ja maan atomien rungosta. Tämä oli vastoin Aristotelesin uskoa, jonka mukaan maailma koostuu neljästä elementistä ilmasta, tulesta, maasta ja vedestä ja että elementtien suhde määritteli aineen ominaisuudet.
Aristoteles uskoi jopa, että elementit voitaisiin muuttaa toisiksi, ajatukseksi, joka ruokki filosofien kivihakua keskiajalla.
Demokratinen koe atomien olemassaolon osoittamiseksi
Ei Aristoteles eikä yhtä vaikutusvaltainen Platoni (noin 429 - 347 eKr.) Ole sitoutunut Democritus-hiukkasteoriaan, ja "nauravan filosofin" vakavasti ottamiseen kului 2000 vuotta. Sillä voi olla jotain tekemistä kokeilun kanssa, jonka Democritus suunnitteli todistaakseen teoriansa, joka oli vähemmän kuin vakuuttava.
Democritus perusteli, että jos otat kiven tai jonkin muun esineen ja jaat sen edelleen kahtia, tulet lopulta palaan, joka on niin pieni, että sitä ei voida jakaa enää. Sanotaan, että hän suoritti tämän kokeen simpukankuorella, ja kun hän pelkisti kuoren hienoksi jauheeksi, jota hän ei voinut enää leikata pienemmiksi paloiksi, hän piti todisteena lauseensa.
Democritus oli materialisti, toisin kuin Platon ja Aristoteles, jotka uskoivat tapahtumien tarkoitusten olevan tärkeämpiä kuin niiden syyt. Hän oli edelläkävijä matematiikassa ja geometriassa, ja hän oli tuolloin muutamien ihmisten joukossa, jotka uskoivat maan olevan pallomainen. Vaikka hän ei voinut todistaa sitä vakuuttavasti, hänen käsitys atomista, joka esiintyy pääosin tyhjessä tilassa, jokaisella on pieni tarra-tyyppinen koukku, jonka avulla se sai yhteyden muihin atomiin, ei ole kaukana nykyisestä atomin tieteellisestä mallista.
John Dalton ja moderni atomiteoria
Oliko Democritus-teoria oikea? Vastaus on myöntävä kyllä, mutta sitä ei pidetty edes mahdollisuutena vuoteen 1800 saakka. Se on, kun John Dalton tarkisti sitä uudelleen työskenteleessään ranskalaisen kemisti Joseph Proustin kehittämää jatkuvan kokoonpanon lakia. Prousts-lakia seurasi suoraan joukkotuholaki, jonka toinen ranskalainen kemisti Antoine Lavoisier oli löytänyt.
Jatkuvan koostumuksen laki toteaa, että puhtaan yhdisteen näyte, riippumatta siitä miten se saadaan, sisältää aina samat elementit samoissa massaosuuksissa. Dalton tajusi, että tämä voi olla totta vain, jos aine koostuisi jakamattomista hiukkasista, joita hän kutsui atomiksi (pään nyökkäyksellä Democritukselle). Dalton teki neljä lausetta asiasta jotka yhdessä muodostavat hänen atomiteorian:
Daltonien atomiteoria pysyi käytännössä muuttumattomana suurimman osan 1800-luvulta.
Hiukkasteoria täyttää kvantin
Koko 1800-luvun ajan oli käynyt keskustelua valon luonteesta - etenikö se aallona vai hiukkasena. Monet kokeet vahvistivat aaltohypoteesin, ja monet muut vahvistivat verisuonten. Vuonna 1887 saksalainen fyysikko Heinrich Hertz löysi valosähkön tehdessään kokeita kipinärakojen generaattorilla. Tämä löytö osoittautui paljon tärkeämmäksi kuin Hertz tajusi.
Noin siihen aikaan englantilainen fyysikko J.J. Thompson löysi ensimmäisen subatomisen hiukkasen, elektronin, tutkimalla katodisäteiden käyttäytymistä. Hänen löytönsä auttoi selittämään, mikä oli johtavan levyn sähköinen purkaus, kun loistat valolle sen päälle - mikä on valosähköinen ilmiö - mutta ei siitä, mikä aiheuttaa purkautumisen, eikä miksi sähköisen impulssin voimakkuus liittyy valon taajuuteen. Ratkaisun piti odottaa vuoteen 1914 asti.
Kukaan muu kuin Albert Einstein selitti valosähkövaikutusta pieninä energiapaketeina Quanta. Saksalainen fyysikko Max Planck ehdotti niitä vuonna 1900. Einsteinsin selitys osoitti kvantiteorian, ja hänelle myönnettiin siitä Nobel-palkinto.
Kun Quanta oli suunnitellut heidät, ne olivat sekä hiukkasia että aaltoja samanaikaisesti. Planckin mukaan valo koostui kvoneista, joita kutsuttiin fotoneiksi, joilla jokaisella oli erityinen energia taajuudensa määrittelemällä. Tanskalainen fyysikko Neils Bohr käytti vuonna 1913 Plancks-teoriaa antaakseen atomin planeettamallin, jonka Uuden-Seelannin fyysikko Ernest Rutherford oli ehdottanut vuonna 1911, kvanttivaiheen.
Moderni atomi
Bohrs-atomimallissa elektronit voivat muuttaa kiertoratoja säteilemällä tai absorboimalla fotonia, mutta koska fotonit ovat erillisiä paketteja, elektronit voivat muuttaa kiertoratoja vain erillisinä määrinä. Kaksi kokeilijaa, James Franck ja Gustav Hertz, suunnittelivat kokeilun, joka vahvisti Bohrsin hypoteesin pommittamalla elohopeaatomeja elektroneilla, ja he tekivät sen tietämättä edes Bohrsin työstä.
Kahdessa modifikaatiossa Bohrs-malli on säilynyt nykypäivään, vaikka useimmat nykyajan fyysikot pitävät sitä likiarvona. Ensimmäinen muutos oli protonin löytäminen Rutherfordin toimesta vuonna 1920, ja toinen oli neutronin löytäminen brittiläisen fyysikon James Chadwickin avulla vuonna 1932.
Nykyaikainen atomi on vahvistus Democritus-hiukkasteorialle, mutta se on myös jotain hylkäämistä. Atomit eivät osoittautu olevan jakamattomia, ja se pätee myös niistä koostuviin alkuainehiukkasiin. Voit jakaa elektronit, protonit ja neutronit pienempiin partikkeleihin, joita kutsutaan kvarkeiksi, ja kvarkin voi olla jopa mahdollista jakaa. Matka kaninreiästä ei ole kaukana.