Indhold
- Demokrituspartikelteorien
- Demokrituseksperimentet til at bevise eksistensen af atomer
- John Dalton og moderne atomteori
- Partikelteori opfylder kvanten
- Det moderne atom
Partikelteorien om stof blev ikke så meget opdaget, da den blev formuleret, og denne formulering begyndte i det antikke Grækenland.
Den person, der krediteres for at have udtænkt tanken om, at verden er sammensat af små, udelelige partikler, er filosofen Democritus, der levede fra 460 til 370 f.Kr. Han udtænkte et eksperiment for at bevise sin idé, og selvom Democritus-eksperimentet kan virke for overdreven i dag, hjalp det med at føde begrebet atom, som er centralt for den moderne forståelse af stof.
I århundrederne, der fulgte efter eksperimentet, gjorde Democritus-partikelteorien ikke meget fremskridt, men i slutningen af det nittende århundrede blev det optaget af den engelske kemiker og fysiker John Dalton (1766 - 1844).
Daltons arbejde forblev praktisk talt uændret i den bedre del af et århundrede, indtil en besætning af moderne fysikere, der indeholdt sådanne navne som Thompson, Rutherford, Bohr, Planck og Einstein, blev involveret. Det var, da gnister begyndte at flyve, og verden kom ind i nukleare tidsalder.
Demokrituspartikelteorien
Det lyder som om ordet "demokrati" kan være afledt af hans navn, men Democritus var ikke en politisk filosof. Ordet kommer faktisk fra de græske ord demoer, hvilket betyder "folket" og kratein, hvilket betyder "at regere."
Kendt som den "latterfilosof" på grund af den store betydning, han lagde for munterhed, mønteres et andet vigtigt ord: atom. Han henviste til de små partikler, der udgør alt i universet som ATOMOS, hvilket betyder uafskærmelig eller udelelig.
Dette var ikke hans eneste banebrydende bidrag til videnskab. Demokritus var også den første til at hævde, at det lys, vi ser fra Mælkevejen, er det kombinerede lys fra en mangfoldighed af individuelle stjerner. Han foreslog også eksistensen af andre planeter og postulerede endda eksistensen af flere universer, en idé, der er på forkant med videnskaben i dag.
I følge Aristoteles (384 - 322 fvt) mente Democritus, at den menneskelige sjæl var sammensat af ildatomer og jordatomer. Dette var i strid med Aristoteles's tro på, at verden består af de fire elementer af luft, ild, jord og vand, og at forholdet mellem elementerne bestemte sagens egenskaber.
Aristoteles troede endda, at elementerne kunne omdannes til hinanden, en idé, der fremkaldte søgningen efter Philosophers Stone gennem middelalderen.
Demokrituseksperimentet til at bevise eksistensen af atomer
Hverken Aristoteles eller det lige så indflydelsesrige Platon (ca. 429 - 347 f.Kr.) tiltrådte Democritus-partikelteorien, og det ville tage 2.000 år for den "latterfilosof" at blive taget alvorligt. Det kunne have noget at gøre med det eksperiment, som Democritus udtænkte for at bevise sin teori, hvilket var mindre end overbevisende.
Democritus begrundede, at hvis du tager en sten eller en anden genstand og fortsætter med at opdele den i to, kommer du til sidst til et stykke, der er så lille, at det ikke kan opdeles mere. Det siges, at han udførte dette eksperiment med en muslingeskal, og da han reducerede skallen til et fint pulver, som han ikke længere kunne skære i mindre stykker, betragtede han det bevis på sit teorem.
Democritus var en materialist, i modsætning til Platon og Aristoteles, som mente, at formålet med begivenheder var vigtigere end deres årsager. Han var en pioner inden for matematik og geometri, og han var blandt få mennesker på det tidspunkt, der troede, at jorden var sfærisk. Selvom han ikke kunne bevise det overbevisende, er hans opfattelse af atomer, der for det meste findes i tomt rum, hver med en lille velcro-stilkrok, der gjorde det muligt at forbinde med andre atomer, ikke så langt fjernet fra atomens moderne videnskabelige model.
John Dalton og moderne atomteori
Var Democritus teori korrekt? Svaret er et kvalificeret ja, men det blev ikke engang betragtet som en mulighed indtil 1800. Thats da John Dalton gentog det, mens han arbejdede på Law of Constant Composition fremskaffet af den franske kemiker Joseph Proust. Anklagerlov fulgte direkte fra loven om bevarelse af masse, som var blevet opdaget af en anden fransk kemiker, Antoine Lavoisier.
Loven om konstant sammensætning angiver, at en prøve af en ren forbindelse, uanset hvordan den opnås, altid indeholder de samme elementer i de samme masseforhold. Dalton indså, at dette kun kunne være sandt, hvis materien bestod af udelelige partikler, som han kaldte atomer (med et nikket hoved til Democritus). Dalton lavet fire udsagn om sagen der sammen udgør hans atomteori:
Daltons atomteori forblev praktisk talt uændret i det meste af det 19. århundrede.
Partikelteori opfylder kvanten
I hele det 19. århundrede havde der været en debat om lysets natur - hvad enten det forplantede sig som en bølge eller en partikel. Mange eksperimenter bekræftede bølgehypotesen, og mange flere bekræftede den korpuskulære. I 1887 opdagede den tyske fysiker Heinrich Hertz den fotoelektriske effekt, da han udførte eksperimenter med en gnistgapgenerator. Denne opdagelse viste sig at være langt vigtigere, end Hertz indså.
Omkring den tid var den engelske fysiker J.J. Thompson opdagede den første subatomære partikel, elektronet ved at undersøge opførelsen af katodestråler. Hans opdagelse hjalp med at forklare, hvad der udgjorde den elektriske udladning fra en ledende plade, når du skinner lys på det - hvilket er fotoelektrisk effekt - men ikke hvad der forårsager udladningen eller hvorfor styrken af den elektriske impuls er relateret til lysfrekvensen. Løsningen måtte vente til 1914.
Ingen andre end Albert Einstein forklarede den fotoelektriske effekt med hensyn til små energipakker kvanter. Disse blev foreslået af den tyske fysiker Max Planck i 1900. Einsteins forklaring beviste kvanteteori, og han blev tildelt Nobelprisen for den.
Quanta, som Planck undfangede dem, var både partikler og bølger på samme tid. Ifølge Planck var lys sammensat af kvanta kaldet fotoner, der hver havde en bestemt energi defineret af dens frekvens. I 1913 brugte den danske fysiker Neils Bohr Plancks-teorien til at give planetmodellen for atomet, som blev foreslået af den newzealandske fysiker Ernest Rutherford i 1911, en kvanteovergang.
Det moderne atom
I Bohrs-modellen af atomet kan elektroner ændre baner ved at udsende eller absorbere en foton, men da fotoner er diskrete pakker, kan elektronerne kun ændre baner i diskrete mængder. To eksperimenter, James Franck og Gustav Hertz, udtænkte et eksperiment, der bekræftede Bohrs hypotese ved at bombardere kviksølvatomer med elektroner, og de gjorde det uden selv at vide om Bohrs arbejde.
Med to modifikationer har Bohrs-modellen overlevet til nutiden, skønt de fleste moderne fysikere betragter det som en tilnærmelse. Den første ændring var opdagelsen af protonen af Rutherford i 1920, og den anden var opdagelsen af neutronen af den britiske fysiker James Chadwick i 1932.
Det moderne atom er en bekræftelse af Democritus-partikelteorien, men det er også noget af en afvisning. Atomer viser sig ikke at være udelelige, og det er også tilfældet for de elementære partikler, der omfatter dem. Du kan opdele elektroner, protoner og neutroner i mindre partikler kaldet kvarker, og det kan endda være muligt at opdele en kvark. Rejsen ned ad kaninhullet er langt fra forbi.