מה משותף לפילוסוף יווני עתיק
לקוויקר מהמאה ה 19
ולמדענים זוכי פרס נובל?
למרות שהם מופרדים ביותר מ 2,400 שנה של הסטוריה,
כל אחד תרם לתשובה לשאלה נצחית:
ממה החומר עשוי?
זה היה בערך ב 440 לפני הספירה שדמוקריטוס הציע לראשונה
שהכל בעולם עשוי מחלקיקים זעירים
שמוקפים בחלל ריק.
והוא אפילו שיער שהם שונים בגודל ובצורה
תלוי בחומר אותו הם מרכיבים.
הוא קרא לחלקיקים האלה "אטומוס," יוונית לבלתי ניתנים לחלוקה.
לרעיונות שלו התנגדו הפילוסופים היותר פופולריים של תקופתו.
אריסטו, לדוגמה, לא הסכים לחלוטין,
והצהיר במקום שחומר היה עשוי מארבעה יסודות:
אדמה, רוח, מים, ואש,
ורוב המדענים המאוחרים יותר הסכימו.
אטומים נשארו נשכחים עד 1808,
כשמורה קוויקר בשם ג'ון דלטון רצה לאתגר את התאורה של אריסטו,
בעוד האטומיזם של דמוקריטוס היה תאורטי לחלוטין,
דלטון הראה שחומרים נפוצים תמיד התחלקו לאותם יסודות
באותם יחסים.
הוא הסיק שהתרכובות השונות
היו צרופים של אטומים של יסודות שונים,
כל אחד בגודל ומסה יחודית
שלא ניתן ליצור או להשמיד.
למרות שהוא קיבל הרבה תשבחות על עבודתו,
קקוויקר, דלטון חי בצניעות עד סוף חייו.
התאוריה האטומית עכשיו התקבלה על ידי הקהילה המדעית,
אבל ההתקדמות המשמעותית הבאה
לא הגיעה עד כמעט מאה מאוחר יותר
עם הגילוי של האלקטרון ב 1897 על ידי פיזיקאי ג'י ג'י תומפסון.
במה שאפשר לקרוא לו מודל עוגיית השוקולד צ'יפס של האטום,
הוא הראה אטומים ככדורים דחוסים בצורה אחידה של חומר חיובי
מלאים באלקטרונים טעונים במטען שלילי.
תומפסון זכה בנובל ב 1906 עבור גילוי האלקטרון,
אבל המודל שלו של האטום לא החזיק הרבה זמן.
זה היה בגלל שהיו לו תלמידים די חכמים,
כולל אחד בשם ארנסט רתרפורד,
שהפך לידוע כאבי עידן הגרעין.
בעודו לומד את ההשפעות של קרני רנטגן על גזים,
רתרפורד החליט לחקור אטומים יותר מקרוב
על ידי יריית חלקיקי אלפא חיוביים זעירים על יריעה של זהב.
תחת המודל של תומפסון,
המטען החיובי הדחוס הזעיר
לא יהיה מספיק כדי להסיט את החלקיקים במיקום מסויים.
האפקט היה כמו קבוצה של כדורי טניס
שעוברים דרך מסך נייר דק.
אבל בעוד שרוב החלקיקים באמת עברו דרך,
חלקם קפצו חזרה,
מה שהציע שהקרום היה יותר כמו רשת עם חורים ממש גדולים.
רתרפורד הסיק שאטומים מכילים אזורים ריקים גדולים
עם רק מעט אלקטרונים,
בעוד רוב המסה מרוכזת במרכז,
שהוא קרא לו הגלעין.
חלקיקי האלפא עברו דרך הפערים
אבל קפצו חזרה מהגלעין הדחוס הטעון חיובית.
אבל תאוריית האטום לא היתה מושלמת עדיין.
ב 1913, סטודנט נוסף של תומפסון בשם נילס בוהר
הרחיב את מודל הגלעין של רתרפורד.
בעזרת עבודה מוקדמת של מקס פלאנק ואלברט איינשטין
הוא העריך שהאלקטרונים חגים מסביב לגלעין
באנרגיות ומרחקים קבועים,
ומסוגלים לקפוץ מרמה אחת לשניה, אבל לא להתקיים במרחב שבינהן.
המודל הפלנטרי של בור לקח את מרכז הבמה,
אבל במהרה, גם הוא נתקל בבעיות.
ניסויים הראו שבמקום להיות חלקיקים בודדים,
אלקטרונים התנהגו באותו הזמן גם כגלים,
לא מוגבלים לנקודה מסויימת במרחב.
וביצירת עיקרון אי הודאות המפורסם שלו,
וורנר הייזנברג הראה שזה בלתי אפשרי לקבוע
גם את המיקום המדוייק וגם את המהירות המדוייקת של אלקטרונים
כשהם מקיפים את האטום.
הרעיון של אלקטרונים שלא ניתנים למיקום
אבל קיימים בתוך טווח של מיקומים אפשריים
תרם לעליה של המודל הקוואנטי הנוכחי של האטום,
תאוריה מרתקת עם סט חדש של סיבוכיות
שההשלכות שלו עדיין לא הובנו לגמרי.
למרות שההבנה שלנו את האטומים ממשיכה להשתנות,
העובדה הבסיסית של קיום האטומים נשארת,
אז בואו נחגוג את הניצחון של תאוריית האטום
עם כמה זיקוקים.
כשאלקטרונים שמקיפים את האטום נעים בין רמות אנרגיה,
הם קולטים או משחררים אנרגיה בצורה של אורכי גל מסויימים של אור,
מה שגורם לצבעים הנפלאים שאנחנו רואים.
ואנחנו יכולים לדמיין את דמוקרטס צופה ממקום כלשהו,
מרוצה שיותר מאלפיים שנה מאוחר יותר,
הוא היה זה שצדק לכל אורך הדרך.