Mi a közös egy ógörög filozófusban,
egy 19. századi kvékerben,
és Nobel-díjas tudósokban?
Bár 2400 évnyi történelem választja szét őket egymástól,
mégis mindegyikük hozzájárult, az örök kérdés megválaszolásához:
miből vannak a dolgok?
Démokritosz i. e. 440 körül tette fel először, hogy
a világon mindent apró részecskék alkotnak,
amiket üres tér vesz körül.
Sőt azt is feltételezte, hogy méretük és alakjuk eltérő,
attól függően, hogy milyen anyagot alkotnak.
Ezeket a részecskéket "atomos"-nak nevezte, ami görögül oszthatatlant jelent.
Elképzeléseit abban az időben sok, nála népszerűbb filozófus ellenezte.
Arisztotelész, például, egyáltalán nem értett egyet,
azt állítva ehelyett, hogy az anyag négy részből áll:
föld, szél, víz és tűz,
és a későbbi tudósok legtöbbje követte az ő példáját.
Az atomokról egészen 1808-ig meg is feledkeztek,
amikor egy John Dalton nevű kvéker vitatni kezdte Arisztotelész elméletét.
Míg Démokritosz atomizmusa pusztán elméleti volt,
Dalton megmutatta, a közönséges anyagok, mindig ugyanazokra az elemekre bomlanak,
egyforma arányban.
Megállapította, hogy a különféle vegyületek
különböző elemek atomjainak a kombinációi,
melyek mindegyikének adott mérete és tömege van,
és amelyeket sem létrehozni, sem megsemmisíteni nem lehet.
Habár számos kitüntetésben részesült munkásságáért,
mégis kvékerként, Dalton élete utolsó napjáig szerényen élt.
Az atomelméletet eddigre már elfogadta a tudományos közösség,
de a következő nagy előrelépésre
majd egy évszázadot kellett várni,
amikor is a fizikus J.J. Thompson 1897-ben felfedezte az elektront.
Azon keresztül, amit az atom csokis keksz modelljének is hívhatunk,
mutatta be az atomokat, mint egyenletes, pozitív anyagból álló gömböket,
negatív töltésű elektronokkal telítve.
Az elektron felfedezéséért Thompson 1906-ban elnyerte a Nobel-díjat,
de az atom modellje nem tartott ki sokáig.
Ez azért volt, mert történetesen volt néhány nagyon okos diákja,
beleértve egy bizonyos Ernest Rutherfordot is,
aki úgy lett ismert, mint a nukleáris kor atyja.
A röntgensugarak gázokra gyakorolt hatásait vizsgálva,
Rutherford úgy döntött, hogy közelebbről is megvizsgálja az atomokat,
pozitív töltetű alfa részecskéket lőve egy aranyfólia lapra.
Thompson modellje szerint
az atom vékonyan elszórt pozitív töltete
nem lenne elég ahhoz, hogy bármely helyen eltérítse a részecskéket.
A hatás olyan lenne, mintha egy rakás teniszlabda
ütne át egy vékony papírt.
De amíg a részecskék nagyja átjutott,
néhány visszapattant,
ami arra utal, hogy a fólia inkább egy vastag háló, nagy szemekkel.
Rutherford megállapította, hogy az atomok pár elektront bíró
üres térből állnak,
miközben a tömeg nagy része a központban koncentrálódik,
amit nukleusznak nevezett el.
Az alfa részecskék átmentek a szemeken,
de visszapattantak a sűrű, pozitív töltésű nukleuszról.
De az atomelmélet még nem volt teljes.
1913-ban Thompson egy másik diákja, akit Niels Bohrnak hívtak,
kibővítette Rutherford atommodelljét.
Max Planck és Albert Einstein korábbi munkáira alapozva,
kikötötte, hogy az elektronok a nukleusz körül keringenek
fix energiával és távolságra, képesen arra,
hogy egyik szintről a másikra ugorjanak, de nem létezhetnek a köztes térben.
Bohr planetáris modellje került a középpontba,
de hamarosan ez is némi bonyodalomba ütközött.
A kísérletek azt mutatták, hogy ahelyett, hogy egyszerűen önálló részecskék lennének,
az elektronok egyszerre hullámként is viselkednek,
és nem korlátozódnak egy bizonyos pontra a térben.
Híres határozatlansági elvének megalkotásakor,
Werner Heisenberg megmutatta, hogy lehetetlen meghatározni
egyszerre az elektronok pontos sebességét és pozícióját,
ahogy egy atom körül mozognak.
Az elképzelés, hogy az elektronokat nem lehet pontosan meghatározni,
de lehetséges helyek tartományain belül léteznek
vezetett a jelenlegi kvantum atom modellhez,
egy lenyűgöző elmélethez, egy sor új komplexitással,
amelyeknek a következményeit még nem teljes egészében értettük meg.
Habár az atomokról alkotott felfogásunk állandóan változik,
az atomok alapvető ténye megmarad,
így ünnepeljük meg az atomelmélet diadalát,
egy kis tűzijátékkal.
Ahogy egy atom körül keringő elektronok energia szinteket váltanak,
energiát nyelnek el, vagy adnak ki adott hullámhosszú fény formájában,
mindezeket a csodálatos színeket létrehozva, amit látunk.
És el tudjuk képzelni, ahogy Démokritosz elégedetten figyel
valahonnan, amiért több mint két évezreddel később
bebizonyosodott, hogy mindvégig igaza volt.