Co mają wspólnego grecki filozof,
XIX-wieczny kwakier
i laureaci Nagrody Nobla z fizyki i chemii?
Mimo że dzieli ich ponad 2400 lat,
łączy odpowiedź na odwieczne pytanie.
Z czego zrobione jest to, co nas otacza?
Pierwszy był Demokryt, który około 440 lat p.n.e.
podsunął myśł, że całą materię tworzą maleńkie cząsteczki
otoczone pustą przestrzenią.
Rozważał nawet fakt, że mogą się różnić kształtem i rozmiarem
w zależności od substancji, którą tworzą.
Nazwał je "atomos", z greki "niepodzielne".
Jego pomysłom przeciwstawiali się bardziej znani filozofowie tamtej epoki.
Arystoteles całkowicie odrzucił tę koncepcję.
Twierdził, że materia zbudowana jest z czterech żywiołów:
ziemi, powietrza, wody i ognia.
Późniejsi uczeni powtarzali tę teorię.
O koncepcji atomu przypomniano sobie dopiero w roku 1808,
gdy teorię Arystotelesa podważył nauczyciel John Dalton.
Podczas gdy atomizm Demokryta był czystą teorią,
Dalton wykazał, że znane nam substancje rozpadają się na te same pierwiastki
w równych proporcjach.
Doszedł do wniosku, że związki chemiczne
stanowią wiązankę atomów różnych pierwiastków,
a każdy z nich ma swoją wielkość i masę.
Nie można ich ani stworzyć, ani zniszczyć.
Choć za swoją pracę dostąpił wielu zaszczytów,
Dalton jako kwakier do końca swoich dni prowadził skromne życie.
Teoria atomu została przyjęta przez naukowe gremium.
Kolejny krok do przodu
nastąpił dopiero 100 lat później.
W 1897 roku fizyk J.J. Thompson odkrył elektron.
Jego model atomu wyglądał jak ciasteczko z kawałkami czekolady.
Przedstawiał atomy jako jednolite kłębki materii o ładunku dodatnim
wypełnione naładowanymi ujemnie elektronami.
Thompson za odkrycie elektronu zdobył w 1906 Nagrodę Nobla,
ale jego model atomu nie utrzymał się zbyt długo.
Stało się tak dlatego, że miał wyjątkowo mądrych uczniów.
Wśród nich znalazł się Ernest Rutherford,
znany dziś jako ojciec fizyki jądrowej.
Badając oddziaływanie promieni rentgenowskich na gazy,
Rutherford postanowił bliżej przyjrzeć się atomowi.
Poddał złotą folię działaniu małych naładowanych dodatnio cząsteczek alfa.
W modelu Thompsona
mocno rozproszony ładunek dodatni atomu nie zmieniłby położenia cząsteczek.
Mielibyśmy efekt podobny do piłeczek tenisowych
przebijających cienką warstwę papieru.
Większość cząsteczek przebiła folię.
Jednak niektóre się odbiły,
wywołując wrażenie, jakby folia była grubą, ale mocno podziurawioną siatką.
Rutherford wywnioskował, że atomy wypełnia głównie pusta przestrzeń
z zaledwie kilkoma elektronami,
a większa część ich masy skupiona jest w samym środku.
Nazwał go jądrem.
Cząsteczki alfa przechodziły przez otwory,
ale odbijały się od gęstego, naładowanego dodatnio jądra.
To jednak nie koniec teorii atomu.
W roku 1913 inny uczeń Thompsona, Niels Bohr,
rozbudował model Rutherforda.
Inspirując się wcześniejszymi badaniami Maxa Plancka i Alberta Einsteina,
wysunął postulat, że elektrony krążą wokół jądra
z określoną energią i na określonych orbitach.
Mogą przeskakiwać z jednej na drugą, ale nigdy nie znajdziemy ich pomiędzy.
Mimo początkowej popularności,
wkrótce zakwestionowano model planetarny atomu.
Doświadczenia wykazały,
że elektrony zachowują się bardziej jak fale niż oddzielne cząsteczki
i nie zajmują określonego punktu w przestrzeni.
Słynną zasadę nieoznaczoności sformułował Werner Heisenberg.
Wykazał, że nie da się ustalić jednocześnie położenia
i prędkości elektronów krążących wokół atomu.
Uważał, że zamiast ściśle określonego miejsca,
zajmują cały obszar prawdopodobnych położeń.
Teoria ta dała początek kwantowemu modelowi atomu.
To fascynująca idea, która przyniosła wiele nowych pytań.
Nie została jeszcze do końca zbadana.
Mimo że nasza wiedza o atomie wciąż ulega zmianom,
fakt jego istnienia pozostaje nienaruszony.
Uczcijmy więc triumf fizyki jądrowej
paroma fajerwerkami.
Gdy elektrony obiegające atom zmieniają poziom energetyczny,
wchłaniają lub uwalniają energię w postaci wiązek światła o określonej długości fali,
które ukazują nam się jako całe spektrum widzialnych kolorów.
Wyobraźmy sobie Demokryta, jak spogląda na nas z radością,
że ponad dwa tysiące lat po jego odkryciu okazało się,
że od samego początku miał rację.