2400 évnyi kutatás az atom után - Theresa Doud

A teljes lecke megtekinthető: http://ed.ted.com/lessons/the-2-400-year-search-for-the-atom-theresa-doud

Honnan tudjuk miből van az anyag? Az atom utáni kutatás nagyon hosszú volt, 2400 évvel ezelőtt kezdődött el egy görög filozófus munkájával, amit egy kvéker, majd pár Nobel-díjas tudós folytatott. Theresa Doud részletezi az atomelmélet történetét.

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.