2400 lat poszukiwań atomu - Thesesa Doud

Zobacz pełną lekcję na: http://ed.ted.com/lessons/the-2-400-year-search-for-the-atom-theresa-doud

Skąd wiemy, z czego zbudowana jest materia? Poszukiwania cząstki elementarnej trwają już 2400 lat. Rozpoczął je grecki filozof, a wznowił pewien kwakier oraz kilkoro laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki i chemii. Theresa Doud opowiada nam o szczegółach historii poszukiwań atomu.

Lekcja: Theresa Doud. Animacje: TED-Ed.

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.