Nad tym, jak zbudowany jest otaczający nas świat, jak wspomniałem w poprzednim odcinku, debatowano od stuleci. Pierwsze ślady koncepcji świata składającego się z maleńkich drobin, których nie da się dzielić w nieskończoność znajdujemy już w staroindyjskich tekstach z ok. VI w. p.n.e. Zwolennicy Dźinizmu opracowali skomplikowane teorie tłumaczące, w jaki sposób owe drobiny mają się łączyć i tworzyć złożone struktury. Nam ta koncepcja jest bliżej znana dzięki Leucypowi z Miletu i jego uczniowi Demokrytowi z Abdery (W Polsce szerzej znany jako „z Abwehry”) – w ich pojęciu świat miał być zbudowany z drobnych, niepodzielnych cząstek, które nazwali właśnie „atomami” (z gr. „nie ciąć”). Atomy miały się od siebie odróżniać np. kształtem i ułożeniem. W jego rozumieniu atomy o ostrych krawędziach miały dawać taki smak potrawom, a te o gładkich smaki łagodne. Demokryt twierdził również iż atomy są w stałym ruchu w próżni co obserwujemy jako różne zmiany w przyrodzie.
Poglądy Demokryta miały wpływ na Platona i wielu innych. Platon, nawiązując do atomistycznej wizji, opisał świat w którym występują żywioły, których cząstki różnią się kształtem i naturą, a mieszając się tworzą różne obiekty. Ogień miał składać się z maleńkich czworościanów, ziemię miały tworzyć sześciany, powietrze – ośmio- a wodę – dwudziestościany. Przestrzeń ponad nieboskłonem miał zaś wypełniać piąty żywioł nazywany „eterem”. Natura przedmiotów miała wynikać z różnych proporcji żywiołów w nich zawartych. I tak te z przewagą ziemi miały spadać a te z ogniem lub powietrzem miały się wznosić. Woda była łagodna z uwagi na kształt owych drobin, a ogień miał parzyć niczym miniaturowe kolce. Różne koncepcje żywiołów, ich kształtów, pochodzenia, właściwości etc. znajdujemy w pismach średniowiecznych alchemików. Na szczególną uwagę zasługuje praca osoby o imieniu Geber, żyjącej w XII wieku, który opisywał przedmioty materialne jako składające się z zewnętrznych i wewnętrznych warstw cząsteczek, które nazwał „korpuskułami”. Oprócz tego autor przekonywał, iż owe „korpuskuły” mogą wnikać w swoje wnętrza nawzajem i zmieniać się w inne. Stąd pochodzi teoria rtęci zmieniającej inne metale w złoto która przetrwała dobre kilkaset lat, a na niektórych forach „przebudzonych” po dziś dzień.
Początki nowoczesnego myślenia w tej kwestii dał Robert Boyle, publikując w 1661 roku pracę pt. „The Sceptical Chymist” w której opisał kilkaset wykonanych przez siebie eksperymentów w których różnymi metodami starał się rozdzielić materię na jak najprostsze elementy. Stwierdził, choć bardzo nieśmiało, że substancji, których nie dało się rozdzielić bardziej, było z pewnością więcej niż cztery, co stawia koncepcję żywiołów pod znakiem zapytania, bo jak widać materia jest złożona z kombinacji wielu różnych „korpuskuł” a tych rodzajów jest z pewnością więcej niż przewiduje koncepcja żywiołów.
![](https://naukowy2022.wordpress.com/wp-content/uploads/2022/11/the_sceptical_chymist.jpg?w=489)
fot. domena publiczna
Kolejny krok na drodze ku nowoczesnemu rozumieniu czym jest atom zawdzięczamy odkrywcy tlenu Lavoisierowi. W jego pracach pierwiastek został określony jako substancja, której nie da się rozłożyć na prostsze elementy metodami chemicznymi. Ostatecznie platońską wizję żywiołów pożegnał John Dalton, słusznie kojarzący się z wadą wzroku, nazwaną od jego nazwiska, który opisał materię jako zbiór atomów które w obrębie jednego pierwiastka miały mieć tę samą masę i inne właściwości, a tym co miało je odróżniać od innych atomów, była masa. Zakładał, iż atomy są wieczne i niezniszczalne a podczas reakcji chemicznych miały się zmieniać wyłącznie ułożeniem.
![](https://naukowy2022.wordpress.com/wp-content/uploads/2022/11/1024px-daltons_symbols.gif?w=1024)
fot. domena publiczna
Powyżej strona z jego pracy zawierająca atomy dwudziestu pierwiastków oraz przykładowe związki, które Dalton również nazywał atomami. Niedługo później nadeszło odkrycie które było eksperymentalnym potwierdzeniem hipotezy materii składającej się z maleńkich cząsteczek zwanych atomami. Mowa tu o zjawisku znanym jako „ruchy Browna”. Ja zauważyłem je już jako dziecko – intrygowało mnie dlaczego oczka tłuszczu na powierzchni kubka mleka ruszają się w różne strony bez ładu i składu. Coś podobnego zaobserwował Robert Brown w XIX wieku gdy obserwował jak „tańczą” pyłki kwiatów zawieszone w wodzie – ich ruch był chaotyczny i nieustanny. Wyjaśnienie nasuwa się samo, jeśli pomyślimy o cieczy jako o zbiorze cząsteczek w nieustannym drganiu w różnych kierunkach. Łatwo wyobrazić sobie taki pyłek „bombardowany” cały czas z różnych stron ogromną ilością drobin. I tak dochodzimy do Mendelejewa i jego układu okresowego na którym można by zakończyć – bo kręcono się w kółko, poza tym że świat składa się z niepodzielnych atomów niewiele więcej wiedziano.
To, że atom nie spełnia definicji „atomu” dowiedziano się dzięki J.J Thomsonowi. W 1897, jak wielu innych fizyków ,eksperymentował z czymś co nazywano „promieniami katodowymi”. Działało to w ten sposób, iż z rozgrzanej katody do anody przelatywał strumień „czegoś”. Thomson postanowił sprawdzić czy owe „promienie” posiadają ładunek elektryczny stawiając na ich drodze kondensator.
![](https://naukowy2022.wordpress.com/wp-content/uploads/2022/11/fdmn0scxwcy_dks.jpg?w=708)
Zauważył iż promienie uginają się w kierunku płytki naładowanej dodatnio, a więc same muszą mieć ładunek ujemny, badał on również zachowanie tych promieni w polu magnetycznym o różnym natężeniu. Tu warto sobie przypomnieć „physics gangsta sign” czyli „regułę lewej dłoni” – jeśli ładunek porusza się w kierunku wyznaczanym przez palce a wektor pola magnetycznego jest skierowany do wnętrza dłoni to ładunek będzie odchylany w kierunku kciuka. Wynika z tego, że im większy jest ładunek cząstki, tym bardziej będzie zakrzywiony jej tor, a im cięższa, tym trudniej ją zbić z trajektorii. Thomson testując pola o różnym natężeniu zdołał jedynie wyznaczyć proporcję masy do ładunku tych cząstek bez poznania dokładnych wartości. Wyszło mu dość dużo na korzyść ładunku – nic dziwnego że nazwał tę cząstkę „elektronem”. Na podstawie tego i innych doświadczeń w 1904 opublikował pracę w której stwierdził iż „atomy składają się z ujemnie naładowanych cząstek otoczonych przestrzenią dodatnio naładowaną”, czyli jako pierwszy stwierdził iż atom nie spełnia definicji atomu gdyż jest podzielny. Łatwo zauważyć że w takim modelu ładunek elektronów w atomie jest rozłożony równomiernie wewnątrz sfery atomu.
![](https://naukowy2022.wordpress.com/wp-content/uploads/2022/11/fdmr68hxeaerkni.jpg?w=680)
Na obalenie tej koncepcji nie trzeba było długo czekać – już w 1911 Rutherford opublikował pracę dotyczącą eksperymentu przeprowadzonego w 1909 – mowa o znanym z szkolnych podręczników „doświadczeniu z złotą folią” które odmieniło nasze myślenie. Polegało ono na tym iż arkusz złotej folii był ostrzeliwany cząstkami alfa, które są tożsame z jądrem atomu helu, tj. zawierają dwa protony i dwa neutrony. Jeśli model Thomsona był poprawny, to cząstki powinny przechodzić na drugą stronę bez większych odchyleń toru. Mały, zbity pocisk powinien łatwo przejść przez dużą powłokę.
![](https://naukowy2022.wordpress.com/wp-content/uploads/2022/11/fdmsrubxwa4vixt.jpg?w=680)
Tak się jednak nie stało a wynik zaszokował Rutherforda. Cząstki trafiły na drugą stronę, ale część z nich po bardzo zakrzywionym torze a część wręcz odbiła się do źródła promieniowania. Wniosek mógł być tylko jeden. Ładunek w atomie nie znajduje się w całej sferze powłoki a pozostaje skupiony w punkcie centralnym – jądrze. Tylko w ten sposób można wyjaśnić odbicia, niczym kamień od kamienia. To oraz prace Bohra dały model atomu w postaci jądra wraz z krążącymi wokół elektronami.
![](https://naukowy2022.wordpress.com/wp-content/uploads/2022/11/fdmtsv5xkaetb6a.jpg?w=680)
Czy ten model okazał się być poprawnym? Jak to zwykle bywa w Nauce – nie. Jednak to już część kolejnej historii.
(c) by Lucas Bergowsky
Jeśli chcesz wykorzystać ten tekst lub jego fragmenty, skontaktuj się z autorem.