ΆΤΟΜΑ

Συντάχθηκε από τον Jim Walker

Άτομο n. Μια μονάδα της ύλης, η μικρότερη μονάδα ενός στοιχείου, που αποτελείται από έναν πυκνό κεντρικό, θετικά φορτισμένο πυρήνα που περιβάλλεται από ένα σύστημα ηλεκτρόνια, ίσες σε αριθμό με τον αριθμό των πυρηνικών πρωτόνια, ολόκληρη η δομή που έχει ένα κατά προσέγγιση διάμετρος 10-8 εκατοστών και χαρακτηριστικά υπόλοιπο αμέριστη σε χημικές αντιδράσεις, εκτός από την περιορισμένη αφαίρεση, μεταφορά, ή την ανταλλαγή ορισμένων ηλεκτρονίων.

Ιστορία της μελέτης της την ατομική φύση της ύλης απεικονίζει τη διαδικασία της σκέψης που πηγαίνει στο φιλόσοφοι και επιστήμονες κεφάλια. Τα μοντέλα που χρησιμοποιούν δεν παρέχουν απόλυτη κατανόηση του ατόμου, αλλά μόνο ένας τρόπος άντλησης έτσι ώστε να μπορούν να κάνουν χρήσιμες προβλέψεις. Σπιστημολογική μεθόδους που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες μας παρέχουν με τις πιο γνωστός τρόπος για να καταλήξει σε χρήσιμα επιστήμη και την πραγματική γνώση. Καμία άλλη μέθοδος δεν έχει ακόμη αποδειχθεί τόσο επιτυχής.

Στην αρχή

Στην πραγματικότητα, η σκέψη για την ηλεκτρική ενέργεια, ήρθε πριν από ατόμων. Σε περίπου 600 Π. χ. ο Θαλής ο Μιλήσιος ανακάλυψε ότι ένα κομμάτι κεχριμπάρι, μετά το τρίψιμο με γούνα, προσελκύει κομμάτια από τα μαλλιά και τα φτερά και τα άλλα ελαφρά αντικείμενα. Πρότεινε ότι αυτή η μυστηριώδης δύναμη που ήρθε από το κεχριμπάρι. Ο θαλής, όμως, δεν συνδέστε τη δύναμη αυτή με κάθε ατομικό σωματίδιο.

Όχι μέχρι περίπου το 460 Π. χ., έλληνας φιλόσοφος, Δημοκρίτειο, να αναπτύξει την ιδέα του ατόμου. Ρώτησε αυτή την ερώτηση: Αν σπάσει ένα κομμάτι της ύλης στο μισό, και στη συνέχεια να σπάσει κατά το ήμισυ και πάλι, πόσα διαλείμματα θα πρέπει να κάνετε για να μπορέσετε να το σπάσει καμία περαιτέρω; Ο δημόκριτος πίστευε ότι κατέληξε σε κάποιο σημείο, ένα μικρότερο δυνατό κομμάτι της ύλης. Πήρε αυτά τα βασικά σωματίδια της ύλης, τα άτομα.

Δυστυχώς, η ατομική ιδέες του Δημόκριτου δεν είχε μόνιμα αποτελέσματα σε άλλους έλληνες φιλοσόφους, συμπεριλαμβανομένου του Αριστοτέλη. Στην πραγματικότητα, ο Αριστοτέλης απέρριψε την ατομική ιδέα ως άνευ αξίας. Οι άνθρωποι θεωρούνται Αριστοτέλη απόψεις πολύ σημαντικό και αν ο Αριστοτέλης πίστευε ότι η ατομική ιδέα δεν είχε καμία αξία και, στη συνέχεια, οι περισσότεροι άνθρωποι σκέφτηκαν το ίδιο επίσης. (Πρωτεύοντα θηλαστικά έχουν μεγάλη ικανότητα να μιμούνται.)

Για περισσότερα από 2000 χρόνια κανείς δεν έκανε τίποτα για να συνεχίσει τις εξερευνήσεις ότι οι Έλληνες είχαν ξεκινήσει στη φύση της ύλης. Μέχρι τις αρχές του 1800 ο κόσμος αρχίσει και πάλι να αμφισβητήσει τη δομή της ύλης.

Το 1800 ένας άγγλος φαρμακοποιός Τζον Ντάλτον εκτελούνται πειράματα με διάφορες χημικές ουσίες που έδειξε ότι έχει σημασία, πράγματι, φαίνεται να αποτελείται από στοιχειώδη άμορφο σωματίδια (τα άτομα). Αν και δεν ξέρω σχετικά με τη δομή, ήξερε ότι τα στοιχεία έδειχναν κάτι το θεμελιώδες.

«Σταφίδα στην πουτίγκα» Τόμσον μοντέλο του ατόμου

Το 1897, ο άγγλος φυσικός j. Ι. Τόμσον ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο και πρότεινε ένα μοντέλο για τη δομή του ατόμου. Τόμσον ήξερε ότι τα ηλεκτρόνια είχε αρνητικό φορτίο και νόμιζα ότι το θέμα πρέπει να έχει θετικό φορτίο. Το μοντέλο του έμοιαζε με σταφίδες κολλήσει στην επιφάνεια του ένα κομμάτι πουτίγκα.

Το 1900 ο Μαξ Πλανκ, καθηγητής της θεωρητικής φυσικής στο Βερολίνο έδειξε ότι όταν δονείται άτομα που είναι αρκετά ισχυρή, όπως όταν θερμότητας σε ένα αντικείμενο μέχρι να λάμπει, μπορείτε να μετρήσετε την ενέργεια μόνο σε διακριτές μονάδες. Πήρε αυτά τα πακέτα ενέργειας, των κβάντα.

Φυσικοί στο χρόνο πίστευαν ότι το φως αποτελούνταν από κύματα, αλλά, σύμφωνα με τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, τα κβάντα συμπεριφέρθηκε σαν διακριτά σωματίδια. Οι φυσικοί το αποκαλούν Αϊνστάιν διακριτό φως, σωματίδιο, ένα “φωτόνιο*.”

φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Άτομα όχι μόνο εκπέμπουν φωτόνια, αλλά μπορούν επίσης να τους απορροφήσει. Το 1905, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έγραψε ένα χαρτί πρωτοποριακή που εξήγησε ότι η απορρόφηση του φωτός μπορεί να απελευθερώσει ηλεκτρόνια από τα άτομα, ένα φαινόμενο που ονομάζεται “φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.” Αϊνστάιν έλαβε μόνο το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1921 για το έργο του σχετικά με το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Μια έντονη αντιπαράθεση παρουσιάστηκε για πολλά χρόνια για να αποφασίσει αν το φως αποτελούνταν από κύματα ή σωματίδια. Τα στοιχεία που εμφανίστηκε ισχυρή και για τις δύο περιπτώσεις. Αργότερα, οι φυσικοί έδειξαν ότι το φως εμφανίζεται είτε σαν κύμα ή σωματίδιο που μοιάζει (αλλά ποτέ και τα δύο ταυτόχρονα) ανάλογα με την πειραματική διάταξη.

Άλλα σωματίδια έχω ανακαλύψει όλο αυτό το διάστημα που ονομάζεται άλφα ακτίνες. Τα σωματίδια αυτά είχαν ένα θετικό φορτίο και οι φυσικοί πίστευαν ότι αποτελούνταν από τα θετικά μέρη του Τόμσον atom (τώρα γνωστή ως τον πυρήνα των ατόμων).

Το 1911 ο Έρνεστ Ρόδερφορδ σκέφτηκα ότι θα ήταν ενδιαφέρον να βομβαρδίζουν τα άτομα με αυτές τις ακτίνες α, υπολογίζοντας ότι αυτό το πείραμα θα μπορούσε να ερευνήσει το εσωτερικό του ατόμου (σαν καθετήρα). Χρησιμοποίησε το Ράδιο ως πηγή του άλφα σωματίδια και shinned τα πάνω τα άτομα σε χρυσό φύλλο αλουμινίου. Πίσω από το φύλλο αλουμινίου καθόταν μια φθορίζουσα οθόνη, για τα οποία θα μπορούσαμε να παρατηρήσουμε τα σωματίδια άλφα επιπτώσεις.

Τα αποτελέσματα των πειραμάτων που ήρθε απρόσμενα. Τα περισσότερα από τα σωματίδια άλφα πήγε ομαλά μέσα από το φύλλο αλουμινίου. Μόνο μια περιστασιακή alpha στράφηκε απότομα από την αρχική του διαδρομή, μερικές φορές γερός κατ ‘ ευθείαν πίσω από το αλουμινόχαρτο! Ράδερφορντ αιτιολογημένη ότι πρέπει να πάρει διάσπαρτα από μικροσκοπικά κομμάτια του θετικά φορτισμένο θέμα. Το μεγαλύτερο μέρος του χώρου γύρω από αυτά τα θετικά κέντρα δεν είχαν τίποτα μέσα τους. Νόμιζε ότι τα ηλεκτρόνια πρέπει να υπάρχει κάπου μέσα σε αυτόν τον κενό χώρο. Ράδερφορντ νόμιζα ότι τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια σε τροχιά θετική κέντρο τρόπο όπως το ηλιακό σύστημα, όπου οι πλανήτες περιφέρονται γύρω από τον ήλιο.

Ράδερφορντ atom

Ράδερφορντ ήξερε ότι τα άτομα αποτελούνται από ένα συμπαγές θετικά φορτισμένο πυρήνα, γύρω από την οποία κυκλοφορούν τα αρνητικά ηλεκτρόνια σε σχετικά μεγάλη απόσταση. Ο πυρήνας καταλαμβάνει λιγότερο από χίλια εκατομμύρια εκατομμυριοστό (10 ) του ατομικού όγκου, αλλά περιέχει σχεδόν όλη η ατομική μάζα. Εάν ένα άτομο είχε το μέγεθος της γης, ο πυρήνας θα είχε το μέγεθος ενός γηπέδου ποδοσφαίρου.

Μέχρι το 1919 ο Ράδερφορντ, τέλος, προσδιορίζουν τα σωματίδια του πυρήνα ως διακριτά θετικά φορτία της ύλης. Χρησιμοποιώντας τα σωματίδια άλφα, όπως σφαίρες, Ράδερφορντ χτύπησε πυρήνες υδρογόνου με άτομα από έξι στοιχεία: το βόριο, φθόριο, νατρίου, αργιλίου, του φωσφόρου, του αζώτου. Τα ονόμασε πρωτόνια, από την ελληνική λέξη για το “πρώτο“, που αποτελούνταν από τα πρώτα εντοπίστηκαν οικοδομικά τετράγωνα από τους πυρήνες όλων των στοιχείων. Βρήκε τα πρωτόνια μάζα 1,836 φορές τόσο μεγάλη όσο η μάζα του ηλεκτρονίου.

Αλλά δεν φαίνεται κάτι τρομερά λάθος με Ράδερφορντ μοντέλο του ατόμου. Η θεωρία του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού προέβλεψε ότι τα αντίθετα φορτία έλκονται μεταξύ τους και τα ηλεκτρόνια θα πρέπει σταδιακά να χάνουν την ενέργεια και τη σπείρα προς τα μέσα. Επιπλέον, οι φυσικοί αιτιολογημένη ότι τα άτομα θα πρέπει να δώσει μακριά ένα ουράνιο τόξο των χρωμάτων, όπως το κάνουν. Αλλά το πείραμα δεν μπορεί να επιβεβαιώσει αυτό το ουράνιο τόξο.

Το 1912 ένας δανός φυσικός Niels Bohr ήρθε με μια θεωρία που έλεγε ότι τα ηλεκτρόνια δεν σπείρα στον πυρήνα και ήρθε με κάποιους κανόνες για το τι συμβαίνει. (Αυτό άρχισε μια νέα προσέγγιση στην επιστήμη, διότι για πρώτη φορά κανόνες για να ταιριάζει με την παρατήρηση, ανεξάρτητα από το πώς θα ερχόταν σε σύγκρουση με τις θεωρίες της εποχής.)

Bohr είπε, “Εδώ είναι μερικοί κανόνες που φαίνεται αδύνατο, αλλά περιγράφουν τον τρόπο που τα άτομα λειτουργούν, οπότε ας πούμε ότι είναι σωστή και τη χρήση τους.” Bohr ήρθε με δύο κανόνες που έχουν συμφωνηθεί με το πείραμα:

ΚΑΝΌΝΑΣ 1: τα Ηλεκτρόνια μπορούν τροχιά μόνο σε ορισμένες επιτρεπόμενες αποστάσεις από τον πυρήνα.

ΚΑΝΌΝΑΣ 2: τα Άτομα εκπέμπουν ενέργεια όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταπηδά από μια υψηλότερη ενεργειακή τροχιά σε μια χαμηλότερη ενεργειακή τροχιά. Επίσης, ένα άτομο απορροφά ενέργεια όταν ένα ηλεκτρόνιο παίρνει ενισχύεται από ένα χαμηλής ενέργειας τροχιά σε ένα υψηλής ενέργειας τροχιά.

Το ηλεκτρόνιο μπορεί να υπάρχει μόνο σε μία από τις τροχιές. (Το διάγραμμα δείχνει μόνο πέντε τροχιές, αλλά οποιοδήποτε αριθμό των τροχιών μπορεί θεωρητικά να υπάρχει.)

Το φως (φωτόνια) εκπέμπουν κάθε φορά που ένα ηλεκτρόνιο μεταπηδά από μια τροχιά σε άλλη. Τα άλματα φαίνεται να συμβεί ακαριαία, χωρίς να κινείται μέσα από μια τροχιά.

Τα παραπάνω παραδείγματα δείχνουν μόνο δύο δυνατότητες από τον Κανόνα 2.

Από τη δεκαετία του 1920, περαιτέρω πειράματα έδειξαν ότι το μοντέλο του Boφρ στο άτομο είχε κάποια προβλήματα. Boφρ του ατόμου φαινόταν πολύ απλό για να περιγράψει τα βαρύτερα στοιχεία. Στην πραγματικότητα λειτούργησε μόνο περίπου σε αυτές τις περιπτώσεις. Οι φασματικές γραμμές δεν εμφανίζονται σωστά, όταν ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο που επηρεάζεται από τα άτομα.

Boφρ – Σόμερφελντ μοντέλο του ατόμου

Boφρ και ένας Γερμανός φυσικός, Αρνολντ Σόμερφελντ διεύρυνε το αρχικό μοντέλο ο Boφρ για να εξηγήσουν αυτές τις διακυμάνσεις. Σύμφωνα με το μοντέλο ο Boφρ-Σόμερφελντ, όχι μόνο δεν ηλεκτρόνια ταξιδεύουν σε ορισμένες τροχιές, αλλά οι τροχιές έχουν διαφορετικά σχήματα και οι τροχιές θα μπορούσε να γείρει, παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου. Τροχιές μπορούν να εμφανίζονται κυκλικό ή ελλειπτικό, και μπορούν ακόμη και ταλαντεύεται μπρος και πίσω διαμέσου του πυρήνα σε μια ευθεία γραμμή.

Τροχιά σχήματα και διάφορες οπτικές γωνίες για να το μαγνητικό πεδίο θα μπορούσαν να έχουν μόνο ορισμένα σχήματα, παρόμοια με ενός ηλεκτρονίου σε μια συγκεκριμένη τροχιά. Ως παράδειγμα, η τέταρτη τροχιά σε ένα άτομο υδρογόνου μπορεί να έχει μόνο τρεις πιθανές μορφές και τα επτά πιθανά χαρακτηριστικά. Αυτά τα πρόσθετα μέλη επιτρέπεται περισσότερες δυνατότητες για διαφορετικές φασματικές γραμμές να εμφανίζονται. Αυτό έφερε το μοντέλο του ατόμου σε στενή συμφωνία με τα πειραματικά δεδομένα.

Οι όροι του κράτους από την τροχιά του έχει ανατεθεί κβαντικούς αριθμούς. Τα τρία μέλη συζητήσει μέχρι στιγμής αποτελείται από: τροχιά αριθμός (n), η τροχιά σχήμα (l) και η τροχιά κλίση (m).

Το 1924 ένας Αυστριακός φυσικός Βόλφγκανγκ Pεγιi προέβλεψε ότι ένα ηλεκτρόνιο θα πρέπει spin (κάτι σαν την κορυφή), ενώ είναι σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα. Το ηλεκτρόνιο μπορεί να γυρίσετε σε δύο κατεύθυνση. Αυτό το γύρισμα αποτελούνταν από ένα τέταρτο κβαντικό αριθμό: electron spin (s).

Pεγιi του Αποκλεισμού αρχή

Pεγιi έδωσε έναν κανόνα που διέπει τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων μέσα στο άτομο που συμφώνησε με το πείραμα. Αν ένα ηλεκτρόνιο έχει ένα συγκεκριμένο σύνολο κβαντικών αριθμών, τότε κανένα άλλο ηλεκτρόνιο στο άτομο να έχει το ίδιο σύνολο κβαντικών αριθμών. Οι φυσικοί το αποκαλούν αυτό “Pεγιi του αποκλεισμού της αρχής”. Παρέχει μια σημαντική αρχή για αυτή τη μέρα και έχει ακόμα εξαντλήσει την Boφρ-Σόμερφελντ μοντέλο που Pεγιi σχεδιαστεί για.

Το 1924 ένας Γάλλος ονόματι Λουί ντε Μπρολί σκεφτεί σωματίδια της ύλης. Σκέφτηκε ότι, αν το φως μπορεί να υπάρχουν τόσο ως σωματίδια και κύματα, γιατί δεν atom σωματίδια επίσης να συμπεριφέρονται σαν κύματα; Σε μερικές εξισώσεις που προέρχονται από τη διάσημη εξίσωση του Αϊνστάιν (E=mc2) έδειξε τι σημασία κύματα συμπεριφέρονται λες και αν υπήρχε καθόλου. (Πειράματα αργότερα αποδεικνύει ότι είναι σωστή.)

Το 1926 ο Αυστριακός φυσικός, Έργουιν Σρέντιγκερ, είχε μια ενδιαφέρουσα ιδέα: Γιατί να μην πάνε όλα το δρόμο με το σωματίδιο κύματα και να προσπαθήσει να διαμορφώσει ένα μοντέλο του ατόμου σε αυτό το πλαίσιο; Η θεωρία του δούλευε σαν αρμονική θεωρία για μια χορδή βιολιού, εκτός από το ότι οι δονήσεις ταξιδέψει σε κύκλους.

Ο κόσμος του ατόμου, πράγματι, άρχισε να φαίνεται πολύ περίεργο. Αποδείχθηκε δύσκολο για να σχηματίσουν μια ακριβή εικόνα για το άτομο, γιατί τίποτα στον κόσμο μας πραγματικά μπορεί να συγκριθεί με αυτό.

Του Schrödinger μηχανικών κυμάτων δεν αμφισβήτησε το μακιγιάζ από τα κύματα αλλά έπρεπε να την πούμε έτσι, της έδωσε μια σύμβολο:

Το 1926, ένας γερμανός φυσικός, ο Μαξ Γεννήθηκε είχε μια ιδέα σχετικά με το “psi”. Γεννήθηκε πίστευαν ότι έμοιαζε με τα κύματα της τύχης. Αυτές οι διακυμάνσεις κινήθηκε κατά μήκος κύματα της τύχης, που αποτελείται από μέρη όπου τα σωματίδια μπορεί να συμβεί και σε μέρη όπου δεν υπάρχουν σωματίδια που παρουσιάστηκε. Τα κύματα της τύχης κυματισμός γύρω σε κύκλους, όταν το σωματίδιο εμφανίζεται σαν ένα ηλεκτρόνιο σε μια ατομική τροχιά, και κυματισμός εμπρός και πίσω, όταν το ηλεκτρόνιο σε τροχιά πηγαίνει κατ ‘ ευθείαν μέσα από τον πυρήνα, και κυματισμός κατά μήκος σε ευθείες γραμμές, όταν ένα ελεύθερο σωματίδιο κινείται μέσα interatomic χώρο. Μπορείτε να σκεφτείτε τους όπως τα κύματα, όταν ταξιδεύουν μέσα στο χώρο και ως σωματίδια κάθε φορά που ταξιδεύουν σε κύκλους. Ωστόσο, δεν μπορούν να υπάρχουν τόσο ως κύματα και σωματίδια κατά την ίδια στιγμή.

Λίγο πριν Schrödinger πρότεινε τη θεωρία του, ένας γερμανός φυσικός Βέρνερ Χάιζενμπεργκ, το 1925, είχε μια θεωρία της δικής ονομάζεται matrix mechanics, το οποίο, επίσης, εξηγείται η συμπεριφορά των ατόμων. Οι δύο θεωρίες που φάνηκε να έχουν εντελώς διαφορετικά σύνολα υποθέσεων, αλλά και οι δύο εργάζονταν. Ο χάιζενμπεργκ με βάση τη θεωρία του σε μαθηματικές ποσότητες που ονομάζονται πίνακες που ταιριάζουν με την αντίληψη των ηλεκτρόνια ως σωματίδια, ενώ Schrödinger με βάση τη θεωρία του σχετικά με τα κύματα. Στην πραγματικότητα, τα αποτελέσματα των δύο θεωρίες εμφανίστηκε μαθηματικά το ίδιο.

Το 1927 ο Χάιζενμπεργκ διατύπωσε μια ιδέα, η οποία συμφώνησε με τις δοκιμές, ότι κανένα πείραμα δεν μπορεί να μετρήσει τη θέση και την ορμή ενός κβαντικού σωματιδίου ταυτόχρονα. Οι επιστήμονες το αποκαλούν “Heisenberg η αρχή της αβεβαιότητας.” Αυτό σημαίνει ότι, ως μέτρα για την ασφάλεια της θέσης ενός σωματιδίου, η αβεβαιότητα στην ορμή παίρνει αντιστοίχως μεγαλύτερο. Ή, με μια ακριβή δυναμική μέτρηση, η γνώση σχετικά με το σωματίδιο θέση του παίρνει αντίστοιχα λιγότερο.

Οπτική αντίληψη του ατόμου τώρα εμφανίστηκε ως ένα ηλεκτρόνιο “σύννεφο”, το οποίο περιβάλλει ένα πυρήνα. Το σύννεφο αποτελείται από μια κατανομή πιθανότητας χάρτης που καθορίζει την πιο πιθανή θέση ενός ηλεκτρονίου. Για παράδειγμα, αν κάποιος θα μπορούσε να λάβει ένα στιγμιότυπο της θέσης των ηλεκτρονίων σε διαφορετικές χρονικές στιγμές και, στη συνέχεια, υπερέχουν όλων των φωτογραφιών σε μία φωτογραφία και, στη συνέχεια, θα μπορούσε να μοιάζει η θέα στην κορυφή.

Σημείωση: όπως κανένας χάρτης δεν μπορεί να ισούται με ένα έδαφος, δεν υπάρχει η έννοια του ατόμου, μπορεί, ενδεχομένως, ίση με τη φύση του. Αυτά τα μοντέλα του ατόμου απλά υπηρέτησε ως τρόπος σκέψης τους, αν και περιείχαν περιορισμούς (όλα τα μοντέλα).

Αν και η μαθηματική έννοια του ατόμου καλύτερα, η οπτική αντίληψη του ατόμου προς το χειρότερο. Ανεξάρτητα, ακόμη και απλοϊκή οπτική μοντέλα μπορεί ακόμα να αποδειχθεί χρήσιμη. Χημικοί συνήθως περιγράφουν το άτομο ως ένα απλό ηλιακό σύστημα μοντέλο παρόμοιο με τον Boφρ είναι μοντέλο, αλλά χωρίς τη διαφορετική τροχιά σχήματα. Το σημαντικό έμφαση στη χημεία attemps να δείξει τις ομάδες των ηλεκτρονίων σε τροχιακά κοχύλια. (Το παραπάνω παράδειγμα δείχνει τα πρώτα έντεκα στοιχεία.)

Χημική συμπεριφορά των στοιχείων μορφή μαζί για να δημιουργήσουν μόρια. Τα μόρια μπορεί να μοιραστούμε τα ηλεκτρόνια, όπως το υδρογόνο και τα μόρια νερού πάνω από απεικονίζει. (Άτομα που μοιράζονται τα ηλεκτρόνια έχουν το όνομαιόντα.”) Το εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων ενός ατόμου που πραγματικά κάνει την κοινή χρήση και τη σύνδεση των ατόμων. Αυτό επιτρέπει στα φαρμακεία να περιγράψει τις αλληλεπιδράσεις της χημείας. Παρόλο που η τροχιά μοντέλο του ατόμου δεν παρέχουν ένα ακριβές μοντέλο, λειτουργεί καλά για την περιγραφή της χημείας.

Ένα άτομο ηλίου με δύο ηλεκτρόνια σε τροχιά γύρω από ένα νουκλεόνιο που αποτελείται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια

 

Ένα μυστήριο της φύσης του πυρήνα παρέμεινε άλυτο. Ο πυρήνας περιέχει τα περισσότερα από τα ατόμου μάζας, καθώς και το θετικό φορτίο. Τα πρωτόνια που υποτίθεται ότι αντιπροσώπευαν αυτή τη μάζα. Ωστόσο, ένας πυρήνας με δύο φορές την κατηγορία θα πρέπει να έχουν το διπλάσιο του αριθμού των πρωτονίων και δύο φορές την μάζα. Αλλά αυτό δεν αποδείχθηκε σωστή. Ράδερφορντ σκεφτεί το 1920 ότι υπήρχε ηλεκτρικά ουδέτερα σωματίδια με τα πρωτόνια που συνθέτουν το λείπει μάζα αλλά κανείς δεν δέχτηκε την ιδέα εκείνη τη στιγμή.

Μέχρι το 1932 έκανε ο άγγλος φυσικός Τζέιμς Τσάντγουικ τελικά ανακαλύψει το νετρόνιο. Το βρήκε να μετρήσει ελαφρώς βαρύτερο από το πρωτόνιο με μάζα 1840 ηλεκτρόνια και χωρίς χρέωση (ουδέτερο). Το πρωτόνιο-νετρόνιο μαζί, έλαβε το όνομα “νουκλεόνιο.”

Ισότοπα του Υδρογόνου

Αν και οι επιστήμονες γνώριζαν ότι τα άτομα ενός συγκεκριμένου στοιχείου έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων, ανακάλυψαν ότι ορισμένα από αυτά τα άτομα έχουν ελαφρώς διαφορετικές μάζες. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι διακυμάνσεις μάζας αποτέλεσμα, περισσότερο ή λιγότερο, από τον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα του ατόμου. Τα άτομα ενός στοιχείου έχουν τον ίδιο ατομικό αριθμό αλλά διαφορετικό ατομικές μάζες να ονομάζεταιισότοπααυτό το στοιχείο.

Αντιύλη

Το 1928, ο Παύλου Διράκ παράγονται οι εξισώσεις που προέβλεψε κάτι αδιανόητο την ώρα – ένα θετικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο. Δεν δέχεται τη δική του θεωρία. Το 1932 σε πειράματα με κοσμικές ακτίνες, Καρλ Αντερσον ανακάλυψε το αντι-ηλεκτρόνιο, το οποίο αποδείχθηκε Διράκ εξισώσεις. Οι φυσικοί αποκαλούν το ποζιτρόνιο.

Για κάθε ποικιλία της ύλης πρέπει να υπάρχει μια αντίστοιχη “απέναντι από” ή αντιύλη. Οι φυσικοί τώρα ξέρω ότι υπάρχει αντιύλη. Ωστόσο, επειδή η ύλη και η αντιύλη που εκμηδενίζει κάθε φορά που έρχονται σε επαφή, δεν θα μείνεις για πολύ καιρό. (Παρεμπιπτόντως, ένα άλυτο πρόβλημα παραμένει ως προς το γιατί το σύμπαν αποτελείται κυρίως από κανονική ύλη και όχι ίση ποσότητα αντιύλης. Φυσικοί να καλέσετε αυτό το “σπάσιμο συμμετρίας”.)

Υπάρχει όχι μόνο αντι-ηλεκτρόνια, αλλά το 1955, οι φυσικοί βρήκε το αντι-πρωτόνιο, και αργότερα το αντι-νετρόνιο. Αυτό επιτρέπει την ύπαρξη για την αντι-άτομα, μια αληθινή μορφή αντιύλης.

Όταν οι επιστήμονες ανακάλυψε τον ατομικό πυρήνα, αμφισβήτησαν γιατί τα θετικά φορτισμένα πρωτόνια θα πρέπει να παραμείνουν τόσο κοντά, χωρίς να απωθεί. Οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι δεν πρέπει να υπάρχουν νέες δυνάμεις και τα μυστικά που πρέπει να βρίσκονται εντός του πυρήνα. Ήξεραν ότι η δύναμη που συγκρατεί τα πρωτόνια μαζί πρέπει να γίνει πολύ ισχυρότερη από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη και ότι η δύναμη που πρέπει να δράσουν σε πολύ μικρές αποστάσεις (αλλιώς θα το είχα προσέξει αυτό ισχύει στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ του πυρήνα και τα εξωτερικά ηλεκτρόνια).

Το 1932, ο Βέρνερ Χάιζενμπεργκ συμπέρανε ότι τα φορτισμένα σωματίδια αναπήδηση φωτόνια του φωτός εμπρός και πίσω μεταξύ τους. Αυτή η ανταλλαγή φωτονίων παρέχει έναν τρόπο για τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις να δρουν μεταξύ των σωματιδίων. Η θεωρία λέει ότι ένα πρωτόνιο πυροβολεί ένα φωτόνιο στο ηλεκτρόνιο, και το ηλεκτρόνιο πυροβολεί ένα φωτόνιο στο πρωτόνιο. Αυτά τα φωτονίων ανταλλαγές πήγαινε όλη την ώρα, πολύ γρήγορα. Ωστόσο, επειδή κανείς δεν μπορεί να δει τους (μέτρο), Χάιζενμπεργκ που ονομάζονται αυτές οι συναλλαγματικές σωματίδια, τα εικονικά φωτόνια. (Εικονική έννοια, δεν είναι ακριβώς “πραγματικό”.)

Το 1935 ένας Ιάπωνας φυσικός, Χιντέκι Γιουκάουα, πρότεινε την ανταλλαγή δυνάμεων μπορεί επίσης να περιγράφουν την ισχυρή δύναμη μεταξύ των νουκλεονίων. Ωστόσο, εικονικά φωτόνια δεν έχουν αρκετή δύναμη για αυτή τη δύναμη, έτσι σκέφτηκε ότι πρέπει να υπάρχει ένα νέο είδος των εικονικών σωματιδίων. Γιουκάουα χρησιμοποιείται Χάιζενμπεργκ η αρχή της αβεβαιότητας για να εξηγήσει ότι ένα εικονικό σωματίδιο θα μπορούσε να υπάρχει για ένα εξαιρετικά μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου. Από την στιγμή της ύπαρξης παρουσιάζεται σχεδόν ακριβώς, θα συμβεί μια μεγάλη αβεβαιότητα στην ενέργεια των εικονικών σωματιδίων. Αυτή η αβεβαιότητα επιτρέπονται τα σωματίδια να υπάρχει πολύ έντονα μόνο σε ορισμένες περιόδους και τα σωματίδια θα μπορούσε να γλιστρήσει μέσα και έξω από την ύπαρξη. Επίσης, υπολογίζεται ότι τα σωματίδια αυτά θα πρέπει να είναι περίπου 250 φορές τόσο βαρύ, όπως ένα ηλεκτρόνιο. Αργότερα, το 1947, ο φυσικός Σεσίλ Φ. Πάουελ εντοπιστεί αυτό το σωματίδιο και το αποκαλούσαν “πίον.”

Αν και τα πιόνια περιγράφουν οι πομποί της ισχυρή δύναμη, δεν έχουν χαρακτηριστεί με την άλλη δύναμη-να εκπέμπει σωματίδια, όπως το φωτόνιο ή το W και Z σωματίδια. Πιόνια τώρα εμφανίζονται όχι ως στοιχειώδη σωματίδια, αλλά μάλλον σύνθετα υλικά που αποτελούνται από “κουάρκ.” Η ισχυρή δύναμη μεταδίδεται από τα πιόνια μόνο σε σχετικά μεγαλύτερο πυρηνικό επίπεδα.

Οι φυσικοί σήμερα πιστεύουν ότι όλες οι δυνάμεις του σύμπαντος γίνεται από κάποιο είδος των κβαντικών σωματιδίων. Οεωρία αυτή ξεκίνησε το 1928 με τον Παύλου Διράκ αναφέρει ότι τα φωτόνια διαβιβάζει την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Ηθεωρία που ονομάζεται “κβαντική ηλεκτροδυναμική”, ή QED, που αναπτύχθηκε από το έργο του Ρίτσαρντ Φάινμαν, ο Τζούλιαν Μάχη στα τέλη της δεκαετίας του 1940. Οι τέσσερις γνωστές δυνάμεις και τα σωματίδια εμφανίζονται ως εξής:

ΣΩΜΑΤΙΔΊΩΝ             ΦΎΣΗ ΚΑΙ ΤΟ ΡΌΛΟ
Το φωτόνιο Φορέας της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης (μαγνητισμός, φως, θερμότητα, EMR, ηλεκτρική ενέργεια)
 W+, W-, Z Φορέας της ασθενούς δύναμης (ραδιενέργεια)
Γκλουονίων (8 είδη) Φορείς της ισχυρής δύναμης (συγκρατεί τα κουάρκς)
Έλξη της βαρύτητος Φορέας της βαρυτικής δύναμης (απαρατήρητα μέχρι στιγμής, κατά τη στιγμή της γραφής)

Από το 1947 μέχρι το τέλος της δεκαετίας του 1950, οι φυσικοί ανακάλυψαν πολλά άλλα νέα σωματίδια (δεκάδες). Τα διάφορα είδη σωματιδίων απαιτείται μια νέα θεωρία για να εξηγήσει τις παράξενες ιδιότητες.

Το 1960, Μάρεϊ Γαι-Μβηη και Γιουβάλ μαν ανεξάρτητα προτείνει μια μέθοδο για την ταξινόμηση όλα τα σωματίδια τότε γνωστό. Ημέθοδος έγινε γνωστή ως το Οκταπλό Τρόπο. Τι τον περιοδικό πίνακα, το έκανα για τα στοιχεία, το Οκταπλό Τρόπο το έκανε για τα σωματίδια. Το 1964 Γαι-Μβηη πήγε παραπέρα και πρότεινε την ύπαρξη ένα νέο επίπεδο των στοιχειωδών σωματιδίων και κάλεσε τους “κουάρκ” (η ορθογραφία προέρχεται από μια φράση του Τζέιμς Τζόις βιβλίο, “Τρία κουάρκ για να Συγκεντρώσει το Σημάδι.”

Γαι-Μβηη νόμιζα ότι υπήρχαν τουλάχιστον τρία είδη κουάρκ. Έχουν τα ονόματα, “μέχρι”, “κάτω” και “παράξενοι”. Από το 1974 μέσω του 1984, η θεωρία προέβλεψε τρία κουάρκ που ονομάζεται “γοητεία” και “κάτω” (ή ομορφιά), και “top” (ή της αλήθειας). Και κάθε κουάρκ έχει το αντίστοιχο αντι-κουάρκ.

Οεωρία των κουάρκ εξηγεί και την ύπαρξη πολλών σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων του πυρήνα του ατόμου. Στην πραγματικότητα, το πρωτόνιο και το νετρόνιο κάθε μια αποτελείται από τρία κουάρκ και η δύναμη που συγκρατεί τα κουάρκ μαζί προέρχονται από σωματίδια που ονομάζονταιγκλουόνια.”

Τα κουάρκ δεν υπάρχουν από μόνα τους, αλλά μόνο σε ζεύγη (μεσόνιο) ή τρίδυμα (βαρυόνιο).

Τα ακόλουθα διαγράμματα λίστα των διαφόρων σωματιδίων ομάδες:

 

ΛΕΠΤΌΝΙΑ (ύφανση 1/2, μάζα < μεσόνιο)
ΕΠΩΝΥΜΙΑ
ΜΑΖΑΣ
ΔΙΆΡΚΕΙΑ ΖΩΉΣ
  ΧΡΈΩΣΗ
  ΓΝΈΘΩ
Ηλεκτρόνιο 0.5511 MeV
  Σταθερή
-1
 1/2
Θετικόν ηλεκτρόνιο 0.5511 MeV
  Σταθερή
+1
 1/2
Ηιόνιο &

Αντιμιόνιο

 105.6 MeV
2 x 10-6 s
-1
+1
 1/2
1/2
Ταού και
Αντι Ταού
1.78 GeV
< 50 eV
  291 x 10-15s
0
0
 1/2
1/2
Ηετρίνο μιονίου και
Αντινετρίνο
  0 (?)
<.05 MeV
  Σταθερή (?)
0
0
 1/2
1/2
Ταυ νετρίνο και
Αντινετρίνο
  0 (?)
<70 MeV
Σταθερή (?)
0
0
1/2
1/2

 

ΚΟΥΆΡΚ (σωματίδια με το 1/3 ή τα 2/3 χρέωση)
ΕΠΩΝΥΜΙΑ ΜΑΖΑΣ ΔΙΆΡΚΕΙΑ ΖΩΉΣ ΧΡΈΩΣΗ ΓΝΈΘΩ
Έως και
Αντι μέχρι
 1.5-4.5 MeV
Σταθερή *
+2/3
-2/3
1/2
1/2
Κάτω και
Αντι κάτω
5.0-8.5 MeV
Μεταβλητή *
-1/3
+1/3
1/2
1/2
Παράξενα και
Αντι παράξενο
 ~100 MeV
Μεταβλητή *
-1/3
+1/3
1/2
1/2
Γοητεία και
Αντι γοητεία
 ~1.2 GeV
Μεταβλητή *
+2/3
-2/3
1/2
1/2
Το κατώτατο σημείο και
Αντι πάτο
 ~4.2 GeV
Μεταβλητή *
-1/3
+1/3
1/2
1/2
Κορυφή και
Αντι κορυφή
175 GeV
Μεταβλητή *
+2/3
-2/3
1/2
1/2

* Ως κουάρκ συμβεί μόνο σε ζεύγη ή τριάδες, τη διάρκεια της ζωής τους ποικίλει
 

ΜΠΟΖΌΝΙΑ (δύναμη που μεταφέρουν τα σωματίδια)
ΕΠΩΝΥΜΙΑ
 NATURE
ΜΑΖΑΣ
ΔΙΆΡΚΕΙΑ ΖΩΉΣ
ΧΡΈΩΣΗ
ΓΝΈΘΩ
Φωτόνιο Ηλεκτρομαγνητικός
 0
Σταθερή
 0
1
W-συν

W-μείον

Ασθενής δύναμη
 80.4 GeV
 10-25 s
+1
-1
1
1
 Z
Ασθενής δύναμη
91.2 GeV
 10-25 s
 0
 1
Γκλουονίων
Ισχυρή δύναμη
 0
Σταθερή
 0
 1
Βαρυτονίων*
Βαρύτητας
 0
Σταθερή
 0
 2

* Undetected at the time of this writing
 

ΜΕΣΌΝΙΟ (μάζες μεταξύ των ηλεκτρονίων και πρωτονίων)
ΕΠΩΝΥΜΙΑ
ΜΑΖΑΣ
ΔΙΆΡΚΕΙΑ ΖΩΉΣ
ΧΡΈΩΣΗ
SPIN
Πιόνιο (pi-μηδέν)
 135 MeV
 0.8 x 10-16 s
 0
0
Πιονίου (pi-συν)

Πιονίου (pi-μείον)

 140 MeV
 2.6 x 10-8 s
 +1
-1
0
0
Καονίων (K-μηδέν)
 498 MeV
 10-10 s
5 x 10-8 s
 0
 0
Καονίων (K- συν)

Καονίων (K – μείον)

 494 MeV
 1.2 x 10-8 s
 0
 0
J/PSI
 3.1 GeV
 10-20 s
 0
 1
D (D-μηδέν)

D (D-συν)

 1.87 GeV
 10-12 s
4 x 10-13 s
 0
+1
 0
ΎΨΙΛΟ
 9.46 GeV
 10-20 s
 0
 1

 

ΒΑΡΥΟΙΑ
ΕΠΩΝΥΜΙΑ
ΜΑΖΑΣ
ΔΙΆΡΚΕΙΑ ΖΩΉΣ
ΧΡΈΩΣΗ
ΓΝΈΘΩ
Πρωτόνιο

Αντιπρωτόνιο

 938.3 MeV
938.3 MeV
Σταθερή (?)
Σταθερή (?)
+1
-1
1/2
1/2
Νετρόνιο

Αντινετρόνιο

 939.6 MeV
939.6 MeV
Σταθερό στον πυρήνα
15 ελάχιστη δωρεάν
0
0
 1/2
1/2
Λάμδα
Αντι Λάμδα
 1.115 GeV
1.115 GeV
 2.6 x 10-10 s
0
0
 1/2
1/2
Σίγμα (σίγμα +)

Σίγμα (σίγμα – )

Σίγμα (σίγμα 0 )

 1.189 GeV
1.197 GeV
1.192 GeV
 0.8 x 10-10 s
1.5 x 10-10 s
6 x 10-20 s
+1
-1
0
 1/2
1/2
1/2
XI (xi-πλην)

XI (xi-μηδέν)

 1.321 GeV
1.315 GeV
 1.6 x 10-10 s
3 x 10-10 s
-1
0
 1/2
1/2
Ωμέγα μείον
 1.672 GeV
 0.8 x 10-10 s
 -1
 3/2
Γοητευμένος λάμδα
 2.28 GeV
 2 x 10-13 s
 1
 1/2

 

Και αυτό περιγράφει μόνο η αρχή!

Από την εποχή των αρχαίων Ελλήνων μέχρι σήμερα, η οπτική αντίληψη του ατόμου έχει αποδειχθεί απατηλό και σκοτεινή, αλλά οι μαθηματικές έννοιες έχουν ισχυροποιηθεί. Αν και τίποτα δεν έχει ακόμη αποδειχθεί απόλυτη, οι άνθρωποι μπορούν τώρα να προβλέψουμε τη συμπεριφορά των ατόμων με μεγάλη ακρίβεια. Αλλά ο κόσμος του ατόμου, η κβάντα των σωματιδίων, φαίνεται τόσο περίεργο το γεγονός ότι δεν μπορούμε πλέον να απεικονίσει ό, τι σκεφτόμαστε και να μιλάμε για. Τα σωματίδια έχουν μια ποιότητα της πλήρους τυχαία ύπαρξης και μη ύπαρξης γι ‘αυτούς? και όμως οι μέθοδοι της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής κβαντικής ηλεκτροδυναμικής, κβαντική χρωμοδυναμική κβαντική χρωμοδυναμική, και το σύνολο των μηχανικών quanum παρέχουν τέτοιες ακριβείς, χρήσιμο, και ισχυρά εργαλεία, ώστε να περιλαμβάνει όλες τις κλασικές φυσικούς νόμους. Οι προβλέψεις της κβαντικής μηχανικής έχουν επαληθευθεί οι ίδιοι πολλές φορές και με ακρίβεια καλύτερη από ένα μέρος σε ένα δισεκατομμύριο. Δεν προγνωστική μέθοδος έχει έρθει ακόμη πιο κοντά. Ακόμη και οι αναπόδεικτες μέντιουμ, μάντεις και προφήτες μπορούν μόνο να ονειρευτούν τέτοιες εξουσίες της πρόβλεψης.

Αρχικά στο http://www.nobeliefs.com/atom.htm

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *