İnsanlar atomların varlığını nasıl biliyor? Doğrudan görülemeyen bir şeyin var olduğunu nasıl kanıtlayabilirim?
19. yüzyıl kimyager John Dalton Oldukça inandırıcı bir argüman ileri sürüldü ve buradan inanılmaz bir kavrayışa ulaşıldı: belki tüm maddeler (yani şeyler, şeyler, nesneler) çok küçük şeylerden oluşur. Bu konsept, binlerce yıldır aralıklı olarak dolaşıyor.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Antik kültürler, maddenin daha temel unsurlardan oluştuğuna dair genel görüşü kesinlikle biliyorlardı (bir unsuru neyin oluşturduğuna dair büyük anlaşmazlıkları olsa da) ve bu unsurların karmaşık şeyler oluşturmak için ilginç ve üretken yollarla bir araya geldiğini biliyorlardı , Sandalyeler ve bira gibi. Ancak bu binlerce yılda bu sorun her zaman var olmuştur:
Boko Park-Science Popularization: Bir öğeyi ayırırsam, onu ikiye bölersem, sonra iki yarıyı ikiye bölersem ve böyle devam edersem, sonunda kesemeyeceğim en küçüğünü bulacağım. element ? Yoksa sonsuza kadar uzayacak mı? Yıllarca süren dikkatli araştırmalardan sonra, Dalton bu unsurlar arasında inanılmaz bir ilişki keşfetti. Bazen, iki element, tıpkı kalay ve oksijen gibi, farklı oranlarda birden çok bileşik halinde birleştirilebilir. Ancak çeşitli kombinasyonlarda, her bir elementin oranı her zaman çok küçük bir sayıya indirgenir. Madde sonsuz bölünebiliyorsa ve en küçük bit yoksa, o zaman herhangi bir orana izin verilmelidir.
- Şekil 2: Temel parçacıkların standart modeli, evren için bir bileşim tablosu sağlar. Resim: Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı, CC BY
Aksine, bir elementin belirli bir miktarının aynı miktarda başka bir elementle veya diğer elementlerin iki ila üç katı ile birleştirilebileceğini buldu. Her durumda, Dalton her yerde yalnızca basit oranlar buldu. Madde nihayetinde bölünemezse, eğer atomlardan yapılmışsa, o zaman elementleri birleştirirken sadece basit oranlara izin verilir. Yüz yıl sonra, bu "atomik" madde teorisi Tamamen gülünç görünmüyor. Bununla birlikte, en zorlayıcı şeylerden biri, eğer atomlar varsa, görülemeyecek kadar küçük olacaklardır. Doğrudan gözlemleyemeyeceğiniz bir şeyin var olduğunu nasıl kanıtlayabilirsiniz? Ne?
- Şekil 3: Bir berilyum atomunun yapısı: dört proton, dört nötron ve dört elektron. Resim: general-fmv Shutterstock
Atomların varlığına dair ipuçlarından biri, yeni kurulan Termodinamik araştırma Fizikçiler, ısı motorlarının nasıl çalıştığını ve buna eşlik eden sıcaklık, basınç ve entropi gibi kavramları anlamak için, gazların ve sıvıların neredeyse sayısız minik, hatta mikroskobik parçacıklardan oluştuğunu fark ettiler. Örneğin "sıcaklık" aslında termometreye çarpan tüm bu gaz parçacıklarının ortalama hareketini ölçer ve enerjilerini termometreye aktarır. Bu çok zorlayıcı Albert Einstein Bu tür fiziğin hevesli bir hayranı. Sevdiği diğer tüm fizik gibi, Einstein da onlarda devrim yarattı.
- Şekil 4: CERN Particle Accelerator tarafından kaydedilen bir olay: SM Higgs bozonunun bozunmasından bir çift fotona (kesikli sarı çizgi ve yeşil kule) beklenen özellikleri gösteren üç boyutlu bir görünüm. Resim: McCauley, Thomas; Taylor, Lucas; CMS İşbirliği için CERN, CC BY-SA
Özellikle ilk olarak 1827'de geliştirilen Brownian hareketi sorunuyla ilgileniyor. Robert Brown (Robert Brown) önerdi (dolayısıyla adı). Sıvıya büyük bir parçacık atarsanız, nesne tamamen bağımsız olarak sallanır ve zıplar. Birkaç dikkatli deneyden sonra Brown, bunun hava veya sıvı akımlarıyla hiçbir ilgisi olmadığını fark etti. Brown hareketi, açıklanamayan rastgele olaylardan sadece biridir, ancak Einstein ondan bir ipucu buldu. Bir sıvıyı atomlardan oluşan bir şey olarak düşünerek, sıvı parçacık çarpışmalarının bu tür parçacıkları ne kadar iteceğini hesaplamak için bir formül türetilebilir.
Şekil 5: Resim: Shutterstock
Bu bağlantıyı sağlam bir matematiksel temelde kurarak, görebildiğinizden (belirli bir sürede parçacığın ne kadar hareket ettiği) göremediğiniz şeye (sıvı parçacığın kütlesi) bir çizgi sağlayabilir. yolu. Diğer bir deyişle, Einstein bize atomları çağırmamız için bir yol verdi . İnsanlar tam da bu küçük maddelerin boyutuyla kendilerini rahat hissettiklerinde, bunların mümkün olan en küçük şeyler olduğunu düşünürler ve birisi bunu karmaşık hale getirmiştir. Einstein ile paralel çalışan yetenekli bir deneyci, fizik meraklılarına aşina J.J. Thomson . 19. yüzyılın sonunda, katot ışınları adı verilen hayalet ışınlardan büyülenmişti.
Şekil 6: Resim: Shutterstock
Bir cam tüpe birkaç elektrot yerleştirirseniz, tüpteki tüm havayı emer ve ardından elektrotlardaki voltajı artırırsanız, katot elektrotundan tam olarak kaynayan bir parıltı elde edersiniz. dışarı gel-- Katod ışını . Bu fenomen fizikçiler için soru işaretleri uyandırıyor, Parlamasını sağlayan nedir? Elektrik yükünün o zamanlar elektrik kavramıyla ilgili olduğu düşünülüyordu, ama diğer açılardan gizemliydi - bu parıltıyla nasıl bir ilgisi vardı? Thomson bu kodu şu şekilde çözdü: "Şimdiye kadarki en iyi sallanan vakum tüpünü yaparak;" Tüm cihazı süper bir elektrik ve manyetik alana doğru püskürtmek. Yükler bir şekilde katot ışınlarının çalışmasında yer alıyorsa, bu alanları dinleyeceklerine inansanız iyi olur.
- Şekil 7: Nötrino, evrende ışık hızına yakın bir hızda hareket eden atom altı bir parçacıktır. Resim: Shutterstock
Başardılar. Katot ışınları, elektrik ve manyetik alanların etkisi altında bükülür, bu büyüleyici! Bu, ışık yayan kısmın yüke bağlı olduğu anlamına gelir; eğer ışık yükten bir şekilde ayrılırsa, elektrik alanından etkilenmeden dümdüz geçecektir.Bu aynı zamanda katot ışınlarının ve elektriğin aynı maddeden yapıldığı anlamına gelir. . Thomson, elektrik ve manyetik alanlardaki ışık sapmasının miktarını karşılaştırarak bazı matematiksel formüller türetebilir ve bu yüklerin bazı özelliklerini hesaplayabilir. Bu J.J. Thomson'ın Nobel Ödülü'nü kazanmasının nedeni : Bu "parçacıklar" (kendi deyimiyle) hidrojenden yaklaşık 2000 kat daha küçüktür. Hidrojen bilinen en hafif elementtir ve bu nedenle en küçük atomdur. Bu "elektronlar" (herkes öyle diyor) gerçekten harika.
Şekil 8: Resim: Shutterstock
Bu, Thomson'ın araştırma sonuçlarının ortaya çıkardığı sorunu çözecek yeni nesil bilim adamlarıdır. En önemli şey şudur: bir atomdan nasıl daha küçük olabilir? Bu, atomun kendi yapısı için ne anlama geliyor? Ne olacağını görmek için King'i vurmaya karar verenler Thomson'ın eski öğrencisi Ernest Rutherford, öğrencileri Hans Geiger ve Ernest Marsden idi. Bilim adamları altını seçtiler çünkü bu malzemeyi çok ince tabakalar yapmak için kullanabilirler, bu da bu grup insanın atom fiziğini keşfettiklerinden emin olabileceği anlamına geliyor. Çok küçük bir mermi ateşledi: Alfa parçacıkları , Bu yüklü bir helyum atomudur. Bu parçacıklar küçük, ağır ve hızlıdır, bu da onları mükemmel bilimsel mermiler yapar.
Araştırmacılar hedefleri vururken, Alfa parçacıklarının çoğu altından ince kağıt gibi geçer . Ancak arada bir, parçacıklar rastgele yönlerde eğilecektir. Uzun bir süre boyunca (yaklaşık 20.000 atıştan biri, evet, bilim adamları manuel olarak hesapladı), bir alfa parçacığı altından geri döndü ve bir patlama ile geri döndü. inanılmaz! Bu küçük parçacıklar bize altın atomları hakkında ne söylüyor? Araştırmacılar, tek makul açıklamanın atom kütlesinin çoğunun çok küçük bir hacimde yoğunlaştığı sonucuna vardılar. Bu çekirdek artı yüklü olmalıdır. Atomun toplam yükünün nötr olması gerektiğinden, elektron çok çok küçük olmalı, gevşek bir bulut içinde çekirdek etrafında dönüp dans etmelidir.
Dolayısıyla, alfa parçacıkları patladığında neredeyse her zaman boş bir alanla karşılaşırlar. Ancak son derece talihsiz bir parçacık çekirdekten geçebilir veya daha kötüsü çekirdeğe çarpabilir ve böylece alt alfa parçacıklarının yörüngesini büyük ölçüde değiştirebilir. Böylece Dalton'un bölünmez atomların varlığını nihayet göstermesinden neredeyse yüz yıl sonra Einstein, bu atomları doğrudan ölçmek için bir yöntem önerdiğinde, Thomson ve Rutherford atomu keşfetti temel Bölünmez değil Aksine, daha küçük bitlerden oluşur. Dolayısıyla atom teorisini pekiştirirken ilk kez atom altı dünyayı tattık, o zamandan beri işler daha da bollaştı ve parçacık fiziğinin kapısında hala çok fazla gizem var!
-Bilimin Popülerleştirilmesi Metin: Paul M. Sutter (Ohio Eyalet Üniversitesi'nde Astrofizikçi) / uzay
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Sol alt köşede Daha fazla bilgi edinin Boke Garden uygulamasını indirin
