سفر در تاریخچه شگفت انگیز کشف اتم

تاریخچه کشف اتم

تاریخچه اتم در یونان باستان:

مفهوم اتم را می توان در فلسفه یونان باستان جستجو کرد. در حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد، فیلسوف یونانی دموکریتوس پیشنهاد کرد که همه مواد از ذرات ریز و غیرقابل تقسیم ساخته شده اند که او آنها را "اتوموس" نامید که در یونانی به معنای "تقسیم ناپذیر" است. دموکریتوس معتقد بود که این ذرات نمی توانند بیشتر از این تجزیه شوند و همه چیز در جهان را تشکیل می دهند.

با این حال، ایده های دموکریتوس کاملاً فلسفی بود و فاقد هرگونه شواهد تجربی بود. این نظریه مضمون یکی از بلندترین منظومه‌ها به نام درباره طبیعت اشیاء قرار گرفت که سروده لوکرتیوس است. نظریه اتمی یونانیان باستان سپس به فراموشی سپرده شد، تا آنکه در سده هفدهم الهام بخش علم گشت و در هیبتی جدید مطرح شد، و بعدها مدارکی در تأیید وجود اتم‌ها به دست آمد و قرن ها طول کشید تا مفهوم اتم از طریق تحقیقات علمی بیشتر مورد بررسی قرار گیرد.

دوران مدرن اولیه:

در قرن هفدهم، دانشمندان شروع به انجام آزمایشاتی کردند که پایه و اساس نظریه اتمی مدرن را پایه ریزی می کرد. در سال ۱۶۶۱، رابرت بویل "شیمیدان شکاک" را منتشر کرد، که در آن استدلال کرد که ماده از ذرات ریز تشکیل شده است که برای تشکیل مواد مختلف ترکیب شده اند. کار بویل قابل توجه بود زیرا زمینه را برای مطالعه شیمی به عنوان یک رشته علمی متمایز فراهم کرد.

شیمیدان شکاک کتابی است از رابرت بویل که در لندن منتشر شد و درحقیقت اولین کتاب در شیمی به مفهوم نوین آن محسوب می شود. بویل در این کتاب را به شکل گفت و گو نوشته و به ساختار ذره‌ای مواد و نظریه دموکریتوس اشاره می‌کند.

تاریخچه کشف اتم در دوران مدرن اولیه

ارائه اولین نظریه علمی اتم:

یکی دیگر از شخصیت های مهم در تاریخ اولیه نظریه اتمی جان دالتون، شیمیدان انگلیسی بود که در اواخر قرن ۱۷ تا اواسط قرن ۱۸ زندگی می کرد. از دالتون اغلب به عنوان پدر نظریه اتمی مدرن یاد می شود زیرا او اولین کسی بود که نظریه علمی اتم را ارائه کرد.

نظریه اتمی دالتون بر اساس مشاهدات او از نحوه ترکیب عناصر مختلف برای تشکیل ترکیبات بود. او پیشنهاد کرد که هر عنصر از ذرات ریز و غیرقابل تقسیم به نام اتم تشکیل شده است که دارای خواص منحصر به فردی است که نحوه ترکیب آنها با عناصر دیگر را تعیین می کند. نظریه دالتون همچنین پیشنهاد کرد که اتم‌های عناصر مختلف وزن‌های متفاوتی دارند که می‌توان از آن برای تعیین ترکیب ترکیبات استفاده کرد. این دانشمند بیان کرد از آنجایی که هر ماده از اتم های مختلفی ساخته می شود درنتیجه وزن مخصوص به خود خواهد داشت.

جان دالتون در سال ۱۸۰۸ میلادی کتابی با موضوع فلسفه شیمی منتشر کرد که در آن وزن بسیاری از اتم های شناخته شده تا آن زمان را جمع آوری و سپس لیست کرد. مقدار وزنی که وی برای اتم ها محاسبه کرد، دقیق نبودند اما یک مبنا ساخت تا جدول تناوبی پیشرفته پایه گذاری شود. باوجودی که بسیاری از افراد نظریه دالتون درباره ساختار اتم ها را نپذیرفتند اما او تحقیقاتش را برای دفاع از نظریه اتمی ادامه داد. 

تاریخچه کشف اتم و ارائه نظریات اولیه

کشف ذرات زیراتمی:

در حالی که نظریه اتمی دالتون راهگشا بود، خیلی زود کشف شد که اتم ها در واقع ذرات تقسیم ناپذیر نیستند. در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم، مجموعه‌ای از آزمایش‌ها وجود ذرات زیر اتمی را در اتم‌ها آشکار کردند.

مدل تامسون:

یکی از اولین ذرات زیراتمی که کشف شد، الکترون بود که توسط جوزف تامسون در سال ۱۸۹۷. آزمایش‌های تامسون با لوله‌های پرتو کاتدی نشان داد که این پرتوها در واقع جریان‌هایی از ذرات با بار منفی هستند که او آنها را الکترون می‌نامد. 

در این آزمایش به دوسر الکترودهای مثبت و منفی لامپ، اختلاف پتانسیل وصل می کردند و بعد از این ارتباط مشاهده شد. بعد از آن در مسیر پرتوهای کاتدی میدان الکتریکی قرار داد و مشاهده شد که پرتوهای کاتدی به سمت قطب منفی انحراف پیدا کردند. از طرفی در این مسیر توربین های پره داری قرار دارد که با برخورد پرتو به توربین، توربین شروع به حرکت می کند. 

او با توجه به آزمایشات خود دریافت که ذربات سازنده پرتوهای کاتدی باری منفی دارند و دارای ماهیتی موجی هستند، از طرفی ماهیت ذره ای نیز از خود نشان می دهند. بعد از گذشت مدتی متوجه شد که ذربات سازنده پرتوهای کاتدی در تمامی مواد وجود دارند. او با توجه به این آزمایشات نظریه اتمی اش را مطرح کرد. براساس مدل تامسون اتم از بار الکتریکی مثبت و منفی ساخته می شود که به صورت یکنواخت در سرتاسر اتم پخش می شوند.

در مدل تامسون بار مثبت به شکل ابر بوده و الکترون ها در فضای اتم پراکنده هستند. لازم به ذکر است تا آن زمان پروتون کشف نشده بود. 

نقص مدل اتمی تامسون با آزمایش معروف ارنست رادرفورد آشکار شد.

مدل رادرفورد:

کشف مهم دیگر در سال ۱۸۹۹ زمانی که ارنست رادرفورد آزمایش معروف ورق طلا را انجام داد، رخ داد. رادرفورد ذرات آلفا را به ورقه نازکی از ورق طلا شلیک کرد و مشاهده کرد که چگونه توسط اتم های داخل فویل پراکنده می شوند.

مشاهدات او باعث شد تا مدل جدیدی از اتم پیشنهاد کند که در آن یک هسته کوچک با بار مثبت توسط الکترون هایی با بار منفی احاطه شده است.

تاریخچه کشف اتم و مدل رادرفورد

عصر مدرن:

از زمان کشف ذرات زیراتمی، دانشمندان به اصلاح و گسترش درک ما از اتم ادامه دادند. یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها در نظریه اتمی مدرن در سال ۱۹۱۴ با کار نیلز بور، که مدل جدیدی از اتم را پیشنهاد کرد که ایده مکانیک کوانتومی را در خود جای داد، رخ داد.

مدل بور پیشنهاد کرد که الکترون‌هایی که به دور هسته می‌چرخند فقط در سطوح انرژی گسسته خاصی می‌توانند وجود داشته باشند و زمانی که الکترون‌ها بین این سطوح حرکت می‌کنند انرژی گسیل یا جذب می‌شود. این مدل به توضیح خطوط طیفی مشاهده شده در طیف های اتمی کمک کرد و شالوده مکانیک کوانتومی مدرن را پی ریزی کرد.

در دهه‌های بعد، دانشمندان ابزارها و تکنیک‌های پیچیده‌تری را برای مطالعه اتم توسعه دادند. اختراع میکروسکوپ الکترونی در سال ۱۹۲۶ به دانشمندان اجازه داد تا برای اولین بار اتم های جداگانه را مشاهده کنند، در حالی که توسعه شتاب دهنده های ذرات در دهه های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ به دانشمندان اجازه داد تا ساختار هسته را بررسی کنند.

امروزه، درک ما از اتم همچنان در حال تکامل است، زیرا فیزیکدانان آزمایش های دقیق تری انجام می دهند و نظریه های جدیدی را توسعه می دهند. برای مثال، کشف ذره بوزون هیگز در سال ۲۰۱۳، شواهدی مبنی بر وجود میدان هیگز، یک جزء اساسی از فیزیک ذرات مدرن، ارائه کرد.

بوزون هیگز برگرفته از نامِ پیتر هیگز، معروف به ذرّه خدا است که یک ذره بنیادی اولیه دارای جرم می باشد. مشاهده تجربی این ذره باعث شد دانشمندان بتوانند درباره چگونگی جرم‌دار شدن ماده توسط ذرات بنیادی بدون جرم دیگر، توضیح دهند.

تاریخچه کشف اتم و ذرات زیراتمی

نتیجه گیری:

کشف اتم داستانی است که قرن ها را در بر می گیرد و شامل کمک های بسیاری از دانشمندان و متفکران می شود. از تفکرات فلسفی یونانیان باستان تا تحقیقات پیشرفته فیزیکدانان مدرن، مفهوم اتم در طول زمان تکامل یافته است. امروزه درک ما از اتم به لطف کار تعداد بیشماری از دانشمندان و محققین، پیچیده تر از همیشه شده است. در حالی که هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری در مورد اتم و کیهانی که در آن ساکن است وجود دارد، پیگیری مداوم دانش در این زمینه نویدبخش دریافت بینش های جدیدی در مورد ماهیت ماده و عملکرد جهان است.

گردآوری: بخش علمی سرپوش