The 2,400-year search for the atom - Theresa Doud

2 400 години в търсене на атома. Тереза Дауд

Translator: Tsveta Vrabcheva Reviewer: Anton Hikov

What do an ancient Greek philosopher

Какво общо имат древните гръцки философи

and a 19th century Quaker

и квакерите от 19 век

have in common with Nobel Prize-winning scientists?

с учените - носители на Нобелова награда?

Although they are separated over 2,400 years of history,

Макар и исторически разделени от 2400 г. всеки

each of them contributed to answering the eternal question:

е допринесъл за отговора на вечния въпрос:

what is stuff made of?

От какво са направени нещата край нас?

It was around 440 BCE that Democritus first proposed

Демокрит за първи път около 440 пр.н.е. предполага,

that everything in the world was made up of tiny particles

че всичко е образувано от малки частици

surrounded by empty space.

заобиколени от празно пространство.

And he even speculated that they vary in size and shape

Той дори предполага, че тези частици се различават по размер и форма

depending on the substance they compose.

в зависимост от веществото, което изграждат.

He called these particles "atomos," Greek for indivisible.

Демокрит ги нарича 'атоми,' от гръцки - неделими.

His ideas were opposed by the more popular philosophers of his day.

Идеите му не се приемат от известните тогавашни философи.

Aristotle, for instance, disagreed completely,

Аристотел, например, напълно отрича идеята,

stating instead that matter was made of four elements:

като заявява, че материята се състои от четири елемента:

earth, wind, water and fire,

земя, вятър, вода и огън;

and most later scientists followed suit.

и повечето учени след него се придържат към тази теория.

Atoms would remain all but forgotten until 1808,

Атомите почти потъват в забрава до 1808 г.,

when a Quaker teacher named John Dalton sought to challenge Aristotelian theory.

когато Джон Далтон, квакер и учител, отхвърля теорията на Аристотел.

Whereas Democritus's atomism had been purely theoretical,

Докато атомизма на Демокрит е чисто теоретичен,

Dalton showed that common substances always broke down into the same elements

Далтон показва, че материята винаги се разпада на едни и същи елементи

in the same proportions.

в еднакви пропорции.

He concluded that the various compounds

Стига и до извода, че различните съединения

were combinations of atoms of different elements,

са комбинации от атоми на различни елементи,

each of a particular size and mass

всеки с определен размер и маса,

that could neither be created nor destroyed.

които не могат да бъдат нито създавани, нито разрушавани.

Though he received many honors for his work,

Въпреки многобройните отличия за работата си,

as a Quaker, Dalton lived modestly until the end of his days.

Далтон води скромен живот до края на дните си.

Atomic theory was now accepted by the scientific community,

И така атомната теория е приета от учените.

but the next major advancement

Следващият значим успех

would not come until nearly a century later

идва едва след около век, през 1897 г.,

with the physicist J.J. Thompson's 1897 discovery of the electron.

с откриването на електрона от Дж.Дж. Томсън.

In what we might call the chocolate chip cookie model of the atom,

В неговия модел, който прилича на шоколадова бисквита,

he showed atoms as uniformly packed spheres of positive matter

атомите са показани като сфери, еднакво запълнени от положителна

filled with negatively charged electrons.

материя, съдържаща отрицателно заредени електрони.

Thompson won a Nobel Prize in 1906 for his electron discovery,

За това си откритие през 1906 г. Томсън получава Нобелова награда.

but his model of the atom didn't stick around long.

Неговият модел на атома, обаче, не издържа дълго.

This was because he happened to have some pretty smart students,

И то благодарение на талантливите му ученици,

including a certain Ernest Rutherford,

между които и някой си Ърнест Ръдърфорд,

who would become known as the father of the nuclear age.

който ще стане известен като баща на ядрения век.

While studying the effects of X-rays on gases,

Докато изучава ефекта на рентг. лъчи върху газовете

Rutherford decided to investigate atoms more closely

Ръдърфорд решава да изучи атома по-внимателно

by shooting small, positively charged alpha particles at a sheet of gold foil.

като насочва малки, положително заредени алфа частици към златно фолио.

Under Thompson's model,

Според модела на Томсън, тънкият слой

the atom's thinly dispersed positive charge

от положително заредени атоми

would not be enough to deflect the particles in any one place.

не би бил достатъчен да отклони частиците на което и да е място.

The effect would have been like a bunch of tennis balls

Ефектът би приличал на този от топки за тенис,

punching through a thin paper screen.

преминаващи през тънка хартиена преграда.

But while most of the particles did pass through,

Докато някои от частиците успяват да преминат,

some bounced right back,

други се отразяват, като че ли

suggesting that the foil was more like a thick net with a very large mesh.

фолиото е по-скоро плътна мрежа с много дупки.

Rutherford concluded that atoms consisted largely of empty space

Изводът на Ръдърфорд е, че атомите се състоят

with just a few electrons,

предимно от празно пространство и едва няколко електрона,

while most of the mass was concentrated in the center,

докато по-голямата част от масата е концентрирана

which he termed the nucleus.

в центъра, който той нарича ядро.

The alpha particles passed through the gaps

Алфа частиците преминават през пролуките,

but bounced back from the dense, positively charged nucleus.

но отскачат от плътните, положително заредени ядра.

But the atomic theory wasn't complete just yet.

Но атомната теория все още не е завършена.

In 1913, another of Thompson's students by the name of Niels Bohr

През 1913 г. друг ученик на Томсън, Нилс Бор

expanded on Rutherford's nuclear model.

разработва по-нататък ядрения модел на Ръдърфорд.

Drawing on earlier work by Max Planck and Albert Einstein

Като използва по-ранни трудове на М. Планк и А. Айнщайн

he stipulated that electrons orbit the nucleus

той доказва, че електроните обикалят около ядрата

at fixed energies and distances,

с постоянна енергия и разстояние, прескачат

able to jump from one level to another, but not to exist in the space between.

от едно ниво в друго, но не съществуват между тях.

Bohr's planetary model took center stage,

Планетарният модел на Бор заема централно място,

but soon, it too encountered some complications.

но скоро той също се сблъсква с някои усложнения.

Experiments had shown that rather than simply being discrete particles,

Опитите доказват, че вместо да са отделни частици,

electrons simultaneously behaved like waves,

всички електрони заедно се проявяват като вълни

not being confined to a particular point in space.

и не са закрепени на едно определено място в пространството.

And in formulating his famous uncertainty principle,

В известния си принцип на съотношението на неопределеност

Werner Heisenberg showed it was impossible to determine

Вернер Хайзенберг показва невъзможността да се определи

both the exact position and speed of electrons

както точното положение така и скоростта на електроните

as they moved around an atom.

при движението им около атома.

The idea that electrons cannot be pinpointed

Идеята, че положението на електроните на може да се определи точно

but exist within a range of possible locations

и те съществуват в неопределен брой възможни позиции

gave rise to the current quantum model of the atom,

поставя началото на съвременния квантов модел на атома.

a fascinating theory with a whole new set of complexities

Една вълнуваща теория с куп нови предизвикателства

whose implications have yet to be fully grasped.

и смисъл, които все още не са напълно разбрани.

Even though our understanding of atoms keeps changing,

Въпреки че разбирането ни за атома постоянно се променя,

the basic fact of atoms remains,

основните факти за него не се променят.

so let's celebrate the triumph of atomic theory

Така че нека да отдадем дължимото на триумфа на атомната теория

with some fireworks.

с полагащите се фойерверки.

As electrons circling an atom shift between energy levels,

Електроните, заобикалящи атома сменят енергийните нива

they absorb or release energy in the form of specific wavelengths of light,

и поглъщат или освобождават енергия под форма на светлинна вълна,

resulting in all the marvelous colors we see.

създавайки всички тези великолепни цветове, които виждаме.

And we can imagine Democritus watching from somewhere,

Можем да си представим и Демокрит, наблюдавайки отнякъде,

satisfied that over two millennia later,

удовлетворен от това, че почти две хилядолетия по-късно

he turned out to have been right all along.

се оказва, че през цялото това време е бил прав.