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

2400 lat poszukiwań atomu - Thesesa Doud

Tłumaczenie: Daniel Drozdzal Korekta: Ola Królikowska

What do an ancient Greek philosopher

Co mają wspólnego grecki filozof,

and a 19th century Quaker

XIX-wieczny kwakier

have in common with Nobel Prize-winning scientists?

i laureaci Nagrody Nobla z fizyki i chemii?

Mimo że dzieli ich ponad 2400 lat,

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

łączy odpowiedź na odwieczne pytanie.

each of them contributed to answering the eternal question:

what is stuff made of?

Z czego zrobione jest to, co nas otacza?

Pierwszy był Demokryt, który około 440 lat p.n.e.

It was around 440 BCE that Democritus first proposed

podsunął myśł, że całą materię tworzą maleńkie cząsteczki

that everything in the world was made up of tiny particles

surrounded by empty space.

otoczone pustą przestrzenią.

And he even speculated that they vary in size and shape

Rozważał nawet fakt, że mogą się różnić kształtem i rozmiarem

depending on the substance they compose.

w zależności od substancji, którą tworzą.

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

Nazwał je "atomos", z greki "niepodzielne".

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

Jego pomysłom przeciwstawiali się bardziej znani filozofowie tamtej epoki.

Aristotle, for instance, disagreed completely,

Arystoteles całkowicie odrzucił tę koncepcję.

Twierdził, że materia zbudowana jest z czterech żywiołów:

stating instead that matter was made of four elements:

earth, wind, water and fire,

ziemi, powietrza, wody i ognia.

and most later scientists followed suit.

Późniejsi uczeni powtarzali tę teorię.

Atoms would remain all but forgotten until 1808,

O koncepcji atomu przypomniano sobie dopiero w roku 1808,

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

gdy teorię Arystotelesa podważył nauczyciel John Dalton.

Podczas gdy atomizm Demokryta był czystą teorią,

Whereas Democritus's atomism had been purely theoretical,

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

Dalton wykazał, że znane nam substancje rozpadają się na te same pierwiastki

in the same proportions.

w równych proporcjach.

He concluded that the various compounds

Doszedł do wniosku, że związki chemiczne

were combinations of atoms of different elements,

stanowią wiązankę atomów różnych pierwiastków,

each of a particular size and mass

a każdy z nich ma swoją wielkość i masę.

that could neither be created nor destroyed.

Nie można ich ani stworzyć, ani zniszczyć.

Though he received many honors for his work,

Choć za swoją pracę dostąpił wielu zaszczytów,

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

Dalton jako kwakier do końca swoich dni prowadził skromne życie.

Teoria atomu została przyjęta przez naukowe gremium.

Atomic theory was now accepted by the scientific community,

but the next major advancement

Kolejny krok do przodu

would not come until nearly a century later

nastąpił dopiero 100 lat później.

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

W 1897 roku fizyk J.J. Thompson odkrył elektron.

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

Jego model atomu wyglądał jak ciasteczko z kawałkami czekolady.

he showed atoms as uniformly packed spheres of positive matter

Przedstawiał atomy jako jednolite kłębki materii o ładunku dodatnim

filled with negatively charged electrons.

wypełnione naładowanymi ujemnie elektronami.

Thompson za odkrycie elektronu zdobył w 1906 Nagrodę Nobla,

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

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

ale jego model atomu nie utrzymał się zbyt długo.

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

Stało się tak dlatego, że miał wyjątkowo mądrych uczniów.

including a certain Ernest Rutherford,

Wśród nich znalazł się Ernest Rutherford,

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

znany dziś jako ojciec fizyki jądrowej.

While studying the effects of X-rays on gases,

Badając oddziaływanie promieni rentgenowskich na gazy,

Rutherford decided to investigate atoms more closely

Rutherford postanowił bliżej przyjrzeć się atomowi.

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

Poddał złotą folię działaniu małych naładowanych dodatnio cząsteczek alfa.

Under Thompson's model,

W modelu Thompsona

the atom's thinly dispersed positive charge

mocno rozproszony ładunek dodatni atomu nie zmieniłby położenia cząsteczek.

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

The effect would have been like a bunch of tennis balls

Mielibyśmy efekt podobny do piłeczek tenisowych

punching through a thin paper screen.

przebijających cienką warstwę papieru.

But while most of the particles did pass through,

Większość cząsteczek przebiła folię.

some bounced right back,

Jednak niektóre się odbiły,

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

wywołując wrażenie, jakby folia była grubą, ale mocno podziurawioną siatką.

Rutherford concluded that atoms consisted largely of empty space

Rutherford wywnioskował, że atomy wypełnia głównie pusta przestrzeń

with just a few electrons,

z zaledwie kilkoma elektronami,

while most of the mass was concentrated in the center,

a większa część ich masy skupiona jest w samym środku.

which he termed the nucleus.

Nazwał go jądrem.

Cząsteczki alfa przechodziły przez otwory,

The alpha particles passed through the gaps

but bounced back from the dense, positively charged nucleus.

ale odbijały się od gęstego, naładowanego dodatnio jądra.

But the atomic theory wasn't complete just yet.

To jednak nie koniec teorii atomu.

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

W roku 1913 inny uczeń Thompsona, Niels Bohr,

expanded on Rutherford's nuclear model.

rozbudował model Rutherforda.

Drawing on earlier work by Max Planck and Albert Einstein

Inspirując się wcześniejszymi badaniami Maxa Plancka i Alberta Einsteina,

he stipulated that electrons orbit the nucleus

wysunął postulat, że elektrony krążą wokół jądra

at fixed energies and distances,

z określoną energią i na określonych orbitach.

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

Mogą przeskakiwać z jednej na drugą, ale nigdy nie znajdziemy ich pomiędzy.

Bohr's planetary model took center stage,

Mimo początkowej popularności,

but soon, it too encountered some complications.

wkrótce zakwestionowano model planetarny atomu.

Doświadczenia wykazały,

Experiments had shown that rather than simply being discrete particles,

że elektrony zachowują się bardziej jak fale niż oddzielne cząsteczki

electrons simultaneously behaved like waves,

i nie zajmują określonego punktu w przestrzeni.

not being confined to a particular point in space.

And in formulating his famous uncertainty principle,

Słynną zasadę nieoznaczoności sformułował Werner Heisenberg.

Werner Heisenberg showed it was impossible to determine

Wykazał, że nie da się ustalić jednocześnie położenia

both the exact position and speed of electrons

i prędkości elektronów krążących wokół atomu.

as they moved around an atom.

The idea that electrons cannot be pinpointed

Uważał, że zamiast ściśle określonego miejsca,

but exist within a range of possible locations

zajmują cały obszar prawdopodobnych położeń.

gave rise to the current quantum model of the atom,

Teoria ta dała początek kwantowemu modelowi atomu.

a fascinating theory with a whole new set of complexities

To fascynująca idea, która przyniosła wiele nowych pytań.

whose implications have yet to be fully grasped.

Nie została jeszcze do końca zbadana.

Even though our understanding of atoms keeps changing,

Mimo że nasza wiedza o atomie wciąż ulega zmianom,

the basic fact of atoms remains,

fakt jego istnienia pozostaje nienaruszony.

so let's celebrate the triumph of atomic theory

Uczcijmy więc triumf fizyki jądrowej

paroma fajerwerkami.

with some fireworks.

As electrons circling an atom shift between energy levels,

Gdy elektrony obiegające atom zmieniają poziom energetyczny,

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

wchłaniają lub uwalniają energię w postaci wiązek światła o określonej długości fali,

które ukazują nam się jako całe spektrum widzialnych kolorów.

resulting in all the marvelous colors we see.

And we can imagine Democritus watching from somewhere,

Wyobraźmy sobie Demokryta, jak spogląda na nas z radością,

satisfied that over two millennia later,

że ponad dwa tysiące lat po jego odkryciu okazało się,

he turned out to have been right all along.

że od samego początku miał rację.