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

Переводчик: Aleksandra Selezneva Редактор: Aleks Teri

What do an ancient Greek philosopher

Что общего у одного греческого философа

and a 19th century Quaker

и квакера из XIX века

have in common with Nobel Prize-winning scientists?

с учёными, получившими Нобелевскую премию?

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

Хотя их разделяет более 2 400 лет,

each of them contributed to answering the eternal question:

каждый из них внёс свою лепту в решение вечного вопроса:

what is stuff made of?

из чего состоит всё вокруг?

It was around 440 BCE that Democritus first proposed

Около 440 до н. э. Демокрит впервые предположил,

that everything in the world was made up of tiny particles

что всё состоит из мельчайших частиц,

surrounded by empty space.

окружённых пустым пространством.

And he even speculated that they vary in size and shape

Более того, он допускал, что частицы различаются по форме и размеру

depending on the substance they compose.

в зависимости от материи, которую они составляют.

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

Он назвал их «атомы», что по-гречески означает «неделимые».

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

Более признанные философы того времени возражали Демокриту.

Aristotle, for instance, disagreed completely,

Аристотель, к примеру, был категорически не согласен,

stating instead that matter was made of four elements:

утверждая, что материя состоит из четырёх элементов:

earth, wind, water and fire,

земли, воздуха, воды и огня.

and most later scientists followed suit.

Большинство учёных пошли по его стопам.

Atoms would remain all but forgotten until 1808,

Атомы остаются забытыми вплоть до 1808 года,

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

когда Джон Дальтон, учитель-квакер, решит оспорить теорию Аристотеля.

Whereas Democritus's atomism had been purely theoretical,

Если атомизм Демокрита был чисто теоретическим,

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

Дальтон показал, что одни и те же вещества распадаются на одинаковые элементы

in the same proportions.

в одинаковых пропорциях.

He concluded that the various compounds

Он заключил, что сложные структуры —

were combinations of atoms of different elements,

это комбинации атомов разных элементов,

each of a particular size and mass

каждый определённого размера и массы,

that could neither be created nor destroyed.

которые не могут быть ни созданы, ни уничтожены.

Though he received many honors for his work,

Хотя он получил много наград за свою работу,

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

Дальтон жил скромно до конца дней, как и положено квакеру.

Atomic theory was now accepted by the scientific community,

Наконец-то атомарная теория была принята научным сообществом,

but the next major advancement

но следующий значительный шаг

would not come until nearly a century later

будет сделан практически через столетие,

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

когда физик Дж. Дж. Томсон в 1897 году откроет электрон.

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

В том, что мы можем назвать «пудинговой моделью атома»,

he showed atoms as uniformly packed spheres of positive matter

он обозначил атомы как положительно заряженные облака,

filled with negatively charged electrons.

начинённые отрицательно заряженными электронами.

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

В 1906 годуТомсон получил Нобелевскую премию за открытие электрона,

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

но его модель атома не продержалась долго.

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

Это всё потому, что у него были слишком умные студенты,

including a certain Ernest Rutherford,

например, некий Эрнест Резерфорд,

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

который стал известным как «отец» ядерной физики.

While studying the effects of X-rays on gases,

Изучая эффекты рентгеновских лучей на газы,

Rutherford decided to investigate atoms more closely

Резерфорд решил исследовать некоторые атомы более пристально

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

путём пропускания положительно заряженных альфа-частиц через золотую фольгу.

Under Thompson's model,

Согласно модели Томсона,

the atom's thinly dispersed positive charge

рассеянного положительного заряда атома

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

не хватит, чтобы отразить частицы.

The effect would have been like a bunch of tennis balls

Всё равно как горсть теннисных мячиков

punching through a thin paper screen.

продырявила бы тонкую бумажную ширму.

But while most of the particles did pass through,

Но в то время, как большинство частиц прошли сквозь фольгу,

some bounced right back,

остальные всё-таки были отражены,

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

что значило, фольга напоминала сетку c огромными ячейками.

Rutherford concluded that atoms consisted largely of empty space

Резерфорд заключил, что львиную долю атома занимает пустое пространство

with just a few electrons,

с парой-тройкой электронов,

while most of the mass was concentrated in the center,

а практически вся масса сосредоточена в центре,

which he termed the nucleus.

который он назвал ядром.

The alpha particles passed through the gaps

Альфа-частицы просочились через «окна»,

but bounced back from the dense, positively charged nucleus.

но отразились от плотного, положительно заряженного ядра.

But the atomic theory wasn't complete just yet.

В то время атомарная теория ещё не была завершена.

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

В 1913 году другой студент Томпсона, Нильс Бор,

expanded on Rutherford's nuclear model.

внёс поправки в модель Резерфорда.

Drawing on earlier work by Max Planck and Albert Einstein

Опираясь на работы Макса Планка и Альберта Эйнштейна,

he stipulated that electrons orbit the nucleus

он обосновал, что электроны вращаются по орбите вокруг ядра

at fixed energies and distances,

с постоянной энергией и на фиксированном расстоянии.

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

Они прыгают с одного уровня на другой, но их нет в пространстве между ними.

Bohr's planetary model took center stage,

Планетарная модель Бора стала основной,

but soon, it too encountered some complications.

но вскоре и она столкнулась с противоречиями.

Experiments had shown that rather than simply being discrete particles,

Эксперименты показали, что электроны скорее ведут себя как волны,

electrons simultaneously behaved like waves,

чем как отдельные частицы,

not being confined to a particular point in space.

потому что они не привязаны к конкретному месту в пространстве.

And in formulating his famous uncertainty principle,

В своём знаменитом принципе неопределённости

Werner Heisenberg showed it was impossible to determine

Вернер Гейзенберг обозначил, что невозможно точно определить

both the exact position and speed of electrons

сразу и позицию, и скорость электронов,

as they moved around an atom.

движущихся вокруг атома.

The idea that electrons cannot be pinpointed

То, что атомы не находятся на конкретных местах,

but exist within a range of possible locations

а существуют в пределах возможных позиций,

gave rise to the current quantum model of the atom,

дало начало современной квантовой модели атома —

a fascinating theory with a whole new set of complexities

завораживающей теории с новым набором сложностей,

whose implications have yet to be fully grasped.

пользу которой ещё предстоит осознать.

Even though our understanding of atoms keeps changing,

Хотя наши представления об атоме продолжают меняться,

the basic fact of atoms remains,

само их существование не подвергается сомнению,

so let's celebrate the triumph of atomic theory

так что давайте отпразднуем триумф атомарной теории

with some fireworks.

салютами.

As electrons circling an atom shift between energy levels,

Электроны, перемещаясь между энергетическими уровнями,

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

поглощают или высвобождают энергию в форме световых волн определённой длины,

resulting in all the marvelous colors we see.

результат чего — все чудесные цвета, которые мы видим.

And we can imagine Democritus watching from somewhere,

Представляется Демокрит, глядящий на это,

satisfied that over two millennia later,

довольный, что через два тысячелетия

he turned out to have been right all along.

оказалось, что он был прав с самого начала.