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

Cuộc tìm kiếm nguyên tử kéo dài 2,400 năm - Theresa Doud

Translator: Nguyen Ngo Reviewer: Nhu PHAM

What do an ancient Greek philosopher

Một nhà triết học Hi Lạp cổ đại

and a 19th century Quaker

và một người Quaker thế kỷ 19

have in common with Nobel Prize-winning scientists?

có điểm chung nào với các nhà khoa học đoạt giải Nobel?

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

Dù sống cách nhau hơn 2,400 năm lịch sử,

each of them contributed to answering the eternal question:

họ đều góp phần trả lời một câu hỏi muôn thuở:

Điều gì cấu tạo nên vật chất?

what is stuff made of?

It was around 440 BCE that Democritus first proposed

Khoảng 440 năm trước Công nguyên, Democritus lần đầu đặt giả thuyết

that everything in the world was made up of tiny particles

rằng mọi thứ đều được cấu thành từ các hạt li ti

surrounded by empty space.

được bao quanh bởi không gian trống.

And he even speculated that they vary in size and shape

Ông thậm chí còn tin rằng những hạt này có hình dáng, kích cỡ khác nhau

depending on the substance they compose.

tùy thuộc vào thành phần cấu tạo nên chúng.

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

Ông gọi chúng là "atomos"

nghĩa là "không thể phân chia" trong tiếng Hi Lạp.

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

Ý tưởng của ông bị hầu hết các triết gia cùng thời phản đối.

Aristotle, for instance, disagreed completely,

Aristotle, chẳng hạn, hoàn toàn phản đối,

stating instead that matter was made of four elements:

ông cho rằng vật chất được cấu tạo bởi bốn yếu tố:

earth, wind, water and fire,

đất, gió, nước và lửa,

and most later scientists followed suit.

và hầu hết các nhà khoa học sau này cũng tin như vậy.

Atoms would remain all but forgotten until 1808,

Thuyết nguyên tử bị lãng quên cho đến tận năm 1808,

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

khi giáo viên phái Quaker, John Dalton, cố phản biện lý thuyết của Aristotle.

Whereas Democritus's atomism had been purely theoretical,

Khi mà thuyết nguyên tử của Democritus chỉ toàn là lý thuyết,

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

Dalton chỉ ra rằng những chất giống nhau luôn tách thành những nguyên tố giống nhau

in the same proportions.

với cùng một tỷ lệ.

He concluded that the various compounds

Ông kết luận rằng, các hợp chất

were combinations of atoms of different elements,

do nguyên tử cấu thành với thành phần khác nhau,

each of a particular size and mass

kích thước và khối lượng xác định,

that could neither be created nor destroyed.

và không thể được chế tạo hay bị phá hủy.

Though he received many honors for his work,

Công trình này đem đến nhiều vinh quang song

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

Dalton, vốn là thuộc phái Quaker, đã sống rất giản dị đến cuối đời.

Atomic theory was now accepted by the scientific community,

Thuyết nguyên tử lúc bấy giờ đã được cộng đồng khoa học chấp nhận,

but the next major advancement

nhưng bước phát triển chính chỉ đến sau gần một thế kỷ

would not come until nearly a century later

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

với sự tìm ra electron năm 1897 của nhà vật lý J.J. Thompson.

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

Trong mô hình được gọi là bánh quy chocolate nguyên tử,

he showed atoms as uniformly packed spheres of positive matter

ông cho rằng nguyên tử là một khối đồng nhất với điện tích dương

filled with negatively charged electrons.

và được lấp đầy bởi các electron mang điện tích âm.

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

Thompson giành giải Nobel năm 1906 cho phát hiện này,

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

nhưng mô hình nguyên tử của ông không tồn tại lâu.

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

Bởi, tình cờ thay, ông có một vài sinh viên khá thông minh,

including a certain Ernest Rutherford,

trong đó phải kể đến Ernerst Rutherford,

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

người sau này được coi là cha đẻ của thời đại hạt nhân.

While studying the effects of X-rays on gases,

Trong khi nghiên cứu tác động của tia X lên chất khí,

Rutherford decided to investigate atoms more closely

Rutherford đã quyết định nghiên cứu nguyên tử kỹ lưỡng hơn

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

bằng cách bắn các hạt alpha nhỏ, mang điện dương vào một lá vàng mỏng.

Under Thompson's model,

Theo mô hình của Thompson,

the atom's thinly dispersed positive charge

sự phân tán mỏng điện tích dương của nguyên tử

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

sẽ không thể làm chệch hướng các hạt ở bất cứ điểm nào.

The effect would have been like a bunch of tennis balls

Hiệu ứng sẽ giống như một cú đập bóng tennis

punching through a thin paper screen.

đập qua một tờ giấy mỏng.

But while most of the particles did pass through,

Nhưng trong khi hầu hết các hạt đều bay qua lá vàng,

some bounced right back,

một vài lại bị đập ngược trở lại,

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

cho thấy rằng lá vàng như một tấm lưới dày với mắt lưới lớn.

Rutherford concluded that atoms consisted largely of empty space

Rutherford kết luận rằng nguyên tử gồm hầu hết là khoảng không

with just a few electrons,

với chỉ một vài electrons,

while most of the mass was concentrated in the center,

trong khi hầu hết khối lượng tập trung tại phần lõi,

which he termed the nucleus.

mà ông đặt tên là hạt nhân.

The alpha particles passed through the gaps

Các hạt alpha xuyên qua khoảng trống

but bounced back from the dense, positively charged nucleus.

nhưng bị bật lại khi đập vào hạt nhân đặc và mang điện tích dương.

But the atomic theory wasn't complete just yet.

Thuyết nguyên tử đến đó vẫn chưa hoàn thiện.

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

Đến năm 1913, một sinh viên khác của Thompson là Niels Bohr

expanded on Rutherford's nuclear model.

đã phát triển mô hình nguyên tử của Rutherford.

Drawing on earlier work by Max Planck and Albert Einstein

Bị thu hút bởi công trình trước đó của Max Planck và Albert Einstein,

he stipulated that electrons orbit the nucleus

ông giả thuyết rằng các electron quay quanh hạt nhân

at fixed energies and distances,

với năng lượng và khoảng cách cố định,

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

có thể nhảy từ mức năng lượng này sang mức khác,

song không thể tồn tại trong khoảng không ở giữa.

Bohr's planetary model took center stage,

Mô hình hành tinh nguyên tử của Bohr rất được quan tâm,

but soon, it too encountered some complications.

song ngay sau đó, nó để lộ vài điểm không hợp lý.

Experiments had shown that rather than simply being discrete particles,

Các thí nghiệm chỉ ra rằng, không chỉ là những hạt đơn lẻ,

electrons simultaneously behaved like waves,

electron còn đồng thời hoạt động như sóng,

not being confined to a particular point in space.

không bị giới hạn tại một điểm cụ thể nào trong không gian.

And in formulating his famous uncertainty principle,

Và trong khi xây dựng nguyên lý bất định nổi tiếng của mình,

Werner Heisenberg showed it was impossible to determine

Werner Heisengerg đã chỉ ra rằng không thể xác định được

both the exact position and speed of electrons

vị trí và vận tốc chính xác của electrons

as they moved around an atom.

khi chúng chuyển động xung quanh một nguyên tử.

The idea that electrons cannot be pinpointed

Ý tưởng rằng electrons không thể được định vị

but exist within a range of possible locations

nhưng tồn tại trong một chuỗi các vị trí khả dĩ định trước

gave rise to the current quantum model of the atom,

giúp phát triển mô hình lượng tử của nguyên tử hiện tại,

a fascinating theory with a whole new set of complexities

một lý thuyết hấp dẫn với mức độ phức tạp khác

whose implications have yet to be fully grasped.

và ý nghĩa của chúng vẫn chưa hoàn toàn được thấu hiểu.

Even though our understanding of atoms keeps changing,

Trong khi hiểu biết về nguyên tử tiếp tục phát triển,

the basic fact of atoms remains,

nguyên lý căn bản về cấu trúc nguyên tử vẫn không đổi,

so let's celebrate the triumph of atomic theory

vì vậy, hãy ăn mừng chiến thắng của lý thuyết nguyên tử

with some fireworks.

bằng những màn pháo hoa.

As electrons circling an atom shift between energy levels,

Khi các electrons trong nguyên tử thay đổi mức năng lượng,

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

chúng hấp thu và giải phóng năng lượng dưới dạng sóng ánh sáng,

resulting in all the marvelous colors we see.

tạo nên những màu sắc tuyệt diệu mà ta nhìn thấy.

And we can imagine Democritus watching from somewhere,

Cũng có thể tin rằng Democritus, đâu đó, cũng đang nhìn ngắm,

satisfied that over two millennia later,

và hài lòng khi biết rằng hơn hai ngàn năm sau,

he turned out to have been right all along.

những nguyên lý của ông, ngay từ đầu, đã hoàn toàn đúng.