Από την αρχή του χρόνου, τα ανθρώπινα όντα έχουν προσπαθήσει να καταλάβουν από τι αποτελείται το σύμπαν και τα πάντα μέσα του. Και ενώ οι αρχαίοι μάγοι και οι φιλόσοφοι συνέλαβαν έναν κόσμο που αποτελείται από τέσσερα ή πέντε στοιχεία - γη, αέρας, νερό, φωτιά (και μέταλλο ή συνείδηση) - από την κλασική αρχαιότητα, οι φιλόσοφοι άρχισαν να θεωρούν ότι όλη η ύλη αποτελούσε πράγματι μικροσκοπική, αόρατα και αδιαίρετα άτομα.
Από τότε, οι επιστήμονες έχουν εμπλακεί σε μια διαδικασία συνεχούς ανακάλυψης με το άτομο, ελπίζοντας να ανακαλύψουν την πραγματική φύση και το μακιγιάζ του. Μέχρι τον 20ο αιώνα, η κατανόησή μας τελειοποιήθηκε στο σημείο που μπορέσαμε να κατασκευάσουμε ένα ακριβές μοντέλο αυτού. Και μέσα στην τελευταία δεκαετία, η κατανόησή μας έχει προχωρήσει ακόμη περισσότερο, στο σημείο που έχουμε φτάσει να επιβεβαιώσουμε την ύπαρξη σχεδόν όλων των θεωρητικών μερών της.
Σήμερα, η ατομική έρευνα επικεντρώνεται στη μελέτη της δομής και της λειτουργίας της ύλης σε υποατομικό επίπεδο. Αυτό δεν συνίσταται μόνο στον εντοπισμό όλων των υποατομικών σωματιδίων που πιστεύεται ότι αποτελούν ένα άτομο, αλλά και τη διερεύνηση των δυνάμεων που τα κυβερνούν. Αυτές περιλαμβάνουν ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις, αδύναμες πυρηνικές δυνάμεις, ηλεκτρομαγνητισμό και βαρύτητα. Εδώ είναι μια ανάλυση όλων όσων έχουμε φτάσει να μάθουμε για το άτομο μέχρι τώρα…
Δομή του ατόμου:
Το τρέχον μοντέλο του ατόμου μας μπορεί να χωριστεί σε τρία συστατικά μέρη - πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Κάθε ένα από αυτά τα μέρη έχει σχετικό φορτίο, με πρωτόνια που φέρουν θετικό φορτίο, ηλεκτρόνια με αρνητικό φορτίο και νετρόνια που δεν έχουν καθαρό φορτίο. Σύμφωνα με το πρότυπο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων, τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούν τον πυρήνα του ατόμου, ενώ τα ηλεκτρόνια το περιστρέφουν σε ένα «σύννεφο».
Τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο έλκονται από τα πρωτόνια στον πυρήνα από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να διαφύγουν από την τροχιά τους, αλλά μόνο ως απάντηση σε μια εξωτερική πηγή ενέργειας που εφαρμόζεται. Όσο πιο κοντά η τροχιά του ηλεκτρονίου στον πυρήνα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ελκυστική δύναμη. Ως εκ τούτου, τόσο ισχυρότερη είναι η εξωτερική δύναμη που απαιτείται για να αναγκάσει ένα ηλεκτρόνιο να διαφύγει.
Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε πολλές τροχιές, καθεμία από τις οποίες αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο ενεργειακό επίπεδο του ηλεκτρονίου. Το ηλεκτρόνιο μπορεί να αλλάξει την κατάστασή του σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας απορροφώντας ένα φωτόνιο με επαρκή ενέργεια για να το ενισχύσει στη νέα κβαντική κατάσταση. Ομοίως, ένα ηλεκτρόνιο σε κατάσταση υψηλότερης ενέργειας μπορεί να πέσει σε χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση ενώ ακτινοβολεί την περίσσεια ενέργειας ως φωτόνιο.
Τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα εάν έχουν ίσο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Άτομα που έχουν είτε έλλειμμα είτε πλεόνασμα ηλεκτρονίων ονομάζονται ιόντα. Τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται πιο μακριά από τον πυρήνα μπορούν να μεταφερθούν σε άλλα κοντινά άτομα ή να μοιραστούν μεταξύ ατόμων. Με αυτόν τον μηχανισμό, τα άτομα είναι ικανά να συνδέονται σε μόρια και άλλους τύπους χημικών ενώσεων.
Και τα τρία από αυτά τα υποατομικά σωματίδια είναι Fermions, μια κατηγορία σωματιδίων που σχετίζονται με ύλη που είναι είτε στοιχειώδη (ηλεκτρόνια) είτε σύνθετα (πρωτόνια και νετρόνια) στη φύση. Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια δεν έχουν γνωστή εσωτερική δομή, ενώ τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από άλλα υποατομικά σωματίδια. ονομάζονται κουάρκ. Υπάρχουν δύο τύποι κουάρκ στα άτομα, τα οποία έχουν κλασματικό ηλεκτρικό φορτίο.
Τα πρωτόνια αποτελούνται από δύο «πάνω» κουάρκ (το καθένα με φορτίο +2/3) και ένα «κάτω» κουάρκ (-1/3), ενώ τα νετρόνια αποτελούνται από ένα πάνω κουάρκ και δύο κάτω κουάρκ. Αυτή η διάκριση αντιστοιχεί στη διαφορά φορτίου μεταξύ των δύο σωματιδίων, η οποία λειτουργεί με φόρτιση +1 και 0 αντίστοιχα, ενώ τα ηλεκτρόνια έχουν φορτίο -1.
Άλλα υποατομικά σωματίδια περιλαμβάνουν Leptons, τα οποία συνδυάζονται με Fermions για να σχηματίσουν τα δομικά στοιχεία της ύλης. Υπάρχουν έξι λεπτόνια στο παρόν ατομικό μοντέλο: τα σωματίδια ηλεκτρονίων, μιόνων και ταυ και τα σχετιζόμενα νετρίνα τους. Οι διαφορετικές ποικιλίες των σωματιδίων Lepton, που συνήθως ονομάζονται «γεύσεις», διαφοροποιούνται από το μέγεθος και τα φορτία τους, τα οποία επηρεάζουν το επίπεδο των ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεών τους.
Στη συνέχεια, υπάρχουν οι Gauge Bosons, οι οποίοι είναι γνωστοί ως «μεταφορείς δύναμης» αφού μεσολαβούν σε φυσικές δυνάμεις. Για παράδειγμα, τα γλουόνια είναι υπεύθυνα για την ισχυρή πυρηνική δύναμη που συγκρατεί τα κουάρκ μαζί, ενώ τα μποζόνια W και Z (ακόμα υποθετικά) πιστεύεται ότι ευθύνονται για την αδύναμη πυρηνική δύναμη πίσω από τον ηλεκτρομαγνητισμό. Τα φωτόνια είναι το στοιχειώδες σωματίδιο που απαρτίζει το φως, ενώ το Higgs Boson είναι υπεύθυνο για να δώσει στα μποζόνια W και Z τη μάζα τους.
Ατομική μάζα:
Η πλειονότητα μιας μάζας ατόμων προέρχεται από τα πρωτόνια και τα νετρόνια που αποτελούν τον πυρήνα του. Τα ηλεκτρόνια είναι τα λιγότερο τεράστια σωματίδια συστατικών ενός ατόμου, με μάζα 9,11 x 10-31 kg και ένα μέγεθος πολύ μικρό για να μετρηθεί με τις τρέχουσες τεχνικές. Τα πρωτόνια έχουν μάζα 1.836 φορές μεγαλύτερη από το ηλεκτρόνιο, στα 1,6726 × 10-27 kg, ενώ τα νετρόνια είναι τα πιο ογκώδη από τα τρία, στα 1,6929 × 10-27 kg (1.839 φορές τη μάζα του ηλεκτρονίου).
Ο συνολικός αριθμός πρωτονίων και νετρονίων στον πυρήνα ενός ατόμου (που ονομάζεται «νουκλεόνια») ονομάζεται αριθμός μάζας. Για παράδειγμα, το στοιχείο Carbon-12 ονομάζεται έτσι επειδή έχει αριθμό μάζας 12 - προέρχεται από τους 12 νουκλεόντες του (έξι πρωτόνια και έξι νετρόνια). Ωστόσο, τα στοιχεία τακτοποιούνται επίσης με βάση τους ατομικούς τους αριθμούς, ο οποίος είναι ο ίδιος με τον αριθμό των πρωτονίων που βρίσκονται στον πυρήνα. Σε αυτήν την περίπτωση, το Carbon έχει ατομικό αριθμό 6.
Η πραγματική μάζα ενός ατόμου σε κατάσταση ηρεμίας είναι πολύ δύσκολο να μετρηθεί, καθώς ακόμη και τα πιο ογκώδη άτομα είναι πολύ ελαφριά για να εκφραστούν σε συμβατικές μονάδες. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν συχνά την ενοποιημένη μονάδα ατομικής μάζας (u) - που ονομάζεται επίσης dalton (Da) - η οποία ορίζεται ως το δωδέκατο της μάζας ενός ελεύθερου ουδέτερου ατόμου άνθρακα-12, που είναι περίπου 1,66 × 10-27 κιλό.
Οι χημικοί χρησιμοποιούν επίσης moles, μια μονάδα που ορίζεται ως ένα mole οποιουδήποτε στοιχείου που έχει πάντα τον ίδιο αριθμό ατόμων (περίπου 6.022 × 1023). Αυτός ο αριθμός επιλέχθηκε έτσι ώστε εάν ένα στοιχείο έχει ατομική μάζα 1 u, ένα mole ατόμων αυτού του στοιχείου έχει μάζα κοντά στο ένα γραμμάριο. Λόγω του ορισμού της ενοποιημένης μονάδας ατομικής μάζας, κάθε άτομο άνθρακα-12 έχει ατομική μάζα ακριβώς 12 u, και έτσι ένα γραμμομόριο ατόμων άνθρακα-12 ζυγίζει ακριβώς 0,012 kg.
Ραδιενεργός αποσύνθεση:
Οποιαδήποτε δύο άτομα που έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων ανήκουν στο ίδιο χημικό στοιχείο. Όμως τα άτομα με ίσο αριθμό πρωτονίων μπορούν να έχουν διαφορετικό αριθμό νετρονίων, τα οποία ορίζονται ως διαφορετικά ισότοπα του ίδιου στοιχείου. Αυτά τα ισότοπα είναι συχνά ασταθή και όλα αυτά με ατομικό αριθμό μεγαλύτερο από 82 είναι γνωστό ότι είναι ραδιενεργά.
Όταν ένα στοιχείο υφίσταται διάσπαση, ο πυρήνας του χάνει ενέργεια εκπέμποντας ακτινοβολία - η οποία μπορεί να αποτελείται από σωματίδια άλφα (άτομα ηλίου), βήτα σωματίδια (ποζιτρόνια), ακτίνες γάμμα (ηλεκτρομαγνητική ενέργεια υψηλής συχνότητας) και ηλεκτρόνια μετατροπής. Ο ρυθμός με τον οποίο αποσυντίθεται ένα ασταθές στοιχείο είναι γνωστός ως «χρόνος ημιζωής», που είναι ο χρόνος που απαιτείται για να μειωθεί το στοιχείο στο μισό της αρχικής του τιμής.
Η σταθερότητα ενός ισότοπου επηρεάζεται από την αναλογία των πρωτονίων προς τα νετρόνια. Από τους 339 διαφορετικούς τύπους στοιχείων που εμφανίζονται φυσικά στη Γη, 254 (περίπου 75%) έχουν χαρακτηριστεί ως «σταθερά ισότοπα» - δηλαδή δεν υπόκεινται σε φθορά. Ένα επιπλέον 34 ραδιενεργά στοιχεία έχουν χρόνο ημιζωής περισσότερο από 80 εκατομμύρια χρόνια, και υπήρχαν επίσης από το πρώιμο ηλιακό σύστημα (εξ ου και γιατί ονομάζονται «αρχέγονα στοιχεία»).
Τέλος, ένα επιπλέον 51 βραχύβια στοιχεία είναι γνωστό ότι εμφανίζονται φυσικά, ως «θυγατρικά στοιχεία» (δηλαδή πυρηνικά υποπροϊόντα) της αποσύνθεσης άλλων στοιχείων (όπως το ράδιο από το ουράνιο). Επιπλέον, τα βραχύβια ραδιενεργά στοιχεία μπορούν να είναι το αποτέλεσμα φυσικών ενεργητικών διεργασιών στη Γη, όπως βομβαρδισμός κοσμικών ακτίνων (για παράδειγμα, άνθρακας-14, που συμβαίνει στην ατμόσφαιρά μας).
Ιστορία της μελέτης:
Τα πρώτα γνωστά παραδείγματα ατομικής θεωρίας προέρχονται από την αρχαία Ελλάδα και την Ινδία, όπου φιλόσοφοι όπως ο Δημόκριτος ισχυρίστηκαν ότι όλη η ύλη αποτελείται από μικροσκοπικές, αδιαίρετες και άφθαρτες μονάδες. Ο όρος «άτομο» επινοήθηκε στην αρχαία Ελλάδα και δημιούργησε τη σχολή σκέψης γνωστή ως «ατομισμός». Ωστόσο, αυτή η θεωρία ήταν περισσότερο φιλοσοφική αντί για επιστημονική.
Μόνο τον 19ο αιώνα η θεωρία των ατόμων έγινε αρθρωτή ως επιστημονική ύλη, με τα πρώτα πειράματα που βασίζονται σε στοιχεία. Για παράδειγμα, στις αρχές του 1800, ο Άγγλος επιστήμονας John Dalton χρησιμοποίησε την έννοια του ατόμου για να εξηγήσει γιατί τα χημικά στοιχεία αντέδρασαν με ορισμένους παρατηρήσιμους και προβλέψιμους τρόπους.
Ο Ντάλτον ξεκίνησε με το ερώτημα γιατί τα στοιχεία αντέδρασαν σε αναλογίες μικρών ακέραιων αριθμών και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτές οι αντιδράσεις συνέβησαν σε ακέραια πολλαπλάσια διακριτών μονάδων - με άλλα λόγια, άτομα. Μέσα από μια σειρά πειραμάτων που αφορούσαν αέρια, ο Dalton συνέχισε να αναπτύσσει τη γνωστή ως ατομική θεωρία του Dalton, η οποία παραμένει ένας από τους ακρογωνιαίους λίθους της σύγχρονης φυσικής και της χημείας.
Η θεωρία καταλήγει σε πέντε υποθέσεις: τα στοιχεία, στην πιο καθαρή τους κατάσταση, αποτελούνται από σωματίδια που ονομάζονται άτομα. τα άτομα ενός συγκεκριμένου στοιχείου είναι όλα τα ίδια, μέχρι το τελευταίο άτομο. άτομα διαφορετικών στοιχείων μπορούν να ξεχωρίζουν από τα ατομικά τους βάρη. άτομα των στοιχείων ενώνονται για να σχηματίσουν χημικές ενώσεις. Τα άτομα δεν μπορούν ούτε να δημιουργηθούν ούτε να καταστραφούν σε χημική αντίδραση, αλλά μόνο η ομάδα αλλάζει ποτέ.
Στα τέλη του 19ου αιώνα, οι επιστήμονες άρχισαν να θεωρούν ότι το άτομο αποτελείται από περισσότερες από μία θεμελιώδεις μονάδες. Ωστόσο, οι περισσότεροι επιστήμονες τολμούσαν ότι αυτή η μονάδα θα ήταν το μέγεθος του μικρότερου γνωστού ατόμου - υδρογόνου. Και στη συνέχεια το 1897, μέσω μιας σειράς πειραμάτων με χρήση καθοδικών ακτίνων, ο φυσικός J.J. Ο Thompson ανακοίνωσε ότι είχε ανακαλύψει μια μονάδα που ήταν 1000 φορές μικρότερη και 1800 φορές ελαφρύτερη από ένα άτομο υδρογόνου.
Τα πειράματά του έδειξαν επίσης ότι ήταν πανομοιότυπα με σωματίδια που εκπέμπονται από το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και από ραδιενεργά υλικά. Μεταγενέστερα πειράματα αποκάλυψαν ότι αυτό το σωματίδιο έφερε ηλεκτρικό ρεύμα μέσω μεταλλικών καλωδίων και αρνητικών ηλεκτρικών φορτίων εντός ατόμων. Ως εκ τούτου, γιατί το σωματίδιο - το οποίο αρχικά ονομαζόταν "πτώμα" - μετατράπηκε αργότερα σε "ηλεκτρόνιο", μετά την πρόβλεψη του σωματιδίου George Johnstone Stoney το 1874.
Ωστόσο, ο Thomson ισχυρίστηκε επίσης ότι τα ηλεκτρόνια ήταν κατανεμημένα σε όλο το άτομο, το οποίο ήταν μια ομοιόμορφη θάλασσα θετικού φορτίου. Αυτό έγινε γνωστό ως «μοντέλο πουτίγκα δαμάσκηνου», το οποίο αργότερα θα αποδειχθεί λάθος. Αυτό έγινε το 1909, όταν οι φυσικοί Hans Gieger και Ernest Marsden (υπό την καθοδήγηση του Ernest Rutherfod) διεξήγαγαν το πείραμά τους χρησιμοποιώντας μεταλλικά φύλλα και σωματίδια άλφα.
Σύμφωνα με το ατομικό μοντέλο του Dalton, πίστευαν ότι τα σωματίδια άλφα θα περνούσαν κατευθείαν από το φύλλο με μικρή εκτροπή. Ωστόσο, πολλά από τα σωματίδια παραμορφώθηκαν σε γωνίες μεγαλύτερες από 90 °. Για να το εξηγήσει αυτό, ο Rutherford πρότεινε ότι το θετικό φορτίο του ατόμου συγκεντρώνεται σε έναν μικρό πυρήνα στο κέντρο.
Το 1913, ο φυσικός Niels Bohr πρότεινε ένα μοντέλο όπου τα ηλεκτρόνια περιστρέφονταν γύρω από τον πυρήνα, αλλά μπορούσαν να το κάνουν μόνο σε ένα πεπερασμένο σύνολο τροχιών. Πρότεινε επίσης ότι τα ηλεκτρόνια θα μπορούσαν να πηδούν μεταξύ των τροχιών, αλλά μόνο σε διακριτές αλλαγές ενέργειας που αντιστοιχούν στην απορρόφηση ή την ακτινοβολία ενός φωτονίου. Αυτό όχι μόνο βελτίωσε το προτεινόμενο μοντέλο του Rutherford, αλλά επίσης δημιούργησε την έννοια ενός κβαντοποιημένου ατόμου, όπου η ύλη συμπεριφερόταν σε διακριτικά πακέτα.
Η ανάπτυξη του φασματόμετρου μάζας - που χρησιμοποιεί έναν μαγνήτη για την κάμψη της τροχιάς μιας δέσμης ιόντων - επέτρεψε τη μέτρηση της μάζας των ατόμων με αυξημένη ακρίβεια. Ο χημικός Francis William Aston χρησιμοποίησε αυτό το όργανο για να δείξει ότι τα ισότοπα είχαν διαφορετικές μάζες. Αυτό με τη σειρά του ακολούθησε ο φυσικός James Chadwick, ο οποίος το 1932 πρότεινε το νετρόνιο ως τρόπο εξήγησης της ύπαρξης των ισοτόπων.
Κατά τη διάρκεια των αρχών του 20ού αιώνα, η κβαντική φύση των ατόμων αναπτύχθηκε περαιτέρω. Το 1922, οι Γερμανοί φυσικοί Otto Stern και Walther Gerlach διεξήγαγαν ένα πείραμα όπου μια ακτίνα ατόμων αργύρου κατευθύνθηκε μέσω ενός μαγνητικού πεδίου, το οποίο είχε σκοπό να χωρίσει τη δέσμη μεταξύ της κατεύθυνσης της γωνιακής ορμής των ατόμων (ή περιστροφή).
Γνωστό ως Πείραμα Stern – Gerlach, τα αποτελέσματα ήταν ότι η δέσμη χωρίστηκε σε δύο μέρη, ανάλογα με το αν η περιστροφή των ατόμων ήταν προσανατολισμένη προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Το 1926, ο φυσικός Erwin Schrodinger χρησιμοποίησε την ιδέα των σωματιδίων να συμπεριφέρονται σαν κύματα για να αναπτύξει ένα μαθηματικό μοντέλο που περιέγραψε τα ηλεκτρόνια ως τρισδιάστατες κυματομορφές και όχι ως απλά σωματίδια.
Μια συνέπεια της χρήσης κυματομορφών για την περιγραφή σωματιδίων είναι ότι είναι μαθηματικά αδύνατο να ληφθούν ακριβείς τιμές τόσο για τη θέση όσο και για την ορμή ενός σωματιδίου σε οποιαδήποτε δεδομένη στιγμή. Την ίδια χρονιά, ο Werner Heisenberg διατύπωσε αυτό το πρόβλημα και το ονόμασε «αρχή της αβεβαιότητας». Σύμφωνα με τον Heisenberg, για μια δεδομένη ακριβή μέτρηση της θέσης, μπορεί κανείς να λάβει μόνο ένα εύρος πιθανών τιμών για την ορμή και το αντίστροφο.
Τη δεκαετία του 1930, οι φυσικοί ανακάλυψαν την πυρηνική σχάση, χάρη στα πειράματα των Otto Hahn, Lise Meitner και Otto Frisch. Τα πειράματα του Χαν περιελάμβαναν την κατεύθυνση των νετρονίων σε άτομα ουρανίου με την ελπίδα να δημιουργήσουν ένα στοιχείο διαουρανίου. Αντ 'αυτού, η διαδικασία γύρισε το δείγμα του ουρανίου-92 (Ur92) σε δύο νέα στοιχεία - βάριο (Β56) και κρυπτών (Kr27).
Ο Meitner και ο Frisch επαλήθευσαν το πείραμα και το αποδίδουν στα άτομα ουρανίου που διασπώνται για να σχηματίσουν δύο στοιχεία με το ίδιο συνολικό ατομικό βάρος, μια διαδικασία η οποία απελευθέρωσε επίσης σημαντική ποσότητα ενέργειας σπάζοντας τους ατομικούς δεσμούς. Στα χρόνια που ακολούθησαν, ξεκίνησε έρευνα για τον πιθανό οπλισμό αυτής της διαδικασίας (δηλαδή πυρηνικά όπλα) και οδήγησε στην κατασκευή των πρώτων ατομικών βομβών στις ΗΠΑ έως το 1945.
Στη δεκαετία του 1950, η ανάπτυξη βελτιωμένων επιταχυντών σωματιδίων και ανιχνευτών σωματιδίων επέτρεψε στους επιστήμονες να μελετήσουν τις επιπτώσεις των ατόμων που κινούνται σε υψηλές ενέργειες. Από αυτό, αναπτύχθηκε το πρότυπο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων, το οποίο μέχρι στιγμής έχει εξηγήσει με επιτυχία τις ιδιότητες του πυρήνα, την ύπαρξη θεωρητικών υποατομικών σωματιδίων και τις δυνάμεις που διέπουν τις αλληλεπιδράσεις τους.
Σύγχρονα πειράματα:
Από το τελευταίο μισό του 20ού αιώνα, πολλές νέες και συναρπαστικές ανακαλύψεις έχουν σχέση με την ατομική θεωρία και την κβαντική μηχανική. Για παράδειγμα, το 2012, η μακροχρόνια αναζήτηση για το Higgs Boson οδήγησε σε μια σημαντική ανακάλυψη όπου ερευνητές που εργάζονται στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικών Ερευνών (CERN) στην Ελβετία ανακοίνωσαν την ανακάλυψή του.
Τις τελευταίες δεκαετίες, αφιερώθηκε πολύς χρόνος και ενέργεια από τους φυσικούς για την ανάπτυξη μιας ενοποιημένης θεωρίας πεδίου (γνωστός και ως «Μεγάλη Θεωρία Ενοποίησης ή Θεωρία των πάντων»). Στην ουσία, από την πρώτη πρόταση του Standard Model, οι επιστήμονες προσπάθησαν να καταλάβουν πώς συνεργάζονται οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις του σύμπαντος (βαρύτητα, ισχυρές και αδύναμες πυρηνικές δυνάμεις και ηλεκτρομαγνητισμός).
Ενώ η βαρύτητα μπορεί να γίνει κατανοητή χρησιμοποιώντας τις θεωρίες σχετικότητας του Αϊνστάιν, και οι πυρηνικές δυνάμεις και ο ηλεκτρομαγνητισμός μπορούν να γίνουν κατανοητές χρησιμοποιώντας την κβαντική θεωρία, καμία θεωρία δεν μπορεί να εξηγήσει και τις τέσσερις δυνάμεις που συνεργάζονται. Οι προσπάθειες επίλυσης αυτού έχουν οδηγήσει σε μια σειρά προτεινόμενων θεωριών με την πάροδο των ετών, που κυμαίνονται από τη θεωρία χορδών έως την κβαντική βαρύτητα του βρόχου. Μέχρι σήμερα, καμία από αυτές τις θεωρίες δεν έχει οδηγήσει σε μια σημαντική ανακάλυψη.
Η κατανόησή μας για το άτομο έχει προχωρήσει πολύ, από τα κλασικά μοντέλα που το είδαν ως ένα αδρανές στερεό που αλληλεπιδρούσε μηχανικά με άλλα άτομα, έως τις σύγχρονες θεωρίες όπου τα άτομα αποτελούνται από ενεργητικά σωματίδια που συμπεριφέρονται απρόβλεπτα. Ενώ χρειάστηκαν αρκετές χιλιάδες χρόνια, η γνώση μας για τη θεμελιώδη δομή όλων των υλικών έχει προχωρήσει σημαντικά.
Ωστόσο, παραμένουν πολλά μυστήρια που δεν έχουν ακόμη επιλυθεί. Με το χρόνο και τις συνεχείς προσπάθειες, μπορεί τελικά να ξεκλειδώσουμε τα τελευταία μυστικά του ατόμου. Και πάλι, θα μπορούσε να είναι ότι τυχόν νέες ανακαλύψεις που κάνουμε θα δημιουργήσουν μόνο περισσότερες ερωτήσεις - και θα μπορούσαν να είναι ακόμη πιο συγκεχυμένες από αυτές που ήρθαν πριν!
Έχουμε γράψει πολλά άρθρα σχετικά με το άτομο για το Space Magazine. Ακολουθεί ένα άρθρο σχετικά με το ατομικό μοντέλο του John Dalton, το ατομικό μοντέλο του Neils Bohr, Who Was Democritus; και πόσα άτομα υπάρχουν στο σύμπαν;
Εάν θέλετε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το άτομο, ανατρέξτε στο άρθρο της NASA σχετικά με την ανάλυση μικροσκοπικών δειγμάτων και ακολουθεί ένας σύνδεσμος για το άρθρο της NASA σχετικά με τα άτομα, τα στοιχεία και τα ισότοπα.
Καταγράψαμε επίσης ένα ολόκληρο επεισόδιο του Astronomy Cast σχετικά με το Atom. Ακούστε εδώ, Επεισόδιο 164: Inside the Atom, Episode 263: Radioactive Decay και Episode 394: The Standard Model, Bosons.
