Contenido
- La teoría de las partículas de Demócrito
- El experimento de Demócrito para demostrar la existencia de átomos
- John Dalton y la teoría atómica moderna
- La teoría de partículas se encuentra con el cuanto
- El átomo moderno
La teoría de partículas de la materia no se descubrió tanto como se formuló, y esa formulación comenzó en la antigua Grecia.
La persona a la que se le atribuye haber concebido la idea de que el mundo está compuesto de pequeñas partículas indivisibles es el filósofo Demócrito, que vivió entre 460 y 370 a. C. Él ideó un experimento para demostrar su idea, y aunque el experimento de Demócrito puede parecer demasiado simplista hoy, ayudó a dar a luz el concepto del átomo, que es fundamental para la comprensión moderna de la materia.
En los siglos que siguieron al experimento, la teoría de partículas de Demócrito no progresó mucho, pero a comienzos del siglo XIX, el químico y físico inglés John Dalton (1766-1844) la retomó.
El trabajo de Dalton permaneció prácticamente sin cambios durante la mayor parte de un siglo hasta que se involucró un equipo de físicos modernos que incluía nombres como Thompson, Rutherford, Bohr, Planck y Einstein. Fue entonces cuando comenzaron a volar chispas, y el mundo entró en la era nuclear.
La teoría de las partículas de Demócrito
Parece que la palabra "democracia" puede haberse derivado de su nombre, pero Demócrito no era un filósofo político. La palabra en realidad proviene de las palabras griegas. población, que significa "la gente", y kratein, que significa "gobernar".
Conocido como el "filósofo risueño" por la gran importancia que le dio a la alegría, Demócrito acuñó otra palabra importante: átomo. Se refirió a las pequeñas partículas que componen todo en el universo como atomos, lo que significa no cortable o indivisible.
Esta no fue su única contribución pionera a la ciencia. Demócrito también fue el primero en afirmar que la luz que vemos desde la Vía Láctea es la luz combinada de una multitud de estrellas individuales. También propuso la existencia de otros planetas e incluso postuló la existencia de universos múltiples, una idea que hoy está a la vanguardia de la ciencia.
Según Aristóteles (384-322 a. C.), Demócrito creía que el alma humana estaba compuesta de átomos de fuego y el cuerpo de átomos de la tierra. Esto era contrario a la creencia de Aristóteles de que el mundo consta de los cuatro elementos de aire, fuego, tierra y agua, y que la proporción de los elementos determinaba las características de la materia.
Aristóteles incluso creía que los elementos podrían transformarse entre sí, una idea que impulsó la búsqueda de la Piedra Filosofal a lo largo de la Edad Media.
El experimento de Demócrito para demostrar la existencia de átomos
Ni Aristóteles ni el igualmente influyente Platón (circa 429 - 347 a. C.) se suscribieron a la teoría de las partículas de Demócrito, y el "filósofo risueño" tomaría 2.000 años en serio. Eso podría tener algo que ver con el experimento que Demócrito ideó para probar su teoría, que fue poco convincente.
Demócrito razonó que si tomas una piedra u otro objeto y continúas dividiéndolo por la mitad, eventualmente llegas a una pieza que es tan pequeña que ya no se puede dividir. Se dice que realizó este experimento con una concha marina, y cuando redujo la concha a un polvo fino que ya no podía cortar en pedazos más pequeños, consideró esa prueba de su teorema.
Demócrito era un materialista, a diferencia de Platón y Aristóteles, que creían que los propósitos de los acontecimientos eran más importantes que sus causas. Fue pionero en matemáticas y geometría, y se encontraba entre las pocas personas que creían que la tierra era esférica. Incluso si no pudiera demostrarlo de manera convincente, su concepción de los átomos que existen principalmente en el espacio vacío, cada uno con un pequeño gancho de estilo velcro que le permitió conectarse con otros átomos, no está tan lejos del modelo científico moderno del átomo.
John Dalton y la teoría atómica moderna
¿Era correcta la teoría de Demócrito? La respuesta es un sí calificado, pero ni siquiera se consideró como una posibilidad hasta 1800. Fue entonces cuando John Dalton lo revisó mientras estaba trabajando en la Ley de Composición Constante desarrollada por el químico francés Joseph Proust. La ley de bienes y raíces se deriva directamente de la Ley de Conservación de la Misa, que había sido descubierta por otro químico francés, Antoine Lavoisier.
La ley de la composición constante establece que una muestra de un compuesto puro, sin importar cómo se obtenga, siempre contiene los mismos elementos en las mismas proporciones de masa. Dalton se dio cuenta de que esto solo podría ser cierto si la materia consistía en partículas indivisibles, a las que llamó átomos (con un movimiento de cabeza hacia Demócrito). Dalton hizo cuatro declaraciones sobre la materia que juntos constituyen su teoría atómica:
La teoría atómica de Dalton se mantuvo prácticamente sin cambios durante la mayor parte del siglo XIX.
La teoría de partículas se encuentra con el cuanto
A lo largo del siglo XIX, se había desatado un debate sobre la naturaleza de la luz, tanto si se propagaba como una onda o una partícula. Muchos experimentos confirmaron la hipótesis de la onda, y muchos más confirmaron la hipótesis corpuscular. En 1887, el físico alemán Heinrich Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico cuando estaba haciendo experimentos con un generador de chispas. Este descubrimiento resultó ser mucho más importante de lo que Hertz se dio cuenta.
Por esa época, el físico inglés J.J. Thompson descubrió la primera partícula subatómica, el electrón, al examinar el comportamiento de los rayos catódicos. Su descubrimiento ayudó a explicar qué constituía la descarga eléctrica de una placa conductora cuando la ilumina, que es la efecto fotoeléctrico - pero no qué causa la descarga ni por qué la fuerza del impulso eléctrico está relacionada con la frecuencia de la luz. La solución tuvo que esperar hasta 1914.
Nada menos que Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico en términos de pequeños paquetes de energía llamados quanta Estos fueron propuestos por el físico alemán Max Planck en 1900. La explicación de Einsteins demostró la teoría cuántica, y le fue otorgado el Premio Nobel por ello.
Quanta, tal como los concibió Planck, eran tanto partículas como ondas al mismo tiempo. Según Planck, la luz estaba compuesta de cuantos llamados fotones, cada uno de los cuales tenía una energía particular definida por su frecuencia. En 1913, el físico danés Neils Bohr utilizó la teoría de Plancks para dar al modelo planetario del átomo, que había sido propuesto por el físico neozelandés Ernest Rutherford en 1911, una renovación cuántica.
El átomo moderno
En el modelo del átomo de Bohrs, los electrones pueden cambiar las órbitas emitiendo o absorbiendo un fotón, pero como los fotones son paquetes discretos, los electrones solo pueden cambiar las órbitas en cantidades discretas. Dos experimentadores, James Franck y Gustav Hertz, idearon un experimento que confirmó la hipótesis de Bohrs al bombardear átomos de mercurio con electrones, y lo hicieron sin siquiera saber sobre el trabajo de Bohrs.
Con dos modificaciones, el modelo de Bohrs ha sobrevivido hasta nuestros días, aunque la mayoría de los físicos modernos lo consideran una aproximación. La primera modificación fue el descubrimiento del protón por Rutherford en 1920, y la segunda fue el descubrimiento del neutrón por el físico británico James Chadwick en 1932.
El átomo moderno es una confirmación de la teoría de partículas de Demócrito, pero también es una especie de repudio. Los átomos resultan no ser indivisibles, y eso también es cierto para las partículas elementales que los componen. Puede subdividir electrones, protones y neutrones en partículas más pequeñas llamadas quarks, e incluso puede ser posible subdividir un quark. El viaje por la madriguera del conejo está lejos de terminar.