Atomien rakenteen alalla tehdyistä löydöistä on tullut tärkeä askel fysiikan kehityksessä. Rutherfordin mallilla oli suuri merkitys. Atomia järjestelmänä ja sen muodostavia hiukkasia on tutkittu tarkemmin ja yksityiskohtaisemmin. Tämä johti sellaisen tieteen kuin ydinfysiikan menestykselliseen kehittämiseen.
Muinaisia ajatuksia aineen rakenteesta
Oletus, että ympäröivät kappaleet koostuvat pienimmistä hiukkasista, tehtiin muinaisina aikoina. Tuon ajan ajattelijat edustivat atomia minkä tahansa aineen pienimpänä ja jakamattomana hiukkasena. He väittivät, ettei maailmankaikkeudessa ole mitään atomia pienempää. Tällaisia näkemyksiä olivat suuret antiikin kreikkalaiset tiedemiehet ja filosofit - Demokritos, Lucretius, Epikuros. Näiden ajattelijoiden hypoteesit yhdistetään nykyään nimellä "muinainen atomismi".
Keskiaikaiset esitykset
Antiikin ajat ovat kuluneet, ja keskiajalla oli myös tiedemiehiä, jotka tekivät erilaisia oletuksia aineiden rakenteesta. Kuitenkin juuri uskonnollisten filosofisten näkemysten hallitseminen ja kirkon voima tuona historian aikanatukahdutti kaikki ihmismielen yritykset ja pyrkimykset materialistisiin tieteellisiin päätelmiin ja löytöihin. Kuten tiedät, keskiaikainen inkvisitio käyttäytyi erittäin epäystävällisesti tuon ajan tieteellisen maailman edustajien kanssa. On vielä todettava, että silloisilla valoisilla mielillä oli antiikista peräisin oleva käsitys atomin jakamattomuudesta.
18-1800-luvun tutkimukset
1700-luvulla tehtiin vakavia löytöjä aineen alkeisrakenteen alalla. Suurin osa sellaisten tutkijoiden ponnisteluista kuin Antoine Lavoisier, Mihail Lomonosov ja John D alton. Riippumatta toisistaan he pystyivät todistamaan, että atomit todella ovat olemassa. Mutta kysymys heidän sisäisestä rakenteestaan jäi avoimeksi. 1700-luvun loppua leimasi niin merkittävä tapahtuma tieteellisessä maailmassa kuin D. I. Mendelejevin jaksollisen kemiallisten alkuaineiden järjestelmän löytäminen. Tämä oli todella voimakas tuon ajan läpimurto ja nosti verhon sen ymmärryksen yli, että kaikilla atomeilla on yksi luonne, että ne liittyvät toisiinsa. Myöhemmin, 1800-luvulla, toinen tärkeä askel kohti atomin rakenteen purkamista oli todiste siitä, että mikä tahansa niistä sisältää elektronin. Tämän ajanjakson tiedemiesten työ valmisteli hedelmällistä maaperää 1900-luvun löydöille.
Thomsonin kokeet
Englantilainen fyysikko John Thomson osoitti vuonna 1897, että atomit sisältävät elektroneja, joilla on negatiivinen varaus. Tässä vaiheessa väärät käsitykset siitä, että atomi on minkä tahansa aineen jaotettavuuden raja, tuhoutuivat lopulta. MitenPystyikö Thomson todistamaan elektronien olemassaolon? Kokeissaan tiedemies asetti elektrodeja erittäin harvinaisiin kaasuihin ja läpäisi sähkövirran. Tuloksena oli katodisäteitä. Thomson tutki huolellisesti niiden ominaisuuksia ja havaitsi, että ne ovat varautuneiden hiukkasten virta, joka liikkuu suurella nopeudella. Tiedemies pystyi laskemaan näiden hiukkasten massan ja niiden varauksen. Hän havaitsi myös, että niitä ei voida muuttaa neutraaleiksi hiukkasiksi, koska sähkövaraus on niiden luonteen perusta. Näin elektronit löydettiin. Thomson on myös luonut maailman ensimmäisen atomin rakennemallin. Sen mukaan atomi on joukko positiivisesti varautuneita aineita, joissa negatiivisesti varautuneet elektronit ovat jakautuneet tasaisesti. Tämä rakenne selittää atomien yleisen neutraalisuuden, koska vastakkaiset varaukset tasapainottavat toisiaan. John Thomsonin kokeista tuli korvaamattomia atomin rakenteen jatkotutkimuksessa. Monet kysymykset jäivät kuitenkin vastaamatta.
Rutherford Research
Thomson löysi elektronien olemassaolon, mutta hän ei löytänyt positiivisesti varautuneita hiukkasia atomista. Ernest Rutherford korjasi tämän väärinkäsityksen vuonna 1911. Kokeiden aikana, tutkiessaan alfahiukkasten aktiivisuutta kaasuissa, hän havaitsi, että atomissa on positiivisesti varautuneita hiukkasia. Rutherford näki, että kun säteet kulkevat kaasun tai ohuen metallilevyn läpi, pieni määrä hiukkasia poikkeaa jyrkästi liikerad alta. Ne kirjaimellisesti heitettiin takaisin. Tiedemies arvasi sentämä käyttäytyminen selittyy törmäyksellä positiivisesti varautuneiden hiukkasten kanssa. Tällaisten kokeiden ansiosta fyysikko pystyi luomaan Rutherfordin mallin atomin rakenteesta.
Planeettamalli
Nyt tiedemiehen ideat olivat hieman erilaisia kuin John Thomsonin oletukset. Niiden atomimalleista tuli myös erilaisia. Rutherfordin kokemus antoi hänelle mahdollisuuden luoda täysin uuden teorian tällä alalla. Tiedemiehen löydökset olivat ratkaisevia fysiikan jatkokehityksen kann alta. Rutherfordin malli kuvaa atomia keskustassa sijaitsevana ytimenä ja sen ympärillä liikkuvana elektronina. Ytimellä on positiivinen varaus ja elektroneilla negatiivinen varaus. Rutherfordin atomimalli olettaa elektronien pyörimisen ytimen ympäri tiettyjä lentoratoja pitkin. Tiedemiehen löytö auttoi selittämään alfa-hiukkasten poikkeaman syyn ja siitä tuli sysäys atomin ydinteorian kehittämiselle. Rutherfordin atomimallissa on analogia aurinkokunnan planeettojen liikkeen kanssa auringon ympäri. Tämä on erittäin tarkka ja elävä vertailu. Siksi Rutherfordin mallia, jossa atomi liikkuu ytimen ympäri kiertoradalla, kutsuttiin planetaariseksi.
Niels Bohrin teokset
Kaksi vuotta myöhemmin tanskalainen fyysikko Niels Bohr yritti yhdistää ajatuksia atomin rakenteesta valovirran kvanttiominaisuuksiin. Tiedemies asetti Rutherfordin atomin ydinmallin uuden teoriansa perustaksi. Bohrin mukaan atomit pyörivät ytimen ympärillä ympyräradalla. Tällainen liikerata johtaa kiihtyvyyteenelektroneja. Lisäksi näiden hiukkasten Coulombin vuorovaikutukseen atomin keskustan kanssa liittyy energian muodostuminen ja kulutus elektronien liikkeestä johtuvan avaruudellisen sähkömagneettisen kentän ylläpitämiseksi. Tällaisissa olosuhteissa negatiivisesti varautuneiden hiukkasten täytyy jonakin päivänä pudota ytimeen. Mutta näin ei tapahdu, mikä osoittaa atomien suurempaa stabiilisuutta järjestelminä. Niels Bohr ymmärsi, että Maxwellin yhtälöillä kuvatut klassisen termodynamiikan lait eivät toimi atominsisäisissä olosuhteissa. Siksi tiedemies asetti itselleen tehtävän johtaa uusia malleja, jotka olisivat päteviä alkuainehiukkasten maailmassa.
Bohrin postulaatit
Suurelta osin johtuen siitä, että Rutherfordin malli oli olemassa, atomi ja sen komponentit tutkittiin hyvin, Niels Bohr pystyi lähestymään postulaattiensa luomista. Ensimmäinen niistä sanoo, että atomilla on stationäärisiä tiloja, joissa se ei muuta energiaansa, kun taas elektronit liikkuvat kiertoradalla muuttamatta lentorataa. Toisen postulaatin mukaan elektronin liikkuessa kiertorad alta toiselle energiaa vapautuu tai absorboituu. Se on yhtä suuri kuin atomin edellisen ja seuraavan tilan energioiden välinen ero. Tässä tapauksessa, jos elektroni hyppää kiertoradalle lähemmäs ydintä, niin energia (fotoni) säteilee ja päinvastoin. Huolimatta siitä, että elektronien liike muistuttaa vähän tiukasti ympyrässä sijaitsevaa kiertoradan liikerataa, Bohrin löytö tarjosi erinomaisen selityksen säädetyn kiertoradan olemassaololle.vetyatomin spektri. Samoihin aikoihin Saksassa asuneet fyysikot Hertz ja Frank vahvistivat Niels Bohrin opetukset atomin kiinteistä, stabiileista tiloista ja mahdollisuudesta muuttaa atomienergian arvoja.
Kahden tiedemiehen yhteistyö
Muuten, Rutherford ei voinut määrittää ytimen varausta pitkään aikaan. Tutkijat Marsden ja Geiger yrittivät tarkistaa Ernest Rutherfordin lausunnot ja tulivat yksityiskohtaisten ja huolellisten kokeiden ja laskelmien tuloksena siihen tulokseen, että ydin on atomin tärkein ominaisuus ja kaikki sen varaus. on keskittynyt siihen. Myöhemmin todistettiin, että ytimen varauksen arvo on numeerisesti yhtä suuri kuin elementin järjestysluku D. I. Mendelejevin jaksollisessa elementtijärjestelmässä. Mielenkiintoista on, että Niels Bohr tapasi pian Rutherfordin ja yhtyi täysin hänen näkemyksiinsä. Myöhemmin tiedemiehet työskentelivät yhdessä pitkään samassa laboratoriossa. Rutherfordin malli, atomi varautuneista alkuainehiukkasista koostuvana järjestelmänä - kaiken tämän Niels Bohr piti oikeudenmukaisena ja jätti ikuisesti syrjään elektronisen mallinsa. Tiedemiesten yhteinen tieteellinen toiminta oli erittäin onnistunutta ja kantoi hedelmää. Jokainen heistä syventyi alkuainehiukkasten ominaisuuksien tutkimukseen ja teki merkittäviä löytöjä tieteelle. Rutherford löysi ja todisti myöhemmin ydinhajoamisen mahdollisuuden, mutta tämä on toisen artikkelin aihe.
