Атомның алғашқы моделін жасаған кім

Адамзат ежелден бері қоршаған дүниенің неден тұратынын түсінуге ұмтылып келеді. Ежелгі ойшылдар заттың ең ұсақ бөлшектері туралы пайымдағанымен, олардың тұжырымдары философиялық болжам деңгейінде ғана қалды. Эксперименттік ғылым дамыған сайын зат құрылымын дәлелдерге сүйеніп түсіндіру қажеттілігі артты. Біртіндеп жорамалдарға негізделген түсініктердің орнына бақылау мен есептеулерге сүйенетін теориялар келді. Алғашқы атом моделін кім жасады деген сұрақ алғашқы қарағанда қарапайым көрінгенімен, оның жауабы әлдеқайда терең.

Антикалық жорамалдардан ғылыми теорияға дейін

Ежелгі грек философы Демокрит бөлінбейтін бөлшектер — атомдар бар деп болжаған. Оның көзқарасы тәжірибелік дәлелдермен расталмаса да, кейінгі зерттеулерге бағыт-бағдар берді. Ғасырлар өткен соң химиктер жинаған деректер заттың құрылымын жаңа тұрғыдан түсіндіруді талап етті.

XIX ғасырдың басында ағылшын ғалымы Джон Дальтон алғашқы ғылыми модельді ұсынды. Ол химиялық реакциялар нәтижелері мен еселі қатынастар заңына сүйенді. Зерттеуші әрбір элемент бірдей бөлшектерден тұрады, ал олар басқа элементтердің бөлшектерінен массасы мен қасиеттері арқылы ерекшеленеді деп есептеді.

Оның тұжырымдамасының негізгі қағидаларын төмендегідей түйіндеуге болады:

• зат химиялық жолмен бөлінбейтін өте ұсақ бөлшектерден тұрады;
• бір элементтің атомдары массасы мен қасиеттері бойынша бірдей;
• қосылыстар әртүрлі элементтердің атомдары белгілі бір қатынаста қосылғанда түзіледі;
• химиялық реакция кезінде атомдар жойылмайды және жаңадан пайда болмайды, тек қайта топтасады.

Бұл идеялар массаның сақталу заңы мен құрам тұрақтылығы заңын түсіндіруге мүмкіндік берді. Дальтонның көзқарасы қарапайым болғанымен, дәл осы модель кейінгі ізденістердің бастау нүктесіне айналды.

Джозеф Томсонның «мейіз қосылған пудинг» моделі

XIX ғасырдың соңы жаңа ашылулар кезеңі болды. Джозеф Томсон электронды ашып, атом бөлінбейді деген түсінікті жоққа шығарды. Ол құрылым туралы жаңа көзқарас ұсынып, оң заряд бүкіл көлемге таралған, ал теріс зарядталған бөлшектер оның ішінде орналасқан деп болжады.

Бұл тәсілдің мәнін төмендегі тармақтар арқылы сипаттауға болады:

1. Оң заряд бүкіл сфера ішінде біркелкі таралған. Мұндай жорамал заттың электрлік бейтараптығын түсіндірді. Теріс бөлшектер жалпы зарядты теңестіріп тұрды.
2. Электрондар осы сфера ішінде орналасқан. Олардың бар екені катод сәулелерімен жүргізілген тәжірибелер арқылы дәлелденді. Бақылаулар әмбебап теріс заряд тасымалдаушыларының бар екенін көрсетті.
3. Бөлшектің массасы негізінен оң құрамдас бөлікке байланысты. Бұл құрылымның салыстырмалы тұрақтылығын түсіндіруге мүмкіндік берді. Дегенмен ішкі ұйымдасуы толық айқын болмады.

Томсон моделі субатомдық бөлшектерді алғаш рет ескерген маңызды қадам болды. Соған қарамастан ол кейбір шашырау тәжірибелерінің нәтижелерін түсіндіре алмады.

Резерфорд тәжірибесі және планеталық бейне

Эрнест Резерфорд әріптестерімен бірге альфа-бөлшектердің шашырауын зерттейтін әйгілі тәжірибе жүргізді. Нәтижелер оң заряд өте шағын көлемде шоғырланғанын көрсетті. Осы деректер жаңа құрылымдық сызбаның пайда болуына негіз болды.

Зерттеу қорытындылары мынадай болды:

• атом массасының негізгі бөлігі өте кішкентай ядро ішінде шоғырланған;
• электрондар сол ядроны айнала қозғалады;
• ядро мен электрондар арасындағы кеңістік негізінен бос;
• бөлшектердің ауытқуы тығыз ядромен өзара әсерлесу арқылы түсіндіріледі.

Мұндай көрініс Күн жүйесінің шағын үлгісін еске салды. Планеталық модель тәжірибелік деректерді түсіндіргенімен, классикалық физика заңдары тұрғысынан орбиталардың тұрақтылығын толық негіздей алмады.

Нильс Бордың кванттық серпілісі

Дат физигі Нильс Бор Резерфорд идеяларын кванттық теориямен ұштастырып, жаңа шешім ұсынды. Ол электрондар белгілі бір тұрақты орбиталарда қозғалғанда энергия шығармайды деп болжады. Орбиталар арасында ауысу кезінде жарық кванты жұтылады немесе шығарылады.

Оның үлесін келесі тармақтар арқылы сипаттауға болады:

1. Электрондар тек рұқсат етілген орбиталарда қозғалады. Бұл энергия деңгейлері дискретті сипатқа ие. Осы қағида сутегінің сәуле шығару спектрін түсіндіруге мүмкіндік берді.
2. Орбиталар арасындағы ауысу кезінде квант шығарылады немесе жұтылады. Фотон энергиясы деңгейлер айырмасына тең болады. Мұндай механизм тәжірибе арқылы расталды.
3. Құрылымның тұрақтылығы кванттық шарттармен қамтамасыз етіледі. Классикалық механика мұнда толық қолданылмайды. Бұл жаңалық кванттық механиканың дамуына жол ашты.

Ұсынылған тұжырым классикалық және қазіргі физика арасындағы көпірге айналды. Кейін толқындық механика бөлшектердің мінез-құлқын одан әрі нақтылады.

Алғашқы модельді кім жасады

Бұл сұраққа жауап беру үшін модель ұғымын нақтылау қажет. Егер тәжірибеге негізделген алғашқы ғылыми теория туралы айтсақ, басымдық Джон Дальтонға тиесілі. Оның жүйесі химиялық заңдылықтарды атомдардың бар болуы арқылы түсіндірген алғашқы толыққанды тұжырым болды.

Дегенмен түсініктердің дамуы кезең-кезеңмен жүзеге асты. Томсон электронды енгізді, Резерфорд ядроны ашты, Бор кванттық орбиталарды сипаттады. Әрбір модель микродүниені түсінуді кеңейтіп, ғылымды қазіргі бейнеге жақындатты.

Сондықтан алғашқы ғылыми атом моделін Дальтон жасады деп айту орынды, алайда кейінгі өзгерістердің маңызы кем емес. Бұл тарих білімнің бірден емес, біртіндеп қалыптасатынын көрсетеді. Ғылыми ізденіс батыл болжамдар мен тәжірибелік тексерулерді талап етеді. Осындай жүйелі еңбектің арқасында физика бүгінгі деңгейіне жетті.