نویسنده: کالین ا. رُنان
مترجم: حسن افشار
مترجم: حسن افشار
فیزیک اتمی و نظریه کوانتوم در قرن بیستم
مرحله بعد در فهم عمیق تر عناصر با چیستی خود اتم با عبور دادن الکتریسیته از گازهای نادر آغاز شد. استفاده از این تکنیک به منظور آن بود که گازها وادار به درخشش گردند تا طیفشان قابل بررسی شود. ولی آنچه مورد توجه فیزیکدانان و شیمیدانان نیز قرار گرفت این بود که نوع تخلیه الکتریکی که رخ می داد به مقدار تخلیه هوای داخل لوله بستگی داشت. به ویژه آن ها مجذوب درخششی گشتند که بر دیواره شیشه ای لوله پدید می آمد و ظاهراً ناشی از چیزی در رابطه با یکی از سوزن های فلزی یا الکترودهای انتهای لوله بود. این الکترود، الکترود منفی یا «کاتد» بود. فیزیکدانی در لندن به نام ویلیام کروکس کوشید این «اشعه کاتدی» را توضیح دهد؛ و گفت که این ناشی از برق گرفتگی معدود مولکول های گاز باقیمانده در لوله و سپس دفع آن ها از کاتد است. ولی در سال 1895، اکتشافی تصادفی نه تنها منجر به نفی توضیح کروکس شد بلکه سرآغاز انقلابی تمام عیار در نظرات مربوط به اتم گشت.
این اکتشاف در وورتسبرک (1)در جنوب آلمان رخ داد. چندی بود که ویلهلم رنتگن برای آزمایش های مختلفی در آزمایشگاه خویش از یک لوله خالی از گاز استفاده می کرد. یکبار که او لوله را در مقوای مشکی پیچید و آزمایشگاه را تاریک کرد، با کمال تعجب دید که تکه کاغذی با روکش سیانید پلاتین که اتفاقاً روی نیمکت گذاشته شده بود شروع به درخشش کرد، ولی تا برق لوله قطع شد از درخشش باز ایستاد. پس لابد اشعه نافذی وجود داشت که از لوله خارج می شد، از هوا عبور می کرد و به سیانید پلاتین می رسید. این اشعه نمی توانست ذره ای باشد، چرا که توسط میدان الکتریکی یا مغناطیسی منحرف نمی شد؛ اما اگر اشعه بود، می بایست خاصیت غریب داشته باشد، زیرا عدسی نمی توانست آن را بشکند. رنتگن نتیجه گرفت که شاید این اشعه ای با طول موج بسیار کوتاه باشد؛ ولی در هر صورت چون هنوز گیج کننده بود، او آن را «اشعه ایکس»نامید؛ گرچه بسیاری ترجیح می دادند آن را «اشعه رنتگن»بخوانند.
در آزمایشگاه کاوندیش دانشگاه کمبریج، یک استاد فیزیک به نام جان جوزف تامسن به همراه یک فارغ التحصیل دوره فوق لیسانس به نام ارنست رادرفرد(2) که مشغول پژوهش بود شروع به مطالعه اشعه جدید کرد. آن ها متوجه شدند که وقتی این اشعه از یک گاز عبور می کند به آن قابلیت هدایت الکتریکی می بخشد. تامسن نتیجه گرفت که این باید ناشی از «یونیزه» شدن گاز باشد؛ چون مثل آن است که مایعی، در حضور «یون»ها یا مولکول های باردار، هادی برق گردد. از آن جا که اشعه ایکس از اشعه کاتدی تولید می شد، تامسن تحقیق در مورد آن را به رادرفرد واگذاشت و خود به سراغ اشعه کاتدی رفت.
فیزیکدانی آلمانی به نام فیلیپ لنارت پیش از آن در سال 1894 نشان داده بود که اشعه کاتدی می تواند در ورق فلزی نفوذ کند، بنابراین برخلاف نظر کروکش نمی تواند از جنس مولکول های گازها باشد. لنارت آن را شکلی از تابش الکترومغناطیسی می دانست. از سوی دیگر، تامسن سرعت آن را حدود 1600 بار کم تر از سرعت نور درآورد و نتیجه گرفت که باید ذره ای باشد؛ و پس از یک رشته آزمایش، در سال 1896 به این نتیجه رسید که ذرات آن باید«در مقایسه با ابعاد اتم ها یا مولکول های معمولی، کوچک»باشد. برای اتمام کار لازم بود که بار الکتریکی ذرات و جرم آن ها نیز دانسته شود؛ ولی تا مدتی تامسن فقط می توانست، با طرح آزمایش هایی، نسبت میان این دو کمیت را به دست آورد نه خود کمیت ها را. با این حال، جواب ها در مورد همه گازها یکی بود؛ و این ظاهراً جای شک باقی نمی گذاشت که چیزی کوچک تر از اتم در کار است. در سال 1897 یکی از دانشجویان او در پژوهش به نام جان تاونزند(3) توانست فقط بار الکتریکی را اندازه بگیرد، گرچه مقادیر دقیق تر با کار بعدی به دست آمد: رابرت میلیکن در دانشگاه شیکاگو دقیق ترین جواب ها را در سال 1909 به دست آورد. در هر حال، آزمایش های خود تامسن کافی بود تا نشان دهد که جرم این ذرات بسیار اندک است(جرم را با دانستن بار الکتریکی می شد جداگانه حساب کرد) و حدود 1800 بار کم تر از جرم سبک ترین اتم است. بدین سان در اواخر چرخش قرن موجودیت چیزی که بعدها «الکترون» نام گرفت تثبیت شد. اهمیت این کشف در آن بود که ثابت می کرد اتم، کوچک ترین ذره موجود نیست(گرچه در فعل و انفعالات شیمیایی، هنوز کوچک ترین ذره بود).
در سال 1896، تامسن هنوز سرگرم کار با اشعه کاتدی بود که فیزیکدانی فرانسوی به نام آنری بکرل کشف کرد که عنصر سنگین اورانیوم همواره از خود اشعه ای ساطع می کند که مانند اشعه ایکس رنتگن به گازها قابلیت هدایت الکتریکی می دهد. سپس این سؤال مطرح شد که آیا فقط اورانیوم است که این خاصیت را دارد یا عناصر شیمیایی دیگری نیز هستند که چنین رفتار می کنند. شیمیدانی لهستانی به نام ماری کوری، که همسرپی یر کوری فیزیکدان فرانسوی بود، بر آن شد که پاسخ را بیابد. او با شوهرش در آزمایشگاهی محقر در «مدرسه فیزیک و شیمی »در پاریس آغاز به کار کرد و در سال 1898 موفق به کشف تابش سنگ معدنی پیچبلند(4)شد. کوری ها پس از تجزیه شیمیایی وقتگیر و دقیقی توانستند جزء فعال این ماده را جدا کنند؛ که معلوم شد خود مرکب از دو عنصر بسیار فعال است. یکی از این عناصر را آن ها به یاد میهن ماری، لهستان(5)، «پولونیوم» نام نهادند و دیگری را «رادیوم» خواندند. جدا کردن این عناصر نیاز به یک رشته فعل و انفعالات شیمیایی دقیق داشت؛ اما چون بازهم «رادیواکتیویته»(اصطلاح ساخت کوری ها) در آن ها از بین نمی رفت، روشن شد که این باید خاصیتی متعلق به خود اتم ها باشد.
رادرفرد که در سال 1898 کیمبریج را ترک گفته و در مقام استاد فیزیک در دانشگاه مگیل کانادا آغاز به کار کرده بود، بی درنگ مصمم شد رادیواکتیویته را مورد مطالعه تفصیلی قرار دهد. او به زودی پی برد که، در این تابش، دو دسته پرتو شرکت دارد ـ و آن ها را پرتوهای آلفا و بتا خواند ـ در حالی که پژوهش بیشتر با همکارش فردریک سادی، فیزیکدان انگلیسی، نشان داد که در واقع اصلاً پرتویی در کار نیست و آنچه هست ذره است. تا سال 1903 آن ها به این نتیجه رسیدند که اتم های مواد رادیواکتیو خود به خود می شکنند. در سال 1907، رادرفرد به انگلستان برگشت و به دانشگاه منچستر رفت. در این جا او با دستیاری فیزیکدان آلمانی جوانی به نام هانس گایگر، که امروزه به عنوان مخترع شمارشگر گایگر معروف است، کشف کرد که ذرات آلفا؛ از هر عنصر رادیواکتیوی که ناشی شده باشند، همان طیفی را ایجاد می کنند که اتم های گاز هلیوم پدید می آورند؛ ضمناً جرم آن ها نیز برابر جرم این اتم هاست. پس روشن شد که ذرات اشعه آلفا همان اتم های گاز هلیوم هستند. پژوهش در مورد اشعه بتا نشان داد که ذرات آن الکترون هایی با سرعت بسیار است. اینک آشکار بود که وقتی اتم های مواد رادیواکتیو می شکند در واقع چه اتفاقی می افتد: اتم های هلیوم و الکترون هایی با سرعت بسیار پرتاب می شود. اما چیزی به جز این ها نیز وجود داشت. در سال 1900 فیزیکدانی فرانسوی به نام پل ویلار کشف کرده بود که، در تابش رادیواکتیو، اشعه دیگری نیز وجود دارد. بررسی های او نشان می داد که این اشعه نافذتر از اشعه ایکس است اما همانند آن رفتار می کند. او این یکی را «اشعه گاما»نامید؛ ولی چون «پرتو» های آلفا و بتا هر دو به جای پرتو ذره از کار در آمده بودند؛ نتایج کار ویلار مورد تردید قرار گرفت.
قضیه را ویلیام برگ فیصله داد که در سال 1910 در دانشگاه لیدز کار می کرد. او در این سال کشف کرد که وقتی اتم های گاز نادری مورد اصابت اشعه قرار می گیرند، الکترون هایی با سرعت زیاد از خود خارج می کنند که به الکترون هایی از اتم های دیگر «می خورند». گاز به این صورت، از لحاظ الکتریکی، هادی یا یونیزه می گردد. این فرایندی دو مرحله ای بود که هم در مورد اشعه ایکس و هم در مورد اشعه گاما صدق می کرد. پس ویلار حق داشت. ولی نتیجه پژوهش های برگ بیش از این بود، زیرا از نکته ای عجیب پرده برداشت. هنگامی که اشعه ایکس موجب یونیزاسیون می شد، به گونه ای رفتار می کرد که گویی ذره است، نه موج الکترومغناطیسی. پس برگ نتیجه گرفت که شاید دارای هر دو خاصیت باشد. اهمیت این نتیجه را به زودی درخواهیم یافت.
قرائن نشان داد که تامسن حق داشته و الکترون ذره ای کوچک تر از اتم است. الکترون دارای بار الکتریکی منفی بود و بار منفیش معادل(گرچه در قطب مخالف) با الکتریکی مثبت ذرات هلیوم(الفا) بود. از آنجا که اتم در حالت عادی از لحاظ الکتریکی خنثی بود، رادرفرد در سال 1911 نظریه ای برای اتم ارائه داد که با همه نتایج می خواند و با شواهد تجربی برگ در مورد گازهای وینیزه جور در می آمد. طرح رادرفرد این بود که هر اتم دارای یک مغز یا هسته است؛ این هسته دارای بار الکتریکی مثبت است و جرم آن عمده جرم اتم را تشکیل می دهد؛ بار الکتریکی مثبت این هسته به وسیله یک یا چند الکترون که در خارج آن قرار دارد به حال موازنه در می آید. این «خوراک خوشمزه» اتمی گام جسورانه ای به جلو بود، گرچه به زودی از میدان به در می شد.
در سال 1912، یک سال پس از آن که مدل اتمی رادرفرد ارائه شد، فیزیک دان دانمارکی جوان به نام نیلس بُر برای کار به منچستر رفت. در همین جا بود که او شروع به پی ریزی نظریه اتمی فوق العاده قدرتمند خود کرد و تا سال بعد آن را کامل کرد. مدل بُر، که جانشین مدل رادرفرد شد، مانند سلف خود اساساً از یک هسته با بار مثبت تشکیل می شد؛ ولی الکترون های آن به گرد هسته می چرخیدند. در عین حال، مدل او پیچیده تر از آن بود که از این شرح ساده بر می آید. الکترون های آن فقط در مدارهای خاصی می توانستند حرکت کنند، همچنان که سیارات فقط در مدارهای معینی به گردخورشید می چرخند. هنگامی که اتم بُر از طریق حرارت انرژی دریافت می دارد یا هنگامی که در معرض تابش الکترومغناطیسی قرار می گیرد، انرژی در میان یک یا چند الکترون آن پخش می شود و باعث می گردد که بلافاصله به مدارهای ثابت دورتر از هسته بجهند. این الکترون های آشفته، پس از کسر کوچکی از ثانیه، به مدار قبلی خود سقوط می کنند و با این کار موجب تابش الکترومغناطیسی اتم می گردند. طول موج این انرژی، به ادعای بُر، به دو عامل بستگی دارد: یکی تعداد مداراتی که الکترون ها از روی آن ها می پرند و دیگری نزدیکی این مدارها به هسته. بنابراین طول موج می تواند در هر جایی از کل طیف تابش الکترومغناطیسی باشد، از اشعه گاما و اشعه ایکس در منتها الیه امواج بسیار کوتاه گرفته تا طیف مریی و سپس اشعه مادون قرمز یا حرارتی(کشف سال 1800 ویلیام هرشل اخترشناس) و سرانجام امواج رادیویی در منتهاالیه امواج بسیار بلند. از آن جا که مدارها در مکان های قطعی خود ثابتند، هر اتم از طول موج هایی خاص خود برخوردار است که در طیف نما به صورت خطوط معینی مشاهده می گردد.
پژوهش های دیگری نیز که در پایان قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم انجام گرفته بود بر مدل اتمی بر صحه می گذاشت. این مدل توضیح می داد که چرا خطوط طیف عنصر هیدروژن با طول موج هایی تابع یک سری معین ظاهر می شد که با سری ریاضی ساده ای که یوهان بالمر، فیزیکدان و آموزگار سویسی، در سال 1885 کشف کرده بود مطابقت پیدا می کرد. ولی مهم تر از آن، مدل بر با نتایج کار ماکس پلانک و آلبرت اینشتین نیز همخوانی داشت. پلانک، استاد فیزیک در برلین، در سال 1900 عنوان کرده بود که تشعشع نه به صورت جریانی پیوسته بلکه در قالب پیمانه ها یا «کوانتوم»های مجزایی از انرژی است؛ و تعداد کوانتوم ها و بنابراین مقدار کل انرژی هر چه بیشتر باشد؛ طول موج تشعشع کوتاه تر خواهد بود. این در سال 1905 مورد تأیید همکار پلانک، اینشتین، نیز قرار گرفته بو که خود سرگرم تجزیه و تحلیل پدیده «فتوالکتریک» بود که در آن در اثر تابش امواج کوتاه ماورای بنفش بر یک سطح فلزی، الکترون آزاد می شد. الکترون آزاد می شد. مسئله ای که اینشتین پیش رو داشت این بود که انرژی الکترون ها به شدت نور ماورای بنفش بستگی نداشت اما به طول موج آن بستگی داشت. او دریافت که در حالی که این با نظریه موجی نور غیر قابل توضیح است، اما دقیقاً همان نتیجه ای است که اگر نور به صورت کوانتومی یعنی در پیمانه های مجزای انرژی باشد انتظار می رود. پس این جا حقیقتی مشهود و تحلیلی نظری وجود داشت که هر دو نشان می داد که نور و همه تابش های الکترومغناطیسی باید هم به صورت موجی و هم به شکل ذره ای در نظر گرفته شود. نتایج کار برگ در سال 1910 نیز همین را نشان می داد.
کار روی جزییات نظریه کوانتوم ـ نظریه مربوط به پیمانه های مجزای موج انرژی بدین نام خوانده شد ـ به وسیله چند فیزیکدان ریاضی انجام گرفت که برجسته ترینشان لویی دوبروگلی (6)، اروین شرودینگر(7)پل دیراک و ورنر هایزنبرگ بودند. نظریه کامل تماماً ریاضی است و در این جا نمی تواند مطرح گردد؛ اما یک پیامد مهم آن باید ذکر شود و آن اصل عدم قطعیت هایزنبرگ است. هایزنبرگ که در سال 1901 در و ورتسبرک آلمان به دنیا آمد و مدتی نزد بر درس خواند، اصل عدم قطعیت خود را در سال 1927 مطرح کرد. او نشان داد که همین فرض که انرژی در کوانتوم های مجزا حرکت می کند بدین معناست که زوج های متغیری مانند زمان و انرژی را که همواره بر یکدیگر اثر دارند نمی توان با دقت تمام معین کرد. هر چه یکی دقیق تر تعریف شود، دیگری را با دقت کم تری می توان تعریف کرد. همیشه مقداری عدم قطعیت، ولو بسیار اندک، وجود دارد. ولی همه فیزیکدانان حاضر به پذیرفتن این اصل نبودند، گرچه پیامد قطعی کوانتومی بودن انرژی به نظر می رسد. همین اصل موجب شد که اینشتین نظریه کوانتوم را رد کند. او غالباً می گفت:«خدا تاس نمی اندازد». روشن است که این اصل دارای عمیق ترین پیامدهای فلسفی بود.
نظریه اتم بُر همچنین می توانست زمینه ای نظری برای جدول تناوبی عناصر شیمیایی فراهم آورد؛ که آن را نخستین بار شیمیدانی روسی به نام دمیتری مندلیف در سال 1890 ترسیم کرده بود. این جدول، عناصر شیمیایی را بر حسب وزن اتمی آن ها ردیف می کند و عناصر دارای خواص شیمیایی مشابه را در ستون های عمودی قرار می دهد. مدل بر به خوبی توضیح می داد که چرا تربیت عناصر باید این چنین باشد. خواص شیمیایی به تعداد الکترون ها بستگی داشت و خود الکترون ها به بار الکتریکی هسته وابسته بودند. این بار الکتریکی نیز به نوبه بسته به جرم هسته و لذا به وزن اتمی بود.
توضیح جدول مندلیف توجه را به هسته جلب کرد رادرفرد قبلاً نشان داده بود که بسیار کوچک و در واقع حدود ده هزار بار کوچک تر از خود اتم است. اما هسته به راستی چگونه بود و از چه ترکیب شده بود؟ مشخص ترین کار برای پاسخگویی به این پرسش ها را فرانسیس استن(8) انجام داد که بیشتر زندگی خود را در آزمایشگاه کاوندیش به عنوان دستیار تامسن گذراند. استن در سال 1919 کشف کرده بود که گاز نئون می تواند در اشکال متفاوتی وجود داشته باشد ـ دارای اوزان اتمی متفاوتی باشد اما از لحاظ خواص شیمیایی فرقی نکند. پژوهش های بعدی نشان داد که این در مورد عناصر دیگر نیز می تواند صدق کند؛ به عبارت دیگر آن ها نیز می توانند دارای چنین «ایزوتوپ»هایی باشند. پس لابد چیزی در هسته می توانست تغییر کند بدون آن که بر تعداد الکترون ها و بنابراین بر بار الکتریکی هسته اثر بگذارد.
در همان سال ـ سال 1919 ـ رادرفرد اتم نیتروژن را با ذرات آلفا بمباران کرد و هسته آن را از هم پاشید. حاصل این فروپاشی، ذراتی با بار مثبت بود که به زودی «پروتون»نام گرفتند. طبعاً این ها اجزای هسته بودند؛ ولی آیا تنها اجزای هسته بودند؟ کار استن اشاره ای به پاسخ این سوال کرده بود، اما آن را به طور کامل توضیح نداده بود. برای توضیح کامل آن، کار آزمایشی بیشتری باید انجام می گرفت. تا سال 1920 به پایان رسید، کار زیادی انجام گرفت. نشان داده شد که اتم یقیناً دارای اجزای کوچک تری ـ الکترون و پروتون ـ است. به علاوه، بمباران هسته اتم نیتروژن به وسیله رادرفرد راهگشای تکنیک قوی و جدیدی شده بود که خود به نوبه طلایه دار همه روش های تجزیه مصنوعی اتم شد که در سال 1932 برای شکستن هسته اتم لیتیوم مورد استفاده جان کاکرافت و ارنست والتن قرار گرفت. همچنین شتاب دهنده های غول پیکر و سایر اتم شکن هایی که پس از جنگ دوم جهانی در پژوهش ها فراوان به کار رفتند بر پایه همین تکنیک ساخته شدند. آزمایش سال 1919 رادرفرد، از قضا، اوج آرزوی کیمیاگران بود؛ زیرا او با برداشتن یک پروتون از هسته اتم نیتروژن، این عنصر را به عنصر شیمیایی دیگری (یک ایزوتوپ کربن) بدل کرده بود. البته این فرایند در خلال رادیواکتیو به طور طبیعی روی می دهد و رادیوم و عناصر رادیواکتیو همچنان که فرو می پاشند تغییر ماهیت نیز پیدا می کنند.
گام بعدی در جهت کشف ساختمان هسته در سال 1932 برداشته شد که عضو دیگری از تیم پژوهشی رادرفرد، به نام جیمز چدویک، نوترون را کشف کرد: ذره ای در هسته، با جرمی به زیادی جرم پروتون، ولی فاقد بار الکتریکی. این بلافاصله موجب تصحیح بی قاعدگی اکسیژن در جدول تناوبی شد. اکسیژن همیشه با قدرت ترکیب شیمیایی هشت در این جدول ظاهر می شد، یعنی دارای هشت الکترون تصور می شد؛ حال آنکه وزن اتمیش 16 یعنی دو برابر این بود. اینک با کشف نوترون می شد این را تبیین کرد. هسته اتم اکسیژن هشت پروتون داشت( که با بار مثبت هشت، بار منفی هشت الکترون را خنثی می کرد) و هشت نوترون داشت که اضافه جرمش ناشی از آن ها بود. کشف چدویک البته ماهیت ایزوتوپ های استن را نیز توضیح داد. هسته هایی وجود داشت که نوترون هایی از دست داده یا یکی دو نوترون اضافه به دست آورده بودند.
در این میان مطالعات بیشتری در مورد تباهی رادیواکتیو انجام گرفته بود؛ و به ویژه در این مورد که وقتی یک هسته رادیواکتیو از خود ذرات بتا ساطع می کند دقیقاً چه اتفاقی می افتد. در سال 1928 پل دیراک از دیدگاهی نظری به این نتیجه رسیده بود که انتشار ذرات بتا فقط در صورتی قابل توضیح است که یک ذره زیر اتمی جدید، درست در لحظه ای که ذره بتا هسته را ترک می گوید؛ به وجود آید. این ذره باید بار الکتریکی مثبت و جرمی برابر جرم الکترون داشته باشد. در سال 1932، کارل اندرسن در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا دقیقاً همین ذره را مشاهده کرد؛ و آن را «پوزیترون» نامید. با این حال، تولید ذره بتا هنوز با مسائلی همراه بود که تا سال 1934 حل نشد. در این سال یک فیزیکدان ایتالیایی به نام انریکو فرمی، که بعدها برای اجتناب از فاشیسم در ایتالیا به ایالات متحده مهاجرت کرد، با استفاده از ذره ای موسوم به نوترینو توضیح کاملی ارائه داد. نوترینو را یک سال پیش از آن فیزیکدانی سویسی به نام ولفگانگ پاولی(9) صرفاً به دلایل نظری ابداع کرده بود. نوترینو نه بار داشت و نه جرم. تنها خاصیت آن این بود که می چرخید و اندازه حرکت (اندازه حرکت زاویه ای)لازم را برای تولید ذره بتا فراهم می کرد. در سال 1956، تیمی در ایالات متحده که با راکتورهای اتمی کار می کرد توانست با شواهد تجربی به اثبات برساند که این ذره به راستی وجود دارد.
نظریه فرمی در مورد تولید ذره بتا منشأ نظرات تازه دیگری شد، اما سؤالاتی نیز مطرح کرد، به ویژه این که پروتون ها و نوترون ها چگونه در هسته در کنار هم می مانند. نیروهای دخیل، بسیار عظیم به نظر می رسیدند؛ تا آن که در سال 1935، یک سال پس از آن که فرمی نظریه اش را مطرح ساخت، یک فیزیکدان ژاپنی به نام هیدکی یوکاوا(10)با استفاده از ذره ای دیگر توضیحی ارائه داد. این ذره، که مزون نام داشت، در درون هسته مثل نوعی چسب عمل می کرد و نیروی لازم را فراهم می آورد. ولی کاشف به عمل آمد که طول عمر ذره مزون حداکثر به اندازه یک بیلیونیم ثانیه است و به علاوه این ذره می تواند اشکال متفاوتی به خود بگیرد. اما به رغم ناپایداری بسیارش، نخست در سال 1947 و سپس، در اشکالی دیگر، در سال های 1948 و 1962 مشاهده شد.
با کشف نوترینوها، مزون ها و حتی ذرات مرموزتر برخوردار از عامل «غرابت»(عاملی که برای توضیح نتایج مشهود برخوردهای ذرات زیر اتمی با سرعت بسیار زیاد در نظر گرفته شده) نظریه اتم و اجزای تشکیل دهنده آن از میانه دهه 1950 وارد مرحله جدید و پیچیده ای شده است. ذرات هسته ای جدید تکثیر پیدا می کنند؛ و فیزیکدانان هسته ای همچنان به دنبال واحدهای بنیادی ترند. اخیراً سه ذره جدید (و ضد ذرات همراهشان) مطرح شده است. نام این ذرات را از بندی در کتاب بیداری فینگن ها(11)اثر جیمز جویس اقتباس کرده و «کوارک»نهاده اند؛ گرچه واژه آلمانی «کوارک» نیز در محاوره به معنی «هیچ» است. تا زمان نگارش این سطور (سال 1982) هنوز کوارکی مشاهده نشده است. ولی کوراکی در کار باشد یا نه، شواهدی از کار مری گلمان(12)و دیگران به ویژه در ایالات متحده نشان می دهد که به زودی ممکن است نظریه منسجم تری در مورد هسته اتم ارائه شود و با نظرات اخیر درباره جاذبه ارتباط پیدا کند و لذا با یک «نظریه میدان واحد» طرحی همه شمول پدید آورد که جهان کوچک هسته و جهان بزرگ هستی را در بزرگ ترین مقیاس در بربگیرد.
پیشرفت علمی دیگر، که از نظریات راجع به اتم و کوانتوم ناشی شده، پیدایش فیزیک جامدات بوده است: نگاهی تازه به رفتار، خواص و ساختمان جامدات. این باعث بررسی مجدد قوه مغناطیسی، مواد هادی الکتریسیته و مواد عایق آن، و مواد حد واسط موسوم به نیمه هادی ها شده است. بررسی نیمه هادی ها دارای عمیق ترین نتایج عملی و هم نظری بوده است. همین بررسی منجر به اختراع ترانزیستور در سال 1948 در ایالات متحده توسط جان باردین، والتر بریتن(13)و ویلیام شاکلی و ظهور مدارهای میکرومینیاتوری ـ «چیپ»های معروف ـ در قلب میکروکامپیوترهای جدید و به دنبال آن پیدایش رشته مهم «هوش مصنوعی»(14)شد. پیامد دیگر که در پژوهش علمی و نیز در تکنولوژی و پزشکی کاربردی استفاده عملی زیادی داشته است، لیزر و همتای موج کوتاهش میزر است. در این دستگاه ها، نور و امواج رادیویی دارای طول موج بسیار کوتاه (میکرو ویو) با استفاده از تکنیک هایی برگرفته از فیزیک اتمی تولید می شود. این امواج بسیار کوتاه به شکلی غیرعادی ظاهر می شوند، زیرا تمامی بازده تشعشعی آن ها دارای موجهایی هماهنگ و هم فاز است و از این رو پرتوی باریک با انرژی بسیار بالا پدید می آورد. از کاربردهای این امواج، ساخت دستگاه هایی برای سنجش بسیار دقیق است. پس فیزیک در قرن بیستم ابزارهای قوی و جدیدی، هم برای پژوهش نظری و هم برای استفاده در هر گامی از زندگی، فراهم آورده است.
مدل ساده ای از ساختمان اتم، با الکترون هایی که در مدارات خود به گرد هسته می چرخند.
پی نوشت ها :
1. Wu ̈rzburg
2. Rutherford , Ernest
3. Townsend , john
4. pitchblende
5. لهستانی ها میهن خود را «پولسکا» می نامند.
6. Broglie , Louis de
7. Schro ̈dinger , Erwin
8. Aston , Francis
9. pauli, Wolfgang
10. Yukawa, Hideki
11. Finnegans wake
12. Gell - Mann Murray
13. Brittain Walter
14. artificial intelligence مطالعه کامپیوتر و تکنیک های مربوطه به عنوان مکمل قابلیت های فکری انسان.
