Świecące atomy Dr Sławomir Werbowy Instytut Fizyki Doświadczalnej UG Gdańsk, 22 stycznia 2010r.
Z greckiego ατοµος - niepodzielny Demokryt ur. ok.. 460 BC zm. ok.. 370 BC) Leucippus - nauczyciel Demokryta Powiedział, że woli odkrywać przyczynowość niż zostać królem Persji Atomizm koncepcja filozoficzna zakładająca, że świat jest złożony z dwóch podstawowych i przeciwnych sobie składników: niepodzielne ciała atomy oraz ich przeciwieństwo czyli pustka
Losy koncepcji atomistycznej Plato (ur. ok.. 428 BC zm. ok.. 348 BC) Cztery proste składniki Świata, ale nie są one podstawowym składnikiem rzeczywistości, według niego są one wykonane z niezmiennego poziomu rzeczywistości, który ma postać matematyczną... ogień powietrze woda ziemia
Losy koncepcji atomistycznej Arystoteles (ur. ok.. 384 BC zm. ok.. 322 BC) Uczeń Platona, nauczyciel Aleksandra Wielkiego Cztery pierwiastki: ogień, powietrze, ziemia i woda nie składają się z atomów, lecz posiadały ciągłą strukturę, natomiast próżnia według niego łamała prawa fizyki Korpuskularyzm Abu Musa Jābir ibn Hayyān al azdi (ur. ok.. 721 zm. ok.. 815) Chemik, alchemik, fizyk, astronom, geolog, inżynier, filozof człowiek renesansu Wszystkie ciała fizyczne posiadają wewnętrzną i zewnętrzną strukturę cząsteczkową, jednak w przeciwieństwie do atomizmu, korpuskuły można podzielić
Dalsze losy koncepcji atomistycznej Renesans koncepcji Galileusz ur. 1564 zm. 1642 Włoski fizyk, matematyk, astronom, filozof Wykazał doświadczalnie wady koncepcji Arystotelesa, w 1612 opublikował pierwszą pracę opartą na koncepcji atomistycznej Kartezjusz [fr. René Descartes] ur. 1596 zm. 1650 Francuski matematyk, filozof, fizyk Wszystko co fizyczne we Wszechświecie zbudowane jest z małych cząsteczek materii. W przeciwieństwie do pierwotnej koncepcji Demokryta, odrzucał istnienie próżni. Jego koncepcja zawierała również dualizm umysł / ciało
Dalsze dalsze losy koncepcji atomistycznej Renesans koncepcji Pierre Gassendi ur. 1592 - zm. 1655 Francuski filozof, ksiądz, naukowiec, astronom i matematyk Oczyścił klasyczną grecką koncepcję atomistyczną z elementów niosących herezje i ateizm, cokolwiek to znaczy Robert Boyle ur. 1627 zm. 1691 Francuski filozof, chemik, fizyk, wynalazca, naukowiec dżentelmen
3 x dalsze losy koncepcji atomistycznej John Dalton ur. 1766 - zm. 1844 Angielski chemik, meteorolog i fizyk Główne założenia koncepcji Daltona: Atomy różnych pierwiastków różnią się od siebie, mogą być rozróżnione przy pomocy względnej masy atomowej Wszystkie atomy danego pierwiastka są nierozróżnialne Atomy jednego pierwiastka mogą się łączyć z atomami innego tworząc związki chemiczne; dany związek ma zawsze tą samą względną liczbę atomów danego typu Atomów nie można tworzyć i dzielić na mniejsze części; reakcje chemiczne zmieniają tylko względne ustawienie atomów Pierwiastki wykonane są z małych cząstek zwanych atomami
4 x Dalsze losy koncepcji atomistycznej Robert Brown ur. 1773 - zm. 1858 Szkocki botanik 1905 - Wyjaśnienie zjawiska podał Albert Einstein zakładając że, widoczna cząsteczka wykonuje chaotyczne ruchy na skutek zderzeń z niewidocznymi mniejszymi cząsteczkami atomami Marian Smoluchowski (ur. 1872 - zm. 1917) 1906 niezależnie od Einsteina model 1D Jean Baptiste Perrin ur. 1870 - zm. 1942 Francuski fizyk, laureat nagr. Nobla za badania nad nieciągłością materii Wykonał doświadczenia potwierdzające przewidywania Einsteina
Układ okresowy pierwiastków Dmitri Ivanovich Mendeleev ur. 1834 - zm. 1907 Rosyjski chemik i wynalazca 1869r. układ okresowy pierwiastków Dzięki swej tablicy układu okresowego był w stanie przewidzieć własności nie odkrytych jeszcze pierwiastków
Badania światła pierwiastków Gustav Robert Kirchhoff ur. 1824 - zm. 1887 Niemiecki fizyk Przy pomocy metod spektroskopowych odkryli nowe pierwiastki Robert Wilhelm Eberhard Bunsen ur. 1811 zm. 1899 Niemiecki chemik
Widmo - dyspersja światła padającego Badania światła pierwiastków
Badania światła pierwiastków cd. K - potas Na -sód Cu -miedź Li - lit
Więc jaka jest budowa atomów? Elektryczność - Starożytni Grecy zauważyli że bursztyn potarty futrem przyciąga niektóre małe przedmioty, poza tym obserwacje piorunów Charles François de Cisternay du Fay ur. 1698 - zm. 1739 1737r. - zauważył że elektryczność jest złożona z dwóch rodzajów elektrycznych substancji, które można rozdzielić poprzez pocieranie odpowiednich ciał, substancje po zetknięciu neutralizują się. Benjamin Franklin ur. 1706 - zm. 1790 Wykazał że elektryczność składa się z jednej substancji, ale o przeciwnych znakach + i -
-Richard Laming (1838 1851) zaproponował budowę atomu Więc jaka jest budowa atomów? Promienie katodowe George Johnstone Stoney ur. 1826 - zm. 1911 Irlandzki fizyk, pierwszy użył nazwy elektron opisującą elementarną cząstkę ładunku elektrycznego Sir Joseph John J. J. Thomson ur. 1856 - zm. 1940 Brytyjski fizyk, nagroda Nobla za odkrycie elektronu Gr. ηλεκτρον - bursztyn Wykazał, że promienie katodowe są w rzeczywistości wyjątkowymi cząsteczkami materialnymi, a nie falami, atomami czy molekułami; dobrze określił ładunek oraz masę nowych cząsteczek
Więc jaka jest budowa atomów? Promienie kanalikowe - anodowe Eugen Goldstein ur. 1850 - zm. 1930 Niemiecki fizyk, badał promienie kanalikowe; Odkrył, że promienie kanalikowe są dodatnio naładowanymi jonami, których stosunek ładunek/masa zależą od rodzaju gazu Thomson po raz pierwszy wykonał separację izotopów przy pomocy spektrometru masowego i zjawiska promieni kanalikowych Model rodzynkowy Thomsona (1904r.)
Atom jak ciastko, ale czy na pewno taki jest? Model jądrowy (planetarny) Rutherforda (1911r.) Ernest Rutherford (ur. 1871 zm. 1937) 1909 -Wykazał że większość masy i całkowity ładunek dodatni skupiony jest w małej przestrzeni wewnątrz atomu (jądro), natomiast elektrony znajdują się wokół niego
Ale jak wyjaśnić widmo promieniowania atomów? Johannes Robert Rydberg (ur. 1854 zm. 1919) Theodore Lyman (1906 1914) Johann Jakob Balmer (1885) Louis K. H. F. Paschen (1908) August Herman Pfund (1924) Wzór Rydberga 1888r. dla dowolnego H-podobnego jonu
To był wzór empiryczny, a jak teoretycznie to wygląda? Niels Henrik David Bohr (ur. 1885 zm. 1962) Postulaty Bohra (1913r.): - Skwantowany orbitalny moment pędu 1899r. Max Planck wprowadził kwant najmniejszego działania; uznawany za założyciela teorii kwantowej - Energia fotonu równa jest różnicy energii poziomów pomiędzy którym zachodzi przejście
Dla wodoru prawie działa, ale nie dla reszty pierwiastków... Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (ur. 1887 zm. 1961) Austriacki fizyk 1926r. równanie falowe Werner Heisenberg (ur. 1892 zm. 1987) Niemiecki fizyk 1926r. mechanika macierzowa Louis-Victor-Pierre-Raymond, 7th duc de Broglie (ur. 1892 zm. 1987) Francuski fizyk 1924r. - doktorat poświęcony dualizmowi falowo-korpuskularnemu Paul Adrien Maurice Dirac (ur. 1902 zm. 1984) Brytyjski fizyk, 1928r. równanie
Struktura energetyczna atomów Niektóre poziomy energetyczne manganu wraz z zaznaczonymi dozwolonymi przejściami
Atom w zewnętrznych polach elektrycznych i magnetycznych Pole magnetyczne Dzięki efektowi Zeemana pokazano pochodzenie plam na Słońcu Obraz magnetyczny Słońca wykonany przy wykorzystaniu efektu Zeemana Pieter Zeeman (ur. 1865 zm. 1943) Holenderski fizyk 1896r. - odkrycie efektu
Atom w zewnętrznych polach elektrycznych i magnetycznych Pole elektryczne Johannes Stark (ur. 1874 zm. 1957) Niemiecki fizyk 1913r. - odkrycie efektu
Niektóre doświadczenia ze świecącymi atomami Spektroskopia przestrzeni kosmicznej
Niektóre doświadczenia ze świecącymi atomami Atomowe pułapki Magneto optyczne MOT Pułapki jonowe Paula
Niektóre doświadczenia ze świecącymi atomami Zegary atomowe Zegar strontowy - JILA Zegar cezowy 133 NIST-F1 Minaiaturowy zegar atomowy GPS
Niektóre doświadczenia ze świecącymi atomami Elektrodynamika kwantowe QED Badania podstawowe Fizyka attosekundowa Paul Corkum
Dziękują za uwagę...