onko kaikki aine tehty vain yhdestä elementistä?

Vaikka viimeaikaiset tulokset Large Hadron Collider näyttävät tukevan standardi malli ydinaseiden rakenne, keskustelua lopullinen koostumus asiasta jatkuu. Jousiteorialla on kannattajia (muun muassa Stephen Hawking), samoin supersymmetrialla. Samaan aikaan, pimeä aine – vaikka pitää välttämättömänä, jonka astrofyysikkoja – edelleen arvoituksellinen ja vaikeasti., Tällaisilla argumenteilla on pitkä esihistoria.

aikaisintaan ihmiset tunnustettu, että eri materiaaleilla on erilaisia ominaisuuksia, ja hyödyntää niitä kekseliäästi käyttämällä flint tehdä työkaluja ja punainen okra koristele luola seinät. Erottaa eri aineita tuli tärkeä tehtävä ihmisen puhetta – jopa kielillä, niin sanottu primitiivinen heimojen kansojen on runsaasti tällaisia kuvailevia termejä. Samoin aineiden luokitteleminen ”puhtaiksi” tai ”epäpuhtaiksi” muodostaa monien uskontojen kulmakiven.,

Kuitenkin, jotkut aikaisin kreikan filosofiset tekstit väittävät, että rikas monimuotoisuus aineellisen maailman kaikki juontuu muutoksia yhden alkeis-aine. Noin 580 eaa Thales, Miletos ehdotti, että peruselementti oli vesi. Hieman myöhemmin Herakleitos Efesoslainen väitti sitä tuleksi, ja muitakin haastajia oli. Lopulta yksimielisyys – siellä oli neljä maanpäällistä elementtejä (tuli, vesi, maa ja ilma) ja yksi taivaassa (eetterin). Aristoteleen auktoriteetti sen takana hyväksyi tämän viisinkertaisen jaon vuosisatojen ajan., Mutta usko yhteen perimmäiseen elementtiin (maailmankuvaan, jota usein kutsutaan ”monismiksi”) ei koskaan kokonaan kadonnut. Vuonna 1815 William Prout palasi ajatukseen kauaskantoisin seurauksin.

vastaan Prout on hypoteesi kertynyt koko 19. vuosisadan, mutta useita arvostettuja kemistit tunnustanut sen taustalla olevan logiikan., Se sai uutta uskottavuutta alkaen jo 20-luvulla kehitys ydinalan tieteen, ja vuonna 1913 Henry Moseley purettiin merkittävä este sen kuntoutus käyttämällä röntgenkuvat, jotta elementit järjestysluku massan sijaan. Kun ensimmäinen maailmansota alkoi Moseley värväytyi, ja hän kuoli Gallipolissa vuonna 1915. Tänä vuonna hänen löytöjään muistellaan Oxfordin yliopiston Luonnontieteellisessä museossa. Kuitenkin niiden historiallinen merkitys selkiytyy, jos niitä tarkastellaan yhdessä rohkea ehdotus Prout tehty vuosisataa aiemmin.,

Walking the wards

William Prout oli myöhäinen Kehittäjä. Hän syntyi Gloucestershiren maanviljelijäperheeseen vuonna 1785 ja sai luonnosmaisen koulutuksen (joka luultavasti keskeytyi maataloustyön loitsuihin). Vuonna 1805, 20-vuotiaana, hän liittyi Pastori Thomas Jonesin koulun Bristol, ja kun opetus juniorit perustaidot hän sai valmennusta advanced aiheet tarvitaan ottamista University of Edinburgh. Hän saavutti tämän vuonna 1808, suhteellisen kypsässä iässä 23.

Edinburghissa Prout majoittui Alexander Adamiin (jonka tyttären Agnesin hänen oli määrä mennä naimisiin vuonna 1814)., Ottaa valmistui lääketieteen tohtoriksi vuonna 1811, hän vietti tavanomaista aikana kävely osastoilla Lontoon sairaaloissa ennen karsinnat kuin lisensiaatin Royal College of Physicians vuonna 1812. Tämän lisenssin ansiosta hän pystyi perustamaan käytännön Lontooseen, mutta se ei ollut hänen ainoa kunnianhimonsa. Koska hänen päivää Bristolissa hän oli ollut aktiivisesti mukana kemian, ja 1814 hän oli varma, tarpeeksi tarjota joitakin yksityisiä kemian luentoja. He auttoivat häntä päästä Lontoon tiedeyhteisön, ja hän tuli fellow, Royal Society vuonna 1819.,

koko lääketieteellisen uransa ajan Prout tutki kemiallisia ilmiöitä, joilla oli biologista merkitystä. Hän osoitti, että mahalaukun mehut sisältävät suolahappoa, ja hänen kolmijaon ravinteita osaksi ’saccharinous’ (hiilihydraatti), ’öljypitoisia’ (rasvaa) ja ’albuminous’ (proteiini) oli laajalti hyväksytty. Kemialliset analyysit olivat keskeisiä hänen tutkimus ehtoja, jotka vaikuttavat virtsateiden, kuten diabetes ja munuaiskiviä, ja hänen 1821 tutkielma niitä oli viisi englanti versiot ja on käännetty ranskaksi ja saksaksi., Suurin vaikutus oli kuitenkin hänen spekulaatioillaan aineen ykseydestä.

rohkeat spekulaatiot

Proutin ensimmäinen julkaisu aiheesta ilmestyi (nimettömänä) vuonna 1815. Se alkoi ’ seuraavan esseen kirjoittaja esittää sen yleisölle mitä suurimmassa määrin epäluuloisesti. Hän kuitenkin luottaa siihen, että sen merkitys Nähdään”. Sen nimi välisestä suhteesta erityisiä gravities, elimiä, niiden kaasumaisten valtioiden ja painot niiden atomien saattaa tuntua ristiriitaiselta, mutta tuolloin tämä oli kuuma aihe.,

kemian atomi-teoria, joka Manchester John Dalton, joka perustuu yhdistämällä painot elementtejä, oli hädin tuskin kymmenen vuotta vanha. Joseph Gay-Lussacin Pariisissa tekemät kokeet kaasumaisten alkuaineiden yhdistelymääristä olivat vielä tuoreempia. Gravimetristen ja tilavuuslaskelmien näennäiset poikkeamat ihmetyttivät monia kemistejä. (Tämä sekaannus jatkui vuosikymmeniä, kunnes Avogadron lain merkitys ymmärrettiin.,) Prout yritti selventää asioita keräämällä tietoa suhteellisista painoista ja tilavuuksista, joissa elementit yhdistyivät, mutta hänen artikkelissaan oli pisto sen hännässä.

suurin osa Proutin numeerisista tiedoista tuli arvostettujen kemistien julkaisuista, vaikka hän oli itse toistanut monia mittauksia. He näkevät med osoittaa, että atomi painot (suhteessa vety) oli olennainen arvot, ja hän muisteli, ’minulla oli usein havaittu lähellä lähestymistapa kierroksen numerot ennen kuin olin johti tutkimaan aihetta’., Hän totesi myös, että monet atomic painot olivat jaollinen neljällä (ja jotkut kahdeksan), ja miettinyt, ovatko kaikki aineet voi olla tehty up (’vaikeuttaa’) vetyä ja happea.

Tämä radikaali kysely oli poissa Prout on seuraava paperi, joka julkaistiin vuonna 1816, joka oli pääasiassa omistettu korjaaminen pieniä virheitä edeltäjänsä. Hän päätyi kuitenkin toiseen rohkeaan spekulaatioon., Sen jälkeen toistaa, että kaikki atomic painot (suhteessa vety) näytti olevan kokonaislukuja, Prout ehdotti, että vety oli keskeinen ensisijainen asia, josta kaikki aineet koostuivat – proto hyle ehdottama antiikin kreikan filosofit, kuten Thales.

Tämä ajatus oli, Prout myönsi, ’ei kokonaan uusi. Useat hänen aikalaisensa epäilivät, että monet niin sanotut elementit eivät olleet yksinkertaisia aineita. (Humphry Davy – jotka olivat löytäneet useita niitä – mieluummin termiä ’undecompounded elinten.,) Kuitenkin ajatus siitä, että kaikki oletetut alkuaineet koostuivat vetyatomeista, tuli kemistien keskuudessa tunnetuksi Proutin hypoteesina. Vaikka sitä arvosteltiin usein, se herätti keskustelua vielä kauan hänen kuolemansa jälkeen vuonna 1850.

Illuusio sekaannusta

Yksi varhainen kannattaja oli Skotlannin kemisti Thomas Thomson, jonka atomipaino mittaukset näytti yhteensopiva hypoteesin kanssa. Kuitenkin, kuuluisa ruotsalainen kemisti Jöns Berzelius eri mieltä, kritisoi Thomson on kokeellinen tekniikka harkitsematonta kieltä. Berzeliuksen vastustuksesta huolimatta kiinnostus Proutin ideaan jatkui., Aikana 1840-ja 1850-Jean-Baptiste Dumas – johtava ranskalainen kemisti era – antoi sen vakavasti. Mutta Belgian Jean Stas, vaikka alun perin sympaattinen, totesi vuonna 1860, että hypoteesi oli ’puhdas illuusio’. Kun hän oli mitannut monia atomipainoja tarkasti, hän havaitsi, että ne poikkesivat merkittävästi kokonaisluvuista.

Vaikka Stas’ tulokset olivat vaikuttavia, Sveitsin Jean Marignac väitti, että läheisyyttä niin paljon atomic painot olennainen arvot oli tilastollisesti todennäköisesti ole syntynyt sattumalta., Hän myös ehdotti (kuten Dumas oli tehnyt), että ei-olennainen atomic painot voi olla selitti jos lopullinen alkeishiukkaset oli massa on tasan puolet tai neljäsosa, vetyatomi. Lopuksi, Marignac ehdotti, että komposiitti atomin massa voi olla vähemmän kuin yhdistetty massat sen osat – villi spekulointia, joka lopulta osoittautunut oikeaksi.

samaan aikaan fysiikan löydöt synnyttivät tuoreita argumentteja atomien jaettavuuden puolesta., Englanti spectroscopists Norman Lockyer ja William Crookes väitti, että poikkeavien päästöjen spektri paljasti jakautuminen elementtejä ääriolosuhteissa – alla auringon ja tähdet, tai korkea-jännite sähkö päästöjä. Vuonna 1886 Crookes ehdotti, että olennainen osa asiasta oli jotain Prout on proto hyle (tunnetaan myös nimellä protyle), joka syntyy raskaampia alkuaineita, joita kehittyvä prosessi, kun jäähdytys tähtien maanpäällisen lämpötiloissa.,

ajatus atomi kehitys sai vauhtia vuonna 1902, kun Uusi-Seelanti fyysikko Ernest Rutherford ja englanti kemisti Frederick Soddy, töissä Kanadan McGill-Yliopistossa, ilmoitti, että radioaktiivinen hajoaminen mukana transmutaatio yksi elementti toiseen. Soddy päätti myöhemmin, että useiden alkuaineiksi aiemmin ajateltujen radioaktiivisten aineiden asema on ongelmallinen. Vuonna 1913 hän oli väsynyt kirjallisesti ’elementtejä kemiallisesti identtisiä ja ei-erotettavissa kemiallisilla menetelmillä’, ja alkoi kutsua heitä ’isotooppien’ – nimeä ehdotti Skotlannin lääkäri Margaret Todd., Samana vuonna Henry Moseley työtä x-ray spektrin alkoi tuoda järjestystä tähän sekava joukko yhteisöjä.

Atomi numerot löysi

toisin Kuin Prout, Moseley kasvoi yliopistomaailmassa., Hänen isänsä ja isoisänsä olivat tieteen professorit (entinen Oxfordin Yliopistossa, jälkimmäinen at King ’ s College London), vaikka hänen äidin isoisä oli asiantuntija nilviäiset ja fellow, Royal Society. Oxfordissa Moseley loisti matematiikassa ja luonnontieteissä (ja souti yliopistoaan varten). Valmistuttuaan vuonna 1910 hänet nimitettiin lehtori fysiikan, University of Manchester, ja alkoi hänen tutkimus, koska Rutherford oli kehittää teorian ydin-atom on.,

Vuonna 1913 Moseley alkoi kartoittaa taajuuksien linjat syntyy, kun x-säteet ovat taittuneen kautta kidehilan. Hänen x-säteet olivat syntyy ohjaamalla katodi säteet (elektronit) päälle tavoitteiden valmistettu eri elementtejä, ja kesällä 1914 hän oli pommitetaan näytteitä monia metalleja. Hän totesi, että taajuudet voimakkain lyhyt-aalto linja x-ray spektrin jokainen elementti voidaan yhdistää yksinkertainen yhtälö, että tekijä on asema jaksollisen (edustaa kokonaisluku, jota hän kutsui sen järjestysluku’).,

jaksollisessa järjestelmässä useimmat alkuaineet sijoitettiin atomipainon nousevaan järjestykseen. Mutta muutaman paria elementtejä, kuten argon ja kaliumia, paino järjestys oli käänteinen löytää ne sopivimmat ryhmät. Moseley on yhtälö selitti näitä poikkeavuuksia, joka tarjoaa vankka peruste uskoa, että atomi määrä oli enemmän laatua kuin atomipaino.

Moseley laskelmat paljasti aukkoja luettelo atomic numeroita, jonka hän osoitettu elementtejä vielä löytämättä., (Joitakin näistä oli pitkään epäilty olevan olemassa, ja useimmat eristettiin myöhemmin kemiallisin keinoin.) Samaan aikaan raskas pää jaksollisen, oli ilmeisesti enemmän elementtejä kuin atomi numerot – ongelma Soddy oli jo käsitellä hänen käsite isotooppi.

Moseley ei nähnyt läpimurtonsa täyttä tulosta – tarkka-ampuja ampui hänet vuonna 1915 palvellessaan kuninkaallisten insinöörien kanssa., Mutta pian sen jälkeen, kun sota päättyi, Rutherford on joukkue tehnyt löytöjä, joista kävi ilmi, fyysisen perustan Moseley atomi numerot, ja muuten elvytetty Prout maine.

integraaliset atomiluvut näyttivät olevan proutin hypoteesin kanssa yhteensopivampia kuin läpäisemättömät atomipainot. Mutta mitä nuo numerot todellisuudessa edustivat? Rutherford (ja itsenäisesti, alankomaiden fyysikko Antonius Van den Broek), ehdotti, että elementti on atomi numero oli sama net positiivinen varaus sen ydin., Jos näin on, Soddyn isotoopit olivat atomeja, joiden ytimillä oli sama varaus, mutta eri massat. Massa spektrografi, jonka on kehittänyt Brittiläinen kemisti Francis Aston vuonna 1919 vahvisti tämän tunnistamalla monia isotooppeja, ja lopulta fyysisesti erottaa joitakin niistä.

vuoteen 1920 mennessä Rutherford oli tullut siihen tulokseen, että kaikki raskaammat atomiytimet sisälsivät vetyytimiä. Hän päätteli tämän kokeilun, jossa alfa hiukkasia (helium ytimet) ampui typpiatomeista tuotettu atomeja hapen isotooppi, plus vety-ytimet., Näytti siltä, että vetyytimet tippuivat raskaammista atomeista-mutta ilmeisesti oli muitakin komponentteja. Ydinvoima massat olivat liian suuri osuus, jonka määrä vety-ytimet, joita tarvitaan heidän positiivisia varauksia, ja Rutherford epäillään ylimääräinen massa tuli neutraali hiukkasia. (Nämä ”neutronit” havaitsi myöhemmin Rutherfordin avustaja James Chadwick.) Tarkastelee näitä kysymyksiä vuoden 1920 British Associationin kokouksessa, Rutherford ehdotti soittaa vety-ytimen protoni – nimen hän liittyy nimenomaisesti kanssa Prout on proto hyle.,

Myös Prout

Rutherford on kunnianosoitus Prout näyttää liian paljon kuin tavanomainen onnellinen loppu ollakseen totta. Ja todellakin, oli valitettava jatko. Aluksi näytti siltä, että ei-olennainen atomic painot joka oli turhautunut Prout kannattajat voisi selittyä sillä, että luonnossa monet elementit olemassa, koska isotooppien seoksia, joissa. Mutta kävi ilmi, että jopa puhdasta isotoopit eivät välttämättä ole olennainen atomimassa-arvot., Kuten Marignac oli arvannut, atomin massan ei tarvitse olla yhtä suuri kuin sen komponenttihiukkasten massojen summa.

vuonna 1915 yhdysvaltalainen fysikaalinen kemisti William Harkins selitti, miksi. Hän väitti, että jotta pitää (sähkötoiminen vastenmielinen) protoneja yhdessä fissiotuote, osa niiden massasta muuttuu sitovat energiaa. Harkins kutsui tätä ytimen ”massavirheeksi”. Soveltamalla Albert Einsteinin E=mc2 kaavan puuttuva massa osoitti, että suuria määriä energiaa pitäisi olla vapautunut fissio raskaan ytimet, tai fuusio vaaleita.,

1940-luvulla saatiin aikaan hallittu ydinfissio, jonka seuraukset olivat tuhoisat japanilaisille Hiroshiman ja Nagasakin kaupungeille. Pian sen jälkeen, astrofyysikkoja, kuten Fred Hoyle osoitti, kuinka ydinfuusion sisällä aurinko ja tähdet tiedotteet huomattavasti suurempi määriä energiaa, mutta myös luoda elementtejä raskaampi kuin vety. Proutin usko siihen, että kaikki alkuaineet on tehty vedystä, puhdistettiin siten, vaikka hän ei olisi koskaan voinut kuvitella sellaista., Ei-olennainen atomipaino arvoja, jotka heikentävät hänen hypoteesi oli myös selitti, osittain olemassaolon isotooppeja, ja osittain muuntaminen joidenkin ydinvoiman massa sitovia energia – ’massa vika’.

toistaiseksi massavirheiden mittayksikköä ei ole kansainvälisesti sovittu. Vuonna 1946 Yhdysvaltalainen fyysikko Enos Witmer ehdotti, että se tulisi asettaa 1/12 sitova energiaa deuteron (nucleus vedyn raskas isotooppi), ja alustavasti nimeltään se prout’, mutta hänen ehdotus sai vain vähän tukea. Ehkä vuosi 2015 voisi olla hyvä vuosi elvyttää?