Prezentacja - Instytut Fizyki Doświadczalnej

Świecące atomy
Dr Sławomir Werbowy
Instytut Fizyki Doświadczalnej UG
Gdańsk, 22 stycznia 2010r.
Z greckiego
ατοµος - „niepodzielny”
Demokryt
Leucippus
(ur. ok.. 460 BC – zm. ok.. 370 BC)
- 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”
Jean Baptiste Perrin
ur. 1870 - zm. 1942
Marian Smoluchowski
(ur. 1872 - zm. 1917)
1906 – niezależnie od Einsteina model 1D
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
Badania światła pierwiastków
Widmo - dyspersja światła padającego
Badania światła pierwiastków cd.
K - potas
Cu - miedź
Na - sód
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 „-”
Więc jaka jest budowa atomów ?
-Richard Laming
(1838 – 1851)
Promienie katodowe
zaproponował budowę atomu
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
Model rodzynkowy –
Thomson po raz pierwszy wykonał separację
Thomsona (1904r.)
izotopów przy pomocy spektrometru masowego i
zjawiska promieni kanalikowych
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)
Johann
Theodore Lyman
(1906 – 1914) Jakob Balmer
(1885)
Wzór Rydberga 1888r. – dla
dowolnego H-podobnego jonu
Louis K. H.
F. Paschen
(1908)
August
Herman Pfund
(1924)
To był wzór empiryczny, a jak teoretycznie to wygląda?
1899r. – Max Planck wprowadził kwant
najmniejszego działania; uznawany za
założyciela teorii kwantowej
Niels Henrik David Bohr
(ur. 1885– zm. 1962)
Postulaty Bohra (1913r.):
- Skwantowany orbitalny moment pędu
- Energia fotonu równa jest różnicy energii
poziomów pomiędzy którym zachodzi przejście
Dla wodoru prawie działa, ale nie dla reszty pierwiastków...
Werner Heisenberg
Erwin Rudolf Josef Alexander
Schrödinger (ur. 1887– zm. 1961)
(ur. 1892– zm. 1987)
Louis-Victor-Pierre-Raymond, 7th
duc de Broglie (ur. 1892– zm. 1987)
Niemiecki fizyk
Francuski fizyk
1926r. – mechanika macierzowa
1924r. - doktorat poświęcony
dualizmowi falowo-korpuskularnemu
Austriacki fizyk
1926r. – równanie falowe
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...