Przez d│ugie tysi▒clecia ludzie nie zastanawiali siΩ, jak zbudowana jest materia. Dopiero 2 i p≤│ tysi▒ca lat temu, w Grecji, Filozofowie zaczΩli zastanawiaµ siΩ nad tym zagadnieniem. Jedni spo╢r≤d nich twierdzili, ┐e materiΩ mo┐na dzieliµ bez ko±ca, na coraz mniejsze czΩ╢ci, inni, ┐e istnieje kres tego podzia│u. Najmniejsze, niepodzielne cz▒stki nazwali oni atomami (atom to po grecku "niepodzielny").
Zwolennik≤w tego drugiego pogl▒du nazwano atomistami. Byli oni jednak w mniejszo╢ci. WiΩkszo╢µ filozof≤w uwa┐a│a ich teoriΩ za b│Ωdn▒. Dyskusja trwa│a ponad 2 tysi▒ce lat i nie zosta│a rozstrzygniΩta, poniewa┐ ┐adna ze stron nie dysponowa│a dowodami.
Do wybitnych zwolennik≤w hipotezy istnienia atom≤w nale┐eli: Demokryt, Epikur, Lukrecjusz , Boyle i Newton [ZOBACZ]. Dwaj ostatni uczeni nie byli ju┐ filozofami, lecz fizykami, przedstawicielami nowej, ╢cis│ej ga│Ωzi wiedzy. Jednak nawet Izaak Newton, tw≤rca 3 zasad dynamiki, prawa powszechnego ci▒┐enia i rachunku r≤┐niczkowego, nie dysponowa│ dowodami na potwierdzenie swego przekonania o istnieniu atomu.

Zasadnicze znaczenie dla powstania atomistyki fizycznej mia│y prace J.Daltona [ZOBACZ], przedstawione na pocz▒tku XIX wieku. Przyj▒│ on za│o┐enie, ┐e najmniejsz▒ cz▒stk▒ pierwiastka chemicznego, zachowuj▒c▒ jego w│a╢ciwo╢ci, jest odpowiedni atom. Na podstawie tego za│o┐enia wyja╢ni│ wiele znanych w chemii prawid│owo╢ci. Skoro przyjΩte za│o┐enie prowadzi do s│usznych wniosk≤w, to musi ono byµ prawdziwe. Zatem atomy istniej▒!
W podobny spos≤b istnienie atom≤w potwierdzili: Clausius, Maxwell [ZOBACZ] i Boltzmann [ZOBACZ]. Wychodz▒c od tego, ┐e cia│a sk│adaj▒ siΩ z atom≤w lub cz▒steczek, kt≤re s▒ w nieustannym, chaotycznym ruchu, uczeni ci opracowali kinetyczn▒ teoriΩ gaz≤w. Bardzo du┐a zgodno╢µ teorii z wynikami pomiar≤w, wyja╢nienie wielu zjawisk, ╢wiadczy│y o poprawno╢ci jej za│o┐e±.

Niezale┐nych dowod≤w s│uszno╢ci hipotezy o istnieniu atomu dostarczy│y badania w dziedzinie elektryczno╢ci, a przede wszystkim badania nad elektroliz▒ i nad wy│adowaniami w gazach rozrzedzonych. W trakcie tych bada±, w roku 1833, M.Faraday [ZOBACZ] sformu│owa│ prawa elektrolizy. Kontynuuj▒c jego prace G.Stone doszed│ do wniosku, ┐e │adunek elektryczny przenoszony podczas elektrolizy nie mo┐e mieµ dowolnej warto╢ci, lecz musi byµ wielokrotno╢ci▒ pewnej elementarnej porcji │adunku. Wprowadzi│ dla niej nazwΩ elektron. Owej elementarnej porcji │adunku nie wi▒za│ z ┐adn▒ realn▒ cz▒stk▒. Dopiero prace innych wybitnych naukowc≤w doprowadzi│y do odkrycia, ┐e elektrony realnie istniej▒, maj▒ │adunek ujemny, s▒ bardzo rozpowszechnione i wchodz▒ w sk│ad atom≤w. Odkrywc▒ pierwszej poznanej cz▒stki elementarnej, elektronu, by│ J.Thomson [ZOBACZ]. Dokona│ tego w 1897 roku. Znano ju┐ w tym czasie zjawisko obojΩtno╢ci elektrycznej atom≤w. Musia│y siΩ wiΩc sk│adaµ, co najmniej, z ujemnych elektron≤w i dodatniej "reszty". Wynik│ z tego wniosek, wbrew ich nazwie, o podzielno╢ci atom≤w. Thomson poda│ sw≤j model atomu, zwany "rodzynkowym". W na│adowanej dodatnio materii, niczym rodzynki w cie╢cie, tkwi▒ ujemne elektrony. Model ten wkr≤tce uznano za nieprawid│owy.

E.Rutheford przeprowadzi│ do╢wiadczenie polegaj▒ce na bombardowaniu cienkiej, z│otej folii cz▒stkami alfa. Prawie wszystkie cz▒stki przeniknΩ│y przez foliΩ , lecz jedna na oko│o 10000 odbija│a siΩ. Uczony wyci▒gn▒│ st▒d nastΩpuj▒cy wniosek: prawie ca│y obszar atomu to pustka., dlatego cz▒stki alfa mog▒ przez niego przenikaµ. Dlaczego 1 na 10000 cz▒stek odbija siΩ? Poniewa┐ "ma pecha", trafia w bardzo niewielki obszar , w kt≤rym skupiona jest prawie ca│a masa atomu.
Zgodnie z wnioskiem, atom sk│ada siΩ z male±kiego, skupiaj▒cego prawie ca│▒ masΩ atomu, dodatnio na│adowanego j▒dra oraz kr▒┐▒cych wok≤│ niego elektron≤w.
Efektowny ten model mia│ jednak oczywist▒ dla fizyk≤w wadΩ. Ka┐dy │adunek elektryczny posiadaj▒cy przyspieszenie, wywo│uje promieniowanie elektromagnetyczne, zatem elektron poruszaj▒cy siΩ po orbicie powinien byµ przyczyn▒ promieniowania a utrata przez elektrony energii wskutek promieniowania powinna doprowadziµ w kr≤tkim czasie do ich upadku na j▒dro. Atomy, materia nie powinny, w zwi▒zku z tym, istnieµ.
Rozwi▒zanie problemu zaproponowa│ w 1913 roku Niels Bohr [ZOBACZ]. Elektrony w atomie nie mog▒ znajdowaµ siΩ w dowolnym miejscu , lecz tylko na pewnych, ╢ci╢le okre╢lonych orbitach, na kt≤rych nie trac▒ energii. Elektron nie mo┐e istnieµ w innych miejscach ni┐ na orbitach, wiΩc przechodz▒c z jednej na drug▒, robi to w spos≤b skokowy (kwantowy).
Na d│ugo utrwali│ siΩ pogl▒d, ┐e wok≤│ dodatnio na│adowanego, skupiaj▒cego prawie ca│▒ masΩ atomu j▒dra, poruszaj▒ siΩ elektrony kr▒┐▒ce po ╢ci╢le okre╢lonych ko│owych orbitach.

W 1914 roku E.Rutheford odkry│ kolejn▒ cz▒stkΩ. Dodatnio na│adowany, wchodz▒cy w sk│ad j▒dra atomowego proton. Masa atomowa ka┐dego z pierwiastk≤w chemicznych (opr≤cz wodoru), jest oko│o 2 razy wiΩksza od liczby │adunk≤w elektrycznych jego j▒dra. Zatem w sk│ad j▒dra atomowego musi wchodziµ co╢ jeszcze poza protonami. S▒dzono nawet, ┐e s▒ to elektrony. Ostatecznie, sytuacjΩ wyja╢ni│o odkrycie przez J.Chadwicka w 1932 roku kolejnej cz▒stki elementarnej wchodz▒cej w sk│ad j▒dra atomowego, pozbawionego │adunku elektrycznego neutronu. Tu powsta│ kolejny problem. úadunki o jednakowych znakach odpychaj▒ siΩ. Skoro w sk│ad j▒dra atomowego wchodz▒ dodatnie protony i obojΩtne neutrony to j▒dro powinno siΩ rozlecieµ, bo si│y grawitacyjne s▒ znacznie s│absze od elektrycznych.
H.Yukawa sformu│owa│ hipotezΩ, w my╢l kt≤rej miΩdzy sk│adnikami j▒dra dzia│aj▒ si│y j▒drowe, znacznie potΩ┐niejsze od si│ odpychania elektrycznego. Zgodnie z t▒ teori▒, no╢nikami oddzia│ywania j▒drowego powinny byµ ca│kiem nowe cz▒stki, p≤╝niej nazwane mezonami.
Taka ilo╢µ cz▒stek elementarnych wyda│a siΩ fizykom przesadna. Nawet Yukawa w▒tpi│ w poprawno╢µ swojego rozumowania. A jednak mezony zosta│y odkryte w roku 1947, w promieniowaniu kosmicznym. Dzisiaj znamy wiele rodzaj≤w mezon≤w. Te , kt≤re s▒ no╢nikami oddzia│ywa± j▒drowych, przewidziane przez YukawΩ, nazywaj▒ siΩ mezony pi lub piony.
Teraz musimy cofn▒µ siΩ do roku 1927, w kt≤rym W.Heisenberg [ZOBACZ] sformu│owa│ zasadΩ nieoznaczono╢ci, wytyczaj▒c▒ granicΩ dok│adno╢ci pomiar≤w cz▒stek elementarnych. Okaza│o siΩ, ┐e wzory wyprowadzone przez Bohra s▒ wprawdzie s│uszne, ale z zasady nieoznaczono╢ci wyp│ywa wniosek, ┐e elektrony wcale nie kr▒┐▒ wok≤│ j▒dra po p│askich, ko│owych orbitach. One znajduj▒ siΩ w atomie. Nie kr▒┐▒, ale s▒. Nie mo┐na ich traktowaµ jak kulki o okre╢lonej masie , a dok│adne ustalenie po│o┐enie elektron≤w jest niemo┐liwe. Nie mo┐na ╢ci╢le zmierzyµ w│asno╢ci pojedynczego elektronu, bo zasada nieoznaczono╢ci m≤wi: nie mo┐na jednoznacznie okre╢liµ po│o┐enia i pΩdu cz▒stki elementarnej. Z im wiΩksz▒ dok│adno╢ci▒ okre╢la siΩ pΩd cz▒stki elementarnej, z tym mniejsz▒ dok│adno╢ci▒ okre╢la siΩ jej po│o┐enie. Ponadto, aby uzyskaµ zgodno╢µ oblicze± z wynikami do╢wiadcze±. Trzeba do cz▒stek stosowaµ zasady mechaniki falowej. Okazuje siΩ, ┐e nie mo┐na stworzyµ obrazowego modelu atomu.
JΩzyk i nasze pojΩcia i wyobra┐enia zawodz▒ w mikro╢wiecie.

W ostatnich latach, w zwi▒zku z lawin▒ odkryµ nowych cz▒stek elementarnych, dosz│o do pr≤b ich uszeregowania, w spos≤b podobny jak pierwiastk≤w w uk│adzie okresowym. W ten spos≤b wykryto podobie±stwa miΩdzy grupami cz▒stek. Pojawi│a siΩ hipoteza, ┐e protony, neutrony i mezony zbudowane s▒ z cz▒stek fundamentalnych, kt≤re nazwano kwarkami. Teoria zajmuj▒ca siΩ kwarkami nosi nazwΩ chromodynamiki kwantowej. Wed│ug niej istnieje 6 rodzaj≤w kwark≤w: g≤rny, powabny, top, kt≤re maj▒ │adunek elektryczny +2/3 (plus dwie trzecie), oraz dolny, dziwny i piΩkny, o │adunku -1/3 (minus jedna trzecia). Kwarki oddzia│uj▒ ze sob▒ za pomoc▒ cz▒stek zwanych gluonami. Gdy na przyk│ad z protonu chcemy wyrwaµ kwark, to pojawia siΩ jak gdyby struna, kt≤rej nie potrafimy przeci▒µ, kt≤ra uniemo┐liwia nam nasz zamiar.

Obecnie uwa┐a siΩ, ┐e 12 cz▒stek stanowi podstawowy budulec naszego ╢wiata: 6 kwark≤w wymienionych powy┐ej, oraz 6 leptony - elektron, neutrino elektronowe, mion i neutrino mionowe, tau i neutrino tauowe.

Na zako±czenie dodamy, ┐e ka┐dej cz▒stce elementarnej odpowiada antycz▒stka, r≤┐ni▒ca siΩ od cz▒stki znakiem │adunku. Kiedy cz▒stka i antycz▒stka spotykaj▒ siΩ, ulegaj▒ anihilacji, znikaj▒, zamiast nich pojawiaj▒ siΩ kwanty promieniowania. Pozyton (antycz▒stka do elektrony) zosta│ odkryty w 1932 roku. P≤╝niej sztucznie wytworzono antyproton. Ostatnio po│▒czono pozyton i antyproton, wytwarzaj▒c antywod≤r. Antymateria istnieje. Na szczΩ╢cie anihilacja nam nie grozi, bo, przynajmniej w naszej czΩ╢ci Wszech╢wiata jest jej bardzo niewiele.

T.W.