Vortexteori om atomen

Vortexteorin om atomen var ett försök från 1800-talet av William Thomson (senare Lord Kelvin) att förklara varför de atomer som nyligen upptäckts av kemister endast fanns i relativt få varianter men i mycket stort antal av varje slag. Baserat på idén om stabila, knutna virvlar i etern eller etern , bidrog den med ett viktigt matematiskt arv.

Beskrivning

En virvelring med en rökfylld kärna.

Virvelteorin om atomen baserades på observationen att en stabil virvel kan skapas i en vätska genom att göra den till en ring utan ändar. Sådana virvlar kunde upprätthållas i den lysande etern , en hypotetisk vätska som vid den tiden trodde att genomsyra hela rymden. I virvelteorin om atomen modelleras en kemisk atom av en sådan virvel i etern.

Knutar kan knytas i kärnan av en sådan virvel, vilket leder till hypotesen att varje kemiskt element motsvarar en annan typ av knut. Den enkla toroidformade virveln , representerad av den cirkulära "unknoten" 0 ₁ , ansågs representera väte . Många grundämnen hade ännu inte upptäckts, så nästa knut, trefoilknuten 3 1 _, ansågs representera kol .

Men när fler grundämnen upptäcktes och periodiciteten för deras egenskaper fastställdes i grundämnenas periodiska system , blev det klart att detta inte kunde förklaras av någon rationell klassificering av knutar. Detta tillsammans med upptäckten av subatomära partiklar som elektronen ledde till att teorin övergavs.

Historia

Mellan 1870 och 1890 var vortexatomteorin, som antog att en atom var en virvel i etern , populär bland brittiska fysiker och matematiker. William Thomson , som blev mer känd som Lord Kelvin, antog först att atomer kan vara virvlar i etern som genomsyrar rymden. Omkring 60 vetenskapliga artiklar skrevs därefter om den av cirka 25 forskare.

Ursprung

På 1600-talet utvecklade Descartes en teori om virvelrörelse för att förklara sådana saker som varför ljus strålade i alla riktningar och planeterna rörde sig i cirkulära banor. Han trodde att det inte fanns något vakuum och att alla föremål som rörde sig måste gå in i ett mellanrum efter ett annat rörligt föremål. Han insåg att en cirkulär kedja av sådana föremål, som alla ersatte varandra, skulle möjliggöra sådan rörelse. Alltså bestod all rörelse av ändlösa cirkulära virvlar på alla skalor. Men hans avhandling om ljus förblev ofullbordad.

Hermann Helmholtz insåg i mitten av 1800-talet att kärnan i en virvel, analogt med ögat i en orkan, är en linjeliknande glödtråd som kan trassla ihop sig med andra glödtrådar i en knuten ögla som inte kan lossas. Det är inte nödvändigt för kärnan att cirkulera, som det gjorde i den kartesiska modellen. Helmholtz visade också att virvlar utövar krafter på varandra, och dessa krafter tar en form som är analog med de magnetiska krafterna mellan elektriska ledningar.

Under den mellanliggande perioden hade kemisten John Dalton utvecklat sin atomteori om materia. Det återstod bara att föra de två upptäcktsområdena samman.

William Thomson (Lord Kelvin)

William Thomson , som senare blev Lord Kelvin, blev bekymrad över naturen hos Daltons kemiska grundämnen , vars atomer uppträdde i endast ett fåtal former men i stort antal. Han inspirerades av Helmholtz fynd och resonerade att etern , ett ämne som då antogs genomsyra hela rymden, borde kunna stödja sådana stabila virvlar. Enligt Helmholtz satser skulle dessa virvlar motsvara olika typer av knutar . Thomson föreslog att varje typ av knut kan representera en atom av ett annat kemiskt element. Han spekulerade vidare i att flera knutar kan aggregeras till molekyler med något lägre stabilitet.

Han publicerade sin artikel "On Vortex Atoms" i Proceedings of the Royal Society of Edinburgh 1867.

Peter Tait

Knutarna med upp till 7 korsningar.

Thomsons kollega Peter Guthrie Tait lockades av virvelatomteorin och genomförde en banbrytande studie av knutar, som producerade en systematisk klassificering av de med upp till 10 korsningar, i hopp om att på så sätt systematisera de olika elementen.

JJ Thomson

JJ Thomson antog utmaningen i sin magisteravhandling från 1883, en avhandling om vortexringarnas rörelse . I den utvecklade Thomson en matematisk behandling av rörelserna hos William Thomson och Peter Taits atomer.

När Thomson senare upptäckte elektronen (som han fick ett Nobelpris för ), övergav han sin "nebulära atom"-hypotes baserad på vortex-atomteorin, till förmån för sin plommonpuddingmodell .

Arv

Taits arbete grundade särskilt den gren av topologi som kallas knutteori , med JJ Thomson som tillhandahåller några tidiga matematiska framsteg.

Kelvins insikt fortsätter att inspirera till ny matematik och har lett till att ämnet fortsätter i vetenskapens historia .

Se även

• Slinga kvantgravitation
• Magnetisk skyrmion , en virvelliknande magnetisk kvasipartikel
• Quantum vortex , en kvantiserad flödescirkulation
• Toroidal ringmodell av elementarpartiklar

Bibliografi

•   Kragh, Helge (2002). "Virvelatomen: En viktoriansk teori om allting" . Centaurus . 44 (1–2): 32–114. doi : 10.1034/j.1600-0498.2002.440102.x . ISSN 0008-8994 . Hämtad 9 mars 2019 . </ref>