Вихревая теория атома была попытка 19-го века по Уильям Томсон (впоследствии лорд Кельвин) , чтобы объяснить , почему атомы недавно обнаруженные химики пришли лишь небольшое количество сортов , но в очень большом количестве. Основанный на идее стабильных узловых вихрей в эфире или эфире , он в конечном итоге потерпел неудачу, но внес важный математический вклад в наследие.
Описание [ править ]
Теория вихря атома была основана на наблюдении, что устойчивый вихрь может быть создан в жидкости, превратив его в кольцо без концов. Такие вихри могли поддерживаться в светоносном эфире , текучей среде, которая, как считается, пронизывает все пространство. В вихревой теории атома химический атом моделируется таким вихрем в эфире.
Узлы могут быть связаны в ядре такого вихря, что приводит к гипотезе, что каждый химический элемент соответствует разному типу узла. Считалось, что простой тороидальный вихрь , представленный круговым «узлом» 0 1 , представляет собой водород . Многие элементы были еще предстоит открыть, поэтому в следующий узел, то трилистник 3 1 , считалось , что представляют собой углерод .
Однако по мере открытия новых элементов и установления периодичности их характеристик в периодической таблице элементов стало ясно, что это не может быть объяснено какой-либо рациональной классификацией узлов. Это вместе с открытием субатомных частиц, таких как электрон , привело к отказу от теории.
История [ править ]
Между 1870 и 1890 годами теория вихревого атома, предполагавшая, что атом представляет собой вихрь в эфире , была популярна среди британских физиков и математиков. Уильям Томсон , который стал более известен как лорд Кельвин, первым предположил, что атомы могут быть вихрями в эфире, пронизывающем пространство. Впоследствии примерно 25 ученых написали на нем около 60 научных работ.
Истоки [ править ]
В семнадцатом веке Декарт разработал теорию вихревого движения, чтобы объяснить, например, почему свет излучается во всех направлениях, а планеты движутся по круговым орбитам. Он считал, что вакуума нет и любой движущийся объект должен входить в зазор, оставленный другим движущимся объектом. Он понял, что круговая цепочка таких объектов, сменяющих друг друга, позволит такое движение. Таким образом, все движение состояло из бесконечных круговых вихрей любого масштаба. Однако его « Трактат о свете» остался незавершенным. [1]
В середине 19 века Герман Гельмгольц понял, что ядро вихря, аналогичное глазу урагана, представляет собой нить в виде линии, которая может запутаться с другими нитями в узловую петлю, которая не может быть развязана. Ядро не обязательно должно циркулировать, как это было в декартовой модели. Гельмгольц также показал, что вихри действуют друг на друга, и эти силы принимают форму, аналогичную магнитным силам между электрическими проводами.
За это время химик Джон Дальтон разработал атомную теорию вещества. Оставалось только свести воедино два направления открытий.
Уильям Томсон (лорд Кельвин) [ править ]
Уильям Томсон , позже ставший лордом Кельвином, стал интересоваться природой химических элементов Дальтона , атомы которых присутствовали лишь в нескольких формах, но в огромных количествах. Он был вдохновлен открытиями Гельмгольца, рассуждая о том, что эфир , вещество, которое, как предполагалось, пронизывает все пространство, должен быть способен поддерживать такие стабильные вихри. Согласно теоремам Гельмгольца, эти вихри соответствовали бы разным типам узлов . Томсон предположил, что каждый тип узла может представлять атом другого химического элемента. Он также предположил, что несколько узлов могут объединяться в молекулы с несколько меньшей стабильностью.
Он опубликовал свою статью «О вихревых атомах» в Трудах Эдинбургского королевского общества в 1867 году [2].
Питер Тейт [ править ]
Коллега Томсона Питер Гатри Тейт был привлечен теорией вихревого атома и предпринял новаторское исследование узлов, произведя систематическую классификацию узлов, имеющих до 10 пересечений, в надежде систематизировать таким образом различные элементы.
Дж. Дж. Томсон [ править ]
Дж. Дж. Томсон принял вызов в своей магистерской диссертации 1883 года « Трактат о движении вихревых колец» . [3] [4] В нем Томсон разработал математическую трактовку движений атомов Уильяма Томсона и Питера Тейта. [5]
Когда Томсон позже открыл электрон (за что получил Нобелевскую премию ), он отказался от своей гипотезы о «туманном атоме», основанной на теории вихревого атома, в пользу модели сливового пудинга .
Наследие [ править ]
Работа Тейта в первую очередь положила начало разделу топологии, называемому теорией узлов , а Дж. Дж. Томпсон внес некоторые ранние математические достижения.
Понимание Кельвина продолжает вдохновлять новую математику и привело к сохранению этой темы в истории науки . [6] [7]
См. Также [ править ]
- Петлевая квантовая гравитация
- Квантовый вихрь , квантованная циркуляция потока
- Магнитный скирмион , вихреобразная магнитная квазичастица
- Тороидальная кольцевая модель элементарных частиц
Ссылки [ править ]
Цитаты [ править ]
- ^ Краг (2002)
- ^ Wm. Томсон (1867) О вихревых атомах , Труды Королевского общества Эдинбурга 6: 94–105
- ^ JJ Thomson. 1883 г. Трактат о движении вихревых колец: эссе, за которое в 1882 г. была присуждена премия Адамса в Кембриджском университете . Лондон: Macmillan and Co., стр. 146. Недавнее переиздание: ISBN 0-543-95696-2 .
- ^ "JJ Thomson - Биографический" . Нобелевская премия по физике 1906 года . Нобелевский фонд . Проверено 11 февраля 2015 года .
- ^ Ким, Донг-Вон (2002). Лидерство и творчество: история Кавендишской лаборатории, 1871–1919 . Дордрехт: Kluwer Acad. Publ. ISBN 978-1402004759. Проверено 11 февраля 2015 года .
- ^ Silliman, Роберт Х. (1963) Уильям Томсон: Дымовые кольца и Девятнадцатый век Раздробленность , Isis 54 (4): 461-474. Ссылка JSTOR
- ^ Хельге Краг (211) Высшие размышления, великие теории и неудавшиеся революции в физике и космологии , Oxford University Press
Библиография [ править ]
- Краг, Хельге (2002). «Вихревой атом: викторианская теория всего» . Центавр . 44 (1–2): 32–114. DOI : 10.1034 / j.1600-0498.2002.440102.x . ISSN 0008-8994 . Проверено 9 марта 2019 .</ref>
