อะตอมและส่วนประกอบของอะตอม

มีนักปรัชญาในสมัยกรีกโบราณคนหนึ่งชื่อฟิลโลโซเฟอร์ ผู้ซึ่งครุ่นคิดเรื่องที่มาของทุกสิ่ง และได้เห็นว่ามันมีอนุภาคที่เล็กที่สุดที่ก็เป็นหนึ่งในนั้น ก็คือ อะตอม จะมีอยู่ในทุกสสาร ช่วงเริ่มแรกของศตวรรษที่ 19 มีการทดลองมากมายได้ยืนยันทฤษฎีนี้ ว่าอะตอมพวกนั้นมีอยู่จริง มันถูกแทนตัวด้วยรูปทรงกลมเหมือนลูกบอลแข็ง ซึ่งไม่สามารถแบ่งตัวให้เล็กลงได้อีก เกือบร้อยปีต่อมา ได้มีการค้นพบใหม่เกิดขึ้นอีกครั้งหลังสิ้นศตวรรษที่ 19 และได้พบว่าอะตอมยังสามารถแพร่ไปยังอิเลคตรอนที่เล็กกว่านั้นอีก ดังนั้นอะตอมจึงไม่ใช่สิ่งที่เล็กที่สุด พวกมันไม่อาจแบ่งแยกอีกได้ ตั้งแต่ปี 1930 เป็นต้นมา เรารู้ว่าอะตอมประกอบไปด้วยอนุภาค 3 ชนิด ใจกลางอะตอม คือลึกลงไปเรียก นิวเครียส แล้วยังมี โปรตอน และนิวตรอน และรอบนิวเคลียสก็คืออิเลคตรอน ตอนแรกมีคนเข้าใจว่ามันคืออิเลคตรอน ที่โคจรรอบนิวเคลียสแบบโลกกับดาวเคราะห์ดวงอื่นๆที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ แต่ตอนนี้เรารู้แล้วว่ามันซับซ้อนกว่านั้น แทนที่มันจะโคจรด้วยระยะทางคงที่ รอบๆนิวเคลียสยังมีกลุ่มหมอกอิเลคตรอนอยู่ ทั้งนี้อาจพูดได้ว่ามีอิเลคตรอนอยู่ทุกที่ และกลุ่มหมอกอิเลคตรอนก็จะอยู่คู่กันไปกับนิวเคลียสในเวลาเดียวกัน กลุ่มหมอกอิเลคตรอนมีขนาดใหญ่ถ้าเปรียบเทียบกับนิวเคลียส ใหญ่กว่าถึงหมื่นเท่าทีเดียว หรือถ้าจะลองวาดรูปอะตอมแล้ววัดขนาดดู นิวเคลียสจะเป็นแค่เพียงจุดเล็กๆเท่านั้น จริงๆแล้วการวาดรูปของอะตอมก็ยังไม่ชัดเจนนักหรอก ดังนั้นคนส่วนใหญ่จึงให้สร้างภาพของอะตอม ไปพร้อมกับนิวเคลียสที่ขยายใหญ่ขึ้น และมีอิเลคตรอนโคจรอยู่รอบตัวมัน ซึ่งวิธีนี้ทันสมัยช่วยให้เห็นชัดเจนว่า อะตอม สร้างมาจากอะไร โดยที่ไม่ต้องผ่านรายละเอียดมากไป ในทางปฏิกิริยาเคมี อะตอมก็สามารถเสียอิเลคตรอนของตัวเองได้ หรือว่าเพิ่มอีเลคตรอนได้ หรือถ่ายเทอิเลคตรอนไปให้อีเลคตรอนตัวอื่นได้ ส่วนนิวเคลียสของอะตอมนั้นมีเสถียรภาพมั่นคง มันจะไม่แปรสภาพไปตามปฏิกิริยาเคมีใดๆ คราวนี้มาพูดเรื่องโปรตอนกัน ได้พูดถึงนิวตรอนและอิเลคตรอนจบไปแล้ว โปรตอนคืออนุภาคที่เล็กที่สุดของสิ่งต่างๆหรือเปล่า หรือว่าโปรตอนนี้ยังสามารถแบ่งให้เล็กลงไปกว่านั้นได้อีก แต่เท่าที่พวกเรารู้ที่เล็กสุดคือ อีเลคตรอน พวกเรามั่นใจแล้วว่าอิเลคตรอนจะแตกตัวเป็นชิ้นเล็กๆอีกไม่ได้ มันคืออนุภาคมูลฐานของอะตอม หรือเป็นอนุภาคมูลฐานตัวหนึ่ง แล้วนิวตรอนกับโปรตอนล่ะ มันประกอบด้วยอนุภาคเล็กกว่านั้นอีกซึ่งเรียกว่า ควาร์ก หนึ่งโปรตอนหรือหนึ่งนิวตรอนจะมีควาร์ก รวมอยู่ 3 อนุภาค มีสิ่งหนึ่งซึ่งเป็นลักษณะพิเศษของควาร์ก คือเราไม่สามารถแยกควาร์กออกมาเดี่ยวๆได้ มันมักจะโผล่มาสองหรือไม่ก็สามควาร์กเสมอ เราไม่คิดว่ามันเกิดมาได้เพราะอนุภาคเล็กๆ ควาร์กเหมือนกับว่าเป็นอนุภาคมูลฐานคล้ายคลึงกับอิเลคตรอนเท่านั้น แต่วิทยาศาสตร์ก็พยายามที่จะค้นพบสิ่งใหม่ๆอยู่ตลอดเวลา ดังนั้นเราอาจต้องเปลี่ยนมุมมองใหม่ ในเรื่ององค์ประกอบพื้นฐานของสสารก็ได้