Ατομική θεωρία

Με τον όρο ατομική θεωρία εννοείται στη φυσική και φιλοσοφία η θεωρία που υποστηρίζει ότι η ύλη, άρα και ο κόσμος, συγκροτείται από στοιχειώδη αδιάσπαστα σωματίδια. Η ατομική θεωρία πρωτοεμφανίστηκε στην Αρχαία Ελλάδα από το Λεύκιππο και το μαθητή του Δημόκριτο, οι οποίοι ήταν φυσικοί φιλόσοφοι, δηλαδή προσπαθούσαν να εξηγήσουν φιλοσοφικά τη λειτουργία της φύσης και του κόσμου. Η θεωρία αυτή επανεμφανίστηκε ή επανακαλύφθηκε από τον Τζον Ντάλτον προκειμένου να ερμηνεύσει τις χημικές αντιδράσεις.

Η ατομική θεωρία των ατομιστών

Φαίνεται ότι η ατομική θεωρία ήταν το αποτέλεσμα μιας προσπάθειας υπέρβασης του ελεατικού μονισμού, όπως αυτός διαμορφώθηκε από τον Παρμενίδη και τους διαδόχους του με την άρνηση της μαρτυρίας των αισθήσεων και του κόσμου των φαινομένων. Οι ατομικοί, αντίθετα από τους Ελεάτες, προσπάθησαν να μην αναιρέσουν τη γένεση, τη φθορά, την κίνηση και το πλήθος των όντων, ώστε να παραμείνουν σε συμφωνία με τα δεδομένα που παρέχουν στον άνθρωπο οι αισθήσεις του. Τονίζουν ότι δεν πρέπει κανείς να έχει τυφλή εμπιστοσύνη σ΄ αυτά τα δεδομένα, αλλά να τα επεξεργάζεται με τη βοήθεια της κριτικής ικανότητας του ανθρώπινου νου. Από την άλλη ήταν πολύ δύσκολο να παραβλέψουν την παρμενίδεια θέση για τα χαρακτηριστικά του Ενός. Απλώς, κατά μεγαλοφυή τρόπο απέδωσαν τις ιδιότητες του μοναχικού παρμενίδειου όντος σε κάθε ένα από τα πολλά όντα που αποτελούν τη βάση της δικής τους κοσμοθεωρίας, τα άτομα. Αυτά είναι αιώνια, αναλλοίωτα, δεν υπόκεινται σε γέννηση σε φθορά και με τις ενώσεις και τους διαχωρισμούς τους δημιουργούν τα πράγματα που υπόκεινται σε μεταβολές.
 
Οι ατομικοί φιλόσοφοι φαίνεται ότι είχαν ακόμη ένα στόχο. Δεν τους ικανοποιούσαν οι προσπάθειες των προγενέστερων φιλοσόφων να ερμηνεύσουν τα φαινόμενα με την επενέργεια κάποιας εξωτερικής δύναμης, όπως η Φιλότητα (Φιλία) και το Νείκος (Διαμάχη) του Εμπεδοκλή, ή μιας τελολογικής δύναμης, όπως ο Νους του Αναξαγόρα. Ήθελαν, επίσης, να αποκλείσουν τον παράγοντα τύχη και να αποδώσουν σε κάθε φαινόμενο μια αιτιοκρατική ερμηνεία. Τη δυνατότητα αυτή τους την έδωσε η σύλληψη μιας προαιώνιας, εγγενούς κίνησης των ατόμων. Η κίνηση αυτή φέρνει σε σύγκρουση τα άτομα, τα περιπλέκει ή τα απωθεί και μέσω αυτής μπορούν να ερμηνευτούν όλα τα φαινόμενα που παρατηρούνται στον κόσμο. Ανάγκη ερμηνείας της αρχής αυτής της κίνησης κατά τη γνώμη τους δεν υπάρχει, αφού ως προαιώνια δεν έχει καμιά απολύτως αρχή: απλώς υπάρχει.

Πώς, όμως, τα άτομα αποκτούν τη δυνατότητα να κινούνται; Η απάντηση στο ερώτημα αυτό είναι απλή: υπάρχει το κενό. Το κενό, οι ατομικοί τείνουν να το ταυτίσουν με το παρμενίδειο μη ον. Σε αντίθεση, όμως, με τον Παρμενίδη, ο οποίος απέκλειε τη δυνατότητα ακόμη και του στοχασμού πάνω στο μη ον, οι ατομικοί πιστεύουν ότι αυτό υπάρχει εξίσου με το ον, απλώς υπάρχει με διαφορετικό τρόπο. Τα γεωμετρικά σχήματα λόγου χάρη είναι άυλα, εντούτοις όμως υπάρχουν, όπως το είχαν κατανοήσει ήδη οι Πυθαγόρειοι. Όσον αφορά το τι ακριβώς εννοούσαν οι ατομικοί μιλώντας για το κενό υπάρχει διαφωνία ανάμεσα στους μελετητές. Άλλοι συμμερίζονται την άποψη του Αριστοτέλη ότι πρόκειται για τον κενό χώρο, άλλοι θεωρούν ότι το κενό σημαδεύει απλώς την απουσία του όντος, δηλαδή των ατόμων.

Άτομα, κενό, προαιώνια κίνηση, συμπλοκή και διαχωρισμός των ατόμων. Αυτές είναι οι βασικές αρχές που κατά τους ατομικούς μπορούν να εξηγήσουν τα πάντα.

Χρόνος και κίνηση για τους ατομικούς
Ο χρόνος κατά την άποψη των ατομικών είναι αδημιούργητος. Δεν έχει αρχή και δε θα έχει τέλος. Ο λόγος που τους οδηγεί σε μια τέτοια αντίληψη για το χρόνο αποτελεί αναγκαία συνέπεια του ίδιου του ορισμού τους για τα άτομα: εφόσον τα τελευταία είναι εξ ορισμού αναλλοίωτα και άφθαρτα δεν μπορεί παρά και ο χρόνος να έχει τα ίδια χαρακτηριστικά μ΄ αυτά. Αλλιώς θα έπρεπε να δεχτούμε ότι τα άτομα έχουν γεννηθεί ή ότι θα έχουν ένα τέλος, γεγονός ανεπίτρεπτο για πράγματα που έχουν τις ιδιότητες του παρμενίδειου όντος. Φαίνεται ότι ο Δημόκριτος ανέπτυξε την άποψή του για την αιωνιότητα του χρόνου σε αντίθεση προς τους Πυθαγόρειους και τους Ελεάτες. Οι Πυθαγόρειοι θεωρούσαν ότι όλα τα πράγματα στον κόσμο, μαζί και ο χρόνος, αποτελούν απομιμήσεις και παράγωγα των αριθμών, ενώ οι Ελεάτες νόμιζαν ότι ο χρόνος ως μορφή ύπαρξης της ύλης είναι απατηλός, όπως όλα τα δεδομένα των αισθήσεών μας. Πάντως, οι πηγές δε μας πληροφορούν ρητά για το αν ο Δημόκριτος θεωρούσε το χρόνο ως κάτι ανεξάρτητο από την ύλη ή ως μια ιδιότητά της. Ίσως ο Δημόκριτος να μην είχε συλλάβει το σχετικό πρόβλημα.

Η Αριστοτελική αντίληψη
Μια άλλη διάσταση του προβλήματος του χρόνου σχετίζεται με την υφή του, αν δηλαδή είναι συνεχής ή διακρίνεται κι αυτός σε άτμητα μέρη όπως η ύλη. Και πάλι οι πληροφορίες των πηγών είναι συγκεχυμένες. Εντούτοις, κάποιες μαρτυρίες του Αριστοτέλη και των σχολιαστών του αφήνουν να φανεί αμυδρά ένα τέτοιο ενδεχόμενο. Ο Αριστοτέλης προσπαθώντας να ερμηνεύσει την ατομική θεωρία των ειδώλων  αναφέρεται στην ανάγκη ύπαρξης άτμητων χρονικών στιγμών, προκειμένου να αποκτήσει υπόσταση η θεωρία αυτή. Βέβαια η μαρτυρία του Αριστοτέλη δε μνημονεύει ρητά το Δημόκριτο, ο σχολιαστής όμως του Αριστοτέλη, Αλέξανδρος, δεν έχει ενδοιασμούς. Όπως λέει ο ίδιος (ad loc. 56, 13 κ.εξ.  ): 

Στο έργο Περί ατόμων γραμμών (970b5 κ.εξ. ), το οποίο είναι μάλλον ψευδοαριστοτελικό, αναφέρεται ρητά ότι η ίδια θεωρία που δέχεται την ύπαρξη ατόμων ύλης δέχεται και την ύπαρξη άτμητων χρονικών στιγμών: 

Τέλος, πρέπει να αναφερθούν και οι παράδοξες επιπτώσεις σε σχέση με την κίνηση που προκύπτουν από μια τέτοια θεώρηση του χρόνου. Σ΄ αυτές αναφέρεται και πάλι ο Αλέξανδρος :

Φιλοσοφική ερμηνεία της διαιρετότητας του ατόμου

Το αδιαίρετο του ατόμου
Μια βασική ιδιότητα, την οποία ο Λεύκιππος και ο Δημόκριτος αποδίδουν στα άτομά τους, είναι η μη διαιρετότητα. Άλλωστε η λέξη ά-τομο αυτό σημαίνει, δηλαδή κάτι το οποίο δεν επιδέχεται τομή, διαίρεση. Το μη διαιρετό των ατόμων αποτελεί αναγκαία συνθήκη για τη διατήρηση της αιωνιότητας της ύπαρξής τους: αν τέμνονταν, θα διαιρούνταν σε άλλα σώματα, επομένως θα έπαυαν να υπάρχουν. Τίθεται, όμως, το ζήτημα πώς εννοούσαν το αδιαίρετο των ατόμων αυτοί που τα επινόησαν. Είναι αυτά άτμητα μόνο από φυσική άποψη ή και από μαθηματική; Είναι πολύ δύσκολο να απαντήσουμε με βάση μόνο τις αρχαίες μαρτυρίες.

Οι δυνατές ερμηνείες
Το μη διαιρετό των δημοκρίτειων ατόμων μπορεί να εννοηθεί με έναν από τους παρακάτω τρόπους: 
	
1. Είναι φυσικώς αδύνατο να διαιρέσουμε ένα άτομο.
	
2. Είναι αδύνατο λογικά ή νοητικά να διαιρέσουμε ένα άτομο.

Εάν δεχτούμε την πρώτη δυνατότητα, τότε θα μπορούσαμε να μιλήσουμε για μέρη των ατόμων, αν και θα ήταν φυσικώς αδύνατο να διαχωρίσουμε αυτά τα μέρη πραγματικά μεταξύ τους. 

Αν δεχτούμε τη δεύτερη δυνατότητα, τότε η συζήτηση για μέρη των ατόμων είναι αδιανόητη . Σ΄ αυτήν την περίπτωση το να διαιρέσουμε ένα άτομο δε θα ήταν απλώς τεχνολογικά αδύνατο, αλλά και διανοητικώς παράλογο. 

Υπέρ της πρώτης άποψης έχουν ταχθεί ο Burnet και το KRS (βλ. βιβλιογρ.). Ο πρώτος υποστηρίζει ότι τα άτομα του Δημόκριτου δεν είναι μαθηματικώς αδιαίρετα, επειδή διαθέτουν κάποιο μέγεθος. Εντούτοις, από φυσική άποψη είναι αδιαίρετα, αφού όπως το παρμενίδειο Εν δεν περιέχουν κενό χώρο. Το δεύτερο θεωρεί ότι άτομα είναι αδιαίρετα μόνο από φυσική και όχι από διανοητική-μαθηματική άποψη, εφόσον διαφέρουν μεταξύ τους στο μέγεθος.

Υπέρ της δεύτερης άποψης έχουν ταχθεί ο Guthrie και ο Furley. Ο πρώτος θεωρεί ότι τα άτομα είναι και λογικώς αδιαίρετα, αφού αποτελούν όχι απλώς πολύ μικρά αλλά τα μικρότερα δυνατά μέρη της ύλης. Ο δεύτερος επιχειρηματολογεί ως εξής:

1. Ο Αριστοτέλης αναφέρει ότι τα άτομα επινοήθηκαν, προκειμένου να απαντήσουν στα παράδοξα του Ζήνωνα, συγκεκριμένα το παράδοξο της πολλαπλότητας και το παράδοξο του Αχιλλέα (ο Αχιλλέας δεν πρόκειται ποτέ να προλάβει τη χελώνα που προπορεύεται).

2. Τα παράδοξα, όμως, του Ζήνωνα στοχεύουν στο να δείξουν ότι η επ’ άπειρον διαιρετότητα (από φυσική ή λογική άποψη) οδηγεί σε παράλογα αποτελέσματα.

3. Άρα, οι ατομικοί δε θα μπορούσαν να απαντήσουν στα παράδοξα του Ζήνωνα, παρά μόνο αν θεωρούσαν τα άτομα όχι μόνο φυσικά αλλά και λογικά αδιαίρετα. Άτομα τα οποία είναι μεν φυσικώς αδιαίρετα, αλλά λογικώς διαιρετά δε θα μπορούσαν να αποτελέσουν ικανοποιητική απάντηση στις παραδοξολογίες του Ζήνωνα. Το παράδοξο της πολλαπλότητας θα αποδείκνυε ότι ένα άτομο θεωρητικά επ’ άπειρον διαιρετό θα ήταν άπειρο ως προς το μέγεθός του. Το παράδοξο του Αχιλλέα θα αποδείκνυε ότι ένα τέτοιο άτομο δε θα μπορούσε ποτέ να διανυθεί.

4. Ο Αριστοτέλης υποστηρίζει η ατομική θεωρία συγκρούεται με τα μαθηματικά (Περί ουρανού 303a20). Ένα άτομο, όμως, το οποίο θα ήταν αδιαίρετο μόνο από φυσική άποψη δε θα ερχόταν σε σύγκρουση με τα μαθηματικά.

Εντούτοις, υπάρχουν χωρία, τα οποία φαίνεται να αντιτίθενται στη σκέψη ότι τα άτομα του Δημόκριτου είναι και θεωρητικώς αδιαίρετα. Ο Σιμπλίκιος (Εις το Περί ουρανού, σελ. 295, 5 κ.εξ.)  αναφέρει ότι τα άτομα του Δημόκριτου διαθέτουν μέγεθος και σχήμα: άλλα είναι αγκιστροειδή, άλλα κυρτά, άλλα κοίλα κ.ο.κ. Όπως λέει χαρακτηριστικά ο ίδιος: «Ο Δημόκριτος νομίζει ότι τα πρωταρχικά σώματα είναι τόσο μικρά, ώστε να διαφεύγουν από τις αισθήσεις μας. Διαθέτουν κάθε είδους μορφές και σχήματα και διαφέρουν ως προς το μέγεθος... Άλλα από τα άτομα είναι σκαληνά, άλλα αγκιστροειδή, άλλα κοίλα, άλλα κυρτά  και άλλα έχουν αναρίθμητες διαφορές».

Πώς, όμως, είναι δυνατό κάτι που έχει σχήμα και μέγεθος να μην μπορεί θεωρητικά να διαιρεθεί περαιτέρω; Γιατί για κάθε μέγεθος x μπορούμε πάντα να φανταστούμε ένα άλλο μέγεθος, το οποίο να ισοδυναμεί με x δια 2. Είναι πολύ πιθανό, όμως, ότι ο Δημόκριτος αντιλαμβανόταν ατομιστικά όχι μόνο την ύλη αλλά και το χώρο (ίσως και το χρόνο και την κίνηση). Σ΄ αυτήν την περίπτωση το μέγεθος ενός ατόμου θα μπορούσε να αποτελεί ταυτόχρονα και ένα άτομο χώρου. Τότε η έσχατη μονάδα μέτρησης του χώρου θα ήταν το μέγεθος ενός ατόμου (ατομικό μέγεθος). Σ’ αυτήν την περίπτωση η έννοια του μισού ενός ατόμου χώρου θα ήταν αδιανόητη. Έτσι, ο Δημόκριτος θα μπορούσε να υποστηρίξει ότι ένα άτομο έχει μέγεθος και είναι ταυτόχρονα και θεωρητικά αδιαίρετο. Αν, όμως, ο Δημόκριτος είχε συλλάβει το χώρο ατομιστικά, θα ερχόταν σε αντίθεση με τα μαθηματικά (βλ. όσα λέει παραπάνω ο Αριστοτέλης), συγκεκριμένα με την ευκλείδεια γεωμετρία και ειδικά με το πυθαγόρειο θεώρημα, το οποίο απαιτεί ως προϋπόθεση την άπειρη διαιρετότητα του χώρου. Κι αυτό, επειδή, αν μετρήσουμε τις πλευρές ενός τετραγώνου ως ακέραιο αριθμό ατομικών μονάδων και προσπαθήσουμε έπειτα να μετρήσουμε τη διαγώνιο με τον ίδιο τρόπο ως ακέραιο αριθμό ατομικών μονάδων, θα δούμε ότι είναι αδύνατο, αφού η διαγώνιος εδώ είναι άρρητος αριθμός.

Ο Δημόκριτος, επιπλέον, θεωρούσε ότι τα άτομα δεν έχουν απλώς μέγεθος, αλλά διαφέρουν μεταξύ τους στο μέγεθος και το σχήμα. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την ιδέα ότι υπάρχουν ατομικά μεγέθη. Γιατί πώς θα μπορούσε ένα άτομο να είναι μεγαλύτερο ή μικρότερο από ένα άλλο, εκτός και αν ένα από αυτά ήταν μικρότερο ή μεγαλύτερο από το ατομικό μέγεθος. Αν πάρουμε μαζί ένα μικρότερο και ένα μεγαλύτερο άτομο, τότε ένα μέρος του μεγαλύτερου ατόμου καλύπτεται από το μικρότερο άτομο και ένα μέρος όχι. Επιπλέον, ακόμη κι όταν έχουμε να κάνουμε με ένα συγκεκριμένο άτομο, π.χ. με ένα αγκιστροειδές μπορούμε πάντα να διακρίνουμε ένα μέρος του σχήματος από το άλλο, στην περίπτωση του αγκιστροειδούς την αγκιστροειδή απόληξη από το υπόλοιπο σώμα του ατόμου.

Συμπέρασμα
Συνοψίζοντας θα τείναμε να δεχτούμε ότι πράγματι ο Δημόκριτος αντιλαμβανόταν τα άτομα φυσικώς και θεωρητικώς αδιαίρετα, αλλά πως αυτή η άποψη είναι εσωτερικά ασυνεπής, χωρίς να είναι βέβαιο ότι ο Δημόκριτος το είχε αντιληφθεί αυτό.

Η σύγχρονη ατομική θεωρία

Η ατομική θεωρία του Ντάλτον

Η ατομική θεωρία του Τζον Ντάλτον υποστηρίζει ότι:

Κάθε στοιχείο αποτελείται από πολύ μικρά σωματίδια, τα οποία ονομάζονται άτομα.
Όλα τα άτομα ενός στοιχείου είναι όμοια μεταξύ τους, ενώ τα άτομα διαφορετικών στοιχείων διαφέρουν μεταξύ τους (κατά μέγεθος, κατά μάζα).
Τα άτομα ενός στοιχείου δεν μετατρέπονται σε άλλου είδους άτομα, ούτε καταστρέφονται, ούτε δημιουργούνται κατά τα χημικά φαινόμενα.
Όταν διαφορετικά άτομα ενώνονται μεταξύ τους, σχηματίζονται χημικές ενώσεις.
Σε κάθε χημική ένωση, το είδος των ατόμων και η μεταξύ τους αναλογία είναι σταθερή.

Εξέλιξη και κατάρριψη της ατομικής θεωρίας

Η ατομική θεωρία εξελίχθηκε αργότερα στο μοντέλο του σταφιδόψωμου από τον Τζόζεφ Τζον Τόμσον, σύμφωνα με την οποία το άτομο είναι συμπαγές σωματίδιο πάνω στο οποίο προσκολλώνται μικρότερα φορτία. Αργότερα, το πείραμα του Ράδερφορντ τον οδήγησε να υποθέσει ότι το άτομο δεν είναι αδιαίρετο, αλλά απαρτίζεται τουλάχιστον από δύο περιοχές, τον πυρήνα και την περιοχή των ηλεκτρονίων.

Το άτομο πλέον απέκτησε μία συγκεκριμένη έννοια, για τους φυσικούς δε σημαίνει το αδιαίρετο σωματίδιο, αλλά το μικρότερο δυνατό σωματίδιο ενός χημικού στοιχείου το οποίο διατηρεί χημικές ιδιότητες. Έτσι, καταρρίφθηκε η άποψη ότι τα άτομα ήταν αδιαίρετα. Ωστόσο, αυτό δε σήμανε και των ατομικών ιδεών, αφού τη θέση των αδιαίρετων σωματιδίων πήραν πλέον τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Έτσι, αναπτύχθηκε ένας κλάδος της φυσικής ο οποίος μελετά τη σωματιδιακή συγκρότηση της ύλης, η σωματιδιακή φυσική. Πλέον ο κλάδος της σωματιδιακής φυσικής έχει εξελιχθεί και γνωρίζουμε ότι τα νετρόνια και τα πρωτόνια αποτελούνται και αυτά από στοιχειώδη σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ, ενώ χάρη στην κβαντομηχανική και την ειδική σχετικότητα, μπορούμε να προβλέψουμε και να δημιουργήσουμε καινούρια στοιχειώδη σωματίδια, σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο.

Παρουσίαση της ατομικής θεωρίας

Κάθε ατομική θεωρία γενικά στηρίζεται στις εξής αρχές:
Κάθε σώμα απαρτίζεται από στοιχειώδη αδιαίρετα σωματίδια.
Τα στοιχειώδη σωματίδια ενός σώματος μπορεί να είναι του ίδιου είδους ή διαφορετικού. Οι αναλογίες τους επηρεάζουν τη συμπεριφορά του σώματος.
Τα αδιαίρετα σωματίδια δε δημιουργούνται, δεν καταστρέφονται, δεν αλλάζουν.
Η κίνηση των αδιαίρετων σωματιδίων είναι αιτιοκρατική.

Η τελευταία αρχή είναι πολύ σημαντική, γιατί θεωρητικά, αν γνωρίζουμε την κίνηση των στοιχειωδών σωματιδίων μπορούμε να προβλέψουμε τη συμπεριφορά των σωμάτων, άρα και την εξέλιξη του σύμπαντος γενικά. Αυτός είναι ο λόγος που η κοσμολογία, ως κλάδος της φυσικής, στηρίζεται στη σωματιδιακή φυσική.

Δείτε επίσης 
Δημόκριτος
Λεύκιππος (φιλόσοφος)
άτομο

Παραπομπές

Βιβλιογραφία
J. Burnet, Η αυγή της ελληνικής φιλοσοφίας, ελλ. μτφρ. Α. Βαγενά, Αθήνα (χωρίς χρονολογική ένδειξη).
ΚRS = G. S. Kirk – J. E. Raven – M. Schofield, Οι προσωκρατικοί φιλόσοφοι, ελλ. μτφρ. Δ. Κούρτοβικ, Αθήνα 1990.

Ατομική φυσική
Στατιστική μηχανική