Cosa hanno in comune, un filosofo greco, e un Quacchero del XIX secolo, con scienziati vincitori del Premio Nobel? Sebbene siano separati da più di 2400 anni di storia, ognuno di essi ha contribuito a rispondere all'eterna domanda: di cosa sono fatte le cose?
Era circa il 440 a.C. quando Democrito per primo propose che qualunque cosa nel mondo fosse fatta di piccole particelle circondate dal vuoto. E ipotizzò inoltre che variassero in forma e dimensioni in base alla sostanza che vanno a formare. Chiamò queste particelle "atomi", dal Greco, indivisibile.
Le sue idee erano in contrasto con i più famosi filosofi del IV a.C.. Aristotele, per esempio, dissentì, affermando invece, che la materia era composta da quattro elementi: terra, aria, acqua, e fuoco, e più tardi gli scienziati seguirono l'esempio.
Gli atomi rimasero dimenticati fino al 1808, finché un Quacchero di nome John Dalton contestò la teoria Aristotelica. Mentre l'atomismo di Democrito era puramente teorico, Dalton dimostrò che le sostanze comuni si scompongono sempre negli stessi elementi e nelle stesse proporzioni. Concluse che i vari composti erano combinazioni di atomi di elementi diversi, ciascuno di particolare dimensione e massa che non possono né essere creati, nè distrutti. Anche se ricevette molte onorificenze, Dalton visse modestamente fino alla fine dei suoi giorni.
La teoria atomica era ora accettata dalla comunità scientifica, ma il prossimo grande passo non sarebbe venuto fino quasi un secolo più tardi con il fisico J.J. Thompson che nel 1897 scoprì l’elettrone. In quello che potremmo definire il modello del biscotto al cioccolato, dimostrò come gli atomi fossero sfere riempite uniformemente di materia positiva riempite di elettroni carichi negativamente. Thompson vinse il Premio Nobel nel 1906 per la sua scoperta dell’elettrone, ma il suo modello dell'atomo non restò a lungo.
Questo perché gli capitò di avere alcuni studenti piuttosto intelligenti, tra cui un certo Ernest Rutherford, che sarebbe diventato noto come il padre dell'era nucleare. Studiando gli effetti dei raggi X sui gas, Rutherford decise di investigare gli atomi da più vicino sparando particelle alfa caricate positivamente attraverso una lamina d'oro
Sotto il modello di Thompson, l'atomo disperde un filo di carica positiva non sufficiente per deviare le particelle da qualche parte.
L'effetto sarebbe quello di palle da tennis che colpiscono un sottile strato di carta. Ma mentre la maggior parte delle particelle passarono, alcune rimbalzarono indietro, suggerendo che la pellicola fosse più come una spessa rete a maglie larghe. Rutherford concluse che gli atomi sono per lo più spazio vuoto con un po' di elettroni, mentre il più della massa era concentrata nel centro, che chiamò nucleo.
Le particelle alfa passano fra i buchi ma rimbalzano quando trovano il nucleo più denso e carico positivamente.
Ma il modello atomico non era ancora del tutto completo. Nel 1913, un altro studente di Thompson, di nome Niels Bohr ampliò il modello nucleare di Rutherford.
Attingendo a precedenti lavori di Max Planck e Albert Einstein stabilì che gli elettroni orbitano attorno al nucleo a determinate energie e distanze, in grado di passare da un livello all’altro, ma non di esistere fra i livelli. Il modello planetario di Bohr fu essenziale ma presto, incontrò alcune complicazioni.
Gli esperimenti dimostrarono che non sono semplicemente particelle discrete ma gli elettroni si comportano, nello stesso tempo, anche da onde, non essendo confinate in un particolare punto nello spazio. E nel formulare il suo famoso principio di indeterminazione, Werner Heisenberg mostrò l'impossibilità di determinare sia l'esatta posizione che la velocità degli elettroni mentre girano attorno al nucleo dell’atomo L'idea che l'elettrone non possa essere individuato ma che esista all'interno di una serie di possibili posizioni diede luogo al corrente modello quantistico dell’atomo, un'affascinante teoria con una nuova serie di complessità le cui implicazioni devono essere ancora pienamente comprese.