Более конкретно: откуда известно, что в атомах кремния 28 нуклонов, 14 протонов и нейтронов и 12 электронов, которые еще разбросаны по электронным энергетическим уровням как 2:8:4? Откуда такие подробности? Или это все гипотетически? И еще - каким образом без возможности увидеть атомы узнают химический состав веществ? Тот же песок - откуда известно, что он состоит из кремния и кислорода SiO2?
Если кратко, - все эти количественные величины являются лишь квантовыми числами.
Т.е. они выражают не количество тех или иных составляющих элементов, а правила соотношений количества вещества в химических и физических реакциях. Иначе говоря соотношениями этих чисел и законами их сохранения задаются допустимые/недопустимые реакции. Отсюда и источник их обнаружения - наблюдения за пропорциями вещества в реакциях.
В физике элементарных частиц это выявление статистики распадов ядер и коротко живущих частиц, которая так же представляет собой определенные пропорции вероятностей направлений распада. Вот из всех этих кратностей и пропорций, которые строго закономерны, и получают соответствующие числа, которые интерпретируют как количество составляющих элементов.
-
Еще со времен античных греков считалось, что все возможные вещества состоят из некоторого ограниченного числа элементарных веществ (субстанций). Вот и химики с самого зарождения химии искали эти элементарные вещества, полагая, (опять же следуя идеям греков) что эти элементарные вещества состоят из атомов. Тем более, что к тому времени уже было проведено несколько опытов (сжатие газов, закон кратных отношений), результаты которых объяснялись с привлечением гипотезы атомов. Закон кратных отношений говорил о соотношениях объемов или масс участвующих в реакции элементарных веществ. И эти соотношения сводились к соотношениям целых чисел. Благодаря им химики стали записывать формулы более сложных веществ.
Однако при этом было обнаружено несоответствие исходных объемов элементарных веществ конечному. Эту проблему решил А.Авогадро, предположив, что все вещества в том числе и элементарные состоят не из атомов, а из их комплексов - молекул. В результате все соотношения объемов участвующих в реакции веществ полностью согласовались между собой.
Следующим шагом было формулирование понятия валентности (степени окисления), которое напрямую связано с химическими формулами веществ. Оно определяло количество возможных химических связей каждого атома. Именно на основе валентностей атомов и их масс была построена периодическая таблица Менделеева. Которая в свою очередь, хоть и основывалась на атомных массах и химических свойствах элементов, подспудно проявила периодизацию элементов согласно зарядам их ядер и электронных оболочек. Но это уже относилось к компетенции физики.
С рождением квантовой физики для объяснения спектров разных химических элементов Н.Бор был вынужден выдвинуть гипотезу энергетических уровней электронов в атоме. И как оказалось она прекрасно легла на структуру периодов таблицы Менделеева. В это же время была установлена связь номера элемента в таблице с зарядом ядра. А следствием этого при явной разнице между зарядом и массой ядра появилась гипотеза о нейтроне.
Таким образом мы видим, что все количественные соотношения между собой атомов в молекулах и электронов с протонами и нейтронами в атоме есть результат косвенных наблюдений за химическими и физическими (излучение фотонов и распад ядер) реакциями. И самое удивительное, что во всех случаях эти соотношения приводились к соотношениям целых чисел. Что напрямую указывало на дискретную/квантовую природу как в химических, так и в физических процессах. Разумеется самым простым и уже традиционным решением было рассматривать эти целые числа как проявление дискретности вещества, т.е. разного рода частицами.
Однако если на все это взглянуть с точки зрения квантовой теории, то становится понятно, что в обоих случаях это всего лишь арифметика квантовых чисел характеризующая определенные законы сохранения, т.е. симметрии. Физики уже сомневаются в реальном существовании элементарных частиц, предлагая рассматривать их лишь как удобный аппарат для описания физических процессов. Так же можно взглянуть и на химию, где уже сами атомы можно рассматривать как просто квантовые числа удобные для описания химических процессов. Они не являются элементами вещества, они элементы молекул и кристаллов.
Можно провести интересную аналогию между химическими элементами, элементарными частицами и языком. Атомы, как и элементарные частицы (кварки с электронами и калибровочными бозонами) можно сравнить с буквами. Как буквы в языке не несут никакого семантического значения, а являются лишь знаками, атомы являются буквами в химических формулах, а элементарные частицы - буквами в физических. И те и другие по сути являются просто названиями квантовых чисел. (В стандартной модели даже существует проблема с массой элементарных частиц, для решения которой и придумали бозон Хиггса).
В свою очередь из этих "букв" составляются "слова" - молекулы и составные субатомные частицы соответственно. Как слова в языке являются минимальными единицами текста, так и молекулы минимальными частицами вещества, а субатомные частицы минимальными носителями массы (которая возникает как результат связывания энергии взаимодействия входящих в них элементарных частиц).
И наконец из "слов" можно составлять неограниченное многообразие "предложений" и "текстов". Из молекул неограниченное многообразие физических тел и живых клеток. А из субатомных частиц - атомов. И те и другие в свою очередь становятся "буквами" для нового уровня.
Так что я убежден, что гипотеза физического существования атомов, как и элементарных частиц излишня. Достаточно рассматривать их как квантовые числа в математике описания законов регулирующих химические и физические реакции.
это скорее трогать атомы, чем видеть