Želio bih znati malo više o atomima, otkriću zračenja ili izobarima.

Ime i prezime: Ivan Marijanović marijanovic@vip.hr

 

Ako želiš više znati o ovim temama zaleti se u knjižnicu u gimnaziji i posudi (ili pokušaj pronaći) slijedeće knjige:
I. Filipović, S. Lipanović, Opća i anorganska kemija, Školska knjiga, 1991.
M. Herak et al., Osnove fizikalne kemije, Školska knjiga (izlazi u mnogo izdanja od 1974.).
Lj. Kovačević, I Žugaj, Kemijski elementi, Media sci, Zagreb, 1996.
Za posljednju nisam siguran, ali prve dvije knjižnica posjeduje. Barem ih je imala kad sam ja išao tamo u školu. :-)
U tim ćeš knjigama naći mnogo informacija iz svijeta atoma, ali nam se javi opet ako negdje zapneš.

Odgovorio: Kristijan A. Kovač   kkovac@chem.pmf.hr

<-- Povratak

 

Uz osnovnu, standardnu udžbeničku, literaturu koju ti je Kiki preporučio, ja bih ti ipak ocrtao povijest istraživanja mikrokozmosa ukratko, tek iznoseći i meni najzanimljivije, a možda i neke u literaturi rjeđe spominjane, pojedinosti te preporučio onu nestandardnu udžbeničku i neudžbeničku literaturu, najljepšu, a nadam se i tebi dostupnu.

Kad sam polazio prvi razred gimnazije, kao ti sad, počeo sam čitati znanstvene knjige iz mnogih područja, pa tako i fizike (kemije); nakon nekoliko knjiga o tzv. klasičnoj fizici počeo sam se pitati o onim apstrakcijama na satovima kemije - atomima, molekulama, ionima, ..., sveobuzimajuća želja vukla me utažavanju gladi: tražio sam knjige odgovora. Tako je ispalo da sam prije naučio osnove specijalne teorije relativnosti, nego Newtonovu mehaniku, prije ušao u zemlju elementarnih čestica i upoznao se s vladarom - kvantnom teorijom - negoli pravo proučio optiku, elektromagnetizam i termodinamiku, ... Danas mi se čini da je to nestrpljenje i bezbrižno tumaranje više opčinjujućim krajolicima urodilo plodom boljeg poznavanja klasike - klasične fizike. Kvantna teorija i teorija relativnosti, dvije temeljne teorije fizike danas, svojim bježanjem od tzv. zdravog razuma, maštovitošću i nemogućim predviđanjima hvataju na prepad, a veliki je BOHR i rekao kako onaj koji se nad kvantnom mehanikom nije začudio, nikad ju pravo nije ni razumio. Ti, već postavljajući pitanje o pobližem upoznavanju sa svijetom atoma, pokazuješ da ti riječi srednjoškolskog profesora nisu svetinja koju treba progutati pa što bilo - a to je jedini put u stjecanju pravog znanja: uvijek htjeti bolje, više, propitivati svačije riječi, nikomu apsolutno ne vjerovati.

Davnašnje trke u rješavanju nekih glavnih pitanja u čovjekovom proboju za spoznajom: kad je Svemir počeo i kako, a najgore zašto, što je bilo prije Početka, ako je uopće bilo "prije početka", možemo li putovati kroz vrijeme - u budućnost, i prošlost - kako nastaju zvijezde, planeti, život, um, ima li života još negdje u Univerzumu, kako izliječiti vjekovima neizlječive bolesti, mogu li kirurzi biti tako mali da stanu u naše žile pa tamo izravno vrše potrebne popravke - nanotehnološka utrka - mogu li strojevi misliti, što je um, što život, Svemir, stvarnost, ... danas su možda u završnici, bar neke, i to ponajvećma zahvaljujući arhitektima i arhitekturi teorija mikrosvijeta. Biblijske istine polako su podvrgavane sve ozbiljnijem istraživanju - nekad izjavne rečenice sada su upitne. Heretičke zamisli potječu od filozofa - skeptika (vječnih sumnjala) - znanstvenika i slobodnih mislilaca. "Znanost još nije napisala svetu knjigu." - kazao je jedan od arhitekata kvantne teorije, Werner Karl Heisenberg. I nikad neće! Ne samo da je uspjela objasniti dotad neobjašnjivo, predvidjeti dotad nepredvidivo, omogućiti novine tehnologiji, kvantna teorija preokrenula je osnovne filozofske stavove, kojima je već prijetilo dogmatiziranje. (O povijesti, filozofiji i utjecaju kvantne teorije na druga područja ljudskog mišljenja pročitaj u tekstovima jednog našeg sudionika njene izgradnje, akademika Ivana Supeka, u nekoliko brojeva časopisa "Priroda", pod naslovom "Sto godina kvantne teorije", godina objavljivanja, mislim, 2001., te u knjizi istog autora, "Na prekretnici milenija", izašloj 2001.)

Plah karakter, Planck, ulazeći u predavaonicu punu naboranijih čela no što je bilo njegovo još uvijek se koprcao u uzama sumnje u svoju jednadžbu, ipak, istupio je pred masu uglednika tog berlinskog četrnaestog prosinca 1900. "Jedan trik pri računu!" - usklik po svršetku izlaganja, "trik" koji će biti proglašen početkom nove ere znanosti, osvanule pred početak stoljeća mišlju poletnijeg, tehnički razmahanijeg, u budućnost iskoračenijeg, Providnošću nadahnutijeg, kozmički većeg, krvlju natopljenijeg, grijehom oskvrnutijeg, Đavlom opsjednutijeg od bilo kojeg prošlog, stoljeća dokrajčenog (?). Trebalo je objasniti spektar zračenja crnog tijela, što su klasičari pokušali i promašili, i Max Karl Ernst Ludwig Planck je to učinio, odgovor je bio: E = h f. Mislilo se da će atomi u nedogled emitirati zračenje bilo kojih energija, a eksperimenti su pokazivali drugačije: energija zračenja ovisi tek o frekvenciji njegovoj i poprima točno određene vrijednosti za spektar nekog atoma, baš kao što reče Planck. Svaki atom svoj spektar ima, različit od onog što ga susjed ima. Ova ideja nije nova, ta elementi su otkrivani kroz dobar dio 19. stoljeća (fizičar Robert Gustav Kirchhoff, kemičar Bunsen) baš na temelju te istine, pa se i čitava grana nauke razvila samo u tu svrhu - spektroskopija - analize spektara različitih atoma, no nije se moglo objasniti zašto ti spektri nisu kontinuirani (neprekinuti) poput onih dobivenih lomom bijele svjetlosti na Newtonovoj prizmi. Spektri su linijski - isprekidani - linije neke frekvencije odvojene su tamnim područjem. Spektri su govor atoma, a govore: zračenje emitiramo isprekidano jer emitiramo samo na određenim frekvencijama (poput radiopostaje koja emitira svoje programe na točno određenim frekvencijama, a ne svim), jednako tako, zračenje apsorbiramo samo na određenim frekvencijama, ne svim zamislivim, i to upravo onim na kojima emitiramo, a sve prema Planckovu zakonu zračenja, to sve znači da mi poslujemo s energijom u prekidima, znači uzimamo i dajemo samo one porcije koje možemo probaviti. Kad je slavni francuski matematičar, fizičar, astronom i filozof Jules Henri Poincare čuo za Planckovo otkriće diskontinuiranosti energije, odmah je zaključio još jednu prevažnu istinu, ta diskontinuiranost znači nedeterminiranost prirodnih procesa (barem onih na mikrorazini) - znači nemogućnost predviđanja kada će se i zašto neki proces, poput emisije zračenja od strane atoma, dogoditi, što u fiziku i znanost općenito snažnije uvodi pojam slučajnosti - slučajnih procesa. Dakle, naša su predviđanja ograničena, naše znanje nužno nepotpuno. Još je ostalo nejasno kad atom uopće emitira i apsorbira svjetlost - prema Rutherfordovu modelu atoma, elektroni kružeći u orbitama oko jezgre poput planeta oko Sunca stalno emitiraju zračenje, no to je u protuslovlju s Maxwellovom teorijom prema kojoj bi takav elektron izgubivši na energiji na kraju završio na jezgri, pa ne bi postojao niti jedan atom u stanju u kakvom zaistinu postoje. Atomi kao stabilne čestice postoje kao sustavi jezgre i oko nje obilazećih elektrona. Ovu istinu objasnio je tek Niels Henrik David Bohr svojim postulatima: 1. atomi se nalaze u različitim stacionarnim stanjima, stanjima određene energije, prvo takvo stanje, ono najniže energije, naziva se osnovnim, a sva ostala nazivaju se pobuđenim, prvo pobuđeno ono je odmah iznad osnovnog, 2. atomi pri prijelazu iz stanja niže energije u stanje više energije apsorbiraju kvant zračenja (foton) energije jednake razlici energija stanja više energije i stanja niže energije, kvant jednake energije emitiraju atomi pri prijelazu iz odgovarajućeg stanja više energije u odgovarajuće stanje niže energije, i emisija i apsorpcija događaju se samo pri prijelazu atoma iz jednog energijskog stanja u drugo, a ne dok borave u jednom od stacionarnih stanja, 3. procesi emisije i apsorpcije događaju se, kao što je Poincare ispravno zaključio, slučajno. Sad je jasno zašto se elektroni ne urušavaju na jezgru, oni ne zrače stalno, već samo pri skokovima iz višeg stacionarnog stanja u niže, a i onda energiju izvana apsorbiranu pri prijelazu iz nižeg u više stanje, prema tome, atom ima stalan sadržaj energije po elektronu te se ovaj neće urušiti na jezgru. Bohr je dalje razvijao svoj model atoma i našao da i radijusi orbita elektrona u atomu nisu bilo koji, već točno određeni, poput energija, time je uspio pokazati i da je impuls gibanja elektrona točno određen, kvantiziran. Ali Bohrov model bio je ograničen samo na atom vodika, za ostale atome nije davao dobra slaganja s eksperimentalnim podatcima - spektrima. (Osnovni je princip cijele znanosti odgovaranje teorije eksperimentima, a ne obratno eksperimenta teoriji, i kad postoji neslaganje ovih dvaju, proglasit ćemo teoriju, model, nepotpunom ili čak pogrešnom, a ne eksperiment, naravno, ako je eksperiment učinjen savjesno, točno i u okvirima eksperimentalne pogreške, one neizbježne, poput nekih slučajnih oscilacija u mjerenju koje se ni na koji način ne mogu izbjeći.) Bohrov model usavršio je Arnold Sommerfeld, uvevši umjesto kružnih putanja eliptične. No, nije on taj koji će iz temelja potresti naša shvaćanja prirode i dati najbolji model atoma dosad, bila su to dvojica mladića, u ono vrijeme, jedan Sommerfeldov doktorand, već spomenuti Heisenberg, a drugi talentirani Austrijanac Erwin Schroedinger. Ali prije pogleda na njihov put, moramo načas u Francusku, posjetiti jednog markiza. Markiz Louis Victor de Broglie zanimao se za fiziku u slobodno vrijeme kojeg je kao vlastelin imao na pretek. On je neosporan dokaz stava da su mašta i prepoznavanje potencijalno važne ideje mnogo važniji u otkrivanju nove istine od prevelikog znanja već otkrivenih istina, no, kako se znanje gomila, ova misao sve više postaje ovisna o vremenu, jer do ključnih se ideja, sada već u podosta suženim područjima istraživanja, teže dolazi bez opsežnog poznavanja posebnih područja na koja bi se ta ideja odnosila. To je dijelom tragedija odmaka vremena, a ustajalih ljudskih mehanizama spoznaje. De Broglie je baš proučavao Einsteinovu jednadžbu fotoelektričnog učinka, kad mu je sijevnula žaruljica. Albert Einstein, o čijem glavnom otkriću, specijalnoj i općoj teoriji relativnosti, ovdje neće biti većeg spomena (za prvorazredan prikaz preporučujem ti od samog Einsteina popularno štivo "O specijalnoj i općoj teoriji relativnosti", izdano u nas pod naslovom "Moja teorija", te knjižicu Landaua i Rumera "Što je teorija relativnosti"), dao je niz važnih doprinosa kvantnoj teoriji, između ostalog postavio je jednadžbu fotoelektričnog učinka, koju ćeš naći u udžbeniku fizike četvrtog razreda gimnazije, a za koju je dobio Nobelovu nagradu za fiziku 1921. Prema Einsteinu, elektron po apsorpciji kvanta određene energije uspijeva pobjeći iz kristala metala u kojem je vezan, a energijski iznosi dani su Einsteinovom jednadžbom. A što ako bismo samom elektronu pripisali valna svojstva, tj. neka je elektron val, pitao se de Broglie? On je sebi zamišljao elektron kako orbitira po Bohrovim orbitama poput vala u zatvorenoj svirali, koji ima onoliko valnih duljina koliko to određuje opseg kružnice, u slučaju svirale, duljina njezina. Ukupni broj valnih duljina umnožen iznosom valne duljine elektronskog vala bio bi jednak opsegu kružnice po kojoj se kreće dotični elektron. Skupivši svoje ideje u disertaciji i obranivši ju, de Broglie odlazi u posjet još jednom arhitektu kvantne teorije Wolfgangu Pauliju, genijalnom fizičaru, jedinstvenom u generaciji, po Heisenbergovim riječima, ali tada nesposobnom prepoznati genijalnu de Broglieovu ideju. Nimalo obeshrabren, markiz odlazi Schroedingeru koji ga sa zanimanjem sluša i posve ozbiljno shvati te kao rezultat toga razvije svoju jednadžbu kojom je svakom elektronu pripisana uz čestičnu prirodu i valna priroda, elektron je tzv. val materije, slično nazorima de Brogliea, a Schroedingerova jednadžba moćno oruđe u računanju svojstava atoma i različitih od vodikova. U isto vrijeme razvija Heisenberg, pošavši od različitog početka, svoju verziju nove kvantne teorije, tzv. matričnu mehaniku, jer operira s matematičkim objektima zvanima matrice, vrlo efikasnim u rješavanju složenih jednadžbi kakve se javljaju u kvantnoj mehanici, za razliku od Schroedingerove valne mehanike, koja operira s valnim jednadžbama, diferencijalnim jednadžbama, Heisenbergova inačica operira s algebarskim jednadžbama, onima koje učimo u srednjoj školi. Sva ova otkrića nastaju u razmaku od nekoliko godina, dvadesetih godina dvadesetog stoljeća. De Broglie će na kraju dobiti za svoju jednadžbu valnočestičnih svojstava svake čestice, i općenito dijela materije, Nobelovu nagradu nakon eksperimentalnih potvrda u pokusu elektronske difrakcije, rasapa, na kristalima izvedenom između ostalih od sina slavnog Josepha Johna Thompsona, Georgea Pageta. (Tako je 1895. J. J. otkrivši elektron dokazao njegovu čestičnu prirodu, zrnce materije, a sin mu pokazuje valna svojstva elektronskih zraka.) No jedno svojstvo elektrona ostaje neobjašnjeno Schroedingerovom jednadžbom, spin. Rekli bismo, prema prijevodu te engleske riječi, vrtnja elektrona oko vlastite osi, tako se to svojstvo obično i interpretira duž srednje škole pa i na većini studija, posve pogrešno, pritom! Radi se o svojstvu koje nije lako elementarno objasniti, ali koje svakako predstavlja značajnu komponentu u opisu bića koje zovemo elektron, a i mnogih drugih bića (entiteta). Prvo elementarno objašnjenje, u koje ovdje nećemo ulaziti, dao je legendarni američki fizičar, Nobelovac za fiziku 1965., Richard Phillips Feynman, tek da se zna. Spin je prvi egzaktno jednažbom obuhvatio Englez, predavač na Lucasovoj katedri u Cambridgeu, gdje nekoć Newton govoraše, Paul Adrian Maurice Dirac, za prijatelje Pam Dirac. Dirac je bio jedan od čistih teoretičara, a do otkrića je dolazio, po vlastitim mu riječima, više polazeći od matematičkih razmatranja, negoli eksperimentalnih. Tako je bilo i s Diracovom jednadžbom. Igrao se danima s različitim jednadžbama na svom radnom stolu i pronašao način da uklopi spin u jednadžbu koja opisuje ponašanje elektrona, za to je otkriće zajedno sa Schroedingerom, za vlastito mu, podijelio Nobelovu nagradu za fiziku 1933. Dirac je u jednoj od mnogih šetnji parkom zamislio i posve novu stvarnost - antimateriju. U svijetu sazdanom od antimaterije sve bi bilo nalik onomu materijalnome, s nekim razlikama, npr., sve nabijene čestice imale bi naboj jednakog iznosa kao u materijalnome, ali suprotnog predznaka - elektron bi bio posve nalik materijalnom elektronu, tek bi imao pozitivan jedinični naboj, takav elektron nazvan je pozitronom, a čestice antimaterijalnog svijeta nazvane su općenito antičesticama. Kad je pozitron, pa zatim i ostale antičestice, otkriven Dirac je postao otkrivač slavan poput Magellana, kapetana Cooka ili kojeg drugog pustolova u, tada već mitskim, pothvatima. Danas znamo da postoje u Svemiru mjesta s većim agregatima antimaterije, a vjeruje se da su antičestice nastale uporedo s česticama, tek da je broj čestica nešto nadmašio ukupni broj antičestica, pa je stoga naš svemir materijalan. Kad bismo susreli osobu na bazi antičestica, pri prvom pozdravu dlanom o dlan nestali bismo oboje u mlazu svjetlosti, anihilirali bismo se. Svojim je antisvijetom Dirac dao novo tumačenje još jednom drevnom fenomenu - vakuumu. "Svemir je sazdan samo od atoma i praznog prostora." - govorio je Demokrit, a mnogi mu nevjerovali, a kako i nebi kad nije znao pravo ni što su atomi, ni što vakuum - tek nakon 2000 godina i više, čovjek je pronašao prva donekle uvjerljiva objašnjenja. Vakuum više nije tek prazna kutija u koju utrpavamo atome, on je ispunjen, ispunjen antičesticama. Još je jedno temeljno pitanje na koje ćemo se ovdje osvrnuti, drevno kao i ona o atomima i vakuumu: "Koliko je stvarna stvarnost?" Elektroni, sastojci atomske jezgre (o njima malo kasnije) - protoni i neutroni - atomi, molekule, biljke, životinje, ljudi, zvijezde, ..., koliko su sva ta bića stvarna i što znači to "stvarno"? Odgovor je sadržan u interpretacijama kvantne mehanike. Jednadžbe kvantne teorije omogućavale su izvođenje raznih računa, predviđanje postojanja novih čestica, ..., ali te je jednadžbe tek trebalo razumjeti, što zapravo govore, kakva je fizička slika svijeta koju one grade? Prvu interpretaciju, danas najviše rasprostranjenu, tzv. kopenhagensku interpretaciju, dali su Bohr, Heisenberg, Max Born i drugi. Nazvana je po mjestu održavanja skupa na kojem je prihvaćena od većine znanstvenika, danskom gradu Kopenhagenu, Bohrovom gradu. Glavni je arhitekt, Max Born, predložio da se kvadrat vrijednosti valne funkcije uzme kao osnovna veličina u opisu atomskog i subatomskog svijeta. To je zapravo vjerojatnost nalaženja čestice u promatranom prostoru, otad se ne govori više o putanji čestice u prostoru, niti o valovima materije de Brogliea i Schroedingera (koji s tim izbacivanjem nisu bili zadovoljni, pa je Schroedinger čak zauvijek napustio istraživanja u kvantnoj teoriji i posvetio se biologiji), već samo o vjerojatnosti da česticu nađemo negdje u neko vrijeme s nekom energijom, dakle, ona ne mora na promatranom mjestu biti, već se može samo pojaviti ili ne pojaviti za što postoji određena vjerojatnost koju možemo izračunati. Takva statistička interpretacija nije se sviđala ni Einsteinu, no upravo je on dao u jednom od mnogih razgovora s Bohrom na jednom od Solvayevih kongresa experimentum crucis kvantne teorije, ključni eksperiment za ovu teoriju, koji je, čini se, Bohr riješio uz neke kasnije dopune od strane drugih istraživača. Pokus je okršten imenom EPR-eksperiment ili imenima njegovih tvoraca Einstein-Podolsky-Rosen (Ivan Supek napisao je znanstveno-fantastični roman, koji se još može naći u knjižarama, "EPR-efekt", eto zgodnog štiva). Bio je to tzv. zamišljeni pokus, tako svojstven Einsteinu, koji je eksperimente radije zamišljao negoli izvodio, naravno da mu je to i dobro išlo. No prije, u dosadašnjim pričama nedostaje dio, važan dio, koji je namjerno izostavljen kako bismo ga smjestili u paketu ovdje. Taj je dijelić možda jedan od rijetkih zakona Svemira koji je općevrijedeći, u kojega posljednjeg treba sumnjati, na koji se uvijek treba pozvati - predstavljamo: Heisenbergovo načelo neodređenosti! Ono je razlog nepostojanju putanje elektrona u atomu (radikalan zaokret s obzirom na pretpostavljene putanje u Bohrovom i Sommerfeldovom, te svim starijim modelima atoma), temelj kopenhagenske interpretacije i bit odgovora na stvarno teško pitanje o stvarnosti. Ako promatramo mikrosvijet, činimo to uvijek pomoću nekih zraka, naravno oku nevidljivih. Uperimo li zamišljeni mikroskop, Heisenbergov mikroskop, na neki elektron u atomu i pokušamo li mu odrediti s velikom sigurnošću položaj i brzinu, nikad to nećemo uspjeti, ma kako usavršili naš mikroskop, ma kojim se postupcima služili, ma na koje se zakone pozivali. Jer, zaoštrimo li točnost određivanja položaja tog elektrona, raste neodređenost u određivanju brzine, i obrnuto, zaoštrimo li točnost određivanja brzine elektrona, raste neodređenost u položaju; slična se razmatranja mogu primjeniti na par veličina, energija elektrona i vrijeme nalaženja elektrona. To slijedi iz svojstava zračenja kojim promatramo, a koja vrijede za sve vrste zračenja. Spominjani parovi veličina zapravo su ključni u određivanju putanje nekog tijela, tj. ako želimo putanju tijela, moramo točno poznavati i jednu i drugu veličinu iz pojedinog para, što je po Heisenbergu nemoguće, pa nema ni putanje mikročestica. (Putanje makrotijela mogu se odrediti jer su ona toliko veća i masivnija da im neodređenosti u pojedinim veličinama iz određenog para veličina ne smetaju pri nalaženju dosta sigurne putanje.) Dakle, Heisenbergovo načelo neodređenosti ima većeg smisla primjenjivati samo u mikrokozmosu, slično kao što ima smisla govoriti o dilataciji (produljivanju) vremena i kontrakciji (skraćivanju) duljina samo pri brzinama dosta bliskima brzini svjetlosti (kao što uči specijalna teorija relativnosti). Ono je i razlog što linije u linijskim spektrima nisu linije - crte - već pruge - plohe, a kako fizičke veličine uzima uz svojstvenu im neodređenost, jasno je zašto je u temeljima kopenhagenske interpretacije. A sad odgovor na stvarno teško pitanje. Do pojave kvantne mehanike, filozofi su, a i znanstvenici, smatrali da je objekt istraživanja odvojiv od subjekta koji ga istražuje, što prevedeno na žargon svagdašnjice kaže, ja koji razmišljam hoću li pojesti jabuku ili ne mogu u razmišljanju i skončati, a da jabuka i bez mene ostane visjeti na stablu ili tako nešto, uvijek znam da ni na koji način moje razmišljanje ne utječe na jabuku, niti ona kao objekt razmišljanja na mene (osim što me mami zanosnom bojom i lijepim mirisom, no to nije utjecaj o kojem ovdje govorimo). Eh, to se od Heisenbergova otkrića načela mu promijenilo, kako vidjesmo, jer moj mikroskop utječe na elektron, tako da ga mijenja, bitno mijenja. Novo stanje svijesti o još jednom prastarom problemu odnos objekt-subjekt, duša-tijelo, najbolje se može izraziti riječima samog zakonodavca, Heisenberga: "Prirodna znanost ne opisuje samo i objašnjava prirodu; ona je dio uzajamnog djelovanja prirode i nas. To što mi promatramo nije sama priroda, već priroda kakva se otkriva našemu načinu istraživanja." Heisenberg: objekt je neodvojiv od subjekta koji ga istražuje. Einstein je Bohru dao sljedeći problem, ovdje u pojednostavljenoj verziji, koji je onda postao EPR-eksperiment: zamislimo da u nekom kutu Svemira nastane par elektrona, a odmah potom da je jedan prebačen na drugi kraj Svemira. Dva eksperimentatora obavljaju eksperimente, jedan određuje spin elektrona na jednom kraju Svemira, a drugi spin drugog elektrona, na drugom kraju Svemira. Da su oba elektrona na istom mjestu jedan bi pokazivao spin paralelno, a drugi antiparalelno, a isto bi moralo vrijediti i bez obzira na njihovu udaljenost, ako su zakoni fizike svuda isti. No, kako jedan elektron na jednom kraju Svemira zna kako se ponaša onaj drugi miljama daleko? To je srž EPR-eksperimenta. Heisenberg i Bohr odgovaraju: takvo je pitanje besmisleno postaviti, ima jedino smisla postaviti obuhvatniji uređaj kojim će biti moguće mjeriti spin i jednog i drugog elektrona u isti mah, pa onda pitati o orijentaciji njihovih spinova, a ne postavljati dva zasebna uređaja, za dva navodno odvojena elektrona. Znači sve ovisi o eksperimentatoru, što klasična ontologija nikako ne priznaje, kako rekosmo, Einstein bi uporno odvajao objekt od subjekta koji ga istražuje. Stvarnost je onoliko stvarna koliko mi to možemo reći, glasio bi zaključak kopenhagenske škole. Pazi: ovo "možemo" ne smije se čitati kao "hoćemo", pa onda izvesti zaključke o subjektivnosti naše spoznaje i općem relativizmu svih istina, što bi možda bilo previše (no, ništa nikad nije isključeno, pa čak ni George Berkeley, stari engleski filozof koji je tvrdio da je stvaran jedino naš um, a sve stvari postoje tek u njemu). Potegni-povuci postoji oko EPR-a i danas, a posljedice na mnogoštošta su enormne, posebno je tu zanimljiv utjecaj koji, i općenito, ima kvantna mehanika na neuroznanosti, posebno kognitivne znanosti (u toj primjeni kvantne fizike na istraživanje uma prednjači danas slavni kolega Stephena Williama Hawkinga Roger Penrose, vidi knjigu "The Large, The Small, and The Human Brain", Cambridge University Press). Još je jedna vrijednost rasprave o EPR-u, druga interpretacija kvantne fizike, tzv. De Broglie-Bohmova interpretacija, koja se dijelom vraća izvornim de Broglieovim zamislima, i ne uzima kao nužnost statističku pozadinu u svojim tumačenjima, poput kopenhagenske škole. Dao ju je u biti nedavno preminuli veliki engleski fizičar David Bohm na temelju Bohm-Ahronovljevog eksperimenta, o čemu jednom drugom zgodom.

O jezgri. Jezgru je otkrio Lord Ernest Rutherford, koji je zato i postao lordom, čuvenim pokusom raspršenja alfa-zraka na tankim listićima metala, pri čemu je uočio da većina zraka prolazi neometano kroz listić, dok neke mijenjaju kut prolaženja. Zaključak: metal je većinom šupalj, ali postoje grudice materije koje jače ili slabije odbijaju alfa-čestice - te je grudice Rutherford nazvao atomskim jezgrama, i zamislio potom svoj, ovdje već spomenuti, model atoma u kojemu elektroni orbitiraju poput planeta jezgru - svoje Sunce. Rutherford je inače i otkrivač alfa-zraka, poslije ustanovljenih kao struje jezgara helija. Još je J. J. utvrdio da su ß-zrake brzi elektroni, a gama-zrake otkriva Paul Villard, kao elektromagnetsko zračenje vrlo malih valnih duljina, time velike energije, tzv. tvrdo zračenje, te zrake zaustavlja jedino olovni blok. Ali, za priču o zračenjima i radioaktivnosti, prirodnoj nakani nekih jezgara da emitiraju jednu ili više od gore navedenih vrsta zraka, valja skoknuti opet u Francusku i upoznati Curiejeve. La femme, Madamme Curie, postala je ikona žene u znanosti; hrabra, nepokolebljiva istraživačica najdubljih tajni prirode, majka, supruga, prva profesorica na Sorbonni i prva akademkinja, nobelovka, od majstora Einsteina ocijenjena kao jedna od rijetkih osoba koju slava nije pokvarila. U Francusku je došla na studije kao siromašna Poljakinja Sklodowska željna znanja. Za doktorat panično traži temu, čini joj se, sve je već riješeno, i nalazi ju u istraživanju čudnih zraka svojeg učitelja Becquerrela koje je emitirala neka sol urana. Rano upoznaje, od nje dosta starijeg muža, Pierrea Curiea s kojim nastavlja istraživanja. Nakon nebrojenih noći mučnog prečišćavanja uranove rudače, izolira novi element, izvor mističnih zraka - radij kojega je i okrstila, a nadjenula je ime i fenomenu - radioaktivnost (Becquerrel je poslije znao govoriti kako ne zna je li Marie bolja fizičarka ili jezičarka). Poslije su ona i muž otkrili i element polonij, kojeg je prozvala prema rodnoj joj Poljskoj. Za svoja istraživanja podijelili su supružnici Curie i Henri Antoine Becquerrel Nobelovu nagradu. Povijest se u obitelji Curie zaista ponavlja jer godinama poslije jedna od dviju kćeri im, Irene, podijelit će sa svojim suprugom Frederickom Joliotom Nobelovu nagradu također za rad na radioaktivnosti - ovaj put umjetno potaknutoj. Lord Ernest zajedno je s kemičarom Frederickom Soddyjem postavio zakon radioaktivnog raspada, a Soddy je odgovoran i za otkriće izotopa i novu definiciju kemijskog elementa. Istraživanja su nastavljena i ubrzo je otkriveno da uz proton jezgra sadrži i neutron, otkrio ga je James Chadwick: jezgra ima strukturu! Sva ta saznanja iskorištena su u primjeni ovako: prvo je tipični Talijan Enrico Fermi prenagljeno izjavio da je otkrio način da se atom "razbije" i to i lančano - lančana nuklearna reakcija cijepanja atoma naziva se fisija, zapravo fisiju su otkrili Otto Hahn i Fritz Strassmann, nećak još jedne slavne fizičarke Lise Meitner, no to nije spriječilo Fermija da prvi načini fisijski reaktor - ostvari prvu kontroliranu lančanu reakciju fisije u svrhe dobivanja energije, učini on to ispod tribina čikaškog stadiona. Sve ovo nužno je nekamo vodilo, na žalost u propast, propast čovjeka i iznevjerenje nekih njegovih ideala - II. svjetski rat ubrzo će osloboditi fisijsku aždaju u liku atomske bombe, ispuštene na dva napučena grada, jer je nad predodređenim ciljem bilo tih dana oblačno. I, premda je sve počelo u namjeri da se stvori tek ravnotežna prijetnja Hitlerovom mogućem ostvarenju iste napasti, na nagovor najpravednijih među znanstvenicima, Einstein, Bohr, nije zaustavljeno, nije nikad zaustavljeno! Vođa američkog projekta gradnje A-bombe Julius Robert Oppenheimer, briljantni fizičar, plodan u mnogim područjima fizike, na kraju je istupio iz projekta po viđenju Smrti, samog sebe okrstivši Smrću (ponovio je hindusku misao: "Postah Smrt, uništavatelj svjetova."). Na dužnost gradnje još gore nemani - hidrogenske bombe, koja funkcionira na temelju fuzije (spajanja) lakih jezgara, slično procesima na Suncu i zvijezdama, koje je objasnio Hans Albrecht Bethe, također pionir kvantne mehanike, došao je sam Đavolji šegrt, kako ga je Supek nazvao, Edward Teller, američki fizičar, mađarski Židov, koji će poslije glumca na dužnosti predsjednika SAD-a, Ronalda Regana, nagovarati na izgradnju proturaketnog sustava, posve neprovedivog, kako su ga ocijenili mnogi drugi ugledni znanstvenici, i posve ludog=prirodnog nastavka hladnog rata - nemogući rat zvijezda, ustvari. O atomskoj jezgri pročitaj u sjajnoj knjizi profesora Vladimira Paara, "Što se zbiva u atomskoj jezgri?". Nuklearna je fizika, dakle, opasna?

Fizika danas poznaje na stotine tzv. elementarnih čestica, atom je odavno prestao biti temeljna cigla Svemira, a najimpresivnije je u toj, tek prividnoj, zbrci što mnoge otvaraju vlastitu strukturu. Proton i neutron imaju strukturu - građeni su od po tri kvarka. Kvarkovi su već neki kandidati za temeljne opeke uz tzv. leptone - tipa elektrona, nevolja je s njima što se, čini se, ne daju izolirati same za se - oni su u tzv. confined stanju (engl. svezanom, zatočenom). Fizika elementarnih čestica raspolaže dvama osnovnim teorijama - kvantnom elektrodinamikom i kvantnom kromodinamikom, potonja se bavi kvarkovima; prvu je završio, između ostalih, već spomenuti Richard Phillips Feynman (o ovom doista pravom znanstveniku, koji ide u one otkačene, pročitaj u mom članku u časopisu "Priroda", rujanski broj ove godine), a zadnju je utemeljio kolega mu na sveučilištu Murray Gell-Mann. Fizičari danas tragaju za česticom koja bi im omogućila ujedinjenje temeljnih sila prirode - gravitacijske, elektro-slabe (ova je očito produkt ujedinjenja dviju, elektromagnetske i slabe nuklearne, teoretičari koji su ga proveli: Steven Weinberg, čiju ti super knjigu "U traganju za konačnom teorijom" preporučujem, Abdus Salam, čiju ti također super knjigu "Ujedinjenje temeljnih sila prirode" također preporučujem i Sheldon Glashaw, podijelili su sva trojica Nobelovu nagradu za fiziku 1979.) te jake nuklearne sile. Čestica je dobila značajno ime "Božja čestica", jedan od glavnih eksperimentatora u utrci je Leon Lederman, čiju ti knjigu u suradnji s Dickom Teresijem "Božja čestica - Ako je Svemir odgovor, što je pitanje?" preporučujem, jedna je to od najboljih popularnoznanstvenih knjiga ikad napisanih. Konačna teorija san je i kozmologa kova Stephena Williama Hawkinga, velikog maga crnih rupa, njegove knjige preporučujem ti u popisu literature. A ovdje negdje mogli bismo i stati s fizikom čestica, jer to je ipak neko drugo pitanje, uz tvoje tek ovaj osvrt i preporuka za čitanje.

Za kraj, što bismo da nije atoma, te najgenijalnije igračke na svijetu, kako kaže Josteein Gaarder u svojem romanu o filozofiji "Sofijin svijet" (koji ne bi škodilo da pročitaš, ako već nisi), evo Feynmanove misli o tom pitanju: "If, in some cataclysm, all of scientific knowledge were to be destroyed, and only one sentence passed on to the next generations of creatures, what statement would contain the most information in the fewest words? I believe it is the atomic hypothesis (or the atomic fact, or whatever you wish to call it) that all things are made of atoms – little particles that move around in perpetual motion, attracting each other when they are a little distance apart, but repelling upon being squezeed into one another. In that one sentence, you will see, there is an enormous amount of information about the world, if just a little imagination and thinking are applied."

Extra popis literature:

1. Ivan Supek, Povijest fizike
2. Werner Braunbek, Izumioci potresaju svijet, nešto starija knjiga, ali najbolja mi poznata, i romansirana, povijest otkrića moderne fizike prve polovine 20. st.
3. Ivan Supek, Nova fizika, nešto starija knjiga
4. David Filkin, Svemir Stephena Hawkinga, uz istoimenu TV seriju
5. Richard Phillips Feynman, Osobitosti fizikalnih zakona
6. Leonid I. Ponomarev, Kvantna kocka
7. Stephen William Hawking, Kratka povijest vremena - Od crnih jama do Velikog praska
8. Stephen William Hawking, Budućnost Svemira i drugi eseji
9. Steven Weinberg, Prve tri minute Svemira

Sve knjige bez neke posebne napomene novija su izdanja i lako se mogu naći u gotovo svim knjižnicama i knjižarama, sve knjige kojih su naslovi na hrvatskom jeziku, izdane su na hrvatskom, a one kojih su naslovi na engleskom izdane su zasada samo na engleskom, mogu se lako naručiti u zagrebačkoj knjižari "Algoritam". Eto, toliko!

Odgovorio: Marko Grba  

<-- Povratak

 
Postavite pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika.

copyright 1999-2000 e_škola_________kemija