| Indeks
|
|
|
| Źródło
|
|
|
|
Leon Lederman,
Dick Teresi
BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?
Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Pasjans z pierwiastkami |
|
|
| Pasjans z pierwiastkami
|
|
|
| akończmy naszą karkołomną podróż przez ponad dwieście lat chemii spotkaniem z Dymitrem Mendelejewem (1834–1907), urodzonym na Syberii chemikiem odpowiedzialnym za zestawienie układu okresowego pierwiastków. Tablica stanowiła ogromny krok naprzód w dziedzinie klasyfikacji, a jednocześnie wielki postęp na drodze poszukiwań demokrytejskiego atomu.
|
| Mendelejew wiele przeszedł w życiu. Ten dziwny człowiek – zdaje się, że żywił się wyłącznie zsiadłym mlekiem (wypróbowywał jakąś nową koncepcję medyczną) – był bezlitośnie wykpiwany z powodu ułożenia tablicy. Wytrwale bronił swoich studentów z Uniwersytetu Petersburskiego, a gdy u schyłku kariery poparł ich w czasie jakichś protestów, wyrzucono go z pracy.
|
| Możliwe, że gdyby nie studenci, nigdy nie zestawiłby układu okresowego. Kiedy zatrudniono go w katedrze chemii w 1867 roku, Mendelejew nie mógł znaleźć przyzwoitego podręcznika dla swoich słuchaczy. Sam zabrał się więc do pisania. Widział chemię jako „naukę o masie” – znowu pojawia się ten problem masy – i w podręczniku zawarł prosty pomysł porządkowania pierwiastków w zależności od ciężaru atomowego.
|
| Doszedł do tego układając karty. Na osobnych kartkach zapisał symbole pierwiastków wraz z ich ciężarem atomowym i rozmaitymi innymi własnościami (na przykład: sód – aktywny metal, argon – gaz szlachetny). Lubił pasjanse, postawił więc sobie jeden z pierwiastków. Przesuwał karty tak, aby ułożyć je w porządku wzrastających ciężarów atomowych. Odkrył wtedy pewien „rytm”. Podobne własności chemiczne występowały u pierwiastków znajdujących się na co ósmym miejscu. Na przykład lit, sód i potas są chemicznie aktywnymi metalami, a ich pozycje mają numery 3, 11 i 19. Podobnie wodór (1), fluor (9) i chlor (17) są aktywnymi gazami. Mendelejew ułożył więc karty tak, by leżały w ośmiu pionowych kolumnach zawierających pierwiastki o podobnych własnościach.
|
| Zrobił jeszcze jedną nieortodoksyjną rzecz: nie czuł się zobligowany do zapełnienia wszystkich pustych miejsc. Wiedział, że, tak jak w pasjansie, niektóre potrzebne karty kryją się w talonie. Chciał, by można było odczytywać dane nie tylko ukryte w rzędach, ale i w kolumnach tabeli. Jeśli jakieś miejsce wymagało pierwiastka o konkretnych własnościach, a taki pierwiastek nie był znany, to pozostawiał je puste, zamiast na siłę dopasowywać do niego istniejące pierwiastki. Nawet nadawał nazwy tym antycypowanym pierwiastkom za pomocą przedrostka „eka-” (w sanskrycie eka znaczy jeden). Na przykład nazwy eka-glin i eka-krzem otrzymały puste miejsca znajdujące się odpowiednio pod glinem i krzemem.
|
| Te luki w tablicy były jednym z powodów, dla których tak bardzo wyśmiewano Mendelejewa. Ale pięć lat później, w 1875 odkryto gal, który okazał się eka-glinem, ze wszystkimi przewidzianymi przez Mendelejewa własnościami. W 1886 roku odkryto german, który z kolei okazał się eka-krzemem. Ten chemiczny pasjans nie był tak zwariowany, jak się niektórym zdawało.
|
| Jednym z czynników, który umożliwił powstanie tablicy Mendelejewa, był wzrost dokładności, z jaką chemicy mierzyli ciężar atomowy pierwiastków. Mendelejew sam poprawił wartości przypisywane ciężarom atomowym kilku pierwiastków, co nie przysporzyło mu przyjaciół wśród tych ważnych uczonych, których wyniki zakwestionował.
|
| Aż do odkrycia jądra i kwantowych własności atomu nikt nie rozumiał, skąd brała się regularność obserwowana w układzie okresowym. W rzeczy samej, na początku ogarnęło uczonych zniechęcenie na skutek całego tego układu okresowego. Było ponad pięćdziesiąt substancji, zwanych pierwiastkami, podstawowymi składnikami Wszechświata, które z definicji nie podlegały dalszym podziałom. Oznaczało to 50 rodzajów atomów, a liczba ta wkrótce wzrosła do ponad 90. Daleka droga dzieliła nas wtedy od elementarnych cząstek materii. Uczeni patrzący na układ okresowy u schyłku XIX wieku z rozpaczy chyba rwali sobie włosy z głów. Gdzież jest ta prostota i jedność, której poszukiwaliśmy przez ponad dwa tysiące lat? Niemniej porządek, jaki Mendelejew dostrzegł w ogólnym chaosie, zdawał się wskazywać na głębiej ukrytą prostotę. Patrząc retrospektywnie, układ i regularność tablicy okresowej głośno domagały się atomu charakteryzującego się jakimś rodzajem struktury wewnętrznej, o powtarzającej się regularności. Chemicy nie byli jednak jeszcze przygotowani na to, by porzucić koncepcję mówiącą, że ich atomy – wodór, tlen itd. – są niepodzielne. Bardziej skuteczny atak nadszedł z innej strony.
|
| Nie wińmy Mendelejewa za złożoność układu okresowego. On tylko, najlepiej jak potrafił, starał się uporządkować bałagan. Robił to samo, co wszyscy dobrzy uczeni: poszukiwał porządku ukrytego wśród złożoności. Nie doczekał się uznania ze strony kolegów. Nikt mu też nie dał Nagrody Nobla, choć żył jeszcze przez parę lat po jej ufundowaniu. Jedynie jego studenci uhonorowali go najwyższym hołdem, jaki można złożyć nauczycielowi. W 1907 roku grupa studentów uczestniczących w pogrzebie Mendelejewa niosła wysoko nad głowami transparent z układem okresowym. Pozostawił nam po sobie słynną tablicę, którą znaleźć można w każdym laboratorium, w każdej pracowni chemicznej, we wszystkich szkołach świata.
|
|
|
| Śledząc ostatni etap zmiennych kolei losu fizyki klasycznej, przeniesiemy się od badań nad materią i cząstkami z powrotem do badań nad siłami. W tym wypadku będzie to elektryczność. W XIX wieku elektryczność traktowano niemal jak samodzielną dziedzinę nauki.
|
| Elektryczność była tajemniczą siłą i, na pierwszy rzut oka, wydawało się, że nie występuje w przyrodzie, jeśli nie liczyć przerażających błyskawic. Dlatego też badacze musieli uciekać się do „nienaturalnych” sztuczek, by studiować elektryczność. Musieli „wyprodukować” zjawisko, by móc je zbadać. My już zdajemy sobie sprawę z wszechobecności elektryczności. Cała materia jest z natury swej elektryczna. Proszę to mieć na uwadze, gdy dojdziemy do czasów współczesnych, gdzie będziemy omawiać egzotyczne cząstki „produkowane” w akceleratorach. W XIX wieku elektryczność była tak samo egzotyczna, jak obecnie kwarki. Dziś elektryczność towarzyszy nam na każdym kroku, co stanowi jeszcze jeden dowód na to, jak dalece ludzie potrafią modyfikować swoje środowisko.
|
| W tym wczesnym okresie było wielu bohaterów elektryczności i magnetyzmu. Niektórzy pozostawili swoje nazwisko rozmaitym jednostkom miar fizycznych. Należy do nich Charles Augustin de Coulomb (jednostka ładunku elektrycznego), André Marie Ampère (natężenie prądu), Georg Ohm (opór elektryczny), James Watt (moc) i James Joule (praca, energia i ilość ciepła). Luigi Galvani dał nam galwanomierz, urządzenie do mierzenia prądu, a Alessandro Volta – wolt, jednostkę napięcia elektrycznego. Podobnie Carl Friedrich Gauss, Hans Christian Oersted i Wilhelm Weber odcisnęli swoje piętno i ich nazwiskami oznaczono wielkości elektryczne wprowadzone tylko po to, by wzbudzać przerażenie i nienawiść u studentów inżynierii elektrycznej. Jedynie Benjamin Franklin, pomimo znacznych zasług, nie zdołał się uwiecznić w żadnej jednostce. Biedny Ben! No cóż, na pocieszenie ma portret na studolarowych banknotach.
|
| Franklin zauważył, że są dwa rodzaje elektryczności. Mógł jeden z nich nazwać Joe, a drugi Moe, ale zamiast tego zdecydował się na plus (+) i minus (–). To Franklin nazwał „ładunkiem elektrycznym” ilość elektryczności, powiedzmy ujemnej, zgromadzonej na jakimś obiekcie. Wprowadził też pojęcie zachowania ładunku, mówiące, że jeśli elektryczność przenoszona jest z jednego ciała na drugie, to całkowity ładunek musi w sumie dawać zero. Jednak wśród tych wszystkich uczonych prawdziwymi gigantami byli dwaj Anglicy: Michael Faraday i James Clerk Maxwell.
|
|
| |
|
