Amerikai Magyar Szó, 1961. július-december (10. évfolyam, 28-52. szám)
1961-12-28 / 52. szám
tAJudbormxxruf ás technika AZ ATOMELMÉLET TÖRTÉNETÉBŐL Napjainkat gyakran atomkorszaknak nevezik. Valójában még csak az atomkorszak hajnalához érkeztünk: az emberiség most teszi az első lépéseket az atomban (pontosabban: az atommagban) rejlő hatalmas energiatartalékok felhasználása felé. Tekintsük át az atomról szerzett emberi ismeretek történetét, hogy megértsük, miért volt oly hosz- szu e hajnalhasadásig terjedő időszak, hiszen —• úgymond — Démokritosz már 2500 évvel ezelőtt is “tudta”, hogy az anyag atomos szerkezetű. Természetfilozófia és természettudomány Mindenekelőtt tisztázzuk: tudta-e csakugyan Démokritosz, hogy az anyag atomokból áll? Erre tagadólag kell válaszolnunk. A “nevptő bölcs”- nek ez az állítása nagyrészt csak sejtésen alapuló természetfilozófiai hipotézis, feltételezés volt. A természetfilozófiai s természettudományos elméletet az különbözteti meg egymástól, hogy az előbbi esetében még lehetőség sincs a szóban forgó elméleti álláspont kísérleti, gyakorlati ellenőrzésére. Démokritosz korában tennészetesen még nem volt mód az anyag atomos szerkezetének kísérleti kimutatására, atomelmélete mégis tartalmaz olyan mozzanatokat, amelyek a későbbi természettudományos fejlődés alapjának tekinthetők. Ilyen elsősorban az a tétel, hogy a világ legkülönfélébb megnyilvánulásaiban is van valami közös. Démokritosz szerint a világ atomokból és üres térből áll. Az atomok oszthatatlanok és nem érzékelhetők. Nagyságuk, alakjuk, helyzetük és térbeli elrendeződésük szerint különböznek egymástól. összekapcsolódásukkal és szétválásukkal hozzák létre a világ sokféle jelenségét, megnyilvánulását. A kémiai atomelmélet Az első természettudományos atomelmélet meg alkotása Dalton angol kémikus nevéhez fűződik. A kapitalizmus virágzása idején a termelés nagy ütemben fejlődött, s ennek következtében a technika egyre alaposabb anyagismeretet követelt meg. Ezzel függ össze a természettudományok alakulásában fordulópontot jelentő tömegmérési módszer térhódítása a kémia területén. Lomonoszov (1711—1765) ismerte fel elsőként annak fontosságát, hogy a kémiai átalakulások kiindulási és végállapotában szereplő anyagok tömegét lemérjék, majd Lavoisier (1743—1794) nyomán a mennyiségi (kvantitatív) vizsgálat általános módszerré vált. Az igy felgyűlt tényanyagot Dalton (1766—1844) rendszerezte és általános következtetéseket vont le belőle. Eszerint: az egyes anyagok bizonyos legkisebb sulyegysé- gek, illetve ezek egész számú többszörösei arányában egyesülnek vegyületekké. Például — Dalton adatai szerint — 1 gramm hidrogén mindig 8 gramm oxigénnel alkot vizet; 1 gramm réz vagy 0.125, vagy 0.256 gramm oxigénnel képes vegyü- letet alkotni. Dalton — fölelevenitve Démokritosz gondolatát — atomnak nevezte azokat a legkisebb egységeket, amelyek egész számú többszöröseiben egyesülnek a vegyületek. Dalton még elemi és összetett atomokat különböztetett meg (utóbbiakat ma molekulának nevezzük.) Dalton a legkönnyebb anyagnak, a hidrogénnek a súlyát egységnek véve meghatározta az elemek relativ sulvskáláját. Ezután már nem soká (W Prout, 1815) váratott magára ez a felismerés: mivel az atomsulyok többnyire egész szá- muak, valamennyi atom hidrogénatomból van ösz- szetéve. (Bizonyítottá és általánosan elfogadottá csak jóval később válik ez.) A XIX. század derekának az anyag szerkezetére vonatkozó kémiai ismereteit tehát úgy foglalhatjuk össze, hogy tudták: a különféle anyagok meghatározott számú változatlan elemből tevődnek össze, és az elemek tovább nem osztható alap-alkotórészekből, atomokból állanak. Az első fizikai atomelmélet: * a kinetikus gázelmélet A kémia által a XIX. század első felében kialakított atomfogalmat a fizika fejlesztette tovább. Miután sikerült kimutatni, hogy a mechanikai munka és a hőmennyiség mindig meghatározott törvényszerűség szerint alakul át egymásba (Mayer és Joule 1S42), kézenfekvő volt az a gondolat, hogy a hő jelenségeket a kémiában már uralkodóvá vált atomfogalom segítségével magyarázzák, mégpedig úgy, hogy a hőjelenségeket igyekeztek az atomi részecskék mechanikai mozgására visz- szavezetni. Ez először a gázok viselkedésénél sikerült; innen az elnevezés: kinetikus (mozgási) gázelmélet. Az atomi részek mozgási sebességének és a hőmérséklet emelkedésének összefüggéséből meg lehetett határozni az atomok mozgási sebességét; továbbá a molekulasulynyi mennyiségben foglalt atomok számát, ebből pedig az atomok tömegét és hozzávetőleges méretét. A XIX. század közepén tehát a kémián kívül egy másik természettudományi ág, a fizika is — teljesen más területről származó tényekkel, de szintén kísérletileg ellenőrizhető módon — bizonyította, hogy az anyag atomos szerkezetű. Ekkor azonban még az atomot parányi homogén (egyenletesen kitöltött) rugalmas golyócskának vélték. Az atom belső szerkezetének feltárásához megint más területen, az elektromosságtanban kellett uj fölfedezéseknek megszületniük. A villamosság is “atomos” szerkezetű A folyadékokban és gázokban történő áramvezetés vizsgálata során vetődött fel az a gondolat, hogy talán az elektromosság is “atomos szerkezetű”. Faraday (1791—1867) fölfedezte, hogy az egy vegyértékű részecskék mindig meghatározott töltésmennyiséget, a két vegyértéküek kétszer annyit — és igy tovább — visznek magukkal. Ezék a felismerések és a gázkisülési vizsgálatok (katódsugárzás) vezetnek el a negativ elemi töltés: az elektron fölfedezéséhez. Az elektron legfeltűnőbb tulajdonsága az, hogy elég vastag szilárd anyagon is áthatol. Lénárd Fülöp (1862—1947) ennek magyarázatára dolgozta ki un. dynamid-elméletét. E szerint az atom pozitív és negativ töltéspárokból — dynami- dokból — áll, s közöttük üres tér van. Az elektron aszerint hatol át, vagy “fogódik be” az atomkötelékbe, hogy dynamidba ütközik-e vagy pedig az atomon belüli üres térben halad. A gázkisülések vizsgálata további — az atom- szerkezet megismerése szempontjából fontos — eredményekre vezetett. A gázkisülési csőben a részecskék ütközése által egy eredetileg semleges molekula két elektromos töltésű részecskére bo- molhat fel: egy kisebb sebességű, tehát nagyobb tömegű, pozitív töltésű részecskére és egy nagyobb sebességű, kisebb tömegű negativ részecskére. E jelenség kapcsán vetődött fel az a gondolat, hogy az atomok, jóllehet kifelé elektromosan semlegesek, mégis pozitív és negativ töltésű részekből állnak. A gázkisüléskor észlelt negativ részecskét hamarosan sikerült is (tömeg- és töl- tésviszonyai alapján) az elektronnal azonosítani. Az atomnak tehát okvetlen kell elektront taidal- maznia. Az ütközés alkalmával leszakad róla egy elektron, elektromos semlegessége megbomlik, és pozitív töltésű részecske lesz belőle. A villamosság atomos szerkezetének fölismerése igy az anyag atomos szerkezetének mélyebb feltárására vezetett. (Az elektromosság “atomjának” az elektron tekinthető.) Mind Lénárd Fülöp, mind J. J. Thomson atom- modelljében az a felismerés tükröződik, hogy az atom nem homogén gömböcske, hanem belső szer kezete van, pozitív és negativ elektromos részecskéket kell tartalmaznia. A radioaktivitás felfedezése (Becquerel 1896) jelentősen hozzájárult e kép további tisztázódásához. A radioaktiv Alfa- és Béta-sugaraknak atomokon történő szóródásából arra lehetett következtetni, hogy az atom tömegének nagy része egy pozitív töltésű belső magban összpontosul, és ezt veszik körül a negativ töltésű részecskék, az elektronok. Rutherford (1871—1937) dolgozta ki ezt modellt, 1911-ben. Az atomok tehát nem változatlan alapépitőkö- vei az anyagi világnak: nem alapépitőkövek. hiszen további részeket tartalmaznak, és nem is változatlanok, hiszen képesek egymásba átalakulni. (Különösen élesen bizonyította ezt a mesterséges radioaktivitás: sikerült ugyanis mesterséges utón atomátalakulást létrehozni.) Az energia is atomos szerkezetű Amíg tehát egyfelől a? bizonyosodott be, hogy Thursday, Dec. 28, 1961 az atom nem oszthatatlan — holott az atom szó épp azt jelenti, hogy “oszthatatlan” —másfelől, viszont az elektromosságról az derült ki, hogy atomos szerkezetű. A századforduló idején azt is sikerült fölfedezni, hogy az energiasugárzások szintén atomos szerkezetűek. Ez azt jelenti, hogy a sugárzó energia (például a fénysugárzás vagy a hőségsugárzás) nem változhat folytonosan, hanem csak bizonyos legkisebb “energiacsomag”, energiakvantum egész számú többszörösei szerint. Ez a legkisebb energiakvantum tekinthető a sugárzó energia “atomjának”, ahogyan az elek- trón az elektromosság atomja. A fölfedezés M. Planck (1858—1947) nevéhez fűződik. Fölfedezését 1900 december 14-én hozta nyilvánosságra. Ezt a napot tekinthetjük a modern fizika, a kvantumelmélet születésnapjának. Az energia “kvantáltságának” fölfedezése további tisztázódást hozott az atom szerkezetére vonatkozó ismereteinkben. A Rutherford-féle atommodellnek volt egy fogyatékossága: nem tudta értelmezni a sugárzás keletkezését. Ha ugyanis az atom energiát sugároz ki magából, ezt csak a mag körül keringő elektronok energiájának rovására teheti. Ez azonban annyit jelent, hogy amikor az atom energiát sugároz, akkor az elektronnak egyre közelebb kellene kerülnie a maghoz, és végső soron bele kellene zuhannia a magba. A Planck-féle kvantumelmélet alapján azután N. Bohr (1885—) 1913-ban olyan atommodelt dolgozott ki, amely a sugárzás jelenségeket is összhangba hozta a kísérletekkel. Eszerint az elektronok a mag körül nem akármilyen, hanen csak bizonyos meghatározott sugara pályákon keringhetnek. Energiasugárzás csak akkor történik, amikor egy elektron egy nagyobb energiájú pályáról egy kisebb energiájú (a maghoz közelebbi) pályára esik; a kisugárzott energia- mennyiség pedig kvantált, vagyis csak az energiakvantum egész számú többszöröse lehet. Az elemi részek sem “elemiek” De a Bohr-féle atommodellel sem jutottunk el az atom szerkezetének teljes megismeréséhez. Létezik ma már a Bohr-féle modellnek is további finomítása. A jelenlegi atommodell szerint a magban nem-' csak pozitív töltésű részecske (proton) helyezkedik el, hanem semleges részecske (neutron) is.- Mindkettőt sikerült kísérletileg is kimutatni. A proton, a neutron és az elektron összefoglaló neve: elemi részek. Honnan ered ez az elnevezés? Amikor kiderült, hogy az atommagok sem oszthatatlan alapépitőkövei az anyagi világnak, ezeket az úgynevezett elemi részeket tekintették az anyag végső építőkockáinak. Ma már körülbelül harminc ilyen elemi részecskét ismerünk, de azt is tudjuk, hogy a szó eredeti értelmében — “homogén, oszthatatlan” — ezek sem “elemiek”. E részecskék ugyanis egymásból kialakulhatnak és^ egymásba átalakulhatnak. Ez szintén arra utal, hogy nem lehetnek elemiek. A modern fizika legújabb kutatásai világszerte az elemi részek belső szerkezetének, struktúrájának feltárására irányulnak. A föltételezés az, hogy belső szerkezetüknek kell lennie, ők sem tekinthetők igen kicsi homogén golyócskáknak. Az anyag, az atom szerkezetére vonatkozó ismereteink történeti fejlődése azt bizonyítja, hogy ismereteink egyre teljesebben és egyre mélyebben t,ií I pziik vissza a valóságot — de ez a folyamat vég nélküli, le nem zárható. A modern fizika teljes egészében igazolja Leninnek körülbelül fél évszázaddal ezelőtt leirt zseniális sejtését: “Az elektron épp oly kimeríthetetlen, mint az atom.” Biró Gábor »vvv*vvv*v»wvv*wwvwvwvv\\v\\\\\vwwwvwwvw% LENGYELORSZÁGBAN két éve működik egy viziszinház. A 300 személyes szinházhajó a Visz-' tula-parti városok és falvak lakóit szórakoztatja. Eredményes működéséért elnyerte a lengyel művészeti és kulturális ügyek minisztériumának kitüntetését. A Chicagói Magyar Kultur Bizottság 1 CSALÁDIAS SZILVESZTERT | rendez vasárnap, december 31-én y p t A ä? Joe Sauserék vendégszerető házában 2212 N. Burling Street alatt Finom vacsoráról és hüsitő italokról | gondoskodunk | 04____ AMERIKAI MAGYAR SZÓ
