|
| 1858-ban Julius Plücker, majd 1869-ben Johann Hittorf német
fizikusok erősen légritkított csőbe elektródákat helyeztek, s azokat
nagyfeszültségű áramforrásra kapcsolták. Nem sejtették, hogy száz év múlva
nehézkes laboratóriumi műszerük az otthonok nélkülözhetetlen tárgyává válik;
nem tudhatták, hogy ez volt az első lépés a televízió megalkotása felé. Az
áramforrás negatív pólusára kapcsolt elektródával - a katóddal - szembeni
üvegfalon zöldes fluoreszkálást észleltek. A továbbiakban megállapítást nyert,
hogy a katód sugarakat bocsát ki, a légritkított téren keresztül áram folyik, a
sugarak egyenesen terjednek, és elektromos, valamint mágneses térben elhajlanak. Ez a
furcsa sugárzás jelentős szerepet játszott az anyag szerkezetéről vallott modern
felfogásunk kialakításában. A környezetünkben levő tárgyak és közegek mindent kitöltenek, úgy tűnik, hogy olyan térrésszel, ahol semmi sincs - abszolút űrrel -, nem találkozunk. Lehetséges lenne az, hogy minden tárgy néhány egyszerű, alapvető folytonos közeg keveréke? Ha olvadt rezet és ónt összeöntünk, bronzot kapunk. Nem található-e a természetben néhány olyan fundamentális anyagfajta, amely valamilyen arányban keveredve, létrehozza a valós világ tárgyait? |
|
| Az ókori görög filozófia kiemelkedő alakjának, Arisztotelésznek (i. e. 384-322) a tanítása szerint a világ alapja egy bizonyos ősanyag, melynek két-két egymást kizáró, ellentétes alapvető tulajdonsága van: a hideg-meleg és a nedves-száraz. Ezek kombinációi eredményezik a négy elemet: a földet (hideg-száraz), a vizet (hideg-nedves), a levegőt (meleg-nedves) és a tüzet (meleg-száraz). Minden test összetett, az elemek valamilyen arányban keverednek benne, s a test bármilyen kis részecskéjének az összetétele ugyanaz. Bárhogy bontsuk a testet egyre parányibb részekre, sosem jutunk odáig, hogy a vizet elválasszuk a földtől vagy a levegőt a víztől stb. Ha aprózással nem is változtathatjuk meg a test összetételét, mód van rá, hogy az alkotórészek aránya megváltozzon. Ez tapasztalható pl. a víz párolgásánál, amikor is a víz hideg-nedves tulajdonságait a gőz meleg-nedves és az elpárolgás után visszamaradó üledékanyagok hideg-száraz tulajdonságai váltják fel. A négy elemhez Arisztotelész még hozzáadta az isteni étert, amelyet később latinul quinta essentiának (kvintesszenciának - ötödik lényegnek) neveztek. Ennek alapján nem csodálható, ha a kivonatolt, leegyszerűsített arisztotelészi tanításokra támaszkodó középkori alkimisták az elemek egymásba alakulását akarták elérni: ólomból, higanyból szerettek volna aranyat csinálni. |
|
|
Démokritosz (i. e. kb. 460-370) ezzel ellentétes nézetet vallott. Tanítása szerint az anyag legkisebb, oszthatatlan részei az atomok (görögül atomosz = oszthatatlan). Az atomok az űrben örökös mozgásban vannak. A világegyetemet alkotó számtalan világ keletkezése és pusztulása ezek különböző kombinációkban történő törvényszerű egyesülésének és szétválásának az eredménye. Az atomok áthatolhatatlanok, egymástól csak nagyságuk, alakjuk, fekvésük, elrendezésük szerint különböznek. Környezetünk tárgyainak tulajdonságait az azokat és érzékszerveinket felépítő atomok kölcsönhatásain keresztül ismerjük meg. Ez az atomisztikus elképzelés nemcsak az újkori fizika hőskorában, Galileinél és Newtonnál szolgál útmutatóként, hanem a kémiában is: John Dalton, a modern atomfogalom kidolgozója a vegyületek egymástól való eltérését atomjaik különbözőségében látta. A molekulákat meghatározott fajtájú atomok együttesének tekintette. William Prout angol orvos 1815-ben az elemek molekulasúlyának megközelítően egész számú viszonyát azzal magyarázta, hogy minden elem a legkönnyebb anyag, a hidrogén atomjaiból épül fel. Ez a bátor megsejtés a világ anyagi egységében és az atomok valóságos létezésében való hit kifejeződése volt. |
| Mengyelejev orosz kémikus 1869-ben megalkotta az elemek periódusos
rendszerét, amelyben kimutatta, hogy a vegyi tulajdonságok az atomsúly növekedésével
periodikusan ismétlődnek, s ennek alapján előre meg tudta jósolni addig még
ismeretlen elemek tulajdonságait. Megjósolni? Igen! Ember által soha nem látott, soha
nem tapintott anyagok színét, kémiai reakcióit írta le - van ebben valami a mindig
igazat mondó jósnő misztikumából. Az atomisztikus felfogás ilyen közvetett bizonyítékai mellett egyre gazdagodott, majd Ludwig Boltzmann osztrák fizikus munkássága nyomán átfogó elméletté vált a gázok molekuláris elképzelését tükröző, ún. "kinetikus gázelmélet". A molekulák szabálytalanul, apró biliárdgolyókként mozognak összevissza, ütközésükkor energiát és impulzust adnak át egymásnak, majd visszapattanva, megváltozott irányban továbbrepülnek egy "szabad úthossznyit", és ismét ütköznek. |
|
|
A molekulák átlagos kinetikai energiájától függ a gáz
hőmérséklete; az edény faláról történő visszapattanások, az apró ütések
összegződve adják a gáz nyomását. Az elmélet nemcsak a gázok viselkedését tudta leírni, hanem közvetett módon lehetőséget adott a molekulákat jellemző mennyiségek kiszámolására is - ezek azonban igencsak bizonytalan számítások voltak. Így az a visszás helyzet állt elő, hogy a múlt század végén az atomok, molekulák közvetlen számadatait nem ismerték. De ha ismerték volna, akkor sem hittek volna benne. Így, ahogy írva van: nem hittek volna benne.A lipcsei egyetem professzora, a Nobel-díjjal kitüntetett Wilhelm Ostwald azt tanította, hogy csupán energia létezik, az anyag és a szellem ennek csak formái. Az "energetizmus" fizikai idealizmust tükröző nézetei vezették Ostwaldot az atomok létének tagadásához. Ugyanúgy, mint egy egész fizikus nemzedék szemléletének alakításában számottevő Ernst Machot is, aki filozófiai meggondolások alapján jegyezte meg az atomokról: "Láttak csak egyet is valaha?" Az atomos és molekuláris nézetekkel szembeni magatartásnak, a tudományos világ ellenséges légkörének nem kis szerepe volt abban, hogy a kortársai által meg nem értett Boltzmann elborult elmével, önkezével vetett véget életének. |
| Mégis az elektromosság atomos elképzelése lassan tért hódított: Faraday, Weber és Lorentz vallottak ilyen elveket. Maxwell, az elektrodinamika kidolgozója, bár egyetértett vele, ideiglenesnek tartotta ezt az atomos, diszkrét elképzelést, melyet szerinte folytonos, közegszerű leírásnak kell majd felváltania. Stoney ír fizikus 1874-ben elkeresztelte az elektromos atomot: az elektron nevet adta neki. Végül az akkori fizika osztatlan elismerésnek örvendő nagy tekintélye, Helmholtz 1881. évi híres Faraday-előadásában határozottan kimutatta, hogy az elektromosságnak atomos, diszkrét természetűnek kell lennie. Megtört volna a jég, győzedelmeskedik az elektron? Mit mondanak a kísérletek? | |
| 1893-ban a pozsonyi születésű Lenard vékony alumínium lemezre
irányította a katódsugarakat, és azt tapasztalta, hogy - a sugárzás áthalad rajta.
Tömör testen keresztül korpuszkuláris sugárzás? Lehetetlen - erre csak hullám
természetű objektum képes (mint fény az ablaküvegen). Hiába tehát Lorentz immáron
szépen kidolgozott elektronelmélete - hiszen az utolsó szót a kísérletnek kell
kimondania! A döntő megfigyelésekre Sir J. J. Thomson angol fizikus készült fel (nem tévesztendő össze az azonos nevű Sir Williammel, Lord Kelvinnel!), és új módszerekkel, a katódsugarak elektromos és mágneses térben történő viselkedéséből megállapította, hogy a sugárzás hordozója - ahogy ő nevezte: a "korpuszkula" - tömeggel rendelkezik, fajlagos töltése, vagyis a töltésének és a tömegének hányadosa 2000-szer kisebb, mint a hidrogénatom ionjáé, s végül megállapította, hogy elektromos töltése 6,5x 10-10 elektrosztatikai egység. (A pontos érték 4,8x10e-1 franklin = 1,6x 10-19 As.) A negatív (elektron) és pozitív (ion) töltést hordozó sugarak ugyanis mágneses térben körpályára, elektromos térben parabolapályára térnek, amelyek görbültsége (mint majd látni fogjuk) függ a töltéshordozók tömegétől és töltésétől. |
|
| Ezzel a döntő kísérlettel az elektron, az elektromosság atomjának léte fényes bizonyítást nyert, s a kísérletsorozat egyben egy új korszak beköszöntét is jelentette: a mikrovilág beható tanulmányozásának korszakát. Eltelik egy negyed század, s megalkotják a kvantummechanikát, amely az atomi világ jelenségeinek pontos leírását adja; majd századunk harmincas éveiben megfejtik az atommag mélyének féltve őrzött titkát, s ez végül Alamogordo fennsíkjához vezet. A fizika mind mélyebben hatol az anyag belsejébe, az elektron azonban - bár sok újabb ismeretet szereznek róla - megmarad egésznek, a szubatomi világ oszthatatlan építőkövének, ahogy ma nevezzük: "elemi résznek". | |
részlet Katona Zoltán: Elemi részek című könyvéből
