TEMA BROJA

ATOM
Na tragu prvih otkrića

Godine 1898, u upravu starog rudnika srebra Joahimovo, u Češkoj, stiglo je neobično pismo. Zbog nerentabilnosti, rudnik je bio pred zatvaranjem i pismo sa francuskom markom i poštanskim pečatom na kojem je pisalo "Paris" izazvalo je veliku znatiželju

Nekada je Joahimovo bilo najveći rudnik srebra u tom delu svetu, ali kada su iscrpljene bogate naslage rude, mesto je opustelo. Kasnije se razvila proizvodnja boja i za tu svrhu davno napuštena jalovina pokazala se kao dobra sirovina. Ipak, nada je kratko trajala i rudniku je pretilo zatvaranje. A onda je stiglo pismo iz Francuske.

Profesor Bekerel	Pjer i Marija Kiri	Vilhelm Konrad Rentgen

Upravnik, učen čovek koji je znao francuski jezik, otvorio je pismo i počeo da čita. Pisala su dva mlada naučnika, bračni par Pjer i Marija Kiri. U pismu su molili da im rudnik pošalje deset hiljada kilograma jalovine, i to besplatno jer nemaju novca da plate. Dodali su da bi bili zadovoljni i sa najlošijim ostacima, makar onima koji su preostali pošto je jalovina iskorišćena za dobijanje boje. Na kraju su naveli da to traže zato što veruju da su otkrili elemenat, koji bi možda mogao biti do najvećeg naučnog značaja, i dopisali da bi želeli da im se jalovina dostavi do mesta Nožen, gde im je baron Rotšild stavio na raspolaganje hemijsku fabriku za naučni rad.

U rudniku su se složili da im pošalju traženo, upakovano u velike bačve od nedavno dopremljene sode.

Ko su bili mladi naučnici koji su se setili poluzatvorenog rudnika, negde u zabiti Češke?

Ona se zvala Marija Kiri, rođena kao Sklodovska. Iz Varšave je došla na studije u Pariz i postala asistentkinja profesora Bekerela. On je u jednoj fijoci sačuvao malo uranove rude, koju je svojevremeno njegov otac doneo iz Češke. I tako se desilo da je Marija, da bi nečim pritisla fotografske ploče, uzela to malo rude. Kada je ploča razvijena, na njoj su se ukazale neobične mreže svetlih pruga. Bilo je jasno da je razlog za to uranovo kamenje.

Profesor Bekerel je počeo sa eksperimentima. I dalje je izlagao fotografske ploče ovim tajnovitim zracima, o čemu je držao predavanja praćena snimcima. Tada nije slutio da je posredi dotad nepoznat hemijski elemenat čije će osobine uzdrmati naučna saznanja 19. veka... Nešto je znala još samo njegova asistentkinja Marija, koja je o promenama pričala svom mladom suprugu Pjeru, koji se bavio proučavanjem elektriciteta kristala. Rekla mu je da misli da zraci ne izbijaju iz same rude već iz neke druge materije do tada sasvim nepoznate, koja je u neizmerno malim količinama zatvorena u delovima rude. Čak, možda, da zraci nisu drugo do beskrajno sitni delići novog elementa.

Njen suprug Pjer imao je odgovor: "To se protivi klasičnim teorijama o suštini materije. Zna se da se sve sastoji od atoma, sitnih neuništivih delića koje smo svrstali u 92 elementa. Naziv atom znači da se on sam više ne može deliti. A znamo i da atom ne može postati, da se ne može raspadati i da se ne može pretvoriti u neki drugi elemenat."

Ipak, teorije nisu odvratile Mariju Kiri od ideje o atomu koji se raspada i iz kojeg izbija energija... Napustila je mesto asistentkinje i počela da proučava geološku kartu Evrope. Gde to ima većih količina urana? Prst joj je pao na natpis "Joahimovo" i tamo su poslali pismo.

Plavičasta svetlost iz epruvete

Deset tona jalovine uskoro je stiglo u Francusku, a Marija i Pjer Kiri uhvatili su se posla. Dan za danom, mesec za mesecom, punili su velike kotlove jalovinom i kuvali. Pri tome, stalno su morali da mešaju gvozdenim motkama i potom da kondenzovani materijal smeštaju u lonce a zatim u staklene boce - sve dok beskrajni redovi sudova nisu bili svedeni na jednu jedinu epruvetu, esenciju celog posla.

Jedne decembarske noći 1898. godine bračni par probudila je zvonjava budilnika, u tri sata po ponoći. Polusanjivi, došli su do vrata laboratorije i zastali: u uglu sobe, usred mrkle noći, treperilo je jarko plavičasto svetlo, gotovo kao nadzemaljsko! Posmatrali su ga kratko, a onda upalili svetlo. U uglu se nalazila samo epruveta i u njoj nešto neugledne bele soli. Tu so supružnici Kiri nazvali su "radijum" (onaj iz kojeg izbija sjaj).

Radijum - "Ra 226", što znači da je atomska težina radijuma 266 puta veća od težine vodonika - proizvod je raspadanja urana, a nastao je u toku više milijardi godina razvoja naše planete. Nastao je kroz međufaze: uran I raspada se u toku četiri i po milijarde godina u uran XI, ovaj opet za dvadeset četiri i po dana u uran XII, koji se zatim za manje od jednog minuta raspada u uran II, ovaj za milion i po godina u jonijum, a jonijum za osamdeset tri hiljade godina u radijum. Radijum se takođe raspada, emitujući zrake. Posle oko 1.600 godina, od jednog grama radijuma ostaje pola grama, ali za sve vreme postojanja radijum neprekidno deluje. Iz njega izbijaju alfa, beta i gama zraci. Alfa-zraci oslabađaju helijum, beta- zraci su elektroni dok gama-zraci odgovaraju elektromagnetskim talasima.

Skelet svoje ruke

Nekoliko godina ranije, na Univerzitetu u Vircburgu, nemački pofesor teorijske fizike Vilhelm Konrad Rentgen istraživao je prirodu katodnih cevi, koje je izumeo Englez Vilijem Kroks. Na to ga je navela neobična teza Kroksa da se elektricitet širi u bezvazdušnom prostoru cevi čim se uključi struja. Katoda, pločica nabijena negativnom strujom, odmah se užari i počne da emituje do tada nepoznatu vrstu zraka.

Profesor Rentgen je stavio takvu cev u kutiju nepropusnu za svetlo i uključio struju... Odjednom se trgao. Na stolu, nedaleko od kutije, ležao je list papira premazan barijumsko-platinskim jedinjenjem, slojem koji svetluca i za koji se zanimao prilikom proučavanja svetla. U polumračnoj prostoriji, list papira ponovo je počeo da svetluca. Čudno, pomislio je profesor, fosforescentni sloj može da svetli u tami samo ako je odnekud osvetljen. U sobi je, međutim, već duže vreme vladala tama i nije paljeno svetlo. Ta promena mogla je biti samo u vezi sa onom cevi u kutiji! Profesor je pretražio kutiju. Iz nje nije dopirao trag svetlosti a list papira je i dalje svetlucao... I to sve dok nije isključio struju koja je vodila kroz cev u kutiji. U tom trenutku ugasila se i svetlost na papiru.

Rentgen je to protumačio: iz cevi su izbijali zraci koji su prodirali kroz staklo i kroz kutiju i koji su izazvali svetlucanje fosforescentnog sloja na papiru. Bila je to sasvim nova vrsta zračenja.

Odmah se bacio na nove eksperimente. Između cevi i papira stavljao je predmete od različitih materijala. Najpre je stavio metalni novčić. Javila se samo crna senka. Zatim je postavio komad drveta i aluminijumsku pločicu. I oni su bacali crnu senku. Kada je hteo da vrati aluminijumsku pločicu na sto, na putu zračenja našla se njegova šaka. Odjednom, učinilo mu se da na papiru vidi koščatu mrtvačku ruku! Ne oklevajući, ponovo je stavio ruku. Da, ta sablasna ruka, to su kosti njegove šake! Tamo gde su bili koža i meso razabirali su se samo svetlosivi obrisi. Kosti su bacale crnu senku na papir.

Usledilo je proučavanje ovako nenadanog ishoda eksperimenta. Da li su to zraci svetla? Ti zraci su nevidljivi i, jednako kao i zraci svetla, pokazuju refleksiju, polarizaciju, prelamanje, interferenciju... Pošto mu je još mnogo šta ostalo nepotvrđeno, profesor Rentgen ih je nazvao x-zracima.

Ubrzo se prihvatio konstruisanja cevi koja bi izbacivala x-zrake. Upotrebio je staklenu cev sa anodom i katodom, iz koje je izvukao vazduh tako da je pritisak u cevi iznosio jedva jedan hiljaditi deo milimetra. Katodni zraci pogađali su platinski lim spojen sa anodom, a primitivni induktor zamenio je snažnim generatorima za naizmeničnu struju od 50.000 do 200.000 volti. Umesto platinskog lima, ubacio je žicu volframa.

Kao planete oko Sunca

Dva velika otkrića s kraja 19.veka na prvi pogled imaju malo zajedničkog. Rentgen je otkrio novu vrstu katodnih zraka a supružnici Kiri novi hemijski elemenat. Uskoro se, međutim, pokazala uska povezanost tih otkrića: ustanovljeno je da radijum i x-zraci vrše jednak uticaj na obolelo tkivo.

Ispostavilo se i da atom, za koji se ranije mislilo da je nedeljiv, predstavlja beskrajno sićušan sunčani sistem sa zvezdom oko koje se sve okreće, tj. jezgrom atoma u sredini. Ono se sastoji od protona, čestica nabijenih pozitivnim elektricitetom, i neutrona koji nemaju nikakav električni naboj. Oko jezgra je prazan prostor, a dalje od atomskog jezgra kruže elektroni, čestice sa negativnim električnim nabojem - jednako kao što planete kruže oko Sunca.

Po čemu se razlikuju elementi? Za to je bitan broj elektrona koji odgovara broju protona u atomskom jezgru. Vodonik, najlakši elemenat, ima samo jedan elektron koji kruži oko atomskog jezgra. Uran ima 92 elektrona. Alhemičari Srednjeg veka, koji su verovali da se jedan elemenat može pretvoriti u drugi - na primer, olovo u zlato - nisu bili na pogrešnom putu! Potrebno je "samo" da se od 82 elektrona u atomu olova uklone tri elektrona pa da se dobije atom zlata koji sadrži 79 elektrona. Koliko je to moguće i koliko bi stajalo, drugo je pitanje.

Bilo je već tada jasno da je sila - koja s jedne strane neprekidno tera elektrone da kruže oko atomskog jezgra a sa druge drži na okupu čitav taj mikrokosmički sunčev sistem - neizmerna.

Uskoro je utvrđeno i da postoji niz različitih struktura atoma, ne samo u pogledu broja elektrona - u vezi sa čim je raznolikost elemenata - već da postoje i različiti oblici jednog istog elementa. Opšte je poznato da broj negativno nabijenih elektrona koji kruže oko atomskog jezgra odgovara broju pozitivno nabijenih protona u samom jezgru, tako da je električni naboj unutar atoma uvek u ravnoteži. Stoga je, mislilo se, bilo dovoljno da se iz atomskog jezgra odstrani nekoliko protona pa da se dobije drugi elemenat.

Posebnu vrstu čini izotop, koji poseduju ista svojstva kao i prvorotni elemenat, ali se svojom atomskom težinom razlikuju od tog elementa jer njegovo atomsko jezgro pokazuje drugi odnos neutrona i protona. Posebna vrsta je i jon. Jon ima više ili manje elektrona nego protona tako da je u njemu poremećena elektro-ravnoteža pa čitav atom dobija električni naboj. Taj naboj je pozitivan ako se u jezgru atoma nalazi više protona nego što ima elektrona koji kruže oko jezgra, a negativan ako broj elektrona nadmašuje broj protona.

Zasad, ljudima nije uspelo da atom učine vidljivim. Veličina jednog atoma iznosi osamstohiljaditi deo jednog milimetra! Svrstani jedan do drugog, na jednom milimetru stalo bi oko osam stotina hiljada atoma. Stoga je ono što je poznato o tom mikroskosmosu otkriveno računanjem, eksperimentima i logičkim razmišljanjem. Sve kao ishod ljudskog uma.