V pochopení prírodných zákonov sa ľudstvo počas svojej histórie dostalo veľmi ďaleko. Často však bola cesta k porozumeniu ťažká a kľukatá. Fyzik Juraj Tekel približuje vo svojej knihe niekoľko príbehov z histórie fyziky. Popisuje, ako ľudia blúdia v slepých uličkách poznania, kým sa dopracujú k vytúženej pravde. Čo je svetlo? Z čoho sa skladajú atómy? Existuje éter? Mal Albert Einstein vždy iba geniálne nápady?
Čo sú atómy?
Na úvod tejto kapitoly si povedzme, čo sú atómy. Pomôže nám to pochopiť, ako a prečo ľudia blúdili pri ich objavovaní.
Atómy sú základné stavebné kúsky všetkého okolo nás. Ako uvidíme v inej kapitole, aj atómy majú svoju vnútornú štruktúru, ale tu sa na ne môžeme pozerať ako na guľôčky. Existuje niekoľko desiatok druhov guľôčok, ktoré sa vedia podľa istých pravidiel, ktorým hovoríme chémia, spájať do zložitejších štruktúr – do molekúl.
Atómy sú malé. Veľmi malé. Malosť atómov sa dá len veľmi ťažko predstaviť. Možno ju napríklad charakterizovať číslom. Veľkosť atómov je približne 10-10 metra. Čo to znamená? Dá sa to predstaviť takto: Keby sme Zem zmenšili na veľkosť pomaranča, pomaranč na pôvodnej Zemi by sa zmenšil na veľkosť atómu. Atómy sú také nepredstaviteľne malé, ako nepredstaviteľne veľká je naša planéta.
Inú predstavu toho istého dáva počet atómov, ktorý potrebujeme na vybudovanie bežných vecí. Predstavme si napríklad, že zoberieme pollitrový pohár obľúbeného nealkoholického nápoja a vylejeme ho do najbližšej rieky. Počkáme dosť dlho na to, aby sa voda vo svete dostatočne pomiešala, a z rieky si naberieme vodu do pohára. V pohári bude niekoľko tisícok molekúl vody z pôvodného pohára, aj keď sa nápoj premiešal so všetkými oceánmi na svete! Molekúl v našom pohári je tisícnásobne viac ako pollitrových pohárov vo všetkých oceánoch.
Atómy sú také maličké, že sa principiálne nedajú pomocou svetla vidieť ani pod najlepším mikroskopom. Vlnová dĺžka viditeľného svetla, ktorá určuje jeho rozlišovaciu schopnosť, je niekoľko stoviek nanometrov, asi tisíckrát viac ako veľkosť atómov. Svetlo sa od mriežky atómov bez problémov odrazí podobne ako fitlopta od podlahy s malými nerovnosťami.
Staroveký atomizmus
K myšlienke, že hmota by sa mohla skladať z maličkých, okom neviditeľných častíc, sa dopracovalo prekvapivo veľa učencov starovekých civilizácií, ale väčšina z nich na to mala rôzne filozofické a náboženské dôvody.
Špecifickú pozíciu medzi nimi majú starogrécki filozofi Leukippos z Milétu (5. stor. pred n. l.) a Démokritos z Abdér (asi 460 – asi 370 pred n. l.). Aj ich viedla k predstave o štruktúre hmoty idea, ktorá nebola založená na pozorovaní alebo výpočte, ale napriek tomu mala ich motivácia v niečom pravdu. Verili, že základné pravidlá sveta musia byť jednoduché a že komplikovanosť a rozmanitosť všemožných foriem v prírode musí byť až ich dôsledkom. To sa dá veľmi jednoducho dosiahnuť myšlienkou, na ktorej sú založené mnohé súčasné stavebnice. Z niekoľkých základných kúskov, ktoré možno navzájom rôzne spájať, sa dá vytvoriť takmer nekonečné množstvo rôznych tvarov a predmetov. A tak prišli s myšlienkou, že svet je zložený z maličkých kúskov, ktoré robia presne to isté. Spájajú sa a v množstve možných kombinácií dávajú zrod rôznorodosti sveta, ktorý pozorujeme. Podľa ich predstavy sa tieto kúsky nedali viac deliť na nič menšie, a tak dostali meno atómy (z gréckeho átomon – nedeliteľné). A meno im zostalo, aj keď sa na začiatku 20. storočia ukázalo, ako to s ich nedeliteľnosťou v skutočnosti je.
Štruktúra hmoty od Aristotela po Daltona
V prvej kapitole sme hovorili, ako Aristoteles v 4. storočí pred n. l. svojou filozofiou položil základy prírodných vied. Vo svojom učení odmietol atómovú hypotézu z jednoduchého dôvodu, že atómy nevidieť. Kryštál soli môžeme drviť stále na menšie a menšie kúsky. Nezdá sa, že by sa tento proces mal niekedy skončiť. Zloženie hmoty Aristoteles založil na teórii štyroch základných elementov: zeme, vody, vzduchu a ohňa, ktorú prebral od svojich predchodcov. Rôzne látky v prírode sa potom skladajú z týchto štyroch elementov v rôznom pomere. Prisúdil im ešte ďalšie dve sady vlastností: suchý oheň a zem v kontraste s vlhkou vodou a vzduchom; horúci vzduch a oheň v kontraste so studenou vodou a zemou. Stretnutie elementov rôznych vlastností má za následok zmeny, čím Aristoteles vysvetľoval rôzne deje od metalurgie až po varenie.
Počas renesancie sa znovu objavila aj predstava o nespojitom zložení hmoty. Medzi najvýraznejšie postavy tej doby, ktoré v nejakej forme uvažovali týmto smerom, patrili Galileo Galilei, Francúz René Descartes (1596 – 1650), Angličan Robert Boyle (1627 – 1691) a sčasti aj Isaac Newton. Na úvahy o atómoch, ako im už rozumieme, musíme počkať až do začiatku 19. storočia.
Knihu vydalo Vydavateľstvo Matice slovenskej, s. r. o., pre Centrum vedecko-technických informácií SR v roku 2021.
Knihu v elektronickej verzii nájdete na vedanadosah.cvtisr.sk/publikacie/fyzika-v-slepych-ulickach/.
Súťažná otázka
Ak nám do 31. marca 2025 pošlete správnu odpoveď na otázku:
Ktorí vedci získali Nobelovu cenu v súvislosti s atómami? (Uveďte aspoň troch.)
zaradíme vás do žrebovania o knihu Juraja Tekela: Fyzika v slepých uličkách, ktorú pre CVTI SR vydalo Vydavateľstvo Matice slovenskej, s. r. o.
Svoje odpovede posielajte na adresu redakcie: odpovednik@quark.sk alebo Quark, Staré grunty 52, 841 04 Bratislava 4.
