Historia atomu - Tadeusz Czerniawski

Kup ebooka

30.29 zł
25.14 zł (30,29 zł najniższa cena z 30 dni)

-
Proszę czekać

Rozdział 1: Abdera i narodziny niepodzielności

I. Miasto na krańcach świata

Gdzieś na północnych wybrzeżach Morza Egejskiego, na krańcach greckiego świata, leżało miasto, które historia skazała na pośmiewisko. Abdera. Dla wyrafinowanych Ateńczyków była tym, czym dla nowojorczyków jest prowincjonalne miasteczko, w którym wszyscy chodzą w nie swojskich kapeluszach. Jej mieszkańców uznawano za naiwnych prostaków, a ich rzekoma głupota weszła do przysłów. Gdy ktoś zachowywał się irracjonalnie, mówiono: "To typowe dla Abderyty". Paradoks polega na tym, że właśnie w tym mieście, z którego naród grecki zwykł się śmiać, narodziła się jedna z najśmielszych, najbardziej przenikliwych koncepcji w dziejach ludzkiej myśli. To tutaj, około roku 460 przed naszą erą, przyszedł na świat Demokryt, człowiek, którego potomni nazwą "śmiejącym się filozofem". I choć przydomek ten prawdopodobnie wziął się z jego pogodnego usposobienia i przekonania, że celem życia jest wewnętrzny spokój (eudajmonia), to istnieje w tym również ironia losu: filozof z miasta uchodzącego za siedlisko głupców okazał się jednym z najgenialniejszych umysłów starożytności.

Demokryt nie był jednak sam. Nad jego postacią, jak cień równie tajemniczy, co nieodłączny, unosi się duch jego mistrza - Leucypa. Postać tak mglista, że niektórzy badacze wątpili nawet w jego istnienie, uznając go za literacką fikcję lub wygodny pseudonim samego Demokryta. Gdyby nie upór Arystotelesa, który wyraźnie oddziela ich role, pisząc, że "Leucyp i jego zwolennik Demokryt" głosili pewne poglądy, zapewne zaginąłby w mrokach dziejów na dobre. O Leucypie wiemy niewiele. Pochodził prawdopodobnie z Miletu lub Elei, mógł być uczniem samego Zenona, a jego jedno jedyne zdanie, jakie przetrwało z jego pism, brzmi jak wyrok: "Nic nie dzieje się bez przyczyny, ale wszystko z racji i konieczności". To zdanie stanie się kością pacierzową całej myśli atomistycznej.

Wyobraźmy sobie tych dwóch ludzi: Leucypa, dojrzałego myśliciela, który pierwszy odważył się pomyśleć to, co niewyobrażalne, i młodego Demokryta, który, jak sam o sobie mawiał, "przebył więcej ziem niż ktokolwiek inny z ludzi współczesnych, badając rzeczy najdalsze". Demokryt nie był filozofem zamkniętym w wieży z kości słoniowej. Był podróżnikiem, który szukał wiedzy u egipskich kapłanów i perskich magów. Był polihistorem, który pisał traktaty o etyce, fizyce, matematyce, muzyce, a nawet o strategii wojskowej. I choć z jego siedemdziesięciu dzieł nie zachowało się praktycznie nic poza suchymi cytatami u innych autorów, to właśnie te strzępy, te urywki, te wzmianki u Arystotelesa i Epikura składają się na jeden z najbardziej fascynujących obrazów świata, jaki kiedykolwiek stworzono.

II. Eleacka pułapka - świat, który stoi w miejscu

Aby zrozumieć, dlaczego atomizm był rewolucją, trzeba najpierw pojąć problem, przed którym stanęła grecka myśl. Na scenę wkracza Parmenides z Elei - postać o umyśle tak nieugiętym, że gotów był podważyć świadectwo własnych zmysłów. Jego argumentacja była prosta, a jednocześnie druzgocąca. Otóż, dowodził Parmenides, jeśli chcemy myśleć o bycie, o tym, co naprawdę istnieje, to musimy być konsekwentni. Byt jest. Niebytu nie ma. I już. Z tego pozornie banalnego stwierdzenia wypływały wnioski, które rozwalały codzienne doświadczenie w pył. Skoro niebytu nie ma, to nie ma również próżni. A skoro nie ma próżni, to nie ma ruchu, bo żeby się przemieścić, trzeba mieć miejsce do przemieścenia się. Ruch jest więc złudzeniem. Co więcej, byt nie może powstać z niebytu ani w niebyt się obrócić, więc jest wieczny i niezmienny. Nie może być podzielony, bo do podziału potrzebna byłaby przerwa, czyli niebyt. Zatem byt jest jeden, ciągły, nieruchomy i niepodzielny.

To, co widzimy wokół siebie - wielość rzeczy, ruch, zmiany, narodziny i śmierć - to według Parmenidesa jedynie "mniemania śmiertelników", świat pozoru. Prawda jest monolityczna, doskonała i martwa. Logika, która za tym stała, była bezlitosna. Jeśli uznamy jej przesłanki, nie sposób z niej uciec. Ale jak żyć w świecie, w którym nasze oczy i uszy są kłamcami?

Uczeń Parmenidesa, Zenon z Elei, poszedł o krok dalej. Postanowił bronić tezy mistrza, pokazując, że wiara w wielość i ruch prowadzi do jeszcze większych absurdów. Jego paradoksy do dziś elektryzują umysły filozofów i fizyków. Wyobraźcie sobie Achillesa, najszybszego greckiego herosa, ścigającego żółwia. Jeśli żółw ma choćby najmniejszą przewagę startową, to - dowodzi Zenon - Achilles nigdy go nie dogoni. Dlaczego? Bo zanim Achilles pokona dzielący ich dystans, żółw przesunie się nieco do przodu. Gdy Achilles pokona ten nowy dystans, żółw znów się przesunie, i tak w nieskończoność. To, że w rzeczywistości widzimy, iż Achilles żółwia dogania i wyprzedza, jest dla Zenona dowodem na złudność ruchu.

Albo paradoks strzały. Strzała lecąca w powietrzu w każdej konkretnej chwili swojego lotu zajmuje określone miejsce w przestrzeni, równe swojej długości. W danej chwili jest więc w spoczynku. Skoro w każdej chwili jest w spoczynku, to cały lot jest sumą nieskończonej liczby momentów spoczynku. Ruch jest więc niemożliwy.

Te argumenty wprawiały greckich myślicieli w intelektualną konsternację. Można je było odrzucić, ale nie można było ich łatwo obalić. Świat stanął przed wyborem: albo uznać świadectwo zmysłów za prawdziwe i pogodzić się z logicznymi sprzecznościami, albo uznać logikę za najwyższe kryterium prawdy i żyć w świecie iluzji. Leucyp i Demokryt znaleźli trzecie wyjście. I było to wyjście tak genialne w swej prostocie, że aż trudno uwierzyć, iż nikt wcześniej na nie nie wpadł.

III. Odważna odpowiedź - atomy i próżnia

Zrozumcie: Leucyp i Demokryt nie odrzucili logiki Parmenidesa. Przeciwnie, zaakceptowali jej rdzeń. Zgodzili się, że prawdziwy byt musi być niezmienny, niepodzielny i wieczny. Nie mogą być nim przecież rzeczy, które widzimy - one się zmieniają, rozpadają, giną. Ale zamiast dojść do wniosku, że skoro tak, to świat jest jeden i nieruchomy, powiedzieli coś znacznie śmielszego: tych prawdziwych bytów jest nieskończenie wiele. Są nimi właśnie atomy - maleńkie, niepodzielne, niezmienne cegiełki rzeczywistości. A to, co zmienne i różnorodne, to jedynie ich przejściowe konfiguracje.

To był akt intelektualnej odwagi najwyższej próby. Uratowali zjawiska, nie poświęcając logiki. Byt jest niepodzielny - zgoda, ale nie cały wszechświat jest jednym bytem; jest nim każdy pojedynczy atom. Ruch jest możliwy - ale wymaga czegoś, czego Parmenides zabraniał: próżni, niebytu. I tu pada najśmielsze stwierdzenie atomistów: "Byt nie jest bardziej realny niż niebyt". Atomy są, próżni nie ma, a jednak jest. To był heretycki pisk w eleackim kościele. Próżnia - nicość, pustka, nieistnienie - musi istnieć, bo inaczej atomy nie miałyby gdzie się poruszać. Bez próżni świat byłby skute jeden wielką, nieruchomą masą.

Demokryt ujął to w słowach, które przetrwały dzięki Diogenesowi Laertiosowi: "Zasady wszechrzeczy stanowią atomy i próżnia. Wszystko inne istnieje jedynie w mniemaniu". To zdanie jest kamieniem węgielnym pod całą późniejszą naukę. Istnieją tylko dwa byty: pełnia (atomy) i pustka. Wszystko, co postrzegamy - kolory, smaki, zapachy, temperaturę - jest subiektywną interpretacją naszych zmysłów, wynikającą z tego, jak atomy na nas oddziałują. Tak zwane "własności zmysłowe" nie istnieją w samych przedmiotach. Istnieją tylko atomy o określonych kształtach, wielkościach, położeniach i układach oraz przestrzeń, w której się one poruszają i łączą. "Na mocy konwencji istnieje słodycz, na mocy konwencji gorycz, na mocy konwencji ciepło, na mocy konwencji kolor, naprawdę zaś istnieją atomy i próżnia" - cytuje Demokryta Galen.

IV. Taniec pyłków w słońcu

Chciałbym, żebyście na chwilę przenieśli się myślami do cichego, zakurzonego pomieszczenia w starożytnej Abderze. Przez szparę w okiennicy wpada promień słońca, a w jego świetle tańczą niezliczone drobiny kurzu. Wirują, zderzają się, rozlatują, łączą w chwilowe skupiska, by za moment znów się rozdzielić. Dla atomistów ten widok był nie tyle obrazkiem z codzienności, co wglądem w naturę rzeczywistości. Lukrecjusz, rzymski poeta i epikurejczyk, który wieki później ubrał atomizm w piękne heksametry swojego poematu "O naturze wszechrzeczy", opisał to wprost: spójrz na te drobiny tańczące w słońcu - to nie jest tylko kurz, to jest widzialny obraz tego, co dzieje się w świecie atomów.

Atomy Demokryta są wieczne i niezniszczalne. Są tak małe, że umykają wszelkiemu postrzeganiu zmysłowemu. Są niepodzielne - nie dlatego, że nikt nie znalazł jeszcze mniejszego noża, ale dlatego, że z definicji są absolutnym minimum, poza które nie można już wykroczyć. Są nieskończone pod względem liczby i różnorodności kształtów. Niektóre są gładkie i okrągłe, inne chropowate i haczykowate, jeszcze inne wklęsłe lub wypukłe. I te właśnie kształty decydują o tym, jak atomy oddziałują na siebie i jak łączą się w większe struktury.

I tu dochodzimy do jednej z najbardziej fascynujących kwestii. Co sprawia, że rzeczy są twarde lub miękkie, słodkie lub gorzkie? Dla Demokryta odpowiedź była mechanistyczna. Twardość wynika z gęstego ułożenia atomów, z ich ciasnego splątania. Miękkość - z ułożenia luźnego, które pozwala atomom na większą swobodę. Smak słodki pochodzi od gładkich, zaokrąglonych atomów, które łagodnie przesuwają się po języku. Smak gorzki i kwaśny - od atomów szorstkich, najeżonych kolcami i hakami, które drapią i kaleczą delikatne tkanki języka. Podobnie z kolorami. Biel to atomy gładkie, które odbijają światło równomiernie. Czerń to atomy chropowate, które światło pochłaniają i rozpraszają. To wszystko jest konsekwencją czysto geometryczną, mechaniczną. Żadnej magii, żadnych ukrytych celów, żadnej boskiej interwencji.

Demokryt był konsekwentnym materialistą i deterministą. Dla niego wszystko, co się dzieje, ma swoją przyczynę w mechanicznym oddziaływaniu atomów. To właśnie miał na myśli Leucyp w swoim jedynym zachowanym fragmencie: "Nic nie dzieje się bez przyczyny, ale wszystko z racji i konieczności". Nie ma przypadku w sensie bezprzyczynowości. Przypadek to tylko nazwa, którą nadajemy zjawiskom, których przyczyn nie znamy. Wszechświat jest ogromną maszyną, w której każde zdarzenie jest nieuchronną konsekwencją wcześniejszych stanów i zderzeń atomów.

V. Nieskończone światy i materialna dusza

Konsekwencja Demokryta sięgała jednak znacznie dalej. Skoro atomy są nieskończone w liczbie, a próżnia nieskończona w rozciągłości, to dlaczego mielibyśmy zakładać, że istnieje tylko jeden świat, ten nasz? To byłoby nielogiczne. Demokryt nauczał, że istnieje nieskończona liczba światów - niektóre podobne do naszego, inne zupełnie inne. W jednych światach nie ma słońca ani księżyca, w innych jest ich po kilka. Niektóre światy dopiero powstają, inne osiągnęły pełnię rozwoju, a jeszcze inne chylą się ku upadkowi. Światy mogą się ze sobą zderzać i ginąć w kosmicznych kataklizmach. To wizja o rozpiętości, która wprawia w oszołomienie. Wybiegamy myślą w przestwory kosmiczne, które współczesna astronomia dopiero zaczyna potwierdzać.

Ale Demokryt nie zatrzymał się na kosmosie. Zadał sobie pytanie najbardziej intymne z możliwych: czym jest dusza? I tu pozostał wierny swoim zasadom. Dusza jest materialna. Składa się z najdelikatniejszych, najgładszych i najbardziej ruchliwych atomów - atomów ognia. Są one kuliste, bo tylko kula może się gładko przetaczać przez całe ciało, przenosząc życie i ruch. Atomy duszy są rozproszone po całym organizmie. Z każdym oddechem wciągamy nowe porcje tych ognistych kulek, a wraz z wydechem część z nich ułatnia się. Gdy oddychanie ustaje, atomy duszy rozpraszają się w próżni. Śmierć nie jest więc przejściem do innego świata, ale po prostu rozpadnięciem się pewnej szczególnej konfiguracji atomów.

To była myśl wywrotowa. Demokryt odbierał ludziom nadzieję na życie pozagrobowe, na pośmiertną sprawiedliwość, na spotkanie z bliskimi po tamtej stronie. Ale w zamian dawał coś innego - wolność od strachu. Epikur, najsłynniejszy późniejszy uczeń atomistów, rozwinie tę myśl w pełni: jeśli bogowie nie ingerują w świat, a dusza umiera wraz z ciałem, to nie ma się czego bać ani za życia, ani po śmierci. Celem życia staje się eudajmonia - stan wewnętrznej równowagi, pogody ducha, osiąganej przez rozumne panowanie nad namiętnościami i umiar we wszystkim. Stąd właśnie wziął się przydomek Demokryta: "śmiejący się filozof". Nie dlatego, że był wesołkiem, ale dlatego, że osiągnął ten stan doskonałego spokoju, który pozwalał mu patrzeć na ludzkie zabiegi z życzliwym, lecz zdystansowanym uśmiechem.

Istnieje piękna anegdota, choć jej autentyczność jest wątpliwa, że mieszkańcy Abdery uznali Demokryta za szaleńca i poprosili samego Hipokratesa, ojca medycyny, by go zbadał. Gdy wielki lekarz przybył do Abdery, zastał Demokryta siedzącego pod platanem i piszącego coś w otoczeniu poćwiartowanych zwierząt. Na pytanie, co robi, filozof odpowiedział, że bada przyczyny szaleństwa, rozcinając zwierzęta, by zbadać ich żółć. Hipokrates, zamiast orzec szaleństwo, uznał Demokryta za najrozsądniejszego człowieka w Grecji. Anegdota ta, choć apokryficzna, doskonale oddaje ducha atomizmu - ducha bezkompromisowego, racjonalnego dociekania, które nie cofa się przed żadną, nawet najbardziej radykalną, konsekwencją.

VI. Dwadzieścia wieków ciszy

A potem nastąpiła cisza. Atomizm Demokryta, mimo że wywarł ogromny wpływ na Platona (który, jak głosi tradycja, chciał spalić wszystkie dzieła Demokryta, co może być dowodem, jak bardzo czuł się przez niego zagrożony) i na Arystotelesa (który poświęcił mu wiele miejsca w swoich pismach, choć głównie po to, by go krytykować), został zepchnięty na margines. Zwyciężyła wizja Arystotelesa - świat zbudowany z czterech żywiołów (ziemi, wody, powietrza i ognia) plus eteru, świat celowości, w którym wszystko dąży do swojego naturalnego miejsca. Wizja ta doskonale współgrała z teologią chrześcijańską, która potrzebowała Boga jako celowej przyczyny sprawczej. Atomizm, z jego mechanicznym determinizmem i materialną duszą, pachniał herezją i bezbożnością. Na blisko dwa tysiące lat zapadł się pod ziemię.

Przetrwał w kilku miejscach. W poemacie Lukrecjusza "O naturze wszechrzeczy", który na szczęście odnalazł się w XV wieku. W kilku cytatach u późniejszych autorów. I w świadomości nielicznych myślicieli, którzy nie bali się sięgać do źródeł zakazanych. Dopiero w XVII wieku, głównie za sprawą Pierre'a Gassendiego, który próbował pogodzić atomizm z chrześcijaństwem (twierdząc, że to Bóg stworzył atomy i wprawił je w ruch), idea Demokryta wróciła na salony. A potem przyszła rewolucja naukowa, John Dalton i jego eksperymenty z gazami, i nagle okazało się, że starożytny Grek, którego przez wieki uważano za spekulanta, trafił w sedno.

Demokryt nie miał mikroskopów, nie miał laboratoriów, nie miał żadnych narzędzi poza czystą siłą rozumu. A jednak doszedł do wniosków, które zdumiewająco blisko pokrywają się z tym, co współczesna fizyka mówi o budowie materii. Oczywiście, jego atomy nie są naszymi atomami. My umiemy je rozszczepiać, znamy kwarki, znamy cząstki elementarne. Ale fundamentalna intuicja - że świat zbudowany jest z maleńkich, niepodzielnych (przynajmniej na pewnym poziomie) składników, że różnorodność rzeczy bierze się z różnorodności ich kształtów i układów, że istnieje pustka, w której te składniki się poruszają, że zjawiska zmysłowe są subiektywną interpretacją obiektywnych procesów - to wszystko jest dziedzictwem Demokryta.

VII. Śmiech, który przetrwał

Czy Demokryt wyobrażał sobie, że jego myśl przetrwa? Czy śmiejący się filozof, który wolał "odkryć jedną przyczynę niż zostać królem Persów", mógł przewidzieć, że dwadzieścia pięć wieków później ludzie w białych kitlach w podziemnych tunelach pod Genewą będą rozpędzać atomy do prędkości światła, by sprawdzić, co kryją w swoim wnętrzu? Raczej nie. Ale jego duch z pewnością unosi się nad Wielkim Zderzaczem Hadronów. Bo to właśnie Demokryt jako pierwszy odważył się powiedzieć, że świat, choć wydaje się ciągły i jednolity, w istocie jest ziarnisty, nieciągły, zbudowany z maleńkich cegiełek.

Gdzieś w tym łańcuchu przyczynowo-skutkowym, którym Demokryt tłumaczył wszystko, co istnieje, znajduje się również i to, że ja teraz piszę te słowa, a wy je czytacie. Jesteśmy, każdy z nas, chwilową konfiguracją atomów, która powstała, by przez moment trwać, a potem rozpaść się i wejść w nowe układy. Atomy naszych ciał kiedyś były częścią gwiazd. Atomy naszych myśli - cóż, to już bardziej skomplikowane, ale Demokryt i na to znalazłby odpowiedź: myśli to także atomy, te najsubtelniejsze, kuliste, ogniste, które tworzą duszę i umożliwiają poznanie.

Gdy następnym razem spojrzycie na drobiny kurzu tańczące w promieniu słońca, pomyślcie o Demokrycie. O tym starym Greku z zapomnianego miasta, który patrzył na nie i widział w nich klucz do wszechświata. I może uśmiechnijcie się do niego, tak jak on uśmiechał się do świata - z życzliwym dystansem kogoś, kto zrozumiał, że wszystko jest tylko tańcem atomów w nieskończonej próżni. Ale jakimże to pięknym tańcem!

Rozdział 5: Kwantowy skok i model planetarny

I. Duńczyk, który przybył z deszczem

W październiku 1911 roku do Manchesteru przyjechał młody Duńczyk. Był szczupły, nieśmiały, mówił cicho i miał zwyczaj długiego milczenia przed udzieleniem odpowiedzi. Nazywał się Niels Henrik David Bohr i właśnie ukończył doktorat w Kopenhadze na temat właściwości elektronów w metalach. Teraz, dzięki stypendium Fundacji Carlasberga, przybył do Anglii, by pracować u samego J.J. Thomsona w Cambridge. Był to wybór oczywisty - Thomson był odkrywcą elektronu, największym autorytetem w dziedzinie budowy atomu.

Niestety, współpraca z Thomsonem nie układała się najlepiej. Bohr, który od dziecka miał zwyczaj myśleć bardzo głęboko i bardzo powoli, nie potrafił nawiązać kontaktu z brytyjskim mistrzem. Gdy przedstawił Thomsonowi swoje uwagi do jego teorii, spotkał się z chłodnym przyjęciem. Thomson był człowiekiem, który nie lubił, by młody adiunkt z Danii podważał jego koncepcje.

Na szczęście w grudniu tego samego roku Bohr spotkał na obiedzie u fizyka C.G. Knudsena innego gościa - nowozelandzkiego eksperymentatora, który właśnie przeniósł się z Montrealu do Manchesteru. Ernest Rutherford zaprosił Bohra do swojego laboratorium. Bohr przyjął zaproszenie i w marcu 1912 roku przeniósł się do Manchesteru. To była jedna z najważniejszych przeprowadzek w dziejach nauki.

Rutherford zrobił na Bohrze ogromne wrażenie. Był jego całkowitym przeciwieństwem - głośny, bezpośredni, pewny siebie, człowiek czynu, który nie znosił teoretycznych spekulacji. A jednak między tymi dwoma, tak różnymi ludźmi, nawiązała się nić porozumienia. Rutherford miał to do siebie, że potrafił rozpoznać talent, nawet gdy przejawiał się w formie cichego, zamyślonego Duńczyka, który godzinami wpatrywał się w sufit, nim coś powiedział.

W Manchesterze Bohr zetknął się z problemem, który od dwóch lat dręczył fizyków. Model atomu Rutherforda - piękny, prosty, oparty na twardych faktach doświadczalnych - był teoretycznie niemożliwy. Zgodnie z prawami elektrodynamiki klasycznej, elektron krążący wokół jądra powinien nieustannie tracić energię na promieniowanie i w efekcie, po ułamku sekundy, spaść na jądro. Atom byłby więc tworem nietrwałym, a jednak atomy istniały i były stabilne.