OTKRIVANJE ATOMA
(Lik atoma, 2/2*) “Atom se sastoji od jezgra i elektronskog omotača, ali se ni čestice u jezgru ni elektron ne mogu zamišljati kao nekakve kuglice koje se vrte, po analogiji sa kretanjem planeta oko Sunca. Prava slika atoma je sasvim drugačija, i bazirana je na poljima, a ne na česticama“, kaže dr Marko Vojinović, istraživač u Grupi za gravitaciju, čestice i polja Instituta za fiziku u Beogradu.
Međutim, slika atoma, odnosno način na koji zamišljamo atome, menjala se kroz vekove, a čini se da i danas većina ljudi o atomima razmišlja na način na koji se o njima mislilo pre gotovo čitavog veka.
Starogrčki filozof Demokrit je zajedno sa učiteljem Leukipom uveo atomsku teoriju tvrdeći da se materija ne može beskonačno deliti. Grčki atomisti su, zapravo, smatrali da se sve sastoji ili od atoma ili praznine. Ti atomi su bili raznovrsni po oblicima, veličinama i bojama, a u praznini koja postoji između atoma oni su se kretali, sudarali i grupisali. Demokritova teorija nije bila ni mnogo omiljena ni prihvaćena među grčkim filozofima, kao ni sam Demokrit. No, to je bio dobar početak za ono što je mnogo vekova kasnije uradio Britanac Džon Dalton, fizičar i hemičar, poznat i po Daltonizmu – nesposobnosti razlikovanja boja koju je istraživao i od koje je i sam patio.
Dalton je rođen u seocetu Iglsfildu u siromašnoj, vrlo pobožnoj kvekerskoj porodici ali mu nije trebalo mnogo da pokaže svoju bistrinu: sa 12 godina počeo je da vodi lokalnu kvekersku školu i da u slobodno vreme čita Njutnove „Matematičke principe prirodne filozofije“ (u latinskom originalu). Sa 15 je našao još jedan posao u Mančesteru i počeo da piše o svemu redom, od Daltonizma, preko gramatike do meteorologije, a onda je 1808. u 42. godini objavio svoje najveće i najznačajnije delo „Novi sistem hemijske filozofije“.
U srži njegove teorije je upravo Demokritova ideja da svet čine male nedeljive čestice, ali ih je i opisao i dodao im relativne težine (uz dosta grešaka) stvarajući široku osnovu za modernu nauku.
Sto godina kasnije, elegantna ideja o tome da je svet sastavljen od nedeljivih čestica počinje da se komplikuje. Ispostavlja se da te čestice nisu nedeljive i da imaju unutrašnju strukturu.
Novi model atoma nije neka obična kuglica već, kako je utvrdio britanski fizičar Džozef Džon Tomson, postoje i subatomske čestice kao što su elektroni. Tomson je osmislio nov izgled atoma koji je nazvan model pudinga sa šljivama, u kome su elektroni šljive koje orbitiraju pobodene u puding.
Atom postaje važna tema istraživanja za mnogo fizičara poput Ernesta Raderforda, koji je uspeo da dokaže da atom ima jezgro gde je koncentrisana skoro sva njegova masa. U nizu maštovitih predstava o atomu, da bi objasnio svoje otkriće, Raderford je prihvatio takozvani planetarni model atoma po kome se atom sastoji od pozitivnog atomskog jezgra i određenog broja elektrona. Elektroni se, na putanjama nalik Saturnovim prstenovima, veoma brzo kreću oko jezgra i čine omotač atoma, dok je između praznina.
Slikoviti model je dopunio njegov savremenik, i kasnije tvorac kvantne mehanike Nils Bor pojašnjavajući da atom ima malo pozitivno naelektrisano jezgro oko kojeg se okreću elektroni određenim, nepromenljivim putanjama, te da kretanjem elektrona ne vlada gravitacija već elektromagnetna interakcija. Ovim modelom se u fiziku uvodi kvantovanje energije – u Borovom modelu kada atom absorbuje kvant energije, elektron će pređi iz niže orbite u višu. I obrnuto, kada sa više orbite elektron pređe u nižu, atom emituje kvant energije.
Mada je podstakla silna istraživanja u kvantnoj fizici, Borova sliku atoma je izrazito gruba. Sliku koja više odgovara stvarnosti daće Austrijanac Ervin Šredinger kada bude pokušao da predvidi verovatnoću da se određeni elektron nađe tačno na određenom mestu. Šredingerov kvantni model atoma bi se najpre mogao zamisliti kao jezgro oko koga je „oblak elektrona“. Slika se dodatno upotpunjuje 1932. godine otkrićem Džejmsa Čedvika da jezgro ne čine samo naelektrisani protoni već i neutroni.
Iako se ova slika atoma s početka 20. veka, sa kuglicom (jezgrom) oko koje kruže druge kuglice (elektroni) još može naći u udžbenicima, a i najčešća je slika atoma kakvog ga zamišljamo, prava slika atoma ipak se ne može svesti na kuglice. Kada se zamišlja slika atoma ili elektrona, preciznije je zamišljati polja, nalik električnim, magnetnim i gravitacionim poljima, sa kojima imamo direktno čulno iskustvo, o čemu je Nauka kroz priče pisala prošle nedelje u prvom delu eseja o liku atoma.
M.Đ.
—–
Ilustracija: Depositphotos/hristianin
(*Tekst je nastao prema motivima eseja iste autorke, objavljen u Kulturnom dodatku Politike)