[ Pobierz całość w formacie PDF ]
wnętrza, badanie jądra, wreszcie badanie cząstek elementarnych. Tylko dzięki temu
nurtowi badań możemy ewentualnie zrozumieć w przyszłości, czym jest jedność
materii. Tu nie trzeba się obawiać tego, że podczas doświadczeń zostaną zniszczone
charakterystyczne struktury, które badamy. Jeżeli zadaniem jest doświadczalne
sprawdzenie tezy o ostatecznej jedności materii, to możemy materię poddać działaniu
najpotężniejszych spośród znanych sił, działaniu najbardziej drastycznych warunków
w celu stwierdzenia, czy materię można koniec końców przekształcić w jakąś inną
materiÄ™.
Pierwszym krokiem w tym kierunku była eksperymentalna analiza jądra
atomowego. W początkowym okresie tych badań, który obejmuje mniej więcej pierw-
sze trzy dziesięciolecia naszego wieku, jedynym dostępnym narzędziem stosowanym
w doświadczeniach były cząstki a emitowane przez ciała promieniotwórcze. Za
pomocą tych cząstek Rutherford zdołał w roku 1919 spowodować przemianę jądrową
pierwiastków lekkich, przekształcić jądro azotu w jądro tlenu przez dołączenie
czÄ…stki ± [alfa] do jÄ…dra azotu i jednoczesne wybicie protonu. ByÅ‚ to pierwszy
przykład reakcji jądrowej, procesu, który przypominał procesy chemiczne, lecz
prowadził do sztucznej przemiany pierwiastków. Następnym istotnym osiągnięciem
było sztuczne przyśpieszenie protonów za pomocą aparatury wysokonapięciowej,
dzięki czemu nadano im energię dostateczną do spowodowania przemian jądrowych.
Niezbędna była do tego różnica potencjałów rzędu miliona woltów. Podczas
pierwszego swego eksperymentu - eksperymentu o decydujÄ…cym znaczeniu -
Cockroft i Walton stwierdzili, że udało im się przekształcić jądra litu w jądra helu.
Odkrycie to zapoczątkowało zupełnie nowy kierunek badań, który nazwać można
fizyką jądrową we właściwym sensie tych słów. Badania te bardzo szybko do-
prowadziły do jakościowego wyjaśnienia budowy jądra atomowego.
Okazało się, że budowa jądra atomowego jest właściwie bardzo prosta. Jądro
składa się tylko z dwu rodzajów cząstek elementarnych: z protonów (proton jest to
jądro wodoru) i z cząstek, które nazwano neutronami (neutron ma masę w
przybliżeniu równą masie protonu, lecz pozbawiony jest ładunku elektrycznego).
Każde jądro charakteryzuje liczba zawartych w nim protonów i neutronów. Np. jądro
atomu zwykłego węgla składa się z 6 protonów i 6 neutronów. Istnieje oprócz tego
odmiana pierwiastka węgla, zwana izotopem pierwszej jego odmiany; występuje ona
rzadziej i składa się z atomów, z których każdy ma jądro zawierające 6 protonów i 7
neutronów. W ten sposób uzyskano wreszcie opis materii, w którym zamiast wielu
różnych pierwiastków chemicznych występowały tylko trzy podstawowe jednostki,
trzy podstawowe cegiełki": proton, neutron i elektron. Cała materia składa się z
atomów, a zatem jest zbudowana z tych właśnie trzech podstawowych cegiełek.
Wprawdzie nie było to jeszcze stwierdzenie jedności materii, niemniej jednak z
pewnością był to wielki krok w tym kierunku i - co jest, być może, jeszcze ważniejsze
- oznaczało to uzyskanie opisu znaczenie prostszego. Oczywiście, od wiedzy o dwu
podstawowych cegiełkach, z których zbudowane jest jądro, do całkowitego
wyjaśnienia jego budowy - wiedzie daleka droga. Mamy tu do czynienia z nieco
innym problemem niż odpowiadający mu problem zewnętrznych warstw powłoki
elektronowej atomu który został rozwiązany w połowie lat dwudziestych. Siły
>
działające między elektronami w powłokach znano bardzo dokładnie, należało jednak
znalezć prawa dynamiczne; zostały one koniec końców sformułowane w mechanice
kwantowej. Zupełnie usprawiedliwione było przypuszczenie, że prawa dynamiczne
dotyczące jądra atomowego są również prawami mechaniki kwantowej; jednakże nie
znano jeszcze sił działających między cząstkami zawartymi w jądrze, musiano je
określić pośrednio, na podstawie własności jądra ustalonych w wyniku
eksperymentów. Zagadnienie to jeszcze nie zostało całkowicie rozwiązane. Siły te
prawdopodobnie nie są tak proste, jak siły elektrostatyczne w powłokach
elektronowych, w związku z czym utrudniają tu czynienie postępów matematyczne
trudności związane z wyprowadzeniem własności jądra ze skomplikowanych sił oraz
niedokładność danych doświadczalnych. Niemniej jednak pod względem
jakościowym budowę jądra znamy już zupełnie dobrze.
Pozostało jeszcze ostatnie, najważniejsze zagadnienie - zagadnienie jedności
materii. Czy te czÄ…stki elementarne: proton, neutron i elektron - sÄ… ostatecznymi,
niezniszczalnymi cegiełkami, z których zbudowana jest materia, atomami w sensie,
jaki nadawał temu słowu Demokryt - których nie łączą żadne związki wzajemne (jeśli
abstrahować od sił działających między nimi), czy też są to jedynie różne formy
materii, materii jakiegoś jednego rodzaju? Czy mogą one przemieniać się, czy jedne
mogą się przekształcać w drugie spośród nich, lub nawet w inne jeszcze formy
materii? Aby doświadczalnie to zbadać, należy skierować na te cząstki siły i energie
znacznie większe niż te, które były niezbędne do zbadania jądra atomu. Wobec tego,
że zasoby energii zmagazynowane w jądrach atomowych nie są dostatecznie duże
)
aby umożliwić wykonanie takich doświadczeń, fizycy muszą wyzyskać siły
działające w kosmosie lub pomysłowość i umiejętność inżynierów.
I rzeczywiście, osiągnięto sukcesy w dwojaki sposób. Pierwszy sposób
polegał na wyzyskaniu tzw. promieni kosmicznych. Pola elektromagnetyczne
rozprzestrzeniające się od gwiazd na olbrzymie odległości mogą w pewnych
warunkach przyspieszać naładowane cząstki atomowe - elektrony i jądra. Wydaje się,
[ Pobierz całość w formacie PDF ]