ATOM

Pripremio:Prof. dr Dragoslav Stojiljković

Putokazi Rudjera Boškovića
Dopuna članaka na temu ATOM, objavljenih u “Planeti” broj 24

Obično se kaže da na početku priče behu starogrčki mislioci Leukip i Demokrit, koji su prvi došli na pomisao da je od atoma, tih sićušnih nedeljivih čestica, sve i napravljeno. A onda se kaže da je njihova misao bila religiozno zabranjena i mirovala duže od 1500 godina. Navodi se da je u tom periodu bilo ljudi, među kojima je se pominje i Ruđer Bošković, koji su vrlo dosledno i dubokoumno razmišljali o atomskoj strukturi, što je ušlo u fundus znanja čovečanstva, ali ona nisu bila presudna za razvoj fizike atoma. Najčešće se navode imena velikana nauke kao što su Kepler, Galilej, Njutn i mnogi drugi, koji su rasvetljavali koliko su mogli ovu misteriju i zaslužuju priznanje, ali ipak čitav period do 19. veka bio je samo velika priprema, sakupljanje naučnog znanja i upoznavanje suštine prirode, što će stvoriti osnovu za dalje. Zatim se često navodi Džon Dalton koji je na samom početku 19. veka došao na ideju da svaki hemijski element ima svoje najsitnije deliće. Verujući da su ti delići nedeljivi, Dalton ih je, po uzoru na Grke,nazvao atomima.

Daltonovi atomi su morali biti deljivi, tj. atom je imao strukturu i bio sastavljen od sitnijih čestica, atomskog jezgra i elektrona. Ta istina se otkrivala u burnim vremenima 19. i 20. veka i obično se navode mnogi poznati naučnici koji su doprineli saznavanju strukture atoma: Faradej, Maksvel, W. Tompson (poznatiji kao Lord Kelvin), Dž. Tomson, Raderford i Bor. Posebno se ističu doprinosi poslednje trojice pa bi, prema ovoj savremenoj “priči sa zapadne strane”, istorijski put otkrića strukture atoma izgledao kao na šemi 1. Međutim, nije bilo sasvim tako. Deo priče je izostavljen.

Put kojim se ređe ide

Neosporno je da su izuzetno veliki doprinos nauci i putokaze ka tumačenju strukture atoma dali Faradej (koji je bio laborant kod Dejvija), Maksvel, Lord Kelvin, Mendeljejev, Dž. Tomson... Međutim, svi oni svoja dostignuća temelje na shvatanjima Ruđera Boškovića (1711-1787). Mada se ranije, u zapadnoj literaturi, redovno navodio značaj Boškovića za otkriće strukture atoma, od 1920. se njegovo ime najčešće izostavlja. Za pohvalu je što naši naučnici po pravilu navode i ime ovog velikana nauke, ali bez dovoljno podataka o njegovom uticaju na otkriće strukture atoma. Stoga u ovom članku želimo čitaoce da ukratko upoznamo sa doprinosom Boškovića otkriću strukture atoma, a detaljni prikazi se mogu naći u literaturi.

H. Davy je bio veliki pristalica Boškovićeve teorije, koju je primenjivao u svom naučnom radu i prenosio svojim učenicima putem predavanja i štampanih knjiga. Stoga nije čudo što je i njegov učenik Faradej takođe bio pristalica Boškovićeve teorije. Štaviše, pokazano je da su velika otkrića koja su doprinela da Faradej postane besmrtan u istoriji nauke (zakoni elektrohemije, otkriće elektromagnetnog polja i indukcije, diamagnetizam, obrtanje ravni polarizovane svetlosti u magnetnom polju) samo logični zaključci koje je Faradej izveo iz Boškovićeve teorije. Faradej je 1844. izjavio da “po meni Boškovićevi atomi imaju veliku prednost u odnosu na uobičajene predstave o njima”. Slično shvatanje je izrekao i Maksvel 1877. Mendeljejev je 1870. izjavio da je Bošković osnivač modernog atomizma i da su on i Kopernik najslavniji zapadni Sloveni. “Moja sadašnja pretpostavka je pravo pravcato boškovićanstvo”, izjavljuje lord Kelvin 1907.

Atraktivne i repulzivne sile

Kad je otkriveno da postoji elektron i da je on deo atoma, postavljalo se pitanje: kako je on povezan sa ostalim delovima atoma? Obično se navodi da je Dž. Tomson predložio model atoma po kome su elektroni raspoređeni u masi pozitivnog naelektrisanja kao grožđice u kolaču (tzv. “Tomsonov model”). Međutim, on je ukazao i na model po kojem se elektroni kreću oko pozitivnog jezgra atoma. Da bi utvrdio i objasnio na koji način elektroni opstaju oko jezgra atoma, Tomsonu nisu pomogle ideje starih Grka i Daltona. On je pomoć dobio od Boškovića, koji je još sredinom 18. veka svoje shvatanje strukture materije objavio u više radova, a sve ih objedinio u knjizi “Teorija prirodne filozofije svedena na jedan jedini zakon sila koje postoje u prirodi”. Šta je to Bošković napisao i šta je od toga Tomson iskoristio?

Boškovićeva shvatanja se delom oslanjaju na shvatanja Lajbnica i Njutna, a delom odstupaju od njih. Od Lajbnica prihvata pretpostavku da su osnovni elementi materije sićušni kao tačke (monade), koje nemaju veličinu i koje su nedeljive. Međutim, Bošković ne prihvata Lajbnicovu pretpostavku da se tačke dodiruju. Smatra da su tačke međusobno udaljene nekim razmakom, koji se može beskonačno povećavati ili smanjivati, ali ne može potpuno nestati. Od Njutna prihvata postojanje uzajamnih sila između ovih tačaka. Međutim, dok Njutn smatra da pri veoma malim udaljenostima vlada privlačna sila između čestica, Bošković smatra da tad postoji velika odbojna sila, koja je utoliko veća ukoliko je rastojanje manje. Slično shvatanjima Empedokla da postoje sile ljubavi i mržnje, Bošković smatra da sile mogu biti atraktivne (privlačne) ili repulzivne (odbojne) koje se smenjuju zavisno od rastojanja između tačaka.

Bošković prihvata Njutnovo shvatanje da se spajanjem tačaka dobijaju složenije čestice prvog reda, spajanjem ovih dobijaju se čestice drugog, pa zatim trećeg reda itd., te tako daljim spajanjem nastaju atomi, koji nisu elementarne čestice već se sastoje od delova. (Pažnja, Bošković ukazuje da atomi imaju delove, i to pola veka pre Daltona!) Za molekule smatra da su još krupnije čestice sastavljene od atoma. (Pažnja, Bošković ukazuje da postoje molekuli sastavljeni od atoma i to više od pola veka pre Avogadra i Kanizara, kojima se obično pripisuje otkriće molekula! Štaviše, Bošković je prvi koji još 1758. ukazuje na mogućnost postojanja makromolekula kao nizova atoma, opisuje njihovu spiralnu strukturu i svojstva! A danas se obično navodi da je makromolekulsku hipotezu prvi predložio Štaudinger tek 1920 . godine!? )

Po Boškoviću su elementarne tačke, čestice prvog, potom drugog reda... atomi, molekuli, čitav Sunčev sistem samo pojedini stupnjevi u hijerarhiji materije. Ukazuje da bi “svi svetovi manjih dimenzija, uzeti zajedno, bili kao jedna jedina tačka u odnosu na onaj veći” svet. Sile koje vladaju između čestica nižih redova veće su nego sile između čestica viših redova. Ukazuje da se čestice nižih redova teže mogu rastaviti nego čestice viših redova. Smatra da za svaki par čestica na bilo kom stupnju hijerarhije materije važi kriva prikazana na slici 1. Međutim, broj lukova, njihova veličina i oblik mogu biti različiti. Prikazuje krivu sa samo jednim privlačnim i odbojnim lukom, sa dva privlačna i dva odbojna luka, kao i sa većim brojem lukova.

Bošković naročito ističe da postoje rastojanja pri kojima su odbojna i privlačna sila izjednačene (tačke E, G, I, L, N, P i R). Međutim, u nekim slučajevima (tačke E, I, N i R) pri povećanju rastojanja raste privlačna, a pri smanjivanju rastojanja raste odbojna sila. U tom slučaju se čestice nalaze u postojanoj ravnoteži. Te položaje je nazvao granicama kohezije. Ali ako rastojanje odgovara tačkama G, L i P, tada su čestice u nepostojanoj ravnoteži jer najmanje povećanje ili smanjivanje rastojanja dovodi do rastavljanja ili približavanja čestica. Ove položaje Bošković je nazvao granicama nekohezije.

Potvrda Raderforda i Bora

Bošković ukazuje da, ako se neke dve čestice A i B nalaze u blizini centra D, tada neka treća čestica može da se kreće na odstojanjima koja odgovaraju granicama kohezije, a te položaje prikazuje u vidu elipsi.

Tražeći teorijsku podlogu za svoju ideju da se elektroni kreću samo po nekim stazama oko jezgra atoma, Dž. Tomson je zaključio da za tu svrhu može da posluži samo Boškovićeva teorija te je u svom delu “The Corpuscular Theory of Matter” (London, 1907.), napisao: “Pretpostavimo da nabijeni jon posmatramo kao Boškovićev atom koji deluje na jednu česticu središnjom silom, koja se menja od odbojne do privlačne i od privlačne do odbojne nekoliko puta... Takva je sila, na primer, prikazana grafički na slici, gde apscise predstavljaju udaljenosti od atoma, a ordinate sile koje deluju od atoma na česticu...”. Taj model atoma je eksperimentalno potvrdio Raderford 1911. a potom je Nils Bor izračunao moguće staze elektrona.

Imajući u vidu da je Boškovićeva teorija neposredno uticala na stvaranje ovog Tomsonovog modela, Gill ukazuje da je Bošković dao “suštinski element modernom shvatanju atoma” i stoga ovaj model naziva “Bošković-Tomsonov” model atoma i ukazuje da, kada se bude pisala istorija atomske teorije, ne bi bilo ispravno da se zanemari doprinos Ruđera Boškovića. Stoga smatramo da bi bilo ispravnije da se istorijski put otkrića strukture atoma prikaže kao na šemi 2.

Da bismo proverili ispravnost Boškovićevih shvatanja i njihovu prisutnost u savremenoj nauci, pregledali smo na koji se način danas tumači uzajamno dejstvo čestica materije - od elementarnih čestica i nukleona, do atoma, molekula, makromolekula i koloidnih čestica. Idući tim putem, na desetak nivoa u hijerarhiji materije, stalno smo nailazili na potvrdu Boškovićeve krive i tragove njegovih shvatanja, mada se na njega gotovo niko ne poziva.

Prof. dr Dragoslav Stojiljković