Vytautas Bieliauskas

Kazimieras
Bradūnas

Jonas
Grinius

Paulius
Jurkus

Antanas
Vaičiulaitis

Juozas
Girnius

Leonardas
Andriekus

 
   
 
MEDŽIAGOS SĄVOKA MODERNIOJO MOKSLO ŠVIESOJE PDF Spausdinti El. paštas
Parašė JONAS RUGIS   
Šiek tiek istorijos.

Žiloje senovėje, maždaug 2500 m. prieš Kristų, mokyti indai, o kiek vėliau graikai jau gilinosi į klausimą: — Kas yra medžiaga?
Nuo tų laikų galime įžiūrėti du skirtingus supratimus apie medžiagą: tąsumo — kontinui-teto ir nutrauktinumo — atomizmo. Čia tenka kalbėti tik apie mokslo raidai turėjusias įtakos graikų pažiūras.

Dar penktame amžiuje prieš Kristų Empe-doklas skelbė nuomonę, kad medžiagos visos rūšys susidaro iš keturių elementų — ugnies, žemės, oro ir vandens. Panašios teorijos, su kai kuriomis variacijomis, palaikytos tarp kitų ir Aristotelio, patvėrė daugiau kaip du tūkstančius metų, kaip vyraujanti pažiūra. Aristotelis manė, kad medžiagą sudaro pirminė substancija, hyle, ir kad ji įgauna skirtingus pagrindinių keturių principų kiekius: šilumos, šalčio, drėgmės ir sausumo. Skirtumai tarp medžiagų rūšių buvo aiškinami įvairuojančiais tų pagrindinių principų kiekiais, bet pagrindinė medžiaga, hyle, visur buvo ta pati. Vėliau, XIII a., Roger Bacon, doctor mirabilis, pavadinimą hyle pakeitė į protyle, nuo protos ir hyle. Bet tikrumoje tai ir buvo visas pakeitimas Aristotelio pažiūroj į medžiagą. Tai buvo medžiagos kontinuiteto pripažinimas. Pripažinimas, kad visose medžiagos rūšyse yra tas pats pagrindas, protyle, davė alchemikams akstiną ilgus amžius j ieškoti būdų įvairioms medžiagoms pakeisti į auksą.

Bet jau tame pačiame penktame amžiuje prieš Kristų Leukipas ir jo mokinys Demokritas skelbė, kad medžiaga susideda iš smulkiausių nedalomų dalelių, Demokrito pavadintų atomą (iš a - ne, ir temnein - skirti, pjauti). Jie savo pažiūrą rėmė filosofiniais išvedžiojimais apie neįmanomą begalinį medžiagos dalinimą į vis smulkesnes daleles. Tą jų pažiūrą parėmė Epikūras, kurio idėjas plačiau išreiškė Lukrecijus savo garsioje poemoje — "De Rerum Natūra". Bet medžiagos atomizmo pažiūros neturėjo didesnio pasisekimo, ypatingai dėl milžiniškos Aristotelio įtakos. Tik po renesanso laikotarpio, vykstant didžiajai mokslinių pažiūrų revoliucijai, tokie filosofai ir mokslininkai kaip
Galilėjus, Dekartas, Francis Bacon, Boyle, New-tonas ir kiti pradėjo palankiau žiūrėti į medžiagos dalelinės struktūros teoriją. Įdomiai išsiskyrė anais laikais pažiūra, išreikšta Leibnico jo diskusijose su Newtonu apie medžiagos esmę. Newtonas tokia pagrindine savybe laikė medžiagos erdvumą, užėmimą dalies erdvės. Leibnico pažiūros giminiuojasi su reliatyvizmo pažiūromis į medžiagą.

XVIII a. du giminaičiai, airiai chemikai Higginsai, aiškiai pasisakė už medžiagos susidarymą iš smulkučių dalelių. Bet dalelinės-atominės medžiagos mokslinės koncepcijos tėvu teisėtai laikomas anglas mokslininkas Jonas Daltonas. Jis atominę medžiagos teoriją ištraukė iš neryškių filosofinių samprotavimų apie realybę, pritaikydamas jai kiekybinius išvedžiojimus apie medžiagos daleles ir jų dydį bei svorį, tuo būdu padarydamas ją našia teorija tolimesniems moksliniams išvedžiojimams ir eksperimentiniams medžiagos sudėties tyrinėjimams. Jis 1808 m. savo rašte "New System of Chemical Philosophy" pareiškė: "All bodies of sensible magnitude are constituted of a vast number of extremely small particles or atoms of matter, bound together by a force of attraction". Tą išvadą jis padarė, pasirėmęs stebėjimais ir eksperimentais. Nuo Daltono laikų atominė medžiagos sudėties teorija pradėjo vaidinti vis žymesnę rolę, pradžioje chemijoje, o vėliau ir fizikoje. Dabar tiek jau surinkta įtikinančių argumentų, remiančių atominę medžiagos struktūros sąvoką, kad ši pažiūra yra visuotinai priimta, — labiau kaip nustatytas faktas, o ne kaip teorija. Atominė medžiagos teorija buvo pirmas smūgis mokslo pamėgtai tąsumo-kontinuiteto gamtoje sąvokai. Vėliau ta sąvoka neatsilaikė ir kitose mokslo srityse, pvz. energijos reiškiniuose.

Molekulės ir atomai.

Daltonas, kalbėdamas apie medžiagos da-lelinę-atcminę struktūrą, nuo atomų neskyrė pagrindinių, apčiuopiamų medžiagos dalelių, vadinamų molekulėmis. Jis kartais vartodavo tuos pavadinimus kaip sinonimus, nors vėliau visur vartojo pavadinimą atomas. Garsus tų laikų italas mokslininkas Avogadro, tyrinėjęs medžiagos daleles ir nustatęs vadinamąjį Avogadro skaičių, vėl visur vartojo molekulės pavadinimą. Skirtumas tarp molekulių ir atomų sąvokų paaiškėjo, tik keliems dešimtmečiams praslinkus po Daltono ir Avogadro darbų, būtent — 1858m. apie chemijos filosofiją.

Molekulės yra mažiausios medžiagos dalelės, būdingos kiekvienai duotai medžiagai ir sudarančios jos savybes ir skirtingumą nuo kitų medžiagos rūšių. Jos yra smulkiausios savarankiai egzistuojančios medžiagos dalelės. Jų buvimas yra eksperimentu nustatytas ir pastebėtas tokiuose reiškiniuose kaip pvz. Browno judesys. Paskutiniais laikais vokiečių mokslininkas Milleris sukonstruktavo vadinamąjį emisinį mikroskopą, padidinantį iki vieno milijono kartų ir davusį galimybės pastebėti molekules. Molekulių gamtoje yra tiek rūšių, kiek yra medžiagos rūšių. Norint sukurti naują medžiagos rūšį, reikia sukurti naują molekulių rūšį.

Molekulės yra sudarytos iš atomų. Atomai, kaip taisyklė, normaliomis sąlygomis savarankiai gamtoje neegzistuoja, o yra susibūrę į molekules. Čia iškyla cheminių elementų sąvoka. Medžiagų molekulės gali susidaryti iš vienos rūšies atomų. Tuomet gausim elementų molekules, sudarančias elementų medžiagas. Ne elementų medžiagos susideda iš molekulių, kurias sudaro skirtingi atomai. Iš to eina aiški išvada, kad atomų yra tiek skirtingų rūšių, kiek gamtoje yra elementų t.y. 92 (paskutinį dešimtmetį mokslininkai sukūrė eilę naujų dirbtinų atomų rūšių, vadinasi, dirbtinių elementų). Pvz. deguonies molekulė yra sudaryta iš dviejų deguonies atomų, o vandens molekulė iš dviejų vandenilio ir vieno deguonies atomo. Tik išimtiniais atvejais atomas sutampa su molekule, kaip pvz. inertinėse helijaus ar neono dujose; tai reiškia, kad tų elementų molekulės yra sudarytos iš to elemento vieno atomo.

Molekulės gali būti tam tikromis sąlygomis suskaldytos į atomus, kurie tuo momentu ir egzistuoja savarankiai, bet kai tik grįžta normalios sąlygos, atomai atgal jungiasi į molekules. Taigi medžiagas pirmoje eilėje sudaro molekulės ir tik molekulės, o jau molekules sudaro atomai. Iki mūsų laikų mes, galima sakyti, turėjome molekulinę chemiją ir visur susidurdavome tik su cheminėmis reakcijomis, kurios grupavo atomus į molekules ar skaldė molekules, ir naudojome to grupavimo ar molekulių skaldymosi į paprastesnes molekules sudarytą energiją. Tai buvo molekulinės reakcijos, kurios mums duodavo šiluminę degimo energiją, elektros energiją ir sprogstamųjų medžiagų. Dėl to mūsų amžius ir buvo molekulinės elektros energijos amžius. Chemija visai neliesdavo atomų, ir jie sudarė nesikeičiančias, pastovias medžiagos sudėtines daleles, atitinkančias Demokrito pavadinimą.

Ir molekulės ir atomai yra be galo maži. Tik kai kurių organinių junginių molekulės, kurios susidaro iš daugelio tūkstančių atomų, yra kiek didesnės. Kokie mažo dydžio yra molekulės ir atomai ir kokie milžiniški skaičiai jų yra nedideliuose medžiagų kiekiuose, vaizdžiai ir įspūdingai parodo garsaus mokslininko lordo Kelvino pateiktas pavyzdys. Leiskime, sako jis, kad mes galime paženklinti visas vandens molekules, esančias stiklinėje, tą vandenį išpilame į vandenyną ir išmaišome po visus vandenynus ir jūras. Pasėmę bet kurioje vietoje iš jūrų vieną stiklinę vandens, mes joje surastume apie šimtą mūsų paženklintų molekulių.

Taigi molekulės yra medžiagos sudėtinės dalelės, atomai — molekulių sudėtinės dalelės. Bet pasirodė, kad medžiagų sudėtingumas tuo nesibaigia. Graikų filosofų mintyse atomas buvo ta smulkiausia, proto suvokiama medžiagos dalelė, medžiagos smulkinimo riba. Tą filosofinį samprotavimą patvirtinęs moderniojo mokslo surastas atomas jau patsai pasirodė esąs sudėtingas padaras. Žmogaus proto galybė nuėjo dar toliau, tirdama medžiagos paslaptis. O jos glūdi dar giliau mikrokosmo gelmėse, nes paaiškėjo, kad atomai dar nėra smulkiausios, pagrindinės medžiagos dalelės. Po tiek vargų surastas paslaptingas atomas pasirodė esąs sudėtingas, dar paslaptingesnių, dar smulkesnių dalelių padaras.

Atomo struktūra.

Dar Faraday, tirdamas elektrolizės reiškinius, priėjo prie išvados, kad greta medžiagos atomų turi būti ir mažiausi elektros įkrovimai, surišti su medžiaga, taip sakant, elektros atomai. Pasirėmęs teoretiniais samprotavimais, panašiai galvojo ir didysis elektros srities teoretikas Maksvelis. Idėja apie elementarinį elektros įkrovimo vienetą prigijo tik XIX a. pabaigoje. 1891 m. Stoney pasiūlė jį pavadinti elektronu (nuo graikų žodžio elektron — gintaras). Eilės mokslininkų stebėjimai davė pagrindo manyti, kad atomuose elektronai vaidina tam tikrą vaidmenį. Pagaliau elektrono įkrovimas buvo išmatuotas amerikiečio mokslininko RA. Millikano, gavusio už šiuos eksperimentus Nobelio premiją. Suradus elektrono į-krovimą, jau galima buvo eiti prie elektrono masės, medžiagos kiekio jame nustatymo. Tas klausimas darėsi tuo įdomesnis, kad vis labiau įsitikinta elektroną esant sudėtine medžiagos dalele. Elektrono masei nustatyti pradžią davė

MINDAUGAS NASVYTIS NEREGIO VIZIJA

vienas iš klasikinių fizikos eksperimentų, kurį įvykdė garsus anglų fizikas J.J. Thomsonas. Po tolimesnių tyrinėjimų buvo nustatyta, kad 1838 elektronai turi tiek medžiagos, kiek jos yra mažiausiame iš visų atomų, vandenilio atome. Lordas Kelvinas davė tokį atomo ir elektrono dydžių palyginimą. Jei mes paimsime su vandeniu stiklinį indą futbolo sviedinio dydžio ir jį padidinsime iki žemės rutulio dydžio, tai vandens molekulės atrodytų maždaug obuolio dydžio, o elektronai būtų vos pastebimi geriausių optinių mikroskopų pagalba. Elektronas buvo pirmoji smulkesnė už atomą medžiagos dalelė, mokslo surasta. Toji dalelė turi neigiamą elektros įkrovimą.

Suradus tokią mažesnę už atomą medžiagos dalelę su neigiamu elektros įkrovimu, savaime iškilo klausimas ir smulkesnių už atomą medžiagos dalelių su teigiamu elektros įkrovimu. Atomas yra elektriškai neutralus, ir elektrono neigiamas įkrovimas turi būti jame atsvertas kažkokių teigiamai įkrautų dalelių, neutralizuojančių neigiamus elektronų įkrovimus. Tokios medžiagos dalelės buvo surastos ir pavadintos protonais (iš graikų žodžio — protos, pirmas). Protonų teigiamas įkrovimas yra lygus elektronų neigiamam įkrovimui. Bet medžiagos kiekis protone yra daug didesnis negu elektrone. Vienas protonas turi tiek medžiagos, kiek 1837 elektronai. Taigi protonas yra kaip ir atomas vandenilio, iš kurio atimtas vienas elektronas. Paaiškėjo, kad protonus galima gauti iš vandenilio atomų, atėmus jiems vieną elektroną.

Kyla klausimas, kaip tos sudėtinės atomo dalelės sudaro atomą, kitaip tariant, susigrupuoja jame. XIX a. pabaigoje mokslininkai buvo linkę laikyti atomą kažkokiu nedalomu rutuliuku. Panašios nuomonės buvo ir J.J. Thomsonas, bet ir jis pats nebuvo patenkintas savo atomo modeliu. Tuo pačiu maždaug laiku, šio šimtmečio pradžioje, japonas fizikas Nagaoka paskelbė savo teoriją, palyginančią atomo struktūrą su planetos Saturno sistema. Jo teorija turi daug panašumo su moderniąja atominės struktūros teorija.

Modernios sąvokos apie atomo struktūrą kilo iš didžiojo mokslininko lordo Rutherfordo atominio branduolio fizikos kūrėjo, darbų. 1906 m. jis pradėjo tyrinėti radioaktyvių medžiagų spinduliavimus. Rutherfordas ir jo asistentai, vokietis Geigeris ir anglas Marsdenas, pasiekė nelauktų rezultatų. Po tų darbų 1911 m. Rutherfordas paskelbė savo istorinį, klasikinį pranešimą, padėjusį pamatus moderniajai atominei fizikai.

Rutherfordas priėjo prie išvados, kad teigiamas atomo įkrovimas yra sutelktas atomo centre — atomo branduolyje. Apskaičiavus branduolio dydį ir svorį, pasirodė, kad įvairių elementų atomai turi skirtingus branduolius, nors savo dydžiu atomų branduoliai mažai skiriasi nuo elektronų. Bet atominio branduolio masė, medžiagos kiekis jame, yra daug tūkstančių kartų didesnis už elektrono.
Pagal surastus duomenis, elektrono, o taip pat ir atomo branduolio skersmuo yra apie šimtą tūkstančių kartų mažesni už atomo skersmenį. Tad, padarę atitinkamus skaičiavimus, rasime, kad medžiaga atomo užima tik vieną trilioninę dalį jo tūrio (lxl0~12). Taigi iš tikrųjų atomas yra tuštuma, kurioje medžiaga užima neišpasakytai mažą tūrio dalelę. Suprantama, kodėl visokeriopi spinduliavimai lengvai pereina gan storus įvairių medžiagų sluogsnius.

Rutherfordo atskleistas, modernus atomo modelis susideda iš dviejų dalių: teigiamai į-krauto atomo branduolio ir apie tą branduolį gravituoj ančių elektronų, kurie sukasi aplink branduolį milžinišku greičiu ir yra vadinami orbitaliniais elektronais. Paprasčiausias atomas, randamas gamtoje, yra vandenilio atomas. Jis susideda iš vieno protono branduolyje, apie kurį sukasi tik vienas elektronas. Sudėtingiausias iš visų atomų yra urano atomas, turįs branduolyje 92 protonus ir apie branduolį gravituo-jančius 92 elektronus. Tarp paprasčiausio vandenilio atomo ir urano atomo yra vietos susidaryti 92 rūšių atomams, kurie skiriasi vienas nuo kito vienu elektronu ir vienu protonu. Tuo būdu gamtoje turime tik 92 rūšis elementų.

Galima sakyti, kad visas atomo svoris yra sukoncentruotas atomo branduolyje. Bet visos cheminės ir fizinės atomo savybės, nesurištos su atomo svoriu, jo mase, priklauso nuo orbi-talinių elektronų.

Kaip orbitaliniai elektronai laikosi atome, pirm?s davė patenkinamą išaiškinimą 1913 m. didysis danų mokslininkas Niels Bohras. Bohro sudarytas atomo modelis rado patvirtinimą medžiagų spektrų tyrinėjimuose. Bet Bohro modelis pilnai pasitvirtino tik lengviems atomams, o sudėtingesniems atomams pasirodė vis netikslesnis: eksperimentai su sunkesniais už helijų atomais pilnai nepatvirtina ir neišaiškina išvadų, padarytų remiantis Bohro teorijomis. Eilė mokslininkų įnešė į Bohro modelį įvairių radikalesnių pakeitimų ir papildymų, Bohro atomo modelio patobulinimų. Atomo sudėties ir struktūros paslaptis dar toli gražu nėra aiški ir kažin ar bus kada visai išaiškinta.
Atomo ir ypatingai atomo branduolio struktūros aiškinimas susiduria su milžiniškais sunkumais. Atomo branduolio struktūrą aiškinant, atomai bombarduojami smulkiomis jų sudėtinėmis dalelėmis, panaudojant tam tikslui milžiniškus įrengimus, dalelių akceleratorius, vadinamus ciklotronais, bevatronais, kosmotronais ir panačiai. Tarp jų vienas iš galingiausių buvo įrengtas 1960 m. Brookhaveno Laboratorijoje, žinomas sinchrotrono vardu. Jis duoda protonų srovę 30 su viršum milijardų elektron-voltų. Ir pats bombardavimas ir gautųjų duomenų aiškinimas yra nepaprastai sunkūs.

Elementarinės medžiagos dalelės.

Elementarinės medžiagos dalelės yra tos be galo mažos, pagrindinės medžiagos dalelės, kurių tarpusavio veikimo ir jungimosi dėka yra
susidaręs visas pasaulis. Iš viso to, kas augš-čiau pasakyta, yra aišku, kad atomo tokia elementarine medžiagos dalele laikyti jau negalima. Mokslas, išaiškinęs atomo egzistencijos paslaptį, nesustojo, bet įsiskverbė į subatominį pasaulį, į dar paslaptingesni mikrokosmą. Ir čia paskutiniųjų kelių dešimtmečių būvyje surasta eilė elementarinių medžiagos dalelių. Kai kurios jų buvo surastos tuose paslaptinguose kosminiuose spinduliuose, kurie mus pasiekia iš makrokosmo erdvių. Kitos dalelės buvo išaiškintos, panaudojant nuostabius, galingus įrengimus. Eilė dalelių buvo išstudijuota tiek, kad yra žinomas medžiagos kiekis jose, t.y. jų masė, jų elektrinis įkrovimas, jų tarpusavis veikimas ir ryšys tarp jų. Kai kurių nustatytas ir sukimasis apie savo ašį, vadinamasis spinas. Iki šio laiko jau surasta apie trisdešimt tokių elementarinių medžiagos dalelių.

Apie pusė tų elementarinių dalelių priklauso vadinamajai antimaterijai, arba priešmedžia-gai. Dar 1930 m. žymus anglų teoretinis fizikas P. A. M. Dirac, pasirėmęs grynai matematiniais išvedžiojimais ir teoretiniais sumetimais, pareiškė, kad greta neigiamo elektrono turi būti ir teigiamai įkrautas elektronas. Labai abstraktūs ir komplikuoti Diraco išvedžiojimai pilnai pasitvirtino 1932 m. Tada amerikietis mokslininkas C.D. Andersonas, bestudijuodamas kosminius spindulius, surado juose teigiamą elektroną ir eksperimentu įrodė jo buvimą. Tą teigiamai įkrautą elektroną pavadino pozitronu. Gamtoje po savo atsiradimo tam tikromis sąlygomis, pozitronas savarankiai egzistuoja tik apie vieną milijardinę sekundės dalį. Jis tuoj susiduria su elektronu, kurių gamtoje yra visur, ir abu kartu pražūsta, pavirsdami į spinduliavimo energiją. Todėl pozitronas ir buvo taip sunkiai susektas. Pozitronas medžiagos sudėtyje, atrodo, jokios rolės nevaidina, bet jis turi didelę teoretinę reikšmę įvairiuose mokslo klausimuose.

Apskritai paėmus, mus supančio pasaulio medžiaga yra neigiamo elektrono ir su juo suderintų kitų elementarinių dalelių medžiaga, kurioje priešingo įkrovimo panašios dalelės negali savarankiai egzistuoti. Bet galima prileisti egzistuojant medžiagą, kuri vietoj neigiamo elektrono turės pozitroną ir su juo suderintas, tokias pačias elementarines daleles, kaip mūsų pasaulio medžiaga, tik su priešingu elektriniu įkrovimu. Tai ir bus antimaterija arba priešmedžia-ga. Gal kur nors tolimose kosmoso erdvėse ir egzistuoja pasaulis, sudarytas iš tokios anti-materijos, nieku kitu, be priešingo elektrinio įkrovimo, nesiskiriąs nuo mūsų medžiagos. Aišku, susidūrus tokiam antimaterijos pasauliui su mūsų medžiagos pasauliu, juodu vienas kitą ūmai sunaikintų išsiskiriant milžiniškam energijos kiekiui, tūkstančius kartų didesniam kaip atominių bombų sprogime.

Mes jau susipažinome su dviem elementarinėm medžiagos dalelėm: elektronu ir protonu. Bet greta tų teigiamai ir neigiamai elektra įkrautų dalelių, atome dar yra ir elektriškai neutrali dalelė, neutronas. Jau 1920 m. keli mokslininkai kėlė mintį apie tokios neutralios dalelės buvimą. Ir pats lordas Rutherfor-das spėliojo, kad protonas gali lengvai susijungti su elektronu, sudarydamas medžiagos dalelę, kurią bus nelengva pastebėti. Jis kartu su savo bendradarbiu J. Chadwicku jos jieškojo įvairiais būdais, bet nesurado. Ir tik 1932 m. Chad-wickui pasisekė, pasirėmus kitų mokslininkų paruošiamaisiais tyrinėjimais ir darbais, įrodyti neutrono buvimą. Dabar jau tikrai žinoma, kad neutronas yra viena iš pagrindinių medžiagos elementarinių dalelių, svarbi atomo branduolio sudėtinė dalelė. Ta sunkiai pagaunama elementarinė dalelė pasirodė esanti ne tik svarbi atomo branduolio struktūrinė dalis, bet ir suvaidino visai išimtinę rolę atominėje fizikoje, o taip pat ir žmonijos likimo istorijoje, nes ji leido pagaminti atominę bombą. Neutronas sudaro kartu su protonu atominį branduolį. Jis sveria tiek, kiek protonas su prijungtu elektronu, ir būdamas elektriškai neutralus, tik padidina atomo svorį. Savo sudėtimi neutronas yra panašus į vandenilio atomą, bet didelis skirtumas yra tas, kad vandenilio atome elektronas skrieja aplink protoną, o neutrone jis yra susijungęs su protonu. Pvz.: anglies atomo branduolys yra sudarytas iš 6 protonų ir 6 neutronų, o urano atomo branduolyje, be 92 protonų, yra 147 neutronai. Neutronas yra pastovus tik atomo branduolyje. Laisvas neutronas gali egzistuoti tik aštuoniolika su puse minučių, o po to išsisklaido į protoną, elektroną ir antineutriną, apie kurį bus vėliau.

Tuo būdu pagrindinėmis atomo sudėtinėmis elementarinėmis dalelėmis yra elektronas, protonas ir neutronas. Bet, be šių pastovių medžiagos dalelių, yra eilė elementarinių dalelių, visai nepastovių. Tarp jų tenka paminėti įvairius mezonus, kurie pradžioje buvo surasti kosminiuose spinduliuose. Tarp jų paminėsiu muo-ną, — elementarinę dalelę, panašią į elektroną, bet 215 kartų sunkesnę už jį. Muonas yra tiek nepastovus, kad gyvuoja tik vieną milijoninę sekundės dalį ir išsiskaido. Atomo struktūrai yra svarbesnis pimezonas arba pionas, kuris, kaip pastebėta, vaidina svarbų vaidmenį protonų ir neutronų sudėtyje. Atomo branduolyje protonai ir neutronai nuolatos keičiasi savo pio-nais. Tuo būdu pionai kaip ir suriša branduolyje neutronus su protonais. Pionų yra trys rūšys: teigiamai įkrauti, neigiami ir neutralūs. Savarankiai jie negali egzistuoti ir milijardinėj sekundės dalyje išsiskaido.

Tik neseniai pavyko pagauti ir nustatyti elementarinę dalelę neutriną. Tai dalelės, neturinčios elektrinio įkrovimo ir neturinčios masės, medžiagos. Visa tai neutrine pavirto spinduliavimo energija. Neutrinas beveik neveikia kitij elementarinių dalelių ir nėra jų veikiamas. Mūsų saulė išspinduliuoja milžiniškus neutrino kiekius, ir jie lengvai pereina pro žemės rutulį. Tuo būdu pro mūsų kūno kiekvieną kvadratinį centimetrą praeina šimtai milijardų neutrinų per sekundę, dieną iš viršaus, o naktį — iš apačios.

Pagaliau, kalbant apie medžiagos elementarines daleles, tenka paminėt fotaną. Dar New-tonas diskutavo su Huygensu, tvirtindamas, kad šviesos spinduliai nėra bangavimas, o skriejančios medžiagos dalelės. Pasirodė, kad abu buvo teisūs: šviesos spinduliai gali pasireikšti ir kaip energetiniai bangavimai ir kaip korpuskulės, medžiagos dalelės. Tos šviesos spindulių medžiaginio pobūdžio dalelės buvo pavadintos fotonais (nuo graikų žodžio photos, šviesa). Fotonų egzistenciją paskelbė dar 1905 m. Einšteinas, o jų buvimą eksperimentais įrodė Amerikos fizikas A. Comptonas, išaiškinęs vadinamąjį Comptono efektą, už kurį jis gavo Nobelio premiją.

Elemantarinių medžiagos dalelių tyrinėjimas toli gražu nėra baigtas. Statomi vis galingesni įrengimai tyrinėjimams ne tik išsprendžia įvairius klausimus, bet ir veda į naujus atradimus, o su jais ir į naujus klausimus. Eksperimentiniai duomenys atveria naujus, platesnius horizontus mokslui. Senos teorijos praplečiamos, o naujos teorijos, apimdamos senąsias ir duodamos platesnį ir tikslesnį pastebėtų reiškinių aiškinimą, stumia pirmyn gamtos pas-slapčių pažinimą.

Medžiagos paslaptis.
Bet visi tie nuostabūs mokslo laimėjimai medžiagos tyrinėjimo srityje dar toli gražu neduoda atsakymo į klausimą: Kas yra medžiaga? Negana surasti, ištirti ir klasifikuoti elementarines medžiagos daleles ir tirti jų sudarytų atomų struktūras. Suradus smulkiausias medžiagos daleles, vėl kyla klausimas: O kas jos yra? Taigi vėl prieiname prie to paties klausimo: Kas yra medžiaga? Tokio masto mokslininkas kaip E. Schroedingeris tuo klausimu yra parašęs1, kad yra keista taip kelti klausimą. Anot jo, turint galvoj dabarties mokslo pažiūras medžiagos pažinimo srityje, reikia klausti: —Kaip mes savo mintyse vaizduojamės medžiagą? — Ir toks klausimo nušvietimas gal geriausiai rodo, kuria linkme mokslas krypsta, jieškodamas atsakymo į šį klausimą.

Jau Niels Bohras, sudaręs savo garsųjį atomo modelį, susidūrė su sunkumais, nes jo modelis tiko tik paprasčiausios struktūros atomams. Bohrui į pagalbą atėjo kitas didelis mokslininkas — princas L. de Broglie, kuris 1924 m. iškėlė mintį, kad medžiagos dalelės gali pasireikšti ir kaip bangavimai. L. de Broglie sudarė formulę, duodančią elektrono bangos ilgį. Bangavimo teoriją išvystė ir bangavimų mechaniką sukūrė E. Schroedingeris 1926 m. Taip buvo vėl prieita prie medžiagos dematerializa-cijos. Faktą, kad medžiaga gali pasireikšti kaip energija, nustatė dar šio šimtmečio pradžioje A. Einšteinas, paskelbdamas savo garsiąją formulę E=mc2 (energija lygu masei, padaugintai iš šviesos greičio kvadrate).

Pritaikius šią pažiūrą Bohro atomo modeliui ir turint dėmesyje, kad elektronų orbitų atomuose ilgis yra visuomet lygus sveikam elektroninių bangų ilgių skaičiui galima vaizduotis elektroną atome ne kaip medžiagos elementarinę dalelę, skriejančią aplink branduolį, bet kaip bangavimą, išplėstą vienu laiku į visą orbitą.

Taigi elektronas gali pasireikšti atome ir kaip medžiagos dalelė ir kaip bangavimo energija. Tam dvilypumui išaiškinti Bohras sukūrė pagarsėjusią papildymo (complementarity) teoriją. Kitas garsus teoretinis fizikas, M. Bor-nas, ją pavadino tikru mūsų galvojimo pra-

turtinimu.2 Ši teorija teigia, kad mūsų netobulų sąvokų neužtenka apibūdinti mikrokosmo reiškiniams. Todėl tenka tam pačiam dalykui pavartoti kelis apibūdinimus, vienas kitam prieštaraujančius, bet kartu ir vienas kitą papildančius.

Naujų komplikacijų į šj klausimą įnešė vokiečių fizikas W. Heisenbergas, paskelbdamas netikrumo principą. Paprastai kalbant, šis principas nusako, kad pvz. dėl elektrono atome, jei mes sužinome, kur elektronas yra, tai nežinome, kaip jis pasireiškia, o jei sužinome, kaip jis pasireiškia, tai nežinome, kurioj vietoj jis yra. Taigi pilno tikrumo negalime pasiekti, ir Heisenbergas net nustatė to netikrumo dydžio formulę. Tenka pažymėti, kad Heisenbergo netikrumo principas pasireiškia visur, bet mūsų matomojo pasaulio dydžiams jo veikimas yra be galo mažas ir nepastebimas. Todėl jis ryškus atominiame pasaulyje.

Newtono mechanika pasirodė per siaura begalinių mažybių pasauliui tyrinėti ir aiškinti. Ją pakeitė platesnio masto teorijos: reliatyvumo teorija, Schroedingerio bangavimų mechanika ir Heisenbergo kvantų mechanika. Paskutiniais laikais ir jos pasirodė negalinčios patenkinti visų reikalavimų. Sukurta dar platesnė teorija — kvantų elektrodinamika, davusi jau įdomių rezultatų elektronų ir šviesos bangavimų tyrinėjimuose.

Čia noriu pastebėti, kad Heisenbergo kvantų mechanikoje, formulėse liečiančiose elementarinių medžiagų dalelių judesį ir padėtį (vadinamuosiuose komutatoriuose) randame tokį dydį kaip vadinamąjį skaičių i, neturintį realios reikšmės. Keistas nerealumo įpynimas į iki šiol buvusį realybės pagrindą — medžiagą.

Modernus mokslas, išėjęs iš mūsų kasdieninio gyvenimo pasaulio ribų, turėjo atsisakyti nusistojusių pažiūrų ir sąvokų. Tai atsitiko kosmologijoje ir kosmogonijoje, tiriant begalinių dydžių pasaulį — makrokosmą. Su tuo susidurta, pradedant pažinti ir begalinių mažybių pasaulį—mikrokosmą. Be galo mažuose atstumuose, prie be galo didelių greičių, laiko ir erdvės sąvokos kaip ir nustoja prasmės. Atrodo, kad tie mūsų žemiškų įvykių erdvės-laiko rėmai, kuriuose klasikinė fizika aprašinėja juos, neatitinka pilno gamtos įvykių atominėje plotmėje vaizdo. Platono urvas, kuriame būdami mes matome tik realybės šešėlius, atrodo, yra sudarytas iš laiko ir erdvės sąvokų, rišančių mūsų galvojimą. L. de Broglie rašo,3 kad pvz., nagrinėdami mikrokosmo reiškinius, laiko sąvoką turėtume pakeisti kažkokia kita sąvoka, ir tas kažkas turėtų įsilieti į laiko sąvoką, pereinant prie mūsų dydžių pasaulio. De Broglie abejoja, ar žmogaus protas pajėgs kada nors išsilaisvinti iš jam įprastų kasdieninio gyvenimo sąlygų ir galvojimo kategorijų ir tiek atitrūkti nuo žemiško galvojimo plotmės, kad galėtų sukurti tokias naujas, platesnes ir tobulesnes sąvokas.

Susidurdami su tokiais klausimais mokslininkai įžengia į filosofijos sritį. Bet filosofai, su maža išimtim (Bergsonas, Wenzl), neateina jiems į talką. Todėl eilė mokslininkų patys griebiasi filosofijos. Tokiais mokslininkais filosofais buvo Eddingtonas, Einšteinas, Schroedinge-ris ir yra Bohras, de Broglie, Heisenbergas, Comptonas ir eilė kitų, ne taip garsių.

Štai dar prieš beveik 40 metų, anglų mokslininkas A. Eddingtonas, rašydamas apie pasaulio realybę4, sako: "To put the conclusion crudely — the stuff of the world is mind-stuff". Šio pasaulio medžiaga tai yra mintis-medžiaga. Jis priduria, kad šiame konglomerate minties ir medžiagos sąvokos ne visai atitinka tas reikšmes, kurios joms priskiramos kasdieninėje kalboje. Eddingtonas duoda savo daugiau filosofinį negu mokslinį aiškinimą.

Jei prisiminsime Einšteino reliatyvumo teorijas ir kitus išvedžiojimus, tai jose gravitacijos ir kitos kosmose pasireiškiančios jėgos yra erdvės išlenkimai ir iškrypimai. Bet einant Einšteino visuotinio reliatyvumo teorija, eksperimentais patvirtinta, medžiaga veikia erdvę, ją išlenkdama. Vadinasi, medžiaga ir erdvė turi būti tos pačios prigimties. Tačiau erdvė, talpinanti medžiagą, negali būti jos reiškinys, negali kilti iš medžiagos. Todėl palieka tik antra alternatyva, kad medžiaga yra kažkoks erdvės pavidalas. Atrodo, kad medžiaga ne tik kad iškreipia erdvę, bet pati yra erdvės deformacija, iškrypimas: keturių matavimų, beribės, bet ne begalinės erdvės mažyčiai sūkurėliai ar kitos deformacijos. Todėl ir garsus vokiečių filosofas Wenzl rašo rinktinių mokslininkų ir filosofų paruoštoje knygoje apie Einšteiną,5 kad mūsų pasaulio realybė toli gražu nėra tokia medžiaginė, kaip kad tvirtino materialistai.

Garsus astrofizikas Sir James Jeans vienoje savo knygoj8 rašė, kad realybė ir pažinimas savo esmėje yra panašūs arba, kitaip tariant, mūsų medžiaginio pasaulio realybė yra mentalinė. Vis labiau atrodo, kad realybė yra geriau apibūdinama ne medžiaginiu, bet mentaliniu požiūriu.

Schroedingeris, pasirėmęs savo moksliniais tyrinėjimais, sako7, kad klausimas apie medžiagos elementarinių dalelių tapatybę yra visai beprasmis. Mokslininkas, observuodamas elementarinę medžiagos dalelę, pvz. elektroną (jei jis tai galėtų įvykdyti), turėtų į jį žiūrėti, kaip į atskirą, izoliuotą įvykį, o jei jis po momento pastebėtų čia pat tokią pat dalelę, net prilei-džiant tarp jų priežastingumo ryšio buvimą, nebūtų jokios prasmės tvirtinti, kad tai yra ta pati medžiagos dalelė. Čia gal galima būtų duoti rupų palyginimą su vandens sūkurėliais, kuriuos galima observuoti prie malūnų užtvankų besisukinėjant, pranykstant ir vėl atsirandant toje pačioje ar gretimoje vietoje. Nėra jokios prasmės tvirtinti, kad tie patys sūkurėliai žaidžia vandens paviršiuje.

Anot Schroedingerio, medžiagos elementarinėse dalelėse esminis dalykas yra jų pavidalas. Mes pratę manyti, kad pavidalas turi būti kažko nors pavidalas, kažkas turi jį užpildyti: Aristotelio causa formalis ir causa materia-lis. Bet elementarinėse medžiagos dalelėse, atrodo, nėra pagrindo galvoti apie tai, kas užpildo pavidalą. Jos greičiausiai yra grynas pavidalas, tik pavidalas.

Pavidalas, mintis, erdvės deformacija, — štai prie ko prieina mokslas, aiškindamas medžiagos esmės paslaptis. Medžiaga yra tik vaizdas mūsų mintyje, o mintis yra pirmesnė už medžiagą.

XIX a. mokslas medžiagą laikė absoliutu, — pastoviu, realiu, amžinu dalyku, paklusniu žinomiems dėsniams. Jos reiškiniai buvo griežtai determinuoti. Žinant išeities padėtį ir veikiančius faktorius, buvo manoma esant galima nustatyti, kas su medžiaga įvyksta. Dabartinės mokslo pažiūros į medžiagą pasidarė daug mažiau materialistinės. Medžiagos esmės sąvokos moderniajam moksle yra dar neaiškios ir toli gražu netobulos. Bet galima tik tvirtinti, kad medžiaga nustojo buvusi paprastu, apčiuopiamu, rupiu, patalpintu erdvėje dalyku, kurį mes galime pilnai sekti, o ją tvarkančius dėsnius visur ir visada pažinti.

Ar tokios mokslininkų pažiūros neartėja prie Berkelėjo filosofijos išvadų, kurioms išorinis pasaulis buvo dieviškos minties padaras ir reiškinys ir neturėjo egzistencijos, paremtos materialiniu pagrindu?

Medžiagos esmės klausimas moderniojo mokslo šviesoje atrodo dar gilesnė ir didesnė paslaptis kaip anksčiau. Tos paslapties išsprendimas jungiasi su visatos paslapties klausimu. Klausimuose, susietuose su komogonija ir komologija, susiduriama su tomis pačiomis elementarinėmis medžiagos dalelėmis, kurios tiriamos mikrokosme. Mikrokosmas susiduria su makrokosmu. Pvz. mokslas randa,8 kad vienas iš kelių tiksliųjų duomenų apie makrokosmą — visatą yra protonų ir elektronų jame kiekis (kiekis elektronų visatoje yra lygus 1,29x10™ su klaidos faktoriumi ne didesniu kaip 2). Medžiagai tirti ir jos paslaptims aiškinti ateinantieji ir tarpžvaigždinių erdvių kosminiai spinduliai irgi turi labai didelės reikšmės.

Atrodo, kad begalinio dydžio, makrokosmo, paslaptis jungiasi su begalinių mažybių, mikrokosmo paslaptim, sudarydamos vieną tikrai begalinę paslaptį, kurią kažin ar žmogaus protas, apšarvuotas net Dievo įžiebta genijaus kibirkštimi, galės kuomet nors suprasti ir pažinti.

1) E. Sehroedinger. Science and Humanism. Cambridge. At the University Press. 1951.
2) M. Born. Physics and Methaphysics. The Scientific Monthly. May, 1956.
3) Louis de Broglie. La Physique Nouvelle et les Quanta. Flammarion. Paris. 1937.
4) A. S. Eddington. The Nature of the Physical World. The Macmillan Company. New York. 1929.
5) Editor R. A. Schilpp. Albert Einstein: Philosopher - Scientist. The Library of Living Philosophers. Evanston. 1949.
6) Sir James Jeans. Physics and Philosophy. Cambridge. At the University Press. 1946.
7) E. Sehroedinger. Science and Humanism. Cambridge. At the University Press. 1951.
8) Sir Arthur Eddington. The Expanding Universe. Cambridge. At the University Press. 1946.


 
 
Sukurta: Kretingos pranciškonai