Atom

هیچ چیز جز اتم و فضای خالی وجود ندارد" "مابقی همه خرافات است دمُکریتوس

این داستان بزرگ ترین کشف علمیِ تاریخ بشر است

کشف اینکه همه چیز از اتم ها ساخته شده

تنوع گسترده و پرمایگی هر آنچه که در جهان اطرافمان و فراسوی آن می بینیم

اینکه چگونه ساخته شده و چگونه بهم پیوند خورده

کاملاً مربوط به اتم ها

و قوانین مرموزی است که اتم ها از آنها پیروی می کنند

وقتی دانشمندان به کاوش اعماق اتم پرداختند، یعنی همان قلب واقعی ماده

پرده از تکان دهنده ترین اسرار طبیعت برداشتند

آنها مجبور بودند هرچه را که باور داشتند، دور بیاندازند

و علم کاملاً جدیدی خلق کنند

علمی که امروزه تمامی فیزیک، شیمی و زیست شناسی را پایه ریزی می کند

و شاید حتی خود زندگی را

اما برای من، داستان اینکه چگونه بشر معمای اتم را حل کرد

هم الهام بخش است و هم جالب توجه

داستان نوابغ بزرگ

مردان و زنانی که عطششان برای دانش و افتخار، آنها را به پیش می بُرد

داستان شروع های غلط و تناقضات، جاه طلبی و افشاء

داستانی که ما را با هیجان انگیزترین و جذاب ترین افکاری که تا بحال به ذهن بشر خطور کرده، آشنا می سازد

و برای فیزیکدانی چون من

مهم ترین داستان موجود همین است

اتم

نبرد خدایان

5اُم اکتبر، سال 1906

در هتلی نزدیک ترایست

دانشمندی آلمانی به نام لودویگ بولتزمن، خودش را دار زد

بولتزمن سابقه ی طولانی در مشکلات روانشناختی داشت

و یکی از فاکتورهای اساسی در افسردگی اش

این بود که به او بهتان زده بودند، حتی تبعید شده بود

به خاطر اعتقاد به چیزی که امروزه برای ما کاملاً طبیعی است

وی معتقد بود که ماده را تا ابد نمی توان به قطعات کوچک تر تقسیم کرد

بلکه می گفت که سرانجام همه چیز از بلوک های پایه تشکیل شده

اتم ها

امروزه باور نکردنی به نظر می رسد که افشا گری بولتزمن، این قدر جنجالی بوده

اما 100 سال قبل

بحث کردن بر سر اینکه اتم ها واقعی اند توسط اکثریت اتلاف وقت تلقی می شد

اگرچه فیلسوفان از یونان باستان

به این اندیشیده بودند که شاید جهان از نوعی واحد پایه ی ماده ساخته شده

اما آنها می دانستند آنقدر کوچک اند که دیده نمی شوند

حتی زیر قوی ترین میکروسکوپ ها

فکر کردن در مورد آنها کاملاً اتلاف وقت بود

اما سپس، در اواسط قرن 19اُم

اتم چه واقعی بود چه نبود

به ناگاه سؤالی در مورد آن اهمیت گرفت

دلیلش این بود

بُخار

از دهه ی 1850 دنیا را تغییر می داد

به موتورهای قوی، نیرو می بخشید

به قطارها، کشتی ها و کارخانه های انقلاب صنعتی

بنابراین درک چگونگی استفاده با بازدهی بیشتر از آن

از اهمیت تجاری، سیاسی و استفاده ی نظامی برخوردار شد

پس جای تعجب نیست که

سؤال کلیدی علم قرن 19اُم شد

نیاز به ساختن موتورهای بخار قوی تر و به صرفه تر

در عوض نیاز مبرمی را بر انگیخت

درک و پیش بینی رفتار آب و بخار

در دماها و فشارهای بالا

لودویگ بولتزمن و پیروان علمی او

نشان دادند که اگر بخار را متشکّل از میلیون ها گوی صلب ریز در نظر بگیرید

یعنی اتم ها

می توانید معادلات ریاضی قدرتمندی بسازید

که قادر به پیش بینی رفتار بخار هستند

با دقتی باورنکردنی

اما همین معادلات بولتزمن و اتمیست های طرفدار او را به سراشیبی سقوط بُرد

دشمنانشان گفتند از آنجایی که اتم های موجود در محاسبات آنها نامرئی اند

صرفاً یک توهم ریاضی اند

تا اجسام فیزیکی واقعی

ادعای واقعی بودن موجودات متصوّر شده گستاخانه تلقی می شد

حتی کفرآمیز

منتقدان بولتزمن گفتند این توهین به مقدسات است

که آفرینش معجزه آسای خداوند را

به یک سری از برخوردهای بین گوی های ریز بی جان نسبت دهیم

بولتزمن به عنوان ماتریالیستی بی دین محکوم شد

طنز غم انگیز داستان بولتزمن

این است که وقتی در سال 1906 جان خود را گرفت

خبر نداشت که پیروز شده است

یک سال قبل از مرگش

دانشمندی جوان مقاله ای چاپ کرده بود

که به طور غیر قابل انکار، واقعیت اتم را اعلام کرده بود

ممکن است در مورد این دانشمند جوان شنیده باشید

نامش آلبرت اینشتین بود

در سال 1905، سال قبل از خودکشی بولتزمن

آلبرت اینشتین 26 سال داشت

لجاجت گستاخانه اش اکثر استادان و معلمانش را به ستوه آورده بود

و خیلی به سختی قابل استخدام بود

سپس او دوست دخترش را حامله کرد

و به دنبال آن یک عروسی فوری

او به کاری نیاز داشت. هر کاری که باشد در حالی که چندان ممتاز از دانشگاه فارغ التحصیل نشده بود

به عنوان یک کارمند ساده ی ثبت اختراعات، کاری پیدا کرد اینجا در برن، در سوئیس

وی به این ساختمان کوچک تک خوابه در منطقه ی کرامگاسه نقل مکان کرد

همراه با همسر جوانش میلوا

بر خلاف اوضاع شخصی دشوار

اینشتین جوان اراده ای قوی داشت

او مصمّم بود نامش را به عنوان یک فیزیکدان بر جای بگذارد

و در 1905، در سالی معجزه وار

آنچه بر جای گذاشت، واقعاً شگفت انگیز بود

داشتن کاری سبک به معنای داشتن زمان زیاد برای اینشتین جوان بود

هم سر کار و هم اینجا در این آپارتمان کوچک

که به طور عمیق فکر کند

در طول فقط چند ماه، وی چندین مقاله چاپ کرد

که علم را برای همیشه تغییر داد

همه در مورد تئوری نسبیت او شنیده اند

حتی اگر آن را درک نکنند

مقاله اش در مورد طبیعت نور، چند سال بعد جایزه ی نوبل را برایش به ارمغان آورد

اما جالب است آنچه که بزرگترین تأثیر را بر کشف اتم ها داشت

هیچ کدام از این دو مقاله نبود

آنچه که همه چیز را تغییر داد

مقاله ی کوتاهی بود در مورد اینکه چگونه دانه های ریز گرده، در آب می رقصند؟

تقریباً 80 سال قبل، در سال 1827

یک گیاه شناس اسکاتلندی به نام رابرت براون

دانه های گرده را در مقداری آب پاشید

و از درون یک میکروسکوپ به آن نگاه کرد

آنچه که دید واقعاً عجیب بود

زیرا به جای اینکه دانه های گرده به آرامی در آب شناور شوند

به صورت کاتوره ای دور هم می رقصیدند

تقریباً مثل اینکه زنده بودند

در حالی که "حرکت براونی" عجیب بود

دانشمندان به زودی آن را به فراموشی سپردند

آن را پست می دانستند، حتی خسته کننده کی اهمیت می ده که دانه های گرده در آب می جنبند؟

و جنبیدن اصلاً چه ربطی به اتم ها دارد؟

حدود 80 سال، کشف براون یک بی نظمی علمی ناشناخته باقی ماند

سپس اینشتین همه چیز را تغییر داد

با یک نگاه متحیر کننده

اینشتین فهمید که حرکت براونی کاملاً مربوط به اتم هاست

در واقع وی دریافت که جنبش ذرات گرده در آب

می تواند بحث قدیمی واقعی بودن اتم ها را برای همیشه حل کند

استدلال او ساده بود

گرده فقط وقتی می جنبد که به وسیله ی چیز دیگری مورد اصابت واقع شود

پس اینشتین نتیجه گرفت که آب باید از ذرات کوچک اتم مانندی ساخته شده باشد

که خودشان می جنبند

و پیوسته ذرات گرده را مورد اصابت واقع می دهند

اگر اتمی وجود نداشت

ذرات گرده ساکن باقی می ماندند

پس بولتزمن و معاصرانش

بیهوده برای این سؤال صف کشیده بودند

جواب تمام این مدت موجود بود

اینشتین ثابت کرد برای رخ دادن حرکت براونی

اتم ها باید وجود داشته باشند

مقاله ی اینشتین فراتر از بحث های شهودی رفت

و با ریاضیات بی نقص

ثابت کرد که رقص گرده

اندازه ی اتم را نشان می دهد

و آن به طرز سرسام آوری کوچک است

!یک ده میلیونوم یک میلی متر

یک تار موی انسان، یکی از باریک ترین چیزهایی که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است

حدود یک میلیون اتم ضخامت دارد

بگذارید راه دیگری را امتحان کنم

تعداد اتم های موجود در یک لیوان آب

بیشتر از تعداد لیوان های آبی است که !تمام اقیانوس های زمین را در بر می گیرد

مغزتان می تِرِکد وقتی به آن فکر می کنید

مقاله ی اینشتین بحث را خاتمه داد

در مورد اینکه اتم وجود دارد یا نه

و بولتزمن کاملاً پیروز شده بود

اتم مجبور بود که واقعی باشد

در سال های آغازین قرن بیستم

اتم از راه رسیده بود

دانشمندانی که اتم را واقعی می پنداشتند دیگر مرتد خوانده نمی شدند

در یک تغییر عقیده ی ناگهانی و دراماتیک

آنها را ارتدکس های جدید خواندند

اما آنها برای موفقیتشان باید تاوان سنگینی می پرداختند

قبل از اینکه فرصت به همدیگر تبریک گفتن را به خاطر کشف اتم پیدا کنند

فرش زیر پایشان در رفت

و آنها را به هزار توی عجیب و غریب و دنیای ترسناک تازه ای پرت کرد

و همه چیز از اینجا شروع شد

جایی که در سال 1910 مرکز فیزیک اتمی جهان بود

منچستر

دو تن از خارق العاده ترین انسان های تاریخ علم

اینجا در دانشکده ی فیزیک دانشگاه منچستر کار می کردند بین سال های 1911 و 1916

ارنست رادرفورد و نیلز بور

در مقایسه با هم، دو شخصیت کاملاً متفاوت

و جورنشدنی ترین دوستان

رادرفورد اهل بخش دورافتاده ای از نیوزیلند بود

و در یک مزرعه بزرگ شده بود

بور متولد کپنهاگ بود

ثروتمند و دانشمند متشخّص و اشرافی

رادرفورد یک تجربه گرای مطلق بود

او عاشق تکنولوژی بود

و مبتکر استفاده از باتری ها، سیم پیچ ها، آهن رباها و سنگ های رادیواکتیو بود

اما همچنین از بینش عمیقی برخوردار بود

بر عکس، بور نظریه پردازی مطلق بود

برای وی، علم تفکر عمیق و ریاضیات محض بود

قلم و کاغذ، گچ و تخته ابزار او بودند

منطق شیوه ی او برای رسیدن به حقیقت بود

اگرچه شیوه های کار آنها از این بیشتر متفاوت نمی شد

آنها یک چیز مشترک داشتند

آنها آماده شده بودند، سه قرن کاوش علمی را بکاوند

اگر با آنچه فکر می کردند درست است، تطابق نداشت

آنها انقلابیونی حقیقی بودند

رادرفورد و بور دو تن از فوق العاده ترین مغز هایی بودند که تاکنون توسط نسل بشر به دنیا عرضه شده است

اما هر ذره ای از اراده ی پولادین

و استعداد درخشان شان را

برای غلبه بر اتم باید به کار می گرفتند

در سال 1907، ارنست رادرفورد رئیس دانشکده ی فیزیک منچستر شد

این دوره، شاهد تغییرات علمی مهمی بود

ده سال قبل در آلمان

اولین شواهد وجود تشعشعات مرموزی که از گوشت می گذرند

تا استخوان هایمان را نشان دهند، پیدا شد

این تشعشعات بسیار غیر قابل توضیح بودند

دانشمندان نمی دانستند آنها را چه بنامند

بنابراین آنها را "تشعشعات ایکس" نامیدند