Atom

هيچ چيز جز اتم و فضاي خالي وجود ندارد" "مابقي همه خرافات است دمُکريتوس

اين داستان بزرگ ترين کشف علميِ تاريخ بشر است

کشف اينکه همه چيز از اتم ها ساخته شده

تنوع گسترده و پرمايگي هر آنچه که در جهان اطرافمان و فراسوي آن مي بينيم

اينکه چگونه ساخته شده و چگونه بهم پيوند خورده

کاملاً مربوط به اتم ها

و قوانين مرموزي است که اتم ها از آنها پيروي مي کنند

وقتي دانشمندان به کاوش اعماق اتم پرداختند، يعني همان قلب واقعي ماده

پرده از تکان دهنده ترين اسرار طبيعت برداشتند

آنها مجبور بودند هرچه را که باور داشتند، دور بياندازند

و علم کاملاً جديدي خلق کنند

علمي که امروزه تمامي فيزيک، شيمي و زيست شناسي را پايه ريزي مي کند

و شايد حتي خود زندگي را

اما براي من، داستان اينکه چگونه بشر معماي اتم را حل کرد

هم الهام بخش است و هم جالب توجه

داستان نوابغ بزرگ

مردان و زناني که عطششان براي دانش و افتخار، آنها را به پيش مي بُرد

داستان شروع هاي غلط و تناقضات، جاه طلبي و افشاء

داستاني که ما را با هيجان انگيزترين و جذاب ترين افکاري که تا بحال به ذهن بشر خطور کرده، آشنا مي سازد

و براي فيزيکداني چون من

مهم ترين داستان موجود همين است

اتم

نبرد خدايان

5اُم اکتبر، سال 1906

در هتلي نزديک ترايست

دانشمندي آلماني به نام لودويگ بولتزمن، خودش را دار زد

بولتزمن سابقه ي طولاني در مشکلات روانشناختي داشت

و يکي از فاکتورهاي اساسي در افسردگي اش

اين بود که به او بهتان زده بودند، حتي تبعيد شده بود

به خاطر اعتقاد به چيزي که امروزه براي ما کاملاً طبيعي است

وي معتقد بود که ماده را تا ابد نمي توان به قطعات کوچک تر تقسيم کرد

بلکه مي گفت که سرانجام همه چيز از بلوک هاي پايه تشکيل شده

اتم ها

امروزه باور نکردني به نظر مي رسد که افشا گري بولتزمن، اين قدر جنجالي بوده

اما 100 سال قبل

بحث کردن بر سر اينکه اتم ها واقعي اند توسط اکثريت اتلاف وقت تلقي مي شد

اگرچه فيلسوفان از يونان باستان

به اين انديشيده بودند که شايد جهان از نوعي واحد پايه ي ماده ساخته شده

اما آنها مي دانستند آنقدر کوچک اند که ديده نمي شوند

حتي زير قوي ترين ميکروسکوپ ها

فکر کردن در مورد آنها کاملاً اتلاف وقت بود

اما سپس، در اواسط قرن 19اُم

اتم چه واقعي بود چه نبود

به ناگاه سؤالي در مورد آن اهميت گرفت

دليلش اين بود

بُخار

از دهه ي 1850 دنيا را تغيير مي داد

به موتورهاي قوي، نيرو مي بخشيد

به قطارها، کشتي ها و کارخانه هاي انقلاب صنعتي

بنابراين درک چگونگي استفاده با بازدهي بيشتر از آن

از اهميت تجاري، سياسي و استفاده ي نظامي برخوردار شد

پس جاي تعجب نيست که

سؤال کليدي علم قرن 19اُم شد

نياز به ساختن موتورهاي بخار قوي تر و به صرفه تر

در عوض نياز مبرمي را بر انگيخت

درک و پيش بيني رفتار آب و بخار

در دماها و فشارهاي بالا

لودويگ بولتزمن و پيروان علمي او

نشان دادند که اگر بخار را متشکّل از ميليون ها گوي صلب ريز در نظر بگيريد

يعني اتم ها

مي توانيد معادلات رياضي قدرتمندي بسازيد

که قادر به پيش بيني رفتار بخار هستند

با دقتي باورنکردني

اما همين معادلات بولتزمن و اتميست هاي طرفدار او را به سراشيبي سقوط بُرد

دشمنانشان گفتند از آنجايي که اتم هاي موجود در محاسبات آنها نامرئي اند

صرفاً يک توهم رياضي اند

تا اجسام فيزيکي واقعي

ادعاي واقعي بودن موجودات متصوّر شده گستاخانه تلقي مي شد

حتي کفرآميز

منتقدان بولتزمن گفتند اين توهين به مقدسات است

که آفرينش معجزه آساي خداوند را

به يک سري از برخوردهاي بين گوي هاي ريز بي جان نسبت دهيم

بولتزمن به عنوان ماترياليستي بي دين محکوم شد

طنز غم انگيز داستان بولتزمن

اين است که وقتي در سال 1906 جان خود را گرفت

خبر نداشت که پيروز شده است

يک سال قبل از مرگش

دانشمندي جوان مقاله اي چاپ کرده بود

که به طور غير قابل انکار، واقعيت اتم را اعلام کرده بود

ممکن است در مورد اين دانشمند جوان شنيده باشيد

نامش آلبرت اينشتين بود

در سال 1905، سال قبل از خودکشي بولتزمن

آلبرت اينشتين 26 سال داشت

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

و خيلي به سختي قابل استخدام بود

سپس او دوست دخترش را حامله کرد

و به دنبال آن يک عروسي فوري

او به کاري نياز داشت. هر کاري که باشد در حالي که چندان ممتاز از دانشگاه فارغ التحصيل نشده بود

به عنوان يک کارمند ساده ي ثبت اختراعات، کاري پيدا کرد اينجا در برن، در سوئيس

وي به اين ساختمان کوچک تک خوابه در منطقه ي کرامگاسه نقل مکان کرد

همراه با همسر جوانش ميلوا

بر خلاف اوضاع شخصي دشوار

اينشتين جوان اراده اي قوي داشت

او مصمّم بود نامش را به عنوان يک فيزيکدان بر جاي بگذارد

و در 1905، در سالي معجزه وار

آنچه بر جاي گذاشت، واقعاً شگفت انگيز بود

داشتن کاري سبک به معناي داشتن زمان زياد براي اينشتين جوان بود

هم سر کار و هم اينجا در اين آپارتمان کوچک

که به طور عميق فکر کند

در طول فقط چند ماه، وي چندين مقاله چاپ کرد

که علم را براي هميشه تغيير داد

همه در مورد تئوري نسبيت او شنيده اند

حتي اگر آن را درک نکنند

مقاله اش در مورد طبيعت نور، چند سال بعد جايزه ي نوبل را برايش به ارمغان آورد

اما جالب است آنچه که بزرگترين تأثير را بر کشف اتم ها داشت

هيچ کدام از اين دو مقاله نبود

آنچه که همه چيز را تغيير داد

مقاله ي کوتاهي بود در مورد اينکه چگونه دانه هاي ريز گرده، در آب مي رقصند؟

تقريباً 80 سال قبل، در سال 1827

يک گياه شناس اسکاتلندي به نام رابرت براون

دانه هاي گرده را در مقداري آب پاشيد

و از درون يک ميکروسکوپ به آن نگاه کرد

آنچه که ديد واقعاً عجيب بود

زيرا به جاي اينکه دانه هاي گرده به آرامي در آب شناور شوند

به صورت کاتوره اي دور هم مي رقصيدند

تقريباً مثل اينکه زنده بودند

در حالي که "حرکت براوني" عجيب بود

دانشمندان به زودي آن را به فراموشي سپردند

آن را پست مي دانستند، حتي خسته کننده کي اهميت مي ده که دانه هاي گرده در آب مي جنبند؟

و جنبيدن اصلاً چه ربطي به اتم ها دارد؟

حدود 80 سال، کشف براون يک بي نظمي علمي ناشناخته باقي ماند

سپس اينشتين همه چيز را تغيير داد

با يک نگاه متحير کننده

اينشتين فهميد که حرکت براوني کاملاً مربوط به اتم هاست

در واقع وي دريافت که جنبش ذرات گرده در آب

مي تواند بحث قديمي واقعي بودن اتم ها را براي هميشه حل کند

استدلال او ساده بود

گرده فقط وقتي مي جنبد که به وسيله ي چيز ديگري مورد اصابت واقع شود

پس اينشتين نتيجه گرفت که آب بايد از ذرات کوچک اتم مانندي ساخته شده باشد

که خودشان مي جنبند

و پيوسته ذرات گرده را مورد اصابت واقع مي دهند

اگر اتمي وجود نداشت

ذرات گرده ساکن باقي مي ماندند

پس بولتزمن و معاصرانش

بيهوده براي اين سؤال صف کشيده بودند

جواب تمام اين مدت موجود بود

اينشتين ثابت کرد براي رخ دادن حرکت براوني

اتم ها بايد وجود داشته باشند

مقاله ي اينشتين فراتر از بحث هاي شهودي رفت

و با رياضيات بي نقص

ثابت کرد که رقص گرده

اندازه ي اتم را نشان مي دهد

و آن به طرز سرسام آوري کوچک است

!يک ده ميليونوم يک ميلي متر

يک تار موي انسان، يکي از باريک ترين چيزهايي که با چشم غير مسلح قابل مشاهده است

حدود يک ميليون اتم ضخامت دارد

بگذاريد راه ديگري را امتحان کنم

تعداد اتم هاي موجود در يک ليوان آب

بيشتر از تعداد ليوان هاي آبي است که !تمام اقيانوس هاي زمين را در بر مي گيرد

مغزتان مي تِرِکد وقتي به آن فکر مي کنيد

مقاله ي اينشتين بحث را خاتمه داد

در مورد اينکه اتم وجود دارد يا نه

و بولتزمن کاملاً پيروز شده بود

اتم مجبور بود که واقعي باشد

در سال هاي آغازين قرن بيستم

اتم از راه رسيده بود

دانشمنداني که اتم را واقعي مي پنداشتند ديگر مرتد خوانده نمي شدند

در يک تغيير عقيده ي ناگهاني و دراماتيک

آنها را ارتدکس هاي جديد خواندند

اما آنها براي موفقيتشان بايد تاوان سنگيني مي پرداختند

قبل از اينکه فرصت به همديگر تبريک گفتن را به خاطر کشف اتم پيدا کنند

فرش زير پايشان در رفت

و آنها را به هزار توي عجيب و غريب و دنياي ترسناک تازه اي پرت کرد

و همه چيز از اينجا شروع شد

جايي که در سال 1910 مرکز فيزيک اتمي جهان بود

منچستر

دو تن از خارق العاده ترين انسان هاي تاريخ علم

اينجا در دانشکده ي فيزيک دانشگاه منچستر کار مي کردند بين سال هاي 1911 و 1916

ارنست رادرفورد و نيلز بور

در مقايسه با هم، دو شخصيت کاملاً متفاوت

و جورنشدني ترين دوستان

رادرفورد اهل بخش دورافتاده اي از نيوزيلند بود

و در يک مزرعه بزرگ شده بود

بور متولد کپنهاگ بود

ثروتمند و دانشمند متشخّص و اشرافي

رادرفورد يک تجربه گراي مطلق بود

او عاشق تکنولوژي بود

و مبتکر استفاده از باتري ها، سيم پيچ ها، آهن رباها و سنگ هاي راديواکتيو بود

اما همچنين از بينش عميقي برخوردار بود

بر عکس، بور نظريه پردازي مطلق بود

براي وي، علم تفکر عميق و رياضيات محض بود

قلم و کاغذ، گچ و تخته ابزار او بودند

منطق شيوه ي او براي رسيدن به حقيقت بود

اگرچه شيوه هاي کار آنها از اين بيشتر متفاوت نمي شد

آنها يک چيز مشترک داشتند

آنها آماده شده بودند، سه قرن کاوش علمي را بکاوند

اگر با آنچه فکر مي کردند درست است، تطابق نداشت

آنها انقلابيوني حقيقي بودند

رادرفورد و بور دو تن از فوق العاده ترين مغز هايي بودند که تاکنون توسط نسل بشر به دنيا عرضه شده است

اما هر ذره اي از اراده ي پولادين

و استعداد درخشان شان را

براي غلبه بر اتم بايد به کار مي گرفتند

در سال 1907، ارنست رادرفورد رئيس دانشکده ي فيزيک منچستر شد

اين دوره، شاهد تغييرات علمي مهمي بود

ده سال قبل در آلمان

اولين شواهد وجود تشعشعات مرموزي که از گوشت مي گذرند

تا استخوان هايمان را نشان دهند، پيدا شد

اين تشعشعات بسيار غير قابل توضيح بودند

دانشمندان نمي دانستند آنها را چه بنامند

بنابراين آنها را "تشعشعات ايکس" ناميدند