Το Άτομο δια μέσου των Αιώνων
17 Οκτωβρίου 2013
50 χρόνια μετά την πρόβλεψη της ύπαρξής του ο πατέρας του σωματιδίου Χίγκς παίρνει το βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2013! Το γεγονός αποτελεί μια πρώτης τάξης αφορμή για μια αναδρομή στην εξέλιξη της ανθρώπινης αντίληψης για την ύλη.
Δεν υπάρχουν πολλοί άνθρωποι, που ατενίζοντας τον αστροφώτιστο νυχτερινό ουρανό, δεν αναρωτήθηκαν κάποτε για το Σύμπαν που μας περιβάλλει. Χιλιάδες ερωτήσεις έχουν τεθεί κατά καιρούς, από τους πρωτόγονους νομάδες μέχρι τους σύγχρονους αστρονόμους και αστροφυσικούς. Και όλες οι μυριάδες αυτές των ερωτήσεων μπορούν να συμπυκνωθούν σε μια και μοναδική: τι άραγε υπάρχει εκεί έξω; Ή ακόμη πιο απλά: από τι αποτελείται το Σύμπαν;
Από την αρχαιότητα ακόμη ο Δημόκριτος (470-380 π. Χ.), και πριν απ’ αυτόν ο δάσκαλός του ο Λεύκιππος (5ος αι. π.Χ.), υποστήριζαν ότι η ύλη αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια που δεν μπορούν να διασπαστούν πιο πολύ. Ονόμασαν τα σωματίδια αυτά άτομα, δημιουργώντας έτσι την απαρχή της σύγχρονης «ατομικής θεωρίας». Φυσικά μια τέτοια αντίληψη δεν είναι τόσο εύκολα αντιληπτή όσο φαίνεται σήμερα, γιατί όλα τα υλικά πράγματα γύρω μας φαίνονται ότι αποτελούνται από κάτι το ενιαίο όπως ένα κομμάτι ξύλο, ή ένα κομμάτι σίδερο ή ακόμα και μία κούπα νερό. Γι’ αυτό η πρόταση του Δημόκριτου για την ύπαρξη των «ατόμων» αντιμετωπίστηκε από τους σύγχρονούς του με μεγάλο σκεπτικισμό αφού βασίζονταν σε μια θεωρητική μόνο αντιμετώπιση που δεν απεδεικνύετο από την καθημερινή εμπειρία.
Την ίδια περίπου περίοδο ο Εμπεδοκλής (492-432 π. Χ.) υποστήριζε ότι τα πάντα στο Σύμπαν αποτελούνται από τέσσερα βασικά στοιχεία, τη γη, το νερό, τον αέρα και τη φωτιά, ενώ έναν αιώνα αργότερα η σκυτάλη παρεδόθη στον Αριστοτέλη (384-322 π. Χ.) ο οποίος στα στοιχεία αυτά προσέθεσε και ένα πέμπτο που ονόμασε αιθέρα, από τον οποίο, υποτίθεται, ότι αποτελείτο ο ουρανός. Φυσικά αν κοιτάζαμε τα τέσσερα στοιχεία του Εμπεδοκλή με τα μάτια της σημερινής μας γνώσης, θα μπορούσαμε ίσως να τα αντιστοιχήσουμε με τη σύγχρονη επιστημονική αντίληψη των στερεών (γη), των υγρών (νερό), των αερίων (αέρας), και της ενέργειας (φωτιά).
Επί 2.000 λοιπόν χρόνια η Αριστοτέλεια αντίληψη κατόρθωσε να υποσκελίσει την πραγματικότητα και να γίνει αποδεκτή ως η μοναδική επιστημονική αλήθεια. Παρ’ όλα αυτά η ατομική θεωρία του Δημόκριτου δεν ξεχάστηκε τελείως, γιατί περιελήφθη αργότερα στη διδασκαλία του Επίκουρου από τη Σάμο (341-270 π. Χ.). Αν και κανένα από τα έργα του Επίκουρου δεν έχει διασωθεί, οι φιλοσοφικές του δοξασίες καταγράφηκαν στα έργα των μεταγενέστερων Επικούρειων φιλοσόφων. Ένας απ’ αυτούς ήταν και ο Ρωμαίος ποιητής Lucretius του οποίου το ποίημα «De Rerum Natura» (Περί των Πραγμάτων της Φύσης) αντιμετωπίζει το Σύμπαν με βάση την ατομική αντίληψη που διατύπωσαν ο Δημόκριτος και ο Επίκουρος.
Δύο σχεδόν χιλιετίες μετά τον Αριστοτέλη και με βάση τις αρχαίες αυτές δοξασίες ο Άγγλος χημικός Robert Boyle (1627-1691) κατόρθωσε να εξετάσει πειραματικά πλέον την αλήθεια της ατομικής θεωρίας. Μελετώντας την συμπεριφορά των αερίων κάτω από διαφορετικές συνθήκες έβγαλε το συμπέρασμα ότι τα διάφορα αέρια, και κατ’ επέκταση τα υγρά και τα στερεά, πρέπει να αποτελούνται από μικροσκοπικά, αόρατα στα μάτια μας, σωματίδια αφού η ίδια ποσότητα ενός αερίου όταν θερμαίνεται πιάνει μεγαλύτερο όγκο, ενώ όταν ψύχεται ο όγκος του μικραίνει. Το 1661 λοιπόν ο Μπόυλ άρχισε να υποσκάπτει την επικρατούσα μέχρι τότε αντίληψη περί των στοιχείων της φύσης αποδεικνύοντας ότι η γη αποτελείται από διαφορετικά στοιχεία, άρα η γη δεν θα μπορούσε να είναι ένα από τα βασικά στοιχεία όπως υποστήριζαν ο Εμπεδοκλής και ο Αριστοτέλης. Σύμφωνα λοιπόν με την νέα αυτή αντίληψη για τα βασικά συστατικά της φύσης την εποχή του Ρόμπερτ Μπόυλ ήσαν γνωστά 12 μόνο χημικά στοιχεία.
Στα επόμενα 100 περίπου χρόνια απεδείχθη πειραματικά πλέον ότι ούτε ο αέρας, ούτε το νερό ήσαν στοιχεία αφού καθένα απ’ αυτά αποτελούνται από πιό απλά συστατικά. Το ίδιο συνέβη και με το τέταρτο στοιχείο του Εμπεδοκλή, την φωτιά, που σύντομα οι χημικοί αντιμετώπισαν σαν ένα είδος ενέργειας, και όχι σαν κάποιο από τα στοιχεία της φύσης. Μ’ αυτή την νέα λοιπόν αντίληψη για την ύλη, δεν ήταν παράξενο που η νέα επιστημονική σκέψη οδήγησε πλέον στην αναβίωση της θεωρίας του Δημόκριτου για τα άτομα. Ετσι το 1789 ο Γάλλος χημικός Αντουάν Λαβουαζιέ (1743-1794) δημοσίευσε έναν συγκεντρωτικό πίνακα που περιελάμβανε τα 31 γνωστά τότε χημικά στοιχεία.
Έπρεπε όμως να φτάσουμε στο 1803 για να γίνει δυνατή η διατύπωση της σύγχρονης ατομικής θεωρίας από τον Άγγλο χημικό John Dalton (1766-1844). Σύμφωνα μ’ αυτήν τα διάφορα υλικά στη φύση αποτελούνται από διαφορετικά είδη ατόμων. Μια ουσία που αποτελείται από ένα μόνο είδος ατόμου ονομάζεται χημικό στοιχείο, ενώ πολλά άτομα μαζί σχηματίζουν τα μόρια. Όταν διαφορετικά είδη ατόμων ενώνονται μεταξύ τους σε ομάδες (μόρια) σχηματίζουν τις χημικές ενώσεις. Το υδρογόνο για παράδειγμα (που συμβολίζεται με το Λατινικό γράμμα Η) είναι ένα χημικό στοιχείο, ενώ η ένωση δύο ατόμων υδρογόνου (Η2) και ενός ατόμου οξυγόνου(Ο) σχηματίζει ένα μόριο της χημικής ένωσης που ονομάζουμε νερό (Η2Ο). Μερικές μάλιστα ουσίες των ζώντων οργανισμών περιλαμβάνουν μόρια καθένα από τα οποία αποτελείται από την ένωση εκατομμυρίων ατόμων πέντε ή έξη χημικών στοιχείων. Έτσι όταν το 1869 ο Ρώσος χημικός Dmitri Ivanovich Mendeleev (1834-1907) δημοσίευσε για πρώτη φορά τον περιοδικό του πίνακα, με τον οποίο οργάνωσε τα χημικά στοιχεία σε οικογένειες ανάλογα με τα χαρακτηριστικά τους, 63 συνολικά στοιχεία ήταν ήδη γνωστά.
Πηγή: Διον. Π. Σιμόπουλου: «Η Βιογραφία του Σύμπαντος», Αθήνα: Ερευνητές, 2008.
