IftULEI
rüZETEK
•0882 , ,
SZÁNTÓ HUGO
AZ ANYAG SZERKEZETE
-10. SZ. 6. EZER. ARA 4 0 FILL
ШНА1_АКШ
HÖNYVKIADÖ
«g\Ä L .bA L A IiSI
И81Л1АПЛЯЛ!Я1
A Galilei Füzetek célja a természettudományok, a társadalomtudomá
nyok, a modern filozófia eredményeinek népszerű ismertetése. Első
sorban azt az ismeretanyagot igyekeznek felölelni, melyet a középiskola- hiányosan vagy elferdítve közöl vagy teljesen elhallgat.
A Galilei Füzetek minden egyes száma valamely ismeretkör bevezető, összefoglaló tájékoztatóját adja és alkalmas további behatóbb speciális tanulmányok előkészítésére.
A Galilei Füzetek egyszerű, világos, vonzó modorban vannak Írva.
32—64 lapnyi terjedelemben, 2 —3 füzetenként jelennek meg, úgy hogy lehetőleg minden hónapra egy szám megjelenése essék.
Egyes szám ára 30 fillér. Minden további szám 10 fillér.
Az eddig megjelent füzetek: 1. A történelmi materializmus I. (ismerte
tés). Irta dr. Fazekas Sándor és dr. Székely Artur. 2. A származástan mai állása. Irta dr. Kende Zsigmond. 3. A vallás keletkezése. Irta dr. Rubin László. 4. -4z uj világszemlélet. Irta dr. Lóránd Jenő. 5—6. Bevezető az élet kémiájába. Irta Strophantus. 7. és 8. A mai lélektan főbb irányai I. és II.
Irta dr. Dienes Valéria. 9—10. A z anyag szerkezete. Irta Szántó Hugó. II—14.
Valóság és matematika. Irta dr. Dienes Pál egyetemi m.-tanár. A gyűjtemény legközelebbi számai a kővetkező kérdésekkel fognak foglalkozni: A történelmi materializmus II. (értékelés és kritika). Biológiai alapfogalmak. Bevezető a köz
gazdaságba. Ezenkívül az alább felsorolt tárgyakról szóló füzetek kiadása van tervbe véve:
I. A természettudományok köréből.
A tudományos teremtéstörténet.
A föld fejlődése.
Az energetika elemei.
Az energia körforgása.
Elektromos sugárzások Radioaktivitás.
Az élet keletkezése.
A z aliam .
A nőkérdés.
Fejezetek a magyar történelemből a történelmi materializmus meg
világításában.
Fejezetek a világtörténelemből a történelmi materializmus meg
világításában.
III. A világszemléleti ismeretek és a filozófia köréből.
Filozófiai alapfogalmak.
A régi filozófia kritikája.
A bölcselet újabb irányai.
Test és lélek.
Determinizmus és indeterminizmus.
Lélekelemzés.
A monizmus.
Modern bibliakritika.
A vallás mint világszemlélet.
A tudományos világszemlélet.
A tudomány kialakulása és fejlődése A tudományos módszer.
A cél és okság kritikája.
A természetbölcselet elemei.
Kiadja a Haladás könyvkiadóváliolat Budapest, V, M en y i-u tca 10.
slleleten 42— 5§
A biológia fontosabb problémái.
Vitaiizmus és mechanizmus.
A célszerűség a természetben.
Az emberi test szerkezete, működése.
A baktériumok világa.
Nemi betegségek.
Az ember egyéni és faji fejlődése.
II. A szociológia köréből.
Bevezető a szociológiába.
Az emberi társadalom kialakulása.
Társadalmi fejlődés.
Az emberi gazdálkodás fejlődése.
A tőkés termelés.
A munkásmozgalmak és a szocia
lizmus.
A család fejlődése.
SZÁNTÓ HUGO
A Z ANYAG
SZERKEZETE
BUDAPEST, 1914
A HALADAS KÖNYVKIADÓ
VÁLLALAT KIADÁSA
82
V ilá g o ss á g k ö n y v n y o m d a B u d a p e st, V ili , C onti-utce
eüezeté з.
A z a n y a g szerk ezete.
A z ókori H ella sz b a n az ifjú, m ég c sa k d erengő filozófia az a n y ag rejtély én ek m eg- d á s á n p ró b á lg a tta erejét; a z ó ta csak n em h árom év- íred m últ el s m a a h a talm as fejlettségű term észet- idom ány é rd e k lő d ésén ek kö zp o n tjáb an ism ét az an y ag ro blém ája á l l : az an y ag é, m ely h o rd o zó ja a te rm é sed tö rtén ésn ek , su b stra tu m a a v égtelenül bo n y o lu lt rőknek, m elyek m egism erését, irá n y ítá sá t Comte ó ta ' tu d o m án y , s ezzel a k u ltú ra első ren d ű fe la d a tá n ak adjuk.
A hosszú h áro m év ezred ellen ére Leukippos, D e
mokrit, Epikur és Lucretius zseniális ató m elm élete lén y e
iében n em dőlt m eg, csak részleteiben h elyesbedett, zilárd a la p o t nyert, v égtelenül finom odott és kiszéle- (edett. A k ö v etk ező k b en az ató m elm élet ezen term é- jzettudom ányi kiépüléséről s z ó lu n k : az ató m elm élet 3Ízonyiiékairól, az a n y a g és elek tro m o sság k a p c so latáról, az ato m o k szerk ezetérő l és az a n y a g n a k a m olekuláknál n ag y o b b egységeiről.
I. A m olekulák té n y le g e ssé g e és m éretei.
Epikur atómelmélete. A X V II. sz á z a d b a n Gassendi, a szelidlelkü, éleselm éjü p ap , uj életre tá m a sz tja E p ik u r ató m életét. C so d álato s egy elm élet e z : a végtelen ű rb en keringve, forogva, kerg ető zv e h u lla n a k alá a különböző (d e nem végtelenül sok
féle) atom ok, m in t k o m o r téli n ap o n a hópelyhek.
A v ég telen térb en és időben végtelen, sokféleképen cso p o rto su ln ak és m ajd káosz, m ajd re n d ezett világ szárm azik belőlük. Ilyen a mi v ilágunk is, m ely csak
3
egy ik e a vég telen sok v iláglehetőségnek. A z atomi m ag u k m inőségre nem , csa k geom etriai és mozgásta:
tu la jd o n sá g a ik b a n k ü lönböznek. így te h á t mindi.
jelen ség m ech an ik ai term észetű , a m ozgó atórm n y o m ásán , ta sz ítá sá n , cso p o rto su lásán , szétosztás, alapul.
A m i e férfiak n ál s m ég Boy Róbertnál is csak szétszó rt megfigy, lések k el tám o g ato tt, ihletett sejtés, az Daltonnái, k ém iai sokszoros súlyv iszo n y o k felfedezőjénél n y először szilárd ab b a la p o t: éles tek in tete felism eri ató m -h ip o tézisn ek az ad d ig ism ert kém iai törvény«
m a g y a rá z a tá ra a lk alm as v o ltát (XVIII. század ). Fi tev ései a k ö v etk ező k : 1. A z ato m o k töm ege oszth tatlan . 2. U g y an azo n elem ato m ja in a k töm ege egyeni a különféle elem ek é k ü lönböző és p ed ig a kísérletit talált ató m su ly o k k al arán y o s. A h id ro g én Í gram m az oxigén 8 g ram m jáv al vegyül vizzé és 1 gram h id ro g én kevesebb, mint 8 gramm oxigénnel egyáltal1 nem v eg y ü lh et, ellen b en többel igen, de ak k o r cs^
a 8 g ram m egész számú többszörösével, p é ld á t 2 X 8 = 16 g ram m al p e ro x id d á (ism eretes, m int sz;
viz). E zen és haso n ló tén y ek lelték term észetes kifej zésü k et a D alton-féle ató m h ip o tézisb en . E szerint testek b en ső sz erk ezetét úgy kell k ép zeln ü n k , ho:
az egy n em ű és k ü lö n n em ü ato m o k egy erő, az ug n ev ezett kém iai ro k o n ság (affinitas), h a tá s á ra kiseb n ag y o b b cso p o rto k k á, molekulákká egyesülnek. /•
ö sszetett testet, p é ld áu l vizet, ilyen teljesen egyforr m o lek u lák alkotják, m ely ek ism ét atom okból állanc m int p é ld á u l a vizm o lek u la 2 h idrogén és 1 oxigé atóm hól. M indenki ism eri azt a k ö zh elly é v ált me h atá ro z á st, hogy a m olekula a testn ek m ech an ik ail to v áb b nem o szth ató legkisebb része, m ely összeb testek n él vegyileg k ü lö n n em ü ato m o k ra bontható.
A kémiai atómelmélet.
4
molekulák tényle-
•ssége és méretei.
T erm észetszerű leg tá m a d fel b e n n ü n k az a k érd és, hogy vájjon van-e rem ény, hogy a m o lek u lák at és ató- ok at v a la h a érzékileg észlelhessük. E rre a k érd ésre a m ár a leg n ag y o b b optim izm ussal fe le lh e tü n k : ha m is lá to tt m ég sen k i eg yetlen m o lek u lát vagy óm ot, azt a feltevést, hogy az a n y a g tényleg szem - és szerkezetű, m a m ár oly félreérth etetlen ü l bizo- zitj a a fizika és k ém ia m in d en tén y e és elm élete, m yi független k ö v e tk e z te tés ism erteti el és a direkt zielet is oly közel ju to tt hozzá, hogy ma az atóm- potézist a természettudományok legjobban megalapozott, gkézzelfoghatóbban bizonyított elméletének kell tekintenünk.
E nnek k id o m b o ritása k ép ezi e füzet egyik célját, s ib á r m in d en lapról en n ek ig azság a fog hozzánk- :ólni, m ár m ost is elsorolunk n é h á n y idevágó meg- Dndolást.
1 m m :i-es ré z d a ra b k á t k ala p á c so lá ssa l tenyérnagyságu, örülbelül O'OOOl m m . v ék o n y ság ú la p p á n y ú jth atu n k nélkül, hogy tu lajd o n ság ai m eg v álto zn án ak . T e h á t 0001 m m átm érő jű fém szem ecske a m olek u lán ál lég sem m iesetre sem kisebb. P ed ig ek k o ra részecsk ét lár legjobb n ag y ító in k k al sem lá th a tu n k s igy arról
; kell m ondani, hogy m o lek u lák at m ik ro szk ó p jain k k al Jgyük láth ató v á. F ém lem ezk e to v áb b i n y ú jtá sa a k a d á lyokba ü tköznék, d e fo ly ad ék o k at n a g y o n k ö n n y ű igen ékony réteg b en előállítani. H a o la jc sep p ecsk ét ejtünk lagyobb vízfelszínre, látjuk, m int folyik szét vékony éteggé. H irtelen, egy bizonyos v ék o n y ság n ál, kerek, ojtosszélü ly u k a k a t k ap , m ely ek ad d ig n ag y o b b o d n ak , mig az egész h á rty a eg y m ástó l egyre távolodó, fogyó ч végül eltű n ő cse p p e k k é szak ad . Sohncke h atáro zta leg az o la jh á rly a v a sta g sá g á t a k ily u k ad ás p illa n a tá é n és 0 ! ц-пак talá lta (\ |j. (m ikron) = O'OOI m m ) Cörülbelül ily v ék o n y sá g ú ra k a la p á lh a tó az a ran y is.
ЙЁШКм í f i i i i k É É É É
D e m ilyen á lla p o tb a n v a n az o la jh á rty a ak k o r, am ikor m á r a n n y ira szétterü lt, h ogy nem is lá tju k ? M inden
esetre k ö v etk ezik e kísérletből, hogy 0'1 ц kiterjedésnél!
a fo ly a d é k h á rty á t ö sszetartó erő k m á sk é p e n k ezdenek h atni, m in t e m é reten felül. H o g y a z o n b a n az olaj m ég a k k o r is, am ik o r szem ein k elöl teljesen eltűnt,, egy en letes réteg g el v o n ja be a vízfelszínt, az k ö v et
k ezik tö b b ek k ö zt a L ord R ayleigh-féle kísérletből is.
K ö zism ert a k ám fo rszem csék a m a tu lajd o n ság a, hogy tiszta viz felszínén szeszélyes tá n c o t járn ak . H a azonbam oly vizfelszinre h elyezzük, m ely et m ár láth atatlan n ál lett o la jh á rty a borit, a k k o r m eg sem m o ccan n ak . M eg
m érték , hogy az ily h á rty a v a sta g sá g a 0*02 Ilyen i v é k o n y h á rty a feszül te h á t ki azo k o n a lyukakon, m e ly e k e t az 0'1 ц v ék o n y ság ú h á rty a szétterü lésk o r k ap . H a m á rm o st a 0 02 ц-os h á rty á t m ég további n y ú jtju k , a k k o r körülbelül 0 0 0 2 ц v ék o n y ság n ál a k á m fo rcsem csék ú jra m eg k ezd ik tá n c u k a t és oly gáz, m ely et a viz nyel, m á r k eresztü l tu d ra jta hatolni,, m ig az elébb m ég a k a d á ly k é n t állott ú tjáb an . 0 002 fi-nál a h á rty a te h á t ú jra m e g v álto ztatja m a g a ta rtá sát.
A m Oberbeck és Röntgen k ísérletei bizo n y ítják , hogy m ég m indig tö b b é-k ev ésb é összefüggő. T o v á b b i véko- n y itásn ál körülbelül 0'0005 ц v a sta g sá g n á l az olajnak, m int összefüggő h á rty á n a k , többé sem m i n yom a. M indez k ézzelfo g h ató lag bizonyitja, hogy az anyag nem fo lyto nos, egyenletes szerkezetű, m ert ellenkező ese tb e n b árm ely v ék o n y sá g m ellett is, folytonos, á th a to lh a ta tla n h á rty á t k ellen e alk o tn ia. T o v á b b á ezen k ísérletb ő l a m o lek u la á tm érő jén ek felső h a tá ra g y a n á n t 0 0005 ц = 0'5 ц н a d ó d ik (1 n fi (m illim ikron) = 0*001 ц = O'OOO.OOl m m ).
Ú ja b b a n sikerült igen v é k o n y fém réteg ek elő állítása is, so k k al v é k o n y ab b ak é, m int a m ily en ek et az a ran y k a la p á c so lá sáv a l elő állíth atu n k . E lek tro m o s ára m se g é lyével p la tin a le m e z re m ás fém ek igen v ék o n y h á rty áit
6
:sa p a th a tju k le. Oberbeck ilym ódon n é h á n y ц ц v a sta g ságú rézb e v o n a ttal födött be p latin alem ezt, m elyet í g y m ásik, tiszta lem ezzel eg y ü tt só o ld atb a állitván, k im u tatta, h ogy elektrom os tek in te tb e n ugy an ú g y viselkedik, m in th a eg észen rézből volna. H a azo n b an X b e v o n a t v a sta g sá g a csak 0 ‘7 ц ц volt, ak k o r viszont egészen tiszta p latin alem ez m ó d jára v iselkedett, m in th a a b e v o n a t n em is volna, vagyis, m in th a a b ev o n at teljesen ly u k as volna. (A z olajnál 0 ‘5 |u ц-t találtunk.) Ez a k ísérlet te h á t m egerősíti íen n eb b k im o n d o tt indukciónkat,
Á m d e v a n n a k egészen m ás tá m a sz té k o k is. M in d n y ájan tudjuk, hogy a h an g h u llám o k görbe v o n alb an is te r
je d h e tn e k , h iszen p é ld á u l a fülünk és a csengő közt álló ernyő nem a k a d á ly o z z a m eg, hogy a csengést m eg h allju k . E zt úgy m o n d h atju k , hogy a testek nem v e tn e k hangárnyékot. V isz o n t a fényről tanultuk, hogy eg y en es v o n a lb a n terjed és ép p e n ez az oka, hogy a te ste k n e k v an „ fé n y á rn y ék u k “ . Á m d e a fény is csak hullám zó m ozgás, m in t a hang. (Igaz, hogy itt a „m o z g á s“ szó k ép le te se n veendő, lévén a fény nem an y ag i, h a n e m elek tro m ag n etik u s rezgés.) M iért n em kerüli m eg a fény is az ú tjá b a n álló testeket, m ik én t a h a n g ? A z elm életi fizika e k érd ésre igy f e le l: m ert a fén y h u llám o k ará n y la g n agyon kicsinyek a k ezü n k ügy éb e eső testek h ez k ép est, n ag y ság u k k ö z é p é rté k b en csak г F. A z á rn y ék feltétlenül szü k séges ahhoz, hogy a teste k e t lássuk, te h á t rán k nézve a fén y h u llám o k p a rá n y i v o lta n ag y o n fontos. K ülön
ben n e m látn o k a testek k ontúrjait, csak fényes és sö té te b b foltokat. (A h an g h u llám o k v agy m illiószor h o sszab b ak .) M ig a fén y b en rV m m -es testecskék, é p p e n m ert á rn y ék o t a d n ak , m ég m eg k ü lö n b ö ztet
hetők, ad d ig a h an g h u llám o k n ag y ság áv al biró fény- A molekulák látható
ságának kérdése.
7
h u llám o k e se té n — ilyen dim enzióju elektrom agnetii k u s h u llám o k tényleg v an n ak , t. i. a szikratávirásban h a sz n á lt H ertz-féle h u llám o k — körülbelül csak 100 m k iterjed ésű teste k e t lá th a tn á n k u g y an ily élesen. Ilyen h u llám o k k al teh át, h a szem ü n k alk alm as v o ln a észre v ételükre, 10 m -es, v agy 1 m -es tárg y ak m á r teljeser lá th a ta tla n o k v o ln án ak . Nos, am ily en viszony v an ei H ertz-féle h u llám o k és a legfeljebb 1 m -es testeit!
közt, o ly an n ag y ság b eli a rá n y v a n a fén y h u llám o t és a m o lek u lák közt. E z az, am i teljesen rem én y telen n é teszi, hogy a m o lek u lák at v a la h a közönségei fényben lá th a s s u k : a m o lek u la é p p e n azon fénynem-' ben, m ely szem ü n k et ingerli, nem v et árnyékot, a fény m ö géje is elhatol és lá th a ta tla n n á teszi, mini ah o g y p u sz tá n a csengés m egfigyeléséből sem tud- I h atju k , hogy k ö zte és fülünk k ö zt egy p a p irla p foglal helyet. E g észen m á sk é p állna az ügy, h a v o ln a oly elek tro m ag n etik u s rezgésünk, m ely n ek m éretei a:
m o lek u láris m é re te k e t nem m úlják felül. Szerencsére:
ilyet m ár rég eb b en ism erünk, ez a R öntgen-sugár, m ely n ek h u llám h o sszát Sommerfeld és Koch 0 ’01 n n-ra becsülték. (A k ö zö n ség es fényé átlag 500 м- и.) M . Laue.
k ezd e m é n y ez é sé re m árm o st W . Friedrich és P . Knipping alig egy év e a m üncheni eg y etem fizikai intézetében!
a k ő v etk ező k ísérletet h a jto ttá k v é g r e : R ö n tg en - su g a ra k a t b o c sá to tta k k ristály b ó l csiszolt lem ezk én át fotográfiai lem ezre. T ö b b ó rás expozíció u tá n a fén y érzö lem e z e n sz a b ály o san elren d ezett árn y ék - : tü n e m é n y jelen tk ezett, úgy, a m in t azt M. L a u e e lm é
letileg, a m o lek u lah ip o tézis ala p já n előre m egjósolta.
(M egjegyzem , hogy csak egyszerűség k e d v é é rt szólok árn y ék tü n em én y ek rö l. A fizikában já ra to sa b b a k sz á m á ra hozzáfűzöm , hogy tén y leg fényelhajlási je le n ség ek m u ta tk o z ta k s a főcél tu lajd o n k ép en a R öntgen- su g a ra k in terferen ciáján ak k im u ta tá sa volt. A z o n b a n
8
e kísérlet m á sik n ag y e red m én y e tényleg a n n ak be- ig azo lása volt, hogy a k ristály szab ály o san elren d ezett és eg y m ással nem érintkező részecskékből áll.)
ím e, a fizika legkülönbözőbb tényei igazolják, hogy az a n y ag n em folytonos, h an em k ü lö n v ált ré szecs
kékből áll, m elyek oly p a rá n y ia k , hogy a közönséges fény félm ikronos hullám ai ó riásiak h o zzáju k képest.
A m o lek u lah ip o tézis két csodálatos h a jtásáró l kell m e g e m lé k e zn ü n k : a m ech an ik ai hőelm életről és a k in e
tikai gázelm életről.
• A X IX . század elején Rumford, D aüy kisérletei után, m elyek a hő sú rló d ás u tján való elő állítására v o n a t
k oztak, e lv etették a hő fluidum -elm életét, m ely szerint a hő igen finom fo ly ad ék és a m ech an ik ai elm életet fo g ad ták el, m ely szerint a hő a m o lek u lák m o z g á s a : tisztán rezgő m ozgás a szilárd testek b en , ahol a m o le
k u lá k a t a szom szédos m o lek u lák v o n zása eg yhelyben v aló tá n c ra szorítja, h alad ó m ozgással kom binált rezgés a fo ly ad ék o k b an , ahol egyik-m ásik m o lek u la oly h e
v esen lendül ki, hogy a m ár m eggyöngült kölcsönös v onzás k ö telék ét eltépve, m ás m o lekulák v o n zó k ö réb e siklik át és tisztán h alad ó m o zg ás a g ázokban, ahol a kölcsönös v onzás alig észrev eh ető v é gyöngült. T e h á t a kin etik u s gázelm élet a gázok belső m ech an izm u sáró l ilyen k é p e t a lk o t: m é rh etetlen m ennyiségű ap ró tes- tecskékből állanak, m elyek p arán y i billardgolyók m ó d já ra sz ab ály talan u l rö p k ö d n e k ide s tova, g y ak ran eg y m ásb a ütk ö zn ek , d e n agy seb esség ü k folytán, kellő irá n y v á lto z á s u tán to v aro h an n ak , anélkül, hogy a kölcsönös vonzóerő egym áshoz k ö tn é őket. K önnyen é rth ető ily k ö rü lm én y ek közt, am it m ár Guericke Oltó is észleit, hogy h a g ázt b o csátu n k ü res edén y b e, az szinte p illa n a tn y ila g betölti az egészet. A z ed én y falai feltartó ztatják , a m en n y ib en a faln ak repülő m olekulák
A molekulák méretei a kinetikai gázelmélet
ből leüezetoe.
9
v issz a p a tta n n a k róla, m int b illardgolyók az aszti p erem érő l. A m o lek u lák egész ra ja zudul másoo p e rc e n k é n t a faln ak s b o m b ázásu k eg észb en vév»
m int a g ázn ak a falra g y ak o ro lt n y o m á sa jelentkezil A gázok belső m ech an izm u sáró l alk o to tt em e ké oly egyszerű, hogy m in d en n ag y o b b n eh ézség nélkv v eth ető alá a szám ításn ak . így k ö n n y en érthető, hog az e d én y fa lá ra gyak o ro lt n y o m ás a m o lek u lák s z í m ával, sú ly áv al és seb esség év el v ag y egyszerűbben gáz sű rű ség év el és a m o lek u lák seb esség év el hozhat k ap c so la tb a . M iután p ed ig a gáz n y o m á sa és sűrűség, m érhető, a m o n d o tt k a p cso lato t kifejező egyenletbe a m o lek u lák ism eretlen seb esség e k iszám ítható. lg azt találták , h ogy O 0C-on a h y d ro g én m olekuh m á so d p e rc e n k én t 1844 m. u ta t tesz n e k m eg.
A gázokról alk o to tt em e k ép és a ra jta alapul szám ításo k n em csak az ad d ig ism ert törvényeke a d lá k v issza híven, h a n e m uj tö rv én y szerű ség ek meg jó slá sá t tették leh ető v é (igy p é ld á u l M axwell segélyük kel elm életi u tó n jö tt a rra az utó b b kísérletileg igazol tételre, hogy a gáz belső sú rló d á sa független a gái sűrűségétől) s kapcsolatot állapítván meg a gáz mérhet1 tulajdonságai s molekuláinak ismeretlen tulajdonságai köz lehetővé teszik az utóbbiak kiszámítását, am in t azt az előb egy egyszerű p é ld á n érzék eltettü k .
A gázok m érh ető sa já tsá g a i közé tarto zik hővezető:
k ép esség ü k , d iffuziósebességük (azon sebesség, m éllyé k ét érin tk ező gáz eg y m ással k ev ered ik , p é ld á u l csap b ó l kiöm lő v ilágitógáz a levegővel) és belső sur ló d á su k (p éld áu l egy lég áram m ily g y o rsan hozz;
m o zg ásb a a szo m széd o s n yugvó levegőt.) Ezer m ennyiségi sa já tsá g o k k é p le te k b e n k ifejezhető k a p cso latb an v a n n a k a g ázm o lek u lák ism eretlen átmérő:
jével, az 1 c m 3 térfo g atb an foglalt g ázm o lek u lák szál m ával, hiszen világos, hogy m inél több a gázm olekui.
10
és m inél n ag y o b b ak , an n ál sű rű b b en fognak eg y m ással összeütközni, an n ál jo b b an ak ad á ly o z zá k egym ás szab ad m o zgását, an n ál n eh ezeb b en fog te h á t k ét érintkező gáz k ev ered n i. E zen k ép letek b ő l az ism eretlen m en n y iség ek kiszám íth ató k . Ilym ódon n y erték, hogy a lev egöm olekula átm érője körülbelül 0 ‘3 f f. és O IJC h ő m érsék letű k ö zö n ség es légköri n y o m ású levegő 1 cm 3 térfo g atáb an 20 trillió m o lek u la van. (L oschm idt- féle szám .) A zt is k ö n n y en k iszám íth atju k , hogy h án y m olekula v an 1 cm 3 vízben, hiszen e vízm ennyiség
> m elegítéssel m e g h atáro zo tt térfogatú vizgőzzé p á ro l
ható, m ely n ek 1 cm 3-ében u g y an azo n hőfok és nyom ás m ellett, A v o g ad ro tö rv én y e érte lm é b e n szin tén 20 trillió m olekula van. Ilym ódon k ap ju k , h ogy 1 c m 3 лиг 25.000 trillió m o lek u lát foglal m ag áb an . G ondoljunk m öst arra, hogy a közv etlen ü l m eggyőző olajhárlya- kisérletek a m o lek u la átm érőjéül 0 ‘5 F F-t ad tak , m ig a kin etik u s g ázelm élet 0'3 F F-ra k ö v e tk e z te t: c so d á
lato sn ak kell ta rta n u n k e k é t oly különböző utón n y ert szám n ag y sá g re n d jé n ek p o m p á s m egegyezését.
II. A n y a g és e le k tro m o ssá g .
E d d ig a m olek u lák érzékelhetőségéről, n ag y ság áró l szólottunk. M ost az atóm - h ip o tézisn ek egy m ásik o ld alát véve szem ügyre, azt k érd ezzü k : m icsoda erők azok, am elyek az a to m o k a t m o lek u lák k á kötik össze, m ás szóval m ilyen term észetű erő a v eg yrokonság, a kém iai affinitás? Mi
u tá n Newton a XV1Í. sz á z a d b a n felfedezte a nehézk ed és világot ö sszetartó , bo ly g ó k at n ap jaik h o z láncoló erejét, az em beri elm e term észetes általánosító h ajlam ával az ato m o k kö zt h ató erő t is en n ek m in tájára k é p zelte e l : a m o lek u la kis n ap ren d szer, m elyben a kisebb ato m o k , m int bolygók, a n ag yobbak, m int n ap o k
A z atomok között haló erők.
! I
körül k eringenek. N agy h a la d á s volt ez az E pikuros eg y m ást lökdöső, taszító és n yom ó ato m jaiv al szem ben. V ég ső k iélezésében, k ü lö n ö sen a fran cia m ate
m atik u so k n ál és fizikusoknál, az ato m tisztán erötani felfogásához v e zetett: az ato m n a k nincs á th a to lh a ta t
lan an y ag i töm ege, p u sz tá n b izonyos tén y leg es erők
n ek k é p z e lt központja. M a, úgy n ag y jáb an , ugyanitt ta rtu n k : az atom n em áth a to lh a ta tla n anyag, h anem a v ilágot betöltő éterb en lejátszó d ó jelen ség , erők és m ozg áso k rendszere, azo n b an egy n ag y különbséggel:
az ato m o k közt m űk ö d ő erő k et nem nehézkedö.
h an e m elektrom os erő k n ek tartjuk.
L ássu k az u tat, m ely e felfogáshoz elvezet. A lig
hogy Volta a X IX . szá z a d elején az első elektrom os te le p e t ö sszeállította, az ú jo n n an felism ert term észeti erő n ek sok m eglepő h a tá sá t fed ezték fel m áris a a fizik u so k ; igy rájöttek, hogy ö sszetett te ste k a telep pel elem eikre b o n th ató k . M indenki ism eri azt az egyszerű k ísérletet, am ik o r k é n sa v v a l sa v a n y íto tt vizen elektrom os áram o t v ezetv e keresztül, a telep pozitiv sark áv al összekötött s a vízbe m erülő d rótvégen, az u. n. an ódon, oxigén-, a telep n eg ativ sa rk á v a l köz
lekedő d rótvégen, az u. n. k a tó d o n p ed ig h id ro g én b u b o rék o k sz álln ak fel. A z elek tro m o s erő teh át, m ely a v izben az anódtól a k á ló d felé irányul, a vizm ole- k u lá k a t ato m ja ik ra tép i szét. A z o n b a n a k a tó d és a n ó d elek tro m o s töltéseiből kiinduló erők csak o lyan testek re h a th a tn a k , m ely ek m ag u k is elek tro m o s tö l
té sse l birnak. K ö v etk ezik te h á t, hogy a hidrogén- és o x ig én ato m o k elek tro m o s töltéssel birn ak , m égpedig, m iu tán a hid ro g én t a k a tó d v o n zo tta és az anód ta szíto tta (hiszen a n eg ativ elektrom os k ató d o n v ált ki), a h id ro g é n a to m n a k pozitiv tö ltésű n ek s haso n ló o k o s
k o d á s folytán, az o x ig én ato m n ak n eg atív tö ltésű n ek kell lennie. E zen ellen tétes elek tro m o sság o k kölcsönös
12
vonzása ta rto tta h á t össze a viz atom jait. M ás vegyü- letek felb o n tása u tján kiderült, hogy e tétel á ltalán o sítható: az a to m o k at a m o lek u láb an elektrom os erők kötik egym áshoz. (B erzelius.)
M ár ez a té n y is az an y ag n ak és az elek tro m o sság n ak valam i m élyebb k a p cso latára utalt. M ég m élyebbé tették e kap cso lato t M ichael Faraday-n a k 1833-ban felfedezett, az elektrolizisre (elektrom os v eg y b o n tásra) v onatkozó törvényei. H o g y ezek ere d m é n y é rő l b eszám olhassunk, hieg kell ism ertetn ü n k az eg y en érték su ly fogalm át.
V a la m e ly elem eg y e n é rté k su ly án a k n ev ezzü k ezen elem g ra m m o k b an kifejezett a m a m en n y iség ét, m ely 1 g ram m hidrogénnel vegyül vagy 1 gram m hidrogént h ely ettesit v alam ely v együletben. Így az oxigén egyen- érték su ly a 8, m ert 1 g ram m h idrogén 8 g ram m o xigén
nel vegyül, a n átriu m é (fém ) 23, m ert 8 gram m oxigénnel é p p e n ennyi n átriu m vegyül stb. F a ra d a y tö rvényeiből m ár m ost ez a k ö v etk ezm én y folyik:
ahhoz, hogy a k a tó d o n és a n ó d o n ép p e n az elem ek eg y en érték su ly ai leg y en ek lev álasztv a (teh át pl. a k a tó d o n 23 g ram m nátrium , az an ódon 8 gram m oxigén), az áram k ö rö n m indig u g y an an n y i elek tro m o sság n ak k ellett átfolynia és p ed ig 96,540 coulom b- n a k (a coulom b m érték eg y ség e az elek tro m o sság n ak ), ak árm ily elem ekről v an is szó. R ö v id en ezt igy m o n d h atju k : bármely elem egyenértéksuly a, függetlenül az elem minőségétől, ugyanakkora, pozitiü vagy negativ, elek
tromos töltést hordoz. A z ató m elm élet nyelvén kifejezve ez an n y it jelent, hogy m ik én t az anyag, úgy az elek
tromosság is atomokból áll, m elyek leh etn ek pozitivok v ag7/ negatívok, de k ü lö n b en teljesen egyform ák. A z a n y a g m in d en ato m ja egy v agy több ilyen elem i elek tro m o s tö ltést tartalm az, aszerint hogy az illető eler; atő m su ly a egyszer, kétszer, h áro m szo r vagy
A z elektromosság atomjai.
töb b szö r foglalja-e m a g á b a n eg y e n é rté k su ly át (egy-, két-, h áro m v eg y érték ü -e). így pl. az oxigén atóm - su ly a 16, e g y en érték su ly a 8, te h á t egy oxigénatom 2 elem i n eg ativ elektrom os töltést tartalm az. (A z ató m su ly m indig v ag y m eg eg y ezik az eg y enérték- sullyal v ag y a n n a k kicsiny egész szám ú többszöröse).
Mi sem k ö n nyebb, m int ezen elem i elek trom os töltés n a g y sá g á t k iszám ítan i: h árom a d a t kell csak h o z z á : A z 1 cm 3 h id ro g én b en foglalt m o lek u lák sz á m a (L oschm idt-féle szám
= 20 trillió), 1 g ram m h y d ro g én tö ltése (96.540 cou
lom b), s végül 1 c m 3 hid ro g én sú ly a (kb. 0,000.088 gram m ). H a 1 gram m h idrogén tö ltése 96.540 co u lom b, a k k o r 0,000.088 g ram m é 96.540X 0,000.088 coulom b és egy m o lek u láé 96.540X 0,000.088 : 20 tril
lióval, am i a szám ítás elvégzése u tá n kb. egy 250.000 biíliom odrész co ulom bot ad. E zt a sz á m o t jeg y ezzü k m eg, m ert újból, n em sejtett utón, fogunk re á b u k k a n n i.
F ő k ép en k é t jelen ség cso p o rt ta n u lm á n y o zása a d o tt h a ta lm a s lö k ést az ú jab b fiz ik á n a k : a ritkitott g ázo k b an v ég b em en ő elek tro m o s kisü lések é és a ra d io ak tiv a n y ag o k su g árzásáé. Z á rt üvegcső két v ég éb e egy-egy fém d ró to t forrasztunk, m ely ek et v alam ely elek tro m o zó g ép , v ag y R uhm korff- tek ercs (az orvosok h a sz n á ljá k k iseb b m éretb en , bénult testrészek g a lv a n iz á lására ) k ét sa rk á v a l k ö tü n k össze.
A m ig a csöbeli levegőbe sű rű ség e a k ö zö n ség es lég- sürüséggel egyenlő, a d d ig a d ró tv é g e k k ö zt az ism ert elek tro m o s szik rák p a tta n n a k át. E g észen m eg v ál
tozik a z o n b a n a kisülés term észete, h a a csőbe zárt levegő sű rű ség e a légköri sű rű ség n ek m á r csak n éh án y m illiom odrésze. E k k o r ugy an is a k a tó d ró l eg y en es v o n alú su g a ra k in d u ln ak ki, m ely ek az ü v e g cső falát érve, azt zöldes fényű flu o re szk álásra bírják.
E su g a ra k az u. n. k a tó d su g a ra k , m ely ek az anód A z elektromos
atom töltése.
A hatódsugarak.
helyzetével m it sem törődve, egyenes v o n alb an h a la d n ak, am in t ezt pl. egy, a cső belsejéb en u tju k b a h ely ezett, csillám lem ezkével ki lehet m utatni, m ely m ögött a cső fala sö tét m arad , úgy hogy e lem ezke éles á rn y é k a láth ató .
E su g a ra k felfedezője H ittorf (1869). Crookes William, a m erész fan táziájú , spiritiszta fizikus k o c k á z ta tta m eg azt a feltev ést (1880), hogy a k ató d su g á r az an y ag n eg y ed ik h alm a z á lla p o ta, a sugárzó állapot. M ás szó val azt hitte, hogy a k a tó d su g a ra k n agy sebességgel 're p ü lő g ázm o lek u lák p ály ái. S a já tsá g a ik a t n éh án y szép k isérlettel illusztrálta, m ely ek et nép szerű elő
a d á so k b a n m ég m a is m egism ételnek. R ö v id en feE sorolva, e su g a ra k tu lajd o n ság ai a k ö v e tk e z ő k : 1. M iként em lítettük, a k ató d felszínéről kiindulva egy en es v o n alb an te rje d n e k (H ittorf). 2. U tjukba eső testek b o m b ázásu k h a tá sa a la tt v ilágítanak, k ö nnyebb testek (pl. csillám lap áto s kerék) m ozg ásb a jö n n ek (C rookes). 3. H a m ág n est h o zu n k a kisülési cső k ö zelébe, ak k o r a su g a ra k elgörbülnek és p ed ig oly érte lem ben, m in th a b e n n ü k n eg ativ elektrom osság áram - la n é k (H ittorf). 4. H a a csőben, a su g arak ú tjára m erőleges irá n y b a n elektrom os erők h a tn a k (ha рГГ~
a csőbe k é t fém lem ezk ét erősítünk, m elyek közt a su g árzás to v a á ra m lik s e fém lem ezkéket a csőbe fo rraszto tt d ró to k u tjá n ellen tétes elektrom osságokkal töltjük m eg), a k k o r a su g a ra k szintén elhajlanak, m ég p e d ig újra oly értelem b en , m in th a n egativ elek tro m o sság ára m la n é k b en n ü k (teh át a pozitív elek tro m os íem ezk e felé. J. J. T h o m so n ), /. Perrin francia fizikus 1895-ben e su g a ra k n eg ativ tö ltését d irek te is k im u tatta, úg y hogy fém h en g erb e fogta fel őket, m ely h a tá s u k a la tt n eg ativ tö ltést k ap o tt. E k ísérlet h a tá sa a la tt oly fizikusok is, akik előbb a fén y su g arak a n a lóg iá jára h u llám o k n ak ta rto ttá k a k ató d su g a ra k a t,
15
C rookes n ézetéh ez csatlak o ztak , m ely szerint itt negativ elektromosságot szállító anyagi áramlással van dolgunk.
J. J. T h o m so n zseniális m érései folytán azo n b a n e n é z e te t m ih a m a r m ódositani kellett. T h o m so n azt k u ta tta , hogy m e k k o ra a tö ltést szállító részecsk ék töm ege, elektrom os töltése és sebessége. K isz ám ításu k ra a su g a ra k m á g n eses és elektrom os eltérítését h a sz n á lta fel. G o n d o l
ju n k csak arra, hogy ad o tt erejű rú g ással annál k e v ésb é fogjuk eltéríteni a fo o tb all-lab d át utjából, m inél sú ly o sab b és m inél seb eseb b en rep ü l s m eg fogjuk érteni, hogy a k a tó d su g a ra k m érh ető , elek tro m os és m ág n eses eltérítése k ö zt egyrészt, az ism e
retlen töm eg és seb esség k ö zt m á sré sz t m ennyiségi k a p c so la to k n a k kell fen n állan io k , m ely ek az u tó b b iak k iszám ítását teszik lehetővé. A z o n b a n ez e g y e n letek szerk ezete olyan, hogy n em h a táro zh ató m eg b elő lü k k ü lö n-külön a részecsk ék tö ltése és töm ege, c sak a k e ttő n e k viszonya. M ás szóval, h a tek in tetb e v esszü k azt a fentebb ta lá lt ered m én y t, hogy az elek tro m o sság is ato m o k b ó l áll és azt k érd ezzü k , hogy egy ilyen atom ot, azaz, m ik én t k iszám íto ttu k , egy 250.000 billiom od coulom bot m ek k o ra töm egű részecsk e hordoz, a k k o r az eg y en letek azt f e le lik : a k k o ra részecske, m ely n ek súlya a hidrogénatoménak egy kétezredrésze. M iután a z o n b a n eddigi tu d o m á su n k szerin t a h id ro g én ato m n ál k iseb b súlyú te ste c sk é k n incsenek, azt kell hinnünk, hogy a k a tó d su g á rb a n egy oly részecske, m ely n ek sú ly a körülbelül a h id ro g én ato m év al egyenlő, leg aláb b 2000 elek tro m o s a to m o t h o rd m ag áv al. Ez h ih e te tle n ered m én y , m ert a v eg y ta n b a n szereplő ato m o k legfeljebb nyolc ilyen töltést h o rd o zn ak . N em m a ra d t m ás h átra, m int kü lö n k ísé r
lettel h atáro zn i m eg egy részecsk e töltését. E helyen n em terje sz k e d h etü n k ki e k lasszik u san szép kisér-
/. J. Thomson mérései.
16
letek le ír á s á r a ; csak a v ég ered m én y t em lítjük m e g : kiderült, h ogy egy k ató d su g á rré sz ec sk e tö ltése ép p e n p o n to sa n egy n eg atív elek tro m o s atom , azaz egy 250.000 billiom od coulom b. E zzel egyrészt kísérleti ig azo lást n y e rn e k a fen teb b közölt elm élk ed ések és szám ításo k , m ely ek szerin t az elek tro m o sság ek k o ra ató m o k b ó l áll, m á srészt az a m eglepő ered m én y ad ó d o tt, hogy egy k a tó d su g árrészecsk e töm ege a h id ro g én ato m én ál k éte z e rsze rte kisebb, p e d ig az
• összes ism ert ato m o k kö zt a h idrogéné a legköny- nyebb. S mi több, T h o m so n szám os m éréssel kim u
tatta, hogy e sugárrészecskék töltése és tömege teljesen független attól, hogy mily gázzal töltötte meg a kisülési csövet, hogy milyen anyagból való volt a katód. L a ssa n k é n t a z tá n kiderült, hogy e részecsk ék m ég so k m ás alk alo m m al is fe llé p n e k : igy h a fém ek izzanak, vagy h a rö v id h u llám h o sszú ság ú , u. n. ultraviola fénnyel világítjuk m eg őket, a k k o r ugyanilyen tömegű és töl
tésű, csak sokkal lassú b b katódsugárrészecskélcet lövell
n ek (n é h án y száz km . sebességgel m áso d p ercen k én t, m ig a kisülési csőben k eletk ező k seb esség e több tizezer km . m áso d p e rc e n k én t. A lassú b b k ató d su g a ra k k u ta tá s a körül h azán k fia, LénárdFülöp, az 1906-os N obel- dij n y ertese, tü n te tte ki m ag át.) T o v á b b á Zeemann, a Loreniz-féle elm élet ig azo lásak ép en , k im u ta tta (1896), hogy az izzó g ázo k fénye is ugyanily töm egű és tö l
tésű in traato m ik u s részecsk ék rezgéséből ered.
E m esszeág azó m egeg y ezések h a tá sa a la tt uj életre éb re d t az em beriség régi álm a : az eg yetlen ö san y ag eszm éje. J. J. T hom - so n n ak úgy látszott, hog> e korpu szk u lu m o k (am int ö n ev ezte), m ely ek a legkülönbözőbb szilárd, folyé
k o n y és g ázn em ü a n y a g o k b an egyform án jelen v a n nak m a g á n a k az ö sa n y ag n ak atom jai, m elyek elég p a rá n y ia k ahhoz, hogy m ég az oly kö n n y ű hidro-
Az ősanyag I hipotézise. I
g én ató m felép ítéséb en is e z ren k én t v eg y en ek részt.
Prout a X IX . század elején m ég a h id ro g én t tartja ő san y a g n a k , m elyből m in d en m ás elem felépül. M ost m á r úgy látszott, h ogy m ag a a h id ro g én ato m is a m ég egy szerű b b k o rp u szk u lu m o k bon y o lu lt ren d szere.
E d d ig azo n b an n em em lítettü n k egy igen fogas k érd ést, m ely a k atód- su g árrészecsk ék k el k ap cso lato s. S z á n d ék o san , m ert egy kis m a g y a rá z ato l igényel. T ö b b sz ö r b esz é ltü n k m ár „ tö m e g “-ről és vele felv áltv a h a s z n á ltu k a „sú ly “ szót. Jogosan, m ert a g y ak o rlati é le t
b e n a tö m eg et sú ly áv al m érik és a k e ttő t szin o n im a
k é n t h aszn álják . D e a m e c h a n ik á b an a „ tö m e g “ szó n ak eg észen p o n to s jelen tése van. Jelenti (hogy rö v id és n ép sz e rű legyek, an élk ü l hogy a lényegen v álto ztatn ék ), azt az ellenállást, m ely et a test m o zg ásb ah o zatala ellen kifejt, ha különben semmi más (pl. sú rló d ás, lég- ellen állás) a mozgást nem akadályozza. (A „m ozgásba- h o z a ta l“ itt úgy érten d ő , hogy a te stn e k egész h a tá rozott, m o n d ju k m áso d p e rc e n k én ti egy m éter seb esség et a k a ru n k adni.) M eg tö rtén h etik a z o n b a n (és ren d esen igy is van ), h ogy a te ste t v alam i m ás is ak ad ály o zza, pl. erős súrlódás. H a ezt nem v esszü k észre, esetleg azt is hihetjük m ajd, hogy a testn ek a fentebbi m e g h a tá ro z á s szerinti töm egnél (nevezzük mechanikai tömeg
n e k ), jóval n ag y o b b tö m ege van. S őt elm életileg el
k ép zelh ető az is, hogy a te stn e k eg y á lta lta lá n nincs m ech an ik ai töm ege, csak ilyen súrló d ásb ó l ered ő „lát
szólagos tö m e g e “.
M árm ost elm életi fizikai m egfo n to láso k ta n ú sítják , h ogy az o ly an testn ek , m ely elek tro m o sság g al v an töltve, látszólag n ag y o b b a töm ege, m int az e lek tro m o san sem leges testnek, v ag y m ás szóval, a m e c h a nikai töm egen kívül m ég „elektromágneses tömege“ is v an. T e rm észetszerű leg tá m a d t fel h á t a k érd és, hogy
A z elektromágneses tömeg.
18
a k ató d su g á rb a n to v arep ü lö részecsk ék n ek m ek k o ra a m ech an ik ai és m e k k o ra az elek tro m ág n eses tö m e
gük. H o g y e k é rd é sre felelni lehessen, olyan k atód- su g a ra k ra lett v o ln a szükség, am ely ek m ég a k isü lés
beli k a tó d su g a ra k n á l is g y o rsab b röptüek, m ert az elm életi m eg fo n to láso k azt is m u tatták , hogy a m e c h a nikai tö m eg en felüli e lek tro m ág n eses tö m eg ak k o r v álik erő sen érezh ető v é, ak k o r nő m eg igen gyorsan, am ikor a su g a ra k seb esség e a fényéhez (300.000 km.
m áso d p ercen k én t) k ö zeledik. D e ilyen gyors k atód- ' s u g a ra k a t m in d en reáfo rd ito tt fára d sá g d a c á ra sem tu d ta k előállitani. E k k o r v á ratlan u l segítségül jö tt a rád iu m , ez a c so d aan y ag , m ely m ár annyi m eg lep e
téssel szolgált. A ra d io ak tiv elem ek — m 'ánium , tórium és rá d iu m — ö sszetett su g á rz á sá t először Rutherford b o n to tta fel elem eire és úgy találta, hogy m indegyik 3 su g árfajt lövell ki, m ely ek et ö «-, ß-, /-su g a ra k n a k (alfa-, béta-, g am m a su g a ra k ) n ev ezett el. B ennünket itt a /^-sugarak érd ek eln ek . U gyanis kiderült, hogy a /^-sugarak is oly kis lö v ed ék ek röppályái, m elyek seb esség e eléri a 273.000 km .-t m á so d p ercen k én t (a fényé 300.000), tö ltésü k szintén egy 250.000 billiom od coulom b m áso d p e rc e n k én t, azo n b an a töm egük — K a u fm a n n kísérletei szerint — nagyobb, m int a katód- su g árrészek é és p ed ig an n ál nagyobb, m inél gyor
sab b ak . S ő t e v izsg álato k során kiderült, hogy ha tö m eg ü k n ek a seb esség g el való n ö v ek ed ése m érték ét nézzük, fel kell tennünk, hogy mechanikai tömegük nincs is, csakis elektromágneses tömegük.
E zt a k ö v etk eztetést n em csak m eglepőnek, han em eg y en esen m e g d ö b b en tő n ek kell m o n d an u n k . M in d en ek előtt kiderül belőle, hogy a negativ elektromosság atomja szabadon is felléphet, minden anyag nélkül. B ennünket a z o n b a n jo b b an érd ek el a m ásik k ö v e tk e z te té s : ha m e g m a ra d u n k a T hom son-féle feltevésnél, hogy a
19
k a tó d su g árrészecsk ék , vagyis te h á t a n eg ativ e lek tro m o sság ato m jai (ezentúl elektronoknak fogjuk ők et hivni) eg y szersm in d az ő sa n y a g ato m jai, a k k o r ezzel az anyag és a negatiü elektromosság egységét mondtuk ki.
A z elek tro n o k m a g u k b an , k ü lön-külön m ég n egativ elek tro m o s atom ok, m in d en m ech an ik ai töm eg nélkül, m ig bon y o lu lt szerk ezetű c so p o rto k b a v erő d v e a k ö zönséges an y a g ato m jait alkotják. Ily m ó d o n k id erü ln e, hogy a m in d e n n a p i ta p a s z ta la tb a n szereplő a n y a g s a m ech an ik ai tö m eg csak p ra k tik u s fogalom , lé n y e g é b en elek tro m ag n etik u s elem ek b ő l épül s v é g e re d m é n y b en elek tro m ag n etik u s eredetű. A m e c h a n ik á n a k eg y ik a la p tétele, h ogy a test tö m eg e állandó, független m en n y iség , te h á t nem függ pl. a seb esség étő l sem : h ogy a m o zd u latlan te stn e k m áso d p e rc e n k én ti 1 m é te r seb esség et ad jak , u g y a n an n y i erőt kell kifejten em , m int am ik o r a m ár 3 m éter m á so d p e rc e n k én ti se b e s
ségű te st se b esség ét n ö v elem 1 m éterrel. H a azo n b an fenti ere d m é n y e in k igazak, a k k o r a test tö m eg én ek igen nagy, a fén y éh ez k ö zeled ő , se b e sség ek n él é sz re v eh ető en nőnie k ellen e s a m e c h an ik a em lített a la p tétele c sak o ly an kis seb esség ek n él v o ln a igaz, a m i
ly en ek et ed d ig a g y ak o rlati életb en és a c sillag ászat
b an ta p a sz ta ltu n k . Á lta lá b a n ily m ó d o n felállítható az az elvi k ö v etelm én y (m ely a n ag y szám ítási n e h é z sé gek folytán p ra k tik u sa n n em kivihető), hogy a m e c h a n ik át s ezzel eg y ü tt az egész fizikát az e le k tro m o sság ta n b a kell felolvasztani. H a eddig a term észettu d ó so k e sz m é n y k é p e a fizika m ec h a n iz álá sa volt, úgy ezen tú l a rra fognak törekedni, hogy az egész fizikát e le k tro m o ssá g ta n n á tegyék.
E zzel azo n b an n agyon is e lk a lan d o ztu n k a feltev ések és elvek b iro d alm áb a. N ézzük csak, hogy m ily to v áb b i tám aszai és a k a d ály ai v a n n a k e felfogásnak. M in d en esetre tám aszté-
Az anyag át- halolhatósága
20
k áu l szo lg áln ak azok a szép kísérletek, am ely ek et L é n á rd F ülöp végzett a k ató d su g a ra k k a l (1895). M ár H ertz-n ek sikerült k im u tatn ia, hogy a k a tó d su g a ra k igen v ék o n y fém lem ezen áth ato ln ak . L é n á rd a su g a ra k e tu la jd o n sá g á t a rra h a sz n á lta fel, hogy a kisülési csőből a k ö zö n ség es légkörbe, illetve m ás te tsz é s
szerinti kísérleti k ö rü lm én y ek k ö zé vigye a su g arak at.
A kisülési csövön, a k á té d d a l szem ben, n y ilást a lk al
m azott, m ely et 0 ‘003 m m . v ék o n y alum inium lem ez-
> kével (az u. n. ablak) ra g a sz to tt be. A su g arak vékony n y a lá b ja , az a b la k ra esvén, áth ato lt rajta és k ilép ett a sz a b a d b a , v ag y az 1'5 m. hosszú toldalékcsöbe, m elyet tetszésszerin ti gázzal le h e te tt m egtölteni, v agy teljesen kiüríteni, illetve b e n n e a su g arak ú tjá b a te t
szésszerin ti te ste t helyezni. M ikor H ertz először é sz lelte a su g a ra k n a k á th a to lá sá t v ék o n y fém lem ezeken, e tü n em én y t C rookes elm életével ellentétben állónak g o n d o lta, illetve a su g a ra k rezgésterm észetén ek bizo- n y iték áu l vette. T é n y le g ú g y látszott, hogy h a a s u g a ra k a t röpülő an y ag i részecsk ék alkotnák, az anyag áthatlansdgdnak alapelüe értelmében nem h a to lh a tn a k át a 0 003 m m . v é k o n y fém lem ezen, m elyben m ég m in dig sok ezer m o lek u láb a kellene ütközniök. M ikor azo n b a n P e rrin -n ek em litett k ísérlete a k a tó d su g arak rezg éselm életét végleg ta rth a ta tla n n á tette, nem m a ra d t m ás h á tra , m int ép en az anyag dthatolhatatlanságáról alkotott fogalmaink módosítása, am in t ezt L én árd 1906-iki N o b el-értek ezéséb en oly szép en kifejtette. K ísérletei szerint, úg y m o n d , 1 m 3 p la tin á b a n (egyike a legtöm öt- teb b fém ek n ek ) nem leh et több, m int 1 m m 3 áth a to lh a ta tlan an yag. G o n d o la tm e n e te egyszerű : h a az elek tronok ra ja v ék o n y p la tin alem ezen hatol át, ak k o r egy ré sz ü k e t a p latin alem ez áth a to lh a ta tla n an y ag a v issza
ta rtja és a raj szám b elileg m egfo g y atk o zv a lép ki a lem ez m á sik old alán . E szám beli csö k k en és m érhető
és sz á z a lé k o k b an kifejezve egyszersm ind m érték ét a d ja a n n a k a v iszonynak, m ely a lem ez á th a to lh a ta t
lan és üres részei kö zi fennáll. K ü lönböző an y ag o k k al k ísérletezv e L é n á rd azt találta, h ogy röpülő e lek tro n o k a t feltartó ztató k ép esség ü k , m o n d ju k áthatolhatat- lansdguk, csakis sűrűségűktől, tömöttségüktöl függ (közelí
tőleg a rán y o s vele), de egyéb fizik a i és üegyi sajátságaik
tól, tehát pl. halmazállapotuktól is teljesen független. A fizik áb an az a n y a g ilyen sa játság ai, m ely ek csakis tö m eg ü k tő l függenek, m indig igen n ag y elm életi fon
tossággal birnak, m ert az oly különböző an y ag o k n ak v alam i m in d en egyéb v á lto z á su k b a n m e g m a ra d ó és m in d en egyéb sa já tsá g u k o n tulfekvő ősi eg y ség ére u taln ak . C sak ők jo g o sítan ak fel re á igazán, hogy
„az a n y a g “-ról beszéljünk. L eg k lasszik u sab b e te k in te tb e n az a n y ag n e h ézk ed ése, m ely szintén független az an y a g o k m in d en fizikai és vegyi v álto zásátó l és sajátság átó l, kiv év e tö m eg ü k et, m ellyel egy en esen arán y o s.
Ez u tón te h á t szin tén u g y a n azo n k ét valószinü, term észetfilozófiai jelentőségű, e re d m é n y re ju to ttu n k : hogy az a n y ag té rt elfoglaló, á th a to lh a ta lla n u l betöltő v o lta c sak p ra k tik u s feltevés és hogy az a n y a g o k a t v alam i ősi egység k a p cso lja egybe, talán é p p e n az ősi, eg y etlen ép ü letk ő , az elek tro n közössége.
L é n á rd k isérletei azt a m á r fen teb b k im o n d o tt állítást is igazolták, hogy a m o lek u lák b ó l és atom okból kiinduló erők elek tro m o s term észetű ek . H a az a b la k ból kilépő L én árd -féle s u g a ra k a t (azaz a kisülési cső ből kivitt k a tó d su g a ra k a t) k özvetlenül a s z a b a d lev e
gőbe b o csátjuk, észrevesszük, hogy m in d en irá n y b a n szétszó ró d n ak , azaz p á ly á ik elgörbülnek. M iu tán p ed ig az ele k tro n o k ra csak elek tro m o s és m á g n eses erők h a th a tn a k igy, következik, hogy a levegő m olekulái-
A molekulák, mint elek
tromos erők központjai
ból ily erők in d u ln ak ki. V alam in t a n ap v o n zása a v ég telen űrből egyenes v o n alb an feléje rohanó ü stö kös p á ly á já t elgörbíti, úgy hajlik el az elektronok p á ly á ja , h a rö p tű k b e n túl közel ju tn a k v alam ely m olekulához.
M eg kell azo n b an em lékeznünk a v ázo lt ősan y ag -h ip o tézis ak ad ály airó l is.
E z ak ad á ly o k , rö v id en szólva, a pozitív elek tro m o s
sá g te rm é sz e tét boritó fáty o lb an rejlenek. Pozitív elek
tro n o k at (te h á t m ech an ik ai anyagtól m ent és egy 250.000 billiom od coulom b töltésű pozitiv elektrom os a to m o k a t) ed d ig a ráfo rd íto tt m inden fárad ság d acára sem észleltek. M inden azt m u tatja, hogy m ig a negativ e lek tro n o k sz a b a d o n is felléphetnek, ad d ig „pozitiv ele k tro m o ssá g ró l“, m in t k onkrét, önálló dologról, b eszélni nem lehet, csakis pozitiv elektrom os anyagi atom okról. H a ezen elgondolkozunk, tu lajd o n k ép en a vázolt ő san y ag h ip o tézisre nézve k ed v ező n ek kell találn u n k . H iszen h a pozitiv elektronok is volnának, am ely ek m int eg észen egyszerű részecskék, m ásból fel nem ép íthetők, ak k o r legalább is kétféle ő san y ag gal kellene szám o ln u n k s n em beszélh etn én k egy ő s
any ag ró l így ellenben van rá rem ény, hogy a pozi
tiv elek tro m o s anyagi ato m o k at v alam ik ép en negativ elek tro n o k b ó l ép itjü k m ajd fel. H ely eseb b en szólva, úgy m in t a XVÍ1I. sz á z a d b a n F ranklin B enjam in, csak egyféle elek tro m o sság o t fogunk ism erni, azt, am elyet m a n eg a tiv n a k nevezünk. D e é p p e n az a baj, hogy egy elő re m ég alig sejtjük, hogy m ikép ép itsü n k elek tro nokból pozitiv és sem leges ato m o k at és m olekulákat.
L ássu k egyelőre a pozitiv elek tro m o sság ra v o n a t
kozó kísérleti k u ta tá so k a t. M inthogy m inden elektrom os tü n e m é n y b e n az egyik fajta elek tro m o sság eg y m a
g á b a n soh asem jelentkezik, h an em vele együtt egyenlő m en n y iség b en a m ásik fajtájú elek tro m o sság n ak is
Pozitív ionsugarak
23
m u ta tk o z n ia kell, m ár rég en sejtették, hogy bizonyára v a n n a k az anódról ellökött pozitív töltésű ionok (ionnak n e v e z n e k a fizikában m in d en p ozitív vagy negativ elek tro m o s töltésű atom ot, m o lek u lát v ag y m o lek u la
csoportot, m int am ily en ek p éld áu l a viz vegybontá- sán ál a v izm o lek u lák felb o m lása u tá n e g y en k én t fel
lépő n eg ativ és pozitív töltésű h id ro g én és oxigén
atom ok). A kisülési csőben, itt n em részletezh ető o k o k n ál fogva, az elek tro m o s erők feszültsége a k ató d k ö zeléb en a legnagyobb, úgy hogy e pozitív ionok az an ó d ró l a rán y lag lassan in d u lv án el, a k a tó d felé v á n d o ro ln a k és itt, a n ag y feszültség h a tá sá ra , tetem es seb esed éssel a k a tó d ra ro h an n ak . É rth ető h át, hogy m iért n em oly k ö n n y ű a m egfigyelésük, m in t a k ató d - su g arak é, hiszen a k a tó d ú tju k a t állja. M árm o st E . Goldstein, igen szellem esen, á tly u k a sz to tta a k ató d u l szolgáló fém korongot. A k a tó d ra ro h an ó pozitív ion n a g y seb esség én él fogva e ly ukon át a cső n ek a k a tó d m ögötti, e c élra k ik é p z e tt te ré b e lé p ett és itt tan u lm á n y o z h a tó volt. A k ató d o n lévő ly u k ak cső
szerű fo ly tatásáró l n e v ezték el a su g a ra k a t „cső su g a
ra k n a k “ . W . Wien k étség telen ü l k im u ta tta , hogy e su g a ra k pozitiv tö ltésű részecsk ék p ály ái, se b esség ü k et k ö rülbelül m áso d p e rc e n k én ti 1500 k ilom éternek, tö m e g ü k e t p e d ig körülbelül a h id ro g én ato m töm egével eg y ező n ek találta. W . W ie n ez é rté k e k e t h aso n ló m ódon, m int T h o m so n a k a tó d su g a ra k e setéb en , a csö su g a ra k elek tro m o s és m ág n eses eltéritése a la p já n h a tá ro z ta m eg. (1898.) A z o n b a n m íg a k a tó d su g a ra k egy n y a lá b ja az elek tro m o s v ag y m ág n eses erő h a tá s á ra teljesen eg y en letesen görbül m eg, te h á t m ig a k a tó d su g á rn y a lá b o t m in d en tek in te tb e n egy fo rm a ré szecsk ék alkotják, ad d ig a csö su g á rn y a lá b n a k c sak egy része hajlik el, m ásik részén ek eg y en es p á ly á já t ez erők nem befo ly áso lják és a le g erő seb b en eltéritett
24
s eg y á lta lá n el n em térített p a rtik u lá k k özét a g y en g éb b en eltérített p a rtik u lá k sk álája tölti ki. E jelenség o k á n a k k ik u ta tá sa céljából W . W ien (1908) oly erős m ág n e se k e t alk alm azo tt, m ely ek a su g árn ak elektrom os tö ltésű részecsk éit teljesen k itérítették annyira, hogy c sa k a sem leges, te h á t el n em téríth ető részecsk ék fo ly ta th a ttá k ú tju k at. B izonyos táv o lság b an az elő b bitől, a su g a ra k ú jra m ág n eses térb e k erü ltek és itt kid erü lt, hogy a m a rövid ú tszak aszo n , m ely a két m á g n eses te re t elv álaszto tta, újra k eletk eztek a se m leges p artik u lá k b ó l pozitiv töltésüek, m ert a m ágneses tér a m e g m a ra d t n y a lá b n a k egy részét ism ét elvonta.
T e h á t, igy kell k ö v etk eztetn ü n k , m á r közvetlenül a k a tó d m ögül jö n n ek sem leges részecskék, m elyek a z tá n ú tk ö zb en részb en és fo k o zato san pozitiv töl- té sü e k k é v áln ak . H o g y an lehet ez, hiszen sem leges a to m o k a t nem vonz a k a tó d és igy seb esség et nem a d h a t nek ik ? N yilvánvaló, hogy e sem leges részecskék a k a tó d előtt m ég pozitiv ionok v o ltak és csak a k a tó d n y ilá sá n áth a la d v á n , ta p a d t ráju k egy az ott h em zseg ő n eg ativ elektronokból. Ú tjuk folyam án a z o n b a n a csőben lévő gáz m o lek u láib a ütközvén újra e lv észith etn ek egy elektront, m iáltal pozitiv elek tro m o sa k k á v áln ak . K ell azonban, hogy a fordítottja is m e g tö rtén h essék , azaz hogy a pozitiv ionra ta p a d h asso n egy é p p e n a rra té v ed t elektron, vagyis hogy az eltéríth ető pozitiv ionok ism ét el nem térithető sem leg es m o lek u lák k á v á lto z h a ssa n a k ; m ert ellenkező e se tb e n h o sszab b u t u tá n n em m a ra d n á n a k a cső su g á rn y a lá b b a n sem leges részek, am inek ellentm ond a ta p a sz ta lá s, m ely tan u sitja, hogy a n y aláb b an , ha a k ö rn y e z ő gáz n y o m ása és m inősége, v alam in t a su g a ra k seb esség e n em változik, a m axim álisan e lté
ríte tt és az el nem térített su g arak a rá n y szám a állandó.
E sz e rin t te h á t úgy k épzeljük a dolgot, hogy a k ató d
m ögül sem leg es részek és pozitív ionok e g y arán t jö n n ek . E gy részü k oly szeren csésen ü tközik össze a k ö rn y ező nyugvó gáz m olekuláival, hogy egyetlen elek tro n ju k sem vész el, v ag y eg y etlen uj elektront sem ra g a d n a k m a g u k k a l: ezek a lk o tják az eg y általán nem , illetve a leg jo b b an eltérített n y aláb o t, m ert hiszen egész utjwkon v ag y e g y általán nem , v agy egyfolytában ki v o ltak tév e a m ág n eses eltéritő erő h a tá sá n a k . A g y en g éb b en eltéritett su g a ra k oly ionok p ály ái, m elyek ú tk ö zb en felváltva m ajd elvesztettek, m ajd ú jra v issza
n y e rte k egy elektront. E m a g y a rá z at h ely esség ét iga
zolja a k is é r le t: ha a csö su g a ra k a t oly térbe visszük (igen finom h ajszálcsö v ek en át, m ert fém lem ezeken át n e m h ato ln ak . Dechend és H ammer.), m elyet lehe
tőleg légüressé tettü n k , a k k o r m ág n eses tér h a tá sá ra két, élesen elváló n y a lá b o t a d n ak , m ely ek közül az eg y ik az el nem téritett, a m ásik a legerősebben elté rite tt részek n ek felel m eg: a közbeeső fokozatok, a ritk itás foka szerint, m ajd n em teljesen h ián y zan ak .
ím e, az elek ro n o k e k ísérletek b en úgy szerep eln ek , m in t a m o le k u lá k n a k és a to m o k n ak h ev es zö k k en ésk o r leváló töredékei. L á tju k azt is, hogy az elek tro n lev á
lá sa u tá n h á tra m a rad ó ato m tö m eg pozitiv elektrom os.
C sak m egem lítjük, hogy a cső su g a ra k o k o zta fén y tü n em én y szinképi v izsg álata m in d en b en m egerősíti k ö v e tk e z te tésü n k et, hogy a pozitiv rész e c sk é k atóm- roncsok, m ely ek egy v agy több elek tro n le v álása utján k eletk ezn ek .
A pozitív ionok
„atómroncs"-elmélete.
III. A z atom ok szerk ezete.
A n n y i m in d en esetre bizonyos, h ogy az elektron, a n eg ativ elek tro m o sság m ech an ik ai töm eg nélküli atom ja, közös, h a b á r talán n em az eg y etlen alkotó része az
ö sszes an y ag i ato m o k n a k s hogy ez a to m o k b an tu- la jd o n k é p e n i á th a to lh a ta tla n an y ag v agy nincs, v ag y csak elenyésző kis tért foglal el. A z á th a to lh a ta tla n -a n y ag p ra k tik u s fog alo m n ak látszik, am ely az atom ok
v ilá g á ra nem vihető át.
A z o n b a n h ely telen v o ln a azt m ondani, hogy az ato m k özvetlenül elektronokból épül f e l: helytelen olyan értelem ben, m int ahogy nem v o ln a helyes azt m o n d an u n k , hogy v alam ely ház m olekulákból áll. K u tatn u n k ' kell, h ogy az elek tro n o k k ö zv etlen ü l m ilyen m ag asab b egységgé, té g lá k k á csoportosulnak, am ely ek a ztán az ato m o t felépitik. K ét jelen ség cso p o rt igazit ú t b a : a rad io ak tiv itás és az égbolt kö d fo ltjain ak szinképi v izsg álata.
1868-ban a n a p k ro m o szférájáb an szín k ép elem zővel egy uj, a földön nem ism ert elem et fed eztek fel, am ely et h éliu m n ak k ereszteltek el. K ésőbb, 1895-ben W. Ram say m e g találta a földkéreg bizonyos á sv á n y a ib a n is. L ég n em ű test, a legk ö n n y eb b gázok k ö zt a m á so d ik hely en áll, csak k étszer n eh ezebb a hidrogénnél. Feltűnő tu lajd o n ság a, hogy sem m iféle ism ert elem m el v eg y ü letet nem alkot. A to m ja n ég y szer n eh ezeb b m int a hidrogéné. E gy m ásik, akk o rib an m ég érth etetlen , m egfigyelés az volt, hogy m inden ásv án y , am ely h éliu m o t zár m ag áb a, u rán iu m o t és tó riu m o t is tartalm az.
A h élium ot a ra d io ak tiv a n y a g o k ra vonatkozó k u ta tá so k ju tta ttá k n agy fontossághoz. M ár em litettük, hogy a rád iu m három féle su g árzást lövell ki m agából.
Ezek közül a ß-sugarakat a k ató d su g a ra k k a l találtuk m eg eg y ező k n ek . M ost az «-sugarakra forditjuk figyel
m ü nket.
A hélium.
Л rádium a-sugarai. A z «-sugárról, a k ató d su g a ra k tá r
g y a lásán ál m ár ism ertetett m ódon, sik erü lt k im u tatn i, hogy pozitiv töltésű részecske
p á ly á ja és hogy v alam in t a P-sugár a k ató d su g árn ak , úgy az а-sugár a cső su g árn ak felel m eg. A z ezen fel
fogást tá m o g ató és illusztráló k ísérletek közül csak egyet írunk le, m ert ism ét fra p p á n sa n igazolja az a n y ag szerk ezetérő l alk o to tt fo g alm ain k helyességét, k ü lö n ö sen az an y ag szem ecskés, n em folytonos voltát.
H a a rád iu m kilövelte su g árzás hullám zó volna, m i
k é n t a fény, a k k o r folytonos á ram o t k ellen e képeznie, úgy hogy ak árm ily kis m enn y iség ű rád iu m su g árzását b o c sá ta n ó k is a foszforeszkáló ernyőre, en n ek m eg sza
k ítatlan u l kellene fényt árasztan ia. K iszám íto tták , hogy 30 m illigram m rád iu m m á so d p e rc e n k én t n é h á n y ezer
m illió а-részecsk ét bocsát ki. Ez a lö v e d é k e k oly sü rü á ra d a ta , hogy a b o m b á z á su k n a k k itett cinkszul- fides ernyő szin tén fo lytonosan fénylik, m in th a csak az éter s z a k a d a tla n h u llám v erése érné. H a azonban csak egy ötvenm illiom od m illigram m ot v eszünk, akkor ebből, h a elm életü n k igaz, m á so d p e rc e n k én t m á r csak n é h á n y «-részecske in d u lh at ki és ek k o r a foszforesz
káló ern y ő n ek sza g g a to tta n és h e ly en k én t sz a b a d csak h a tá su k ra felvillanni. S csak u g y a n ez történik, h a a m o n d o tt feltételt m eg v aló sítju k : az ern y ő n pilla
n atn y i fényes felvillanások tű n n ek fel és h u n y n a k el o ly an n ag y szám b an , hogy m eg szám lálni sem lehet.
(C rookes szp in tariszk ó p ja.) S zinte k isértésb e esünk, hogy azt m o n d ju k : im e a láth ató atom ok! S v an b en n e v alam i: igaz, hogy csak h ev es ü tk ö zésü k n ek h a tá s á t észleljük, de an n y it tén y leg látu n k , hogy itt különvált, önálló részecsk ék szerepelnek.
A z а-su g arak se b esség ét m á so d p e rc e n k énti 20.000 k ilo m étern ek találták , tö ltésü k k ét pozitiv elek tro m o s atom , tö m eg ü k p e d ig n ég y szer ak k o ra, m int a hidro g én ato m é. M ár ebből is igen v a ló színű volt, hogy az «-részecskék tu la jd o n k é p e n hélium - atom ok, am ely ek töm ege, m int láttuk, u g y an ek k o ra.
28 Atómbomlás.
