تاریخچه علم فیزیک، قسمت چهارم

ارنست رادرفورد فیزیکدان برجسته هسته ای و پدر فیزیک هسته ای فهمید که ذره آلفای منعکس شده دلالت برای اتمی کاملا غیر منتظره دارد که هیچ قیاس مشابهی بر روی زمین ندارد. بنابراین رادرفورد به سراغ آسمان رفت او اتم را مثل یک منظومه ی شمسی کوچک تصور کرد؛ الکترون ها، ذرات ریز با بار منفی که به دور چیز کوچکی با بار مثبت به نام ” هسته ” می گردند. رادرفورد محاسبه کرد که هسته 10000 بار از خود اتم کوچک تر است به همین دلیل است که از هر 8000 ذره ی آلفا فقط یکی منعکس می شود همان ذراتی که اتفاقا به هسته ی کوچک برخورد می کنند و بقیه بدون برخورد با چیزی عبور می کنند. اولین نتیجه تکان دهنده این ایده این بود که اتم رادرفورد تقریبا بطور کامل فضای خالی ست و به همین دلیل تقریبا تمام ذرات آلفا چنان از اتم های طلا می گذرند که انگار چیزی آنجا نیست و واقعا هم چیزی آنجا نیست. مفهوم عجیب اتم رادرفورد را در نظر بگیرید با در نظر گرفتن آن در مقیاسی بزرگتر اگر هسته به اندازه یک توپ فوتبال بود نزدیک ترین الکترون در مداری به شعاع نیم مایل قرار می گرفت بقیه ی اتم مطلقا فضای خالی بود. بگذارید به گونه دیگری بیان کنیم؛ اگر فضاهای خالی تمام اتم های بدن ما را بیرون می کشیدند آنگاه هر یک از ما کوچکتر از یک دانه ی نمک می شدیم البته وزنمان ثابت می ماند و اگر همین کار را با تمام نسل بشر انجام می دادیم هر 6 میلیارد نفرمان به اندازه یک سیب می شدیم! اتم بی شباهت به هر چیزی بود که قبلا می شناختیم و تازه عجیب تر و عجیب تر می شد!

تقریبا بلافاصله مشکلی پیش آمد و مشکل بزرگی هم بود طبق علم آزموده شده و مورد اعتماد آن زمان الکترون ها باید انرژی خود را از دست می دادند و سرعت شان کاهش می یافت و در مسیر مارپیچ در کمتر از یک چشم بهم زدن بر روی هسته سقوط می کردند.

اتم رادرفورد با قوانین شناخته شده ی علم تناقض داشت برای اتم مهم نبود که با عُرف علمی سازگاری داشته باشد تقریبا تمام فضای اتم خالی ست و با این حال هنوز هم پا برجاست. من نشانی از کوچک شده به اندازه یک دانه نمک در خود نمیبینم و زمین هم همان اندازه زمین است و کوچک تر هم نمی شود.

ارزشش را دارد که گذری بر زمان داشته باشیم در مدت کوتاه 6 سال از سال 1905 تا سال 1911 اتم وجودش را اعلام کرد با این حقیقت که بطور غیرقابل تصوری کوچک است و سپس نشان داد که بیشترش فضای خالی است و اکنون از قوانین شناخته شدهی فیزیک پیروی نمی کرد. جای تعجب نیست که همه دانشمندان مشهور آن زمان از جمله اینشتین گیج شده بودند؛ ایده های علمی که در تمام عمرشان آن ها را باور داشتند در توضیح اتم کاملا عاجز مانده بودند. اتم نسل جدیدی از دانشمندان را خواستار بود که ادامه دهنده راه رادرفورد باشند؛ جسور، نابغه و مهم تر از همه جوان ضروری بود که آن ها هیچ وفاداری با وابستگی به افکار نسل های پیشین نداشته باشند.

یکی از اولین افراد از این دسته نیلز بور بود او در سال 1911 در حالی که تحصیلاتش را در کپنهاگ به اتمام رسانده بود از دانمارک راهی انگلستان شد. بور تصمیم داشت که به خارج رفته و در مرکز فیزیک جدید قرار گیرد و تقدیر او را به بریتانیا و دانشگاه منچستر و ارنست رادرفورد کشاند. بور ذهن فعالی داشت و با وسواسی روانشناختی که چندین بار او را از کار باز داشته بود و در واقع داستان از این قرار است که بور خودش انگلیسی را با خواندن چندین باره رمان “Pickwick Papers “ دیکنز یاد گرفت. بور بسیار شیفته تصور رادرفورد از اتم شده بود که ماموریتش را حل معماهای آن قرار داد، اینکه چرا اتم فروپاشی نمی کند؟ و چرا اینهمه فضای خالی دارد؟ بعنوان یکی از فیزیکدان های نظری نسل جدید در اندیشیدن بی باک بود و آماده ترک کردن باور عامیانه و یافتن توضیحی برای درک انسان شده بود. بنابراین در اوج نبوغ وی شروع به جستجوی سرنخ هایی درباره اتم نه از طریق نگاه کردن به ساختار ماده کرد بلکه با آزمایش طبیعت مرموز و شگفت انگیز نور.

اکنون اتم ها و نور کاملا مرتبط اند؛ اکثر اجسام هنگام داغ شدن می درخشند قرن ها بود که مردم می دانستند که اجسام مختلف با رنگ های منحصر به فردی می درخشند همچون سبزِ مس، زردِ سدیم و قرمزِ لیتیم و این رنگ های که مربوط به عناصر مختلفی هستند ” طیف” نامیده می شوند و بصیرت بزرگ بور این بود که طیف، چیزی در مورد ساختار داخلی اتم به ما می گوید که می تواند وجود این همه فضای خالی را توضیح دهد.