Atomul – trecut si viitor

Primele idei referitoare la faptul ca materia ar putea fi alcatuita din atomi, adica din particule indivizibile, dateaza din Grecia antica, din secolul al V-lea, i. Hr., si au fost formulate de filosofii presocratici, in special de Leucip din Milet, Democrit (cel care a numit aceste particule prin cuvantul grecesc “a-tomos”), si mai tarziu, Epicur. Lucretius, poetul si filosoful latin din secolul I I.Hr., va exprima aceasta conceptie, in Lucrarea “De rerum natura” (“despre natura lucrurilor”), in care descrie lumea dupa principiile lui Epicur. In viziunea inteleptilor antici, atomismul, teoria care defineste conceptul universului discontinuu, se naste din opozitia dintre fiinta si neant. Atomul, sustineau ei, este o parte a fiintei care se conserva etern, fara de care totul ar disparea, pana la urma, in neant. Atomii compun materia, precum literele compun cuvantul.

In secolul al XVIII-lea, teoria atomismului nu a progresat prea mult, dar in 1797, Joseph Proust, chimist francez, constata ca, in compusii chimici, raportul dintre doua elemente este mereu acelasi. Pornind de la aceasta lege, a proportiilor definite, John Dalton, fizician englez, a formulat, in 1804, ideea ca substantele solide si lichide, ca si cele gazoase, sunt formate, probabil, din atomi sferici, identici pentru un anume element, dar diferiti de la un element la altul, mai ales din punctul de vedere al masei atomice.

In 1869, Dimitri Ivanovitch Mandeleev clasifica atomii (Tabelul lui Mendeleev) in ordinea crescatoare a masei si sublinia ca exista o anume periodicitate, in privinta proprietatilor lor chimice. Un pas inainte, in definirea atomului, s-a facut prin identificarea electronului, numit asa de catre fizicianul englez George Stoney. A mai durat destul timp pana la definirea unui raport corect intre atomi si electroni. Unii au descris structura atomului de tip “budinca cu stafide”, adica o sfera (“budinca”) avand sarcina electrica pozitiva, plina de electroni (“stafidele”).

Japonezul Hantaro Nagaoka, pe la inceputul secolului al XX-lea, descria atomul, comparandu-l cu planeta Saturn, inconjurata de inele, centrul fiind incarcat cu sarcina electrica pozitiva. Nagaoka se apropiase destul de mult de adevar, dar ramanea inca o intrebare serioasa: care era numarul electronilor, fizicianul japonez sustinand ca era vorba de mii de electroni, in timp ce alte experimente aratasera ca nu pot fi decat cativa, intr-un singur atom. Meritul de a aduce o descriere a atomului, care a ramas valabila si astazi, este al fizicianului si chimistului Ernest Rutherford, din Noua Zeelanda.

El a aratat ca modelul atomului seamana, mai degraba, cu sistemul solar, decat cu planeta Saturn, cu un nucleu central, incarcat pozitiv, in jurul caruia orbiteaza, circular, cativa electroni (Modelul atomic Rutherford/Modelul atomic planetar). In 1908, pentru contributiile stiintifice in cercetarea atomului, i s-a atribuit Premiul Nobel. De altfel, el este considerat si deschizatorul de drum in fizica nucleara, formuland, printre altele, ipoteza structurii protono-electronice a unei particule (neutronul), precum si pe aceea a dezintegrarii spontane si continue a substantelor radioactive.

Modelul atomic Schrödinger

In 1933, fizicianul Erwin Schrödinger, austriac de origine, si Paul Dirac au Premit Premiul Nobel pentru modelul atomic cuantic, care poarta numele primului, si care evidentiaza existenta unor “orbitali” ai electronilor (si nu orbite), care sunt ca niste “nori”/unde, in jurul nucleului. Rationamentul nu era corect pana la capat, undele nefiind electroni, ci probabilitati de existenta a electronilor, fapt aratat, ulterior, de Max Born, profesor de fizica in Gottingen.

Cercetarea atomului si viitorul omenirii

In viitorul apropiat, nanotehnologia (construirea unor structuri  de mare complexitate, prin respectarea specificatiilor atomice) va face posibila fabricarea unor materiale care nu se murdaresc, a motoarelor care nu se uzeaza, geamuri auto care sa isi schimbe culoarea, la simpla apasare a unui buton, a calculatoarelor moleculare (un sistem care sa functioneze in interiorul unei celule vii si care sa fie capabil sa raspunda si la stimuli interni si la cei externi) etc.

In medicina, apelul la nanoparticule si la celule stem vine cu un potential urias de speranta, pentru sanatatea oamenilor, ca posibilitate de tratare, in primul rand, a cancerului, a aterosclerozei, a bolilor cardiovasculare etc.

In domeniul informaticii si al calculatoarelor, deja IBM-ul a anuntat, la inceputul acestui an, performanta de a stoca, intr-o structura de 12 atomi, un bit de informatie, ceea ce este o performanta extraordinara, daca stam sa ne gandim ca, la ora actuala, aceeasi cantitate de informatie este stocata intr-un milion de atomi.

Fuziunea nucleara (care ar inlocui fisiunea nucleara), timid incercata in anii 1930-1940, constand nu in fragmentarea nucleelor substantelor radioactive – plutoniu, uraniu – ci in unirea unor nuclee mai mici ale unor substante nepericuloase, este, la momentul actual, cea mai temerara incercare a oamenilor de stiinta. S-ar rezolva, in mare masura, nevoia de energie a planetei, fara riscurile uriase ale tehnologiei actuale, deoarece ar fi ecologica si nelimitata. Pentru a se produce o fuziune nucleara, trebuie indeplinite conditii, pe care, deocamdata, tehnologia nu le stapaneste. Particulele care “fuzioneaza” (se unesc) trebuie sa fie accelerate la viteze uriase, iar temperatura sa fie mai mare decat cea de la suprafata Soarelui.

Eliberarea unei cantitati de energie enorme este simultana cu pierderea masei particulelor respective, trecandu-se din starea gazoasa in cea de plasma. De fapt, este vorba de transformarea masei in energie. Asa se produce, de exemplu, energia stelelor. Cercetatori din Statele Unite ale Americii au obtinut rezultate notabile, in simulari pe calculator, si estimeaza posibilitatea transpunerii in realitate a expermentelor lor in urmatorii ani.

La Laboratorul Lawrence Livermore (LLNL), din California, creat, initial, pentru arme nucleare, zona de studii s-a extins asupra stiintelor biologice si a energiei, aici existand laserul cel mai puternic realizat vreodata, utilizat in experimentarea reactiei de fuziune nucleara. De asemenea, experimentele de la CERN (European Organisation for Nuclear Research), folosind acceleratorul  de particule, cauta solutii in acest sens, deoarece fuziunea nucleara depaseste cu mult potentialul altor tipuri de energie nepoluanta (solara, eoliana, geotermala etc.).