I. FEJEZET
A rádióaktivitás. – A rádióaktív anyagok sugárzásai. – A rádióaktív elemek folytonos energiaszolgáltatása. – Mi a meglepő vonás a rádióaktivitásban?
A tudomány egyik legfőbb föladata az, hogy az olyan tüneményeket, a melyek függetleneknek, sőt esetleg ellentmondóknak látszanak, az egymástól való kölcsönös függés viszonyába hozza. A chemia pl. megtanít bennünket arra, hogy a gyertya égését, a fémek rozsdásodását, a lélegzés fiziológiai folyamatát, a puskapor fölrobbanását egy és ugyanannak a jelenségnek, az oxidálás különös eseteinek tekintsük. E folyamatok mindegyikében ugyanaz történik: az oxigén alkot új vegyületet. hasonlóképpen a fizikus előtt NEWTON almájának hagyományos lehullása, a Földnek és a bolygóknak a Nap körül való keringése, az üstökösök megjelenése, a tengerjárás apálya és dagálya, csak más-más nyilvánulásai a gravitáczió általános törvényének. Olyanokról, a kik az égés természetét, vagy a nehézkedés törvényét nem ismerik, vagy az ilyen általánosítások szükségét nem is érzik, nem mondhatjuk, hogy a természettudományi megismerésben valami nagyon előrehaladtak. Azok a jelenségek, a melyekkel előadásaimban foglalkozni akarok, egészen új tudományok körébe tartoznak, melyeknek tárgya a "rádióaktivitás" és az elemek önkéntes szétesése (bomlása, mester-szóval: desintegratiója); ezek közül az utóbbit csak az előbbi tanulmányozása világította meg kellőképpen. Első kérdésünk természetesen az: milyen tüneményekkel vannak ezek az új jelenségek legközelebbi vonatkozásban? Lehetséges-e jól ismert tüneményekkel való hasonlatok segélyével tiszta fogalmat alkotnunk a rádióaktivitásról? A felelet azokat, a kik azt tartják, hogy semmi új sincs a Nap alatt, mindenesetre meg fogja lepni. Mert őszintén ki kell mondanunk, hogy ily analógiákat felállítani nem lehet. A természettudomány ezen legújabb fejlődésében teljességgel új területre lépett és tudásunk alapjaihoz egy határozott lépéssel közelebb jutott.
Igaz ugyan, hogy az utolsó évszázadban fizikai tudományunk lapját alkotó ismereteink az anyag természetéről szakadatlanul szélesbedtek folyton növekvő sebességgel, de haladásunk inkább terjeszkedés volt, semmint elmélyedés. Úgy mondhatnók, hogy az atómoknak és az atómokból álló molekuláknak csak az épületi szerkezetére vonatkoztak. A mint a házat téglákból építjük, épp úgy építjük föl képzeletünkben a molekulákat az atómokból. Az atóm ugyanaz a chemikusnak vagy fizikusnak, a mi a tégla az építésznek. Ezek az egységek, a melyek készen kaphatók korlátolt zámú alakban és méretekkel, de azután végtelen sok olyan változathan rendezhetők el, mely elrendezések mindegyikének neg vannak a maga sajátosságai és külső vonatkozásai.
Ifjú századunk már is megérte az első határozott lépést az atómok belső lényegének megértésében és ez a lépés egy tekinetben nem meglévő ismereteink és alapelveink kiterjesztését jelenti, hanem merőben új területre vezet. A rádióaktivitás új tudomány, a melyet sem a fizikához, sem a chemiához nem sorozhatunk, ha ugyanis ezeken a tudományokon azt értjük, a mit a rádióaktivitás ismerete előtt értettek rajtok. A rádióaktivitás maguknak az atómoknak olyan belső és alapvető ismeretével foglalkozik, a nelyhez a fizika és chemia régi, az atómoknak jóformán csupán külső viszonyaira vonatkozó törvényei nem elégségesek. Az első lépés határozottan megmutatta, hogy valójában milyen fölületes volt tudásunk az anyagról. Ha valaki az építésznek bebizonyítaná, hogy azok a téglák, a melyeket ő építkezéseihez használni szokott, más körülmények között, teljesen más czélra használhatók – mondjuk például, hogy olyan robbantó szerekül alkalmazhatók, a melyek aránytalanul hatásosabbak, mint a dinamit –‚ bizonyára elég alapos volna az építész meglepetése; megérthetjük tehát, hogy a chemikus is ugyancsak meglepődött az anyagnak azon új, nem is álmodott tulajdonságai láttára, a melyeket a rádiumnak már puszta létezése is bizonyít.
Ebben az első előadásomban a rádiumnak főleg csak egy kiváló tulajdonságával akarok foglalkozni, azzal, a melyet nagy mértékben mutat és a mely mintegy összefoglalja érdekes sajátságainak egész sorát. A rádióaktív anyagok állandóan energiát bocsátanak ki magukból, egyik évben úgy, mint a másikban, a nélkül, hogy erre kényszerítenők őket és a nélkül, hogy kimerülnének. Ez bizony
nagy meglepetés volt a fizikai tudománynak. Ha valaki 12 évvel azelőtt merte volna megjósolni a rádium e sajátságát, mindenki azt mondta volna, hogy ilyesmi tisztára lehetetlen, sőt, hogy ez az anyagról és az energiáról való egész tudásunkkal ellentmondásban van. Ilyen meglepő újdonság csak váratlanul bukkanhatott elő. Mindenesetre elvitázhatatlan tény, hogy rádium van és hogyha létezése valóban ellentétben állana a tudomány megállapított alapelveivel, egy pillanatig sem volna kétséges, ki maradna győztes ebben a küzdelemben. Természetszerű maradiság és irtózás az újításoktól a természettudományokban sokkal inkább megvan, semmint általában hiszik. Pedig a természettudomány sem kivétel. Viszont azonban sohasem volt igaz alapja annak a föltevésnek, hogy azért, mert az új tények váratlanok és meglepők voltak, ellentétben kellett lenniök eddigi tudásunkkal. Ez szegénységi bizonyítvány lett volna tudományunkra nézve. Igaz, hogy sok olyan tényről lesz szó előadásaimban, a mely első hallásra szinte hihetetlen, ezt azonban csak annak kell betudnunk, hogy a terület, a melybe tartoznak, egészen új. Ebbe a területbe, a mint már említettem, a chemia és fizika sohasem hatolt még be. Hogy TAIT jövőbe látó gondolatait idézzem, e tények "magasabbrendű anyagokra" vonatkoznak, mint a milyen a fizika és chemia rendes "anyag"-a. És mégis, régi kipróbált elveinknek csak akkor tűnik ki igazi értékök, a mikor az új jelenségekre próbálják őket alkalmazni. Gondoljuk meg, hogy a mi tudásunk a természetről csak fogyatékos lehet, mert minden irányban el nem távolítható korlátok határolják, melyekről vajmi gyakran hajlandók vagyunk megfeledkezni; hogy mást ne említsünk, ilyen az emberi élet rövidsége, vagy az a körülmény, hogy csakis olyan föltételek között végezhetjük kutatásainkat, a melyek között az ember megélhet. A természettudomány alapelvei és törvényei, az újak épp úgy, mint a régiek, ezek között az örök korlátok között mozognak és csakis ezen határokon belül igazak. Ebből a nézőpontból aztán már nem találunk a rádium meglepő tulajdonságai között egyet sem, a mely ellentmondásban volna a régi természettudomány bármely megállapított alapelvével. A fizika és a chemia a régi területen majdnem változatlanul érvényben maradt, a rádióaktivitás pedig, a mennyiben az alapelvek javítására vonatkozik, a régi törvényeknek és elméleteknek teljesebb és igazabb jelentőséget
ad. A régi elméleteknek szükségessé vált kibővítése nem forradalmi, a szónak romboló értelmében. Csodálatos, mennyire képes a helyes elmélet olyan új jelenségekhez is alkalmazkodni, a melyek első pillanatra vele homlokegyenest ellenkezőknek látszottak; és ez az alkalmazkodás nem mesterkélt értelmezés vagy átfogalmazás segítségével történik, hanem olyan módon, a mely a kutatót lebilincseli és megnyugtatja a felől, hogy jó úton jár. Különösnek hangzik, de az én meggyőződésem szerint az új fölfogásnak az volt az első legdöntőbb bizonyítéka, hogy az idegenszerű, újkeletű tudomány a legtökéletesebb összhangba volt hozható a chemiának az atómra és az elemekre vonatkozó régi nézeteivel. De ez a megnyugtató kibékülés ott, a hol elkeseredett küzdelmet vártunk, semmiképpen sem jelent meghátrálást. Minden irányban új nézőpontok nyílnak számunkra. Sok föladatnak, melyet megoldhatatlannak hittünk, most egyszerű és közvetlen megoldását látjuk. Okokat ismerünk föl ott, a hol ezelőtt csak olyan okozatokat láttunk, melyekhez tudatunk annyira hozzászokott, hogy okok keresését vagy meg sem kísérlette, vagy ha igen, megelégedett fölületes, tudományunkat ki nem elégítő okokkal.
Bármily szövevényes is maga a kutatás a rádióaktivitás terén, azért a főeredmények épp olyan egyszerűek és megbízhatók, mint a milyen alapvető fontosságúak és általános érdekűek. Minden művelt embernek tisztába kell jönnie ezeknek az eredményeknek a lényegével, mert sok az érintkező pontjuk az emberi élettel és hivatásuk leend, mélységesen átgyúrni jövendő filozófiai gondolkodásunkat. Néhány év mulva a rádióaktivitás elemeit minden iskolában tanítani fogják, mint olyanokat, melyek a természettudomány alapvetéséhez tartoznak. Ma este, midőn mindez olyan újnak, olyan idegennek tűnik föl önöknek, [1908] midőn az új tudománynak még a nevéhez sem szoktak hozzá, nagyon merésznek fogják azt a jóslatunkat tartani, hogy ezek a fölfedezések, melyek első sorban az anyag végső lényegére vonatkoznak, hatást fognak gyakorolni az ember rendeltetéséről való fölfogásunkra is. Mégis egyik közvetetlen kapcsolatukat már most is megérthetjük és talán épp ez a leginkább forradalmi jellegű valamennyi között. Később világosabban megértjük majd a részleteket, most csak arra akarok reámutatni, hogy a rádióaktivitás új fölfogást hoz a lét alapvető kérdésébe. A rádióaktivitás fölfedte, hogy a
közönséges anyagban óriási energiakészletek vannak fölhalmozva, a melyeket egyelőre csak tudatlanságunk miatt nem fordíthatunk saját czéljainkra és ezáltal olyan eredményt ért el, a mely korszakalkotó lesz gondolkodásunk történetében. A természet erői fölött eddig is bizonyos hatalmunk volt, eddig azonban ragaszkodtunk ahhoz a felfogásunkhoz, hogy a létért való küzdelem az élet állandó és szükségképpeni föltétele. Most úgy tűnik föl, mintha e küzdelem csak átmeneti állapot volna, hogy a jövendőben végképpen megszűnjék; hiszen a multban is az emberiségnek folytonos és – a mint hiszszük – korlátlan tudományos előrehaladása állandóan mérsékelte e küzdelmet és a jövőbeli bizonyára a természet fölötti uralom további kiterjesztését fogja eredményezni.
Azt a jelenséget, a melyet most rádióaktivitásnak nevezünk, BECQUEREL HENRI fedezte löl 1896-ban Párisban és mint már annyi sokszor, ez a fölfedezés is, a valóságos kísérlet maga, némileg a szerencsének vagy a kedvező körülményeknek – a véletlennek – köszönhető. Ha azonban kissé visszapillantunk, akkor azt találjuk, hogy e fölfedezésnek inkább csak a hónapja és napja volt a véletlen műve. Az idő megérett erre az eseményre és biztos, hogy sokáig nem várathatott magára. Mielőtt a fölfedezés nagy jelentőségét tárgyalnók, rövid történeti áttekintést kell adnunk mindarról, a uh közvetlenül megelőzte, illetőleg követte. A RÖNTGEN-féle X-sugarak emlékezetes fölfedezése 1895-ben hozzászoktatta a tudomány munkásait olyan sugárzásokhoz, a melyek a fényre átlátszatlan közegeken is át tudnak hatolni. Az X-sugarak maguk a puszta szemnek láthatatlanok, de a fényérző lemezre hatnak. Lz a körülmény olyan lfísérletekre vezetett, a melyeknek azt kellett kideríteniök, nem lehetne-e hasonló sugarakat más módon is előállítani? Ismeretes, hogy vannak olyan anyagok, a melyek, egy ideig a nap hatásának kitéve, maguk is a sötétségben világítókká válnak; ezt a tulajdonságot foszforeszkálásnak nevezik. Vajjon a foszforeszkálás fényét föltartóztatják-e teljesen az átlátszatlan tárgyak? Vagy talán ebben a fényben is vannak láthatatlan és áthatoló X-sugarak? BECQUERELfényérző lemezt fekete papirosba göngyölt, reátett egy foszforeszkáló anyagot és mindkettőt kitette a napra. Nagy szerencséjére BECQUEREL foszforeszkáló anyagnak éppen egy urániumkészítményt választott és azt találta, hogy a lemez a készítmény alatt megfeketedett. A készítmény tehát olyan suga-
rakat bocsátott ki, a melyek napsugaraktól eltérően, a fekete papiroson keresztül tudtak hatolni. Sőt úgy találta, hogy ezek a sugarak vékony fémlemezeken is áthatolnak, éppen úgy, mint az X-sugarak; mert a lemez akkor is megfeketedett, ha ilyen fémlemezt tett a fényérző lemez és a készítmény közé.
1. rajz. |
Ha a rádióaktivitás jelenségének nincs is mása az eddig ismert tünemények között, főbb hatásait többé-kevésbbé utánozni tudjuk, sőt ilyen hatásokat a rádióaktivitás fölfedezése előtt is tanulmányoztak. A rádióaktivitás négy főhatásban nyilvánul; ezekkel akarunk első sorban foglalkozni. Először a rádióaktív anyagok éppen úgy hatnak
a fényérző lemezre, mint a napfény. Másodszor, ha bizonyos anyagok közelébe hozzuk őket, az anyagokat foszforeszkálókká teszik. Harmadszor, a rádióaktív anyagok a levegőt és más gázokat megfosztják attól az ismeretes tulajdonságuktól, hogy jó elektromosságszigetelők, és részben jó vezetőkké változtatják őket. Ennek következtében, ha valamely elektromossággal megtöltött vezetőt rádióaktív test közelébe hozunk, az gyorsan elveszti elektromosságát. Ugyanezt a hatást elérhetjük X-sugarakkal, vagy izzó testekkel, akár egy égő gyufaszállal is. Ennek a hatásnak a kimutatására az aranylemezes elektroszkópot használjuk, a legegyszerűbb elektromos eszközt, a melyet valaha is föltaláltak és a melyet éppen egyszerűsége miatt sikerült annyira tökéletesíteni, hogy a legérzékenyebb eszközzé váljék a rádióaktivitás kimutatására. Végre negyedszer, a rádióaktív testek hőt fejlesztenek éppen úgy, mint a szén, vagy más fűtőanyag oxidálás közben. A fotográfiai hatást és az elektromos testek kisütését a rádióaktív anyagok abban az állapotukban is világosan mutatják, a melyben a természetben előfordulnak és az ember mégis századokon át gyanútlanul ment el mellettük. Az eddigiekből megérthettük, hogy a rádióaktivitás fölfedezése a vázolt körülmények között nem várathatott magára sokáig. Azonban csak az olyan nagy mértékben rádióaktív anyagok, a milyen a rádium, mutatnak észrevehető foszforeszkáltató és hőhatást. A természetes állapotban előforduló rádióaktív anyagokban ezek a hatások sokkal gyöngébbek, semhogy könnyű szerrel fölismerhetők volnának.
Pontos fizikai vizsgálat kimutatta, hogy az összes rádióaktív hatások azon alapulnak, hogy a rádióaktív anyagok sugarakat bocsátanak ki magukból. Szabad szemmel ezeket a sugarakat sem láthatjuk és ebben megegyeznek a RÖNTGEN-féle X-sugarakkal. A rádióaktív testek azonban három különböző fajtájú sugarat lövellnek ki, a melyeket α‚ β- és γ-sugaraknak szokás nevezni, Később mindegyik fajtával részletesen foglalkozunk. Egyikük sem hasonlít a fénysugarakhoz, hanem inkább azokhoz az újabban fölfedezett sugárzásokhoz, a melyek közül az X-sugarak a legjobban ismeretesek; ezek akkor keletkeznek, ha erős hatókkal kényszerítjük az elektromos áramot, hogy majdnem teljesen légüres téren keresztülhatoljon, tehát olyan útra tereljük, a melyet, ha módjában van, elkerül.
A legtöbb új dolognak a hatásai rendesen ismert régi hatások. A mótorkocsik és a vasutak ugyanazt a munkát végzik, a mit a lovak végeztek. A kereskedelemben a valóban új termékek mindaddig értéktelenek maradnak, a míg el nem veszítik újdonságukat, a mint sok föltaláló saját kárán megtanulhatta. A tudományos fölfedezések terén sem jelentkeznek az újfajta hatások nagy lármával. Kimutatásuk rendszerint új eszközöket igényel, fölfedezésök útjának tehát jól elő kell készítve lenni; míg a régi fajta hatásokat könnyebben fölismerjük. Azért a rádióaktivitás tulajdonságai közül is, azokat fedezték föl először, a melyeket többé-kevésbbé már máshonnan ismertek. A fotografáló lemezek nagy tökéletessége nélkül a rádióaktivitást sem fedezhették volna föl azon az úton, a melyen fölfedezték, és nélkülöznünk kellene kimutatásának legegyszerűbb módszerét. Hasonlóképpen azok nélkül a vizsgálatok nélkül, a melyek közvetetlenül az X-sugarak fölfedezése után, az elektromosságnak gázokon való áthaladásával foglalkoztak, hiányzott volna a másik módszerünk a rádióaktivitás kimutatására. Másrészt, ha a rádióaktív anyagok csupán valami teljességgel új hatást fejtenének ki – a mi nem lehetetlen –‚ akkor nagyon valószínű, hogy éppen ez késleltette volna fölfedezésüket, mert hiszen ez új hatás fölkutatására még nincsenek módszereink.
Ezek után azt kérdezhetnék, mi jogon maradok meg a mellett az állításom mellett, hogy a rádióaktivitás jelensége páratlanul áll a természettudományokban, mikor a rádióaktivitás minden hatását más úton is elő lehet állítani? A rádióaktivitás megkülönböztető vonása nem is a kibocsátott sugárzások különös volta, bár közelebbi vizsgálatnál látni fogjuk, hogy itt is nagyon sok a jellemző tulajdonság. A főérdekesség abban rejlik, hogy a rádióaktív anyag önként és folytonosan energiát termel, a sugárzások csak ennek a következményei. Hőt és fényt sok módon állíthatunk elő, de az egészen új dolog, hogy egy anyag – a milyen a rádium – termelje őket évek hosszú során át észrevehető megszakítás, vagy csökkenés nélkül és a nélkül, hogy az anyag észrevehetően fogyna, vagy megváltoznék. Ez volt a csodálatos újdonság. Eleinte az volt a látszat, hogy a rádióaktív testek megvalósítják azt a természettudományi lehetetlenséget, hogy semmiből teremtenek energiát. Addig, a míg csak olyan kisfokú rádióaktivitást ismertek, a milyen az urániumé, el lehetett ütni a kérdést az energia-
mennyiségek roppant kicsiny voltával és azzal, hogy nehezen lehetett bebizonyítani, hogy az energia nem származik a környezetből. De CURIE és CURIE-né a rádium felfedezése által olyan elemmel ismertette meg a világot, a mely több, mint milliószor nagyobb mértékben rádióaktív, mint az uránium. A rádium elég energiát fejleszt arra, hogy szembeötlő és kétségbe nem vonható hatásokat létesítsen. Szigorúan tudományos tekintetben semmi lényeges különbség sincs a rádium és az uránium rádióaktivitása között. Különbség csak fokozatban van, ez azonban olyan óriási, hogy a rádium, bár – mint később látni fogjuk – nem oly csodálatos, mint az uránium, mégis rohamosan megszerezte magának az egyeduralmat a közönség érdeklődésében.