X. FEJEZET
A polónium és a rádium tömegeinek aránya az ásványokban. – Az uránium összes termékeinek mennyiségi táblázata. – A rádium aktivitásának növekedése az idővel. – A rádióaktivitás, mint a ritkaságnak vagy az értéknek fizikai mértéke. – Az érmefémek ritkasága. – Vajjon változnak-e ezek is úgy, mint a rádium? – A változó elemek fizikai okokból szükségképpen ritkák. – Egy nézet az anyag végső mibenlétéről. – MAXWELL egy kijelentése. – Ő tagadja az elemek fejlődését. – Egyenlők-e ugyanannak az elemnek atómjai egymás közt? – Az atóm bonyolult, de tökéletes mechánikai szerkezet. – SCHUSTER tanár hasonlata. – Az atóm hű marad önmagához az oldatban is. – A rádióelemek kilövellte α-részecskéknek egymás közt hasonló sebességéről. – A legalkalmasabb vagy a legállandóbb atómok túlélik a többieket. – A fejlődés tanának általánossága az élő és élettelen természetben.
Annak a törvénynek az alapján, a mely már annyiszor bizonyult használhatónak, kiszámíthatjuk a rádium és a polónium törnegeinek arányát az őket együttesen magukban foglaló ásványokban, és pedig átlagos élettartamaikból. A rádium élettartama 4600-szor hosszabb a polóniuménál, tehát az ásványokban 4000-szor több rádiumnak kellene lenni, mint polóniumnak. Körülbelül 5 tonna jobbfajta szurokérczben egy gramm rádium van. Tehát ugyanannyi polónium előállításához 23000 tonna szurokérczre volna szükség. A joachimsthali bányák egy évi termésében – 15 tonnában – 1/2 mg.-nál valamivel több polónium van. Ugyanerre az eredményre vezettek MARCKWALD-nak már említett vizsgálatai.
Alkalmazzuk most e törvényt ne csak a polóniumra és a rádiumra, hanem az összes átmeneti alakokra, melyeket az uránium termékei gyanánt ismertünk föl. Ezt teszszük a következő táblázatban. Az első oszlopba írtuk az anyagok nevét, a másodikba az átlagos élettartamot, a harmadikba pedig az ásványokban előforduló tömegek arányszámát, ha az urániumét 1000000000-nak veszszük. Ha ezek a számok milligrammokat jelentenek, akkor, mivel 1000000000 milligramm egy tonna, a táblázat számai annyi mennyiségű ásványra vonatkoznak, a mennyiben éppen egy tonna uránium van.
Élettartam
Tömeg
Uránium
Rádium
Emanáczió
Rádium A
Rádium B
Rádium C
Rádium D
Rádium E 1
Rádium E2
Rádium F (Polónium)7500000000 év
2500 év
5.3 nap
4.3 percz
38.0 percz
30.5 percz
17 év
9.5 nap
7.0 nap
203 nap1000000000 mg. (= 1 tonna)
3333 mg.
Egy ötszázadrész mg.
Egy milliomodrész mg.
Kilencz milliomodrész mg.
Hét milliomodrész mg.
2.3 mg.
Körülbelül négy ezredrész mg.
" " "
Egy tizennegyedrész mg.Az utolsó oszlopban előforduló különböző anyagmennyiségek másodperczenként egyenlő számú α-részecskét lövellnek ki – értjük azt a hatot, a mely egyáltalában ad α-részecskét és így egészen hasonló rádióaktív hatásuk van, pedig az összes termékek közül csak a rádium fordul elő könnyen mérhető súlymennyiségben. Ez szépen tünteti föl azt a kompenzáló elvet, melyet már többször említettünk, hogy ugyanis nem a rádióaktív anyag mennyiségétől függ a rádióaktív hatás nagysága, hanem az anyagmenynyiségnek és az élettartamnak a hányadosától. Könnyen kiszámíthatjuk, hogy az a rádium A, a melylyel kísérleteztünk és a mely olyan erős hatást mutatott a fluoreszkáló ernyőn, jóval kevesebb volt a milligramm tízmilliomodrészénél, mert hiszen 30 mg. rádiumbromidból keletkezett. Mégis addig, a míg tart, azoknak az α-részecskéknek energiája révén, a melyeket gyors atómbomlása közben magából kiröpít, éppen oly erővel ad magáról életjelt, mint akármelyik más képződmény.
A rádium aktivitásának rögtön az előállítás után való növekedése ama termékek szakadatlan szaporodásának tulajdonítandó, a melyek további átalakulást, atómbomlást szenvednek. Közvetetlenül azután, hogy a friss rádiumot előállítottuk, a rádiumaktivitását csak a saját bomlása okozza, és ez csupán α-sugárzásból áll. Négy hét mulva az első négy termék eléri egyensúlyi állapotát, ekkor aztán az aktivitás már α- és β-sugarakból áll és az α-sugárzás négyszer nagyobb, mint eleinte volt. Könnyen beláthatjuk, hogy a további lassú változásoknak is mindhárom sugárzásban további igen lassú változást kell előidézniök. Van valamelyes okunk föltenni, hogy a rádium C változása kettős, mely alkalommal két β- és egy α-részecske szabadul el; de ebben egészen bizonyosak még nem
vagyunk. E megfontolások alapján készült a következő táblázat, a mely a rádiumkészítmény összrádióaktivitásának részletezése az előállítástól számított különböző időkben, föltéve, hogy a rádium-készítményt beforrasztott csőbe zárva tartottuk és egy terméke sem távozhatott el.
α-részecske
β-részecske
I. Közvetetlenül az előállítás után
II. Egy hó mulva
III. Ötven év mulva
1 (magából a rádiumból)
4 (1 a rádiumből)
(1 az emánáczióból)
(1 a rádium A-ból)
(1 a rádium C-ből)
5 (4 úgy mint II-ben)
(1 a rádium F-ből)0
1 v. 2 (a rádium C-ből)
2 vagy 3
1 a rádium E2-ből Az a tétel, a mely különben az atómbomlás elméletének egyenes következménye, hogy az egymásból keletkező elemek – milyenek az uránium, rádium és polónium – tömegeinek egymással határozott arányban kell állaniok, arra vezet, hogy vannak fizikai törvények, a melyek a természetben a különféle elemek előfordulásának gyakoriságát és ritkaságát szabályozzák. Az arany és platina például mindig ritka és éppen azért értékes elem volt de ennek okát adni mindeddig nem tudtuk. A rádióaktív testek, milyenek a rádium, ritka voltának oka az a nagy sebesség, a melylyel változnak. Minthogy pedig valamely elem rádióaktivitása éppen ezzel a sebességgel arányos, következésképpen a rádióaktív elemek ritkasága arányos az ő rádióaktivitásuk nagyságával. Ebben az esetben tehát a rádióaktivitás foka szolgál mértékéül az értéknek, vagy a ritkaságnak. E szerint olyan elem, a milyen a rádium, soha semmiféle ásványban sem fordulhat elő nagyobb mennyiségben, mint az eddig ismertekben.
Midőn ezzel kapcsolatban egy általános érdekű kérdésről akarunk véleményt mondani, akkor eddig követett eljárásunkkal ellentétben a tiszta elmélkedés terére lépünk. Mindamellett hasznos, éppen azért meg is engedhető a fölött gondolkodnunk, menynyire lehet – ha ugyan egyáltalában lehet – az atómbomlás elméletét, a melyet csak a rádióaktív elemek köréban állapítottunk meg, átvinni nem rádióaktív elemekre is, ámbár változásukat eddig semmiféle kísérleti adat nem bizonyítja? Saját körükben a rádió-
aktivitás munkásai alaposan kitanulmányozták az atómbomlás folyamatát. Világosan megállapították a törvényeket, melyeket követ; megmérték a sebességeket, melyekkel lefolyik és kimondták elkerülhetetlen bekövetkezését, azaz függetlenségét minden ismert folyamattól. De arra nem találtak okot, hogy ez a folyamat csak arra a néhány különös esetre szorítkozzék, a mely fölfedezését lehe tővé tette.
Szinte kínálkozik például az a kérdés, vajjon az olyan elemek ritkasága, a milyen az arany, nincs-e olyanféle törvénynek alárendelve, a milyen a rádium előfordulása ritkaságát szabályozza. Az ember ősidőktől fogva úgy tekinti az aranyat, mint a minek meghatározott értéke van, a mely alkalmassá teszi reá, hogy nyugodtan használhassuk csereeszköz, pénz gyanánt. Minden túlzás nélkül mondhatjuk, hogy a művelt Nyugat egész társadalmi berendezkedése eltolódást szenvedne, ha az arany ritkasága egyszerre nagy mértékben csökkenne, ha például Földünknek egyik, eddig ki nem kutatott, részén valami aranyhegylánczot fedeznének föl. Nincs-e legalább nagy valószínűsége annak, hogy ez éppen úgy ellenkeznék a természet törvényeivel, mint egy tiszta rádiumból álló hegység létezése?
Én azt hiszem, jogunk van kimondani, hogy olyan elem, a mely gyorsabban változik, mint az uránium, a melynek tehát kevesebb az átlagos élettartama mint 7500000000 év, nem fordulhat elő a természetben nagyobb mennyiségben, mint az uránium; viszont a közönséges elemeknek a milyen az ólom, réz, vas, oxigén, sziliczium stb. – átlagos élettartama, kell, hogy sok ezer millió év legyen. Csak ennyire helyes az a hagyományos fölfogás, hogy az elemek állandók és változatlanok. Azt is föl kell tüntetnünk, hogy a föltartózhatatlan atómbomlásnak, ha olyan lassú is, hogy semmiképpen sem szerezhetünk róla tudomást, az lesz az eredménye, hogy a legállandóbb, vagyis a leghosszabb életű elemek nagyobb mennyiségben halmozódnak föl, mint a többiek, végre aztán bizonyos egyensúlyi állapot áll be, a melyben az elemek mennyisége arányos átlagos élettartamukkal. Például az arany és ezüst gyakoriságának az aránya meglehetősen ismeretes, hiszen ezen alapul pénz gyanánt való fölhasználásuk a legrégebb időktől fogva. Legalább is nem képtelenség e szerint az a föltevés, hogy az arany és az ezüst ugyanahhoz az atómbomlási
sorozathoz tartoznak, de az arany sokkal gyorsabban változik, mint az ezüst. Természetesen csak a kezdet kezdetén vagyunk, de már nem tagadhatjuk, hogy az atómbomlás folyamatának fontossága és érdekessége nem csak a rádióaktivitásra és a fizikára szorítkozik. Meg vagyok róla győződve, hogy csak ki kell vetkőztetnünk ezt az általános gondolatot a technikai kifejezésekből és meg kell ismertetnünk azokkal, a kik más téren működnek és egyszerre új eszmék áramlanak be a legkülönbözőbb tudományokba az archeológiától és a paleontológiától egész a közgazdaságtanig.
Ez volt legfőbb okom és ez legyen mentségem is azért a merészségért, hogy a rádióaktivitás terén tett, különben nagyon is elszigetelt, tapasztalati fölfedezéseket a nagyközönség elé hoztam. Nagyon szomorú volna, ha néhány technikai részlet vagy idegenszerűen hangzó kifejezés útját állaná, hogy eszmék és alkalmazásaik a mindennapi gondolkozásba átmehessenek. Akkor a tudomány fölfedezője legalább saját korára nézve, csak félmunkát végezne, a mennyiben saját munkálkodása eredményeinek a gondolkodás más területein való alkalmazását téves fölfogás, vagy féltudás hátráltatná.
Még egy másik, inkább általános filozófiai érdekű kérdést akarok röviden érinteni, kapcsolatban a fizikai tudomány legújabb haladásával. A rádióaktivitás terén nem történhettek fölfedezések a nélkül, hogy ne lettek volna jelentékeny hatással fölfogásunkra az atómok végső mibenlétéről. Bizonyos tekintetben módosították régebbi fogalmainkat, más tekintetben pedig meg is erősítették őket. Mindig gondolkodásra adott okot, hogy az atómok miriádjai, melyek az észrevehető, legkisebb anyagmennyiséget alkotják, olyan kevés fajtájúak. Legalább is 54 számjegyre volna szükségünk, hogy kiírhassuk az atómok számát, melyekből a mi világunk áll és annyi atóm között még csak száz különböző változat sincs. És a fizika egyik legnagyobbszerű filozófiás általánosításának kell tekintenünk éppen azt, a melyben kimondja, hogy az egyfajta, vagyis az ugyanazon elem atómjai teljesen egyenlő jellegűek egymás közt. Például a legkisebb különbség sincs a Klondyke-ben és a Délafrikában talált arany atómjai között. Sőt a színképelemző arra is megtanított bennünket, hogy az atómok ez egyenlősége az általunk ismert egész mindenségre is kiterjed. Ezzel kapcsolatban és azért
is, hogy gondolatainkat tovább fűzzük, de azért is, hogy lássuk mit következtethetünk belőle, nem tehetek helyesebbet, minthogy MAXWELL-nek egy híres nyilatkozatát idézzem, a mely 1873-ban a British Associationban hangzott el. Meg kell jegyeznem, hogy MAXWELL az "atóm" szó helyett, abban az értelemben, a melyben chemikusok általában és mi is ezekben az előadásokban használtuk, mindenütt a "molekula" szót használja.
"Az égen fényük révén és csakis fényük révén, csillagokat fedezhetünk föl, a melyek olyan távol vannak egymástól, hogy semmiféle anyag az egyikről a másikra sohasem juthatott el; és mégis ez a fény, a mely számunkra az egyetlen bizonysága ama távoli világok létezésének, azt beszéli nekünk, hogy azok a világok is ugyanolyanfajta molekulákból állanak, a milyenekből a mi földünk áll. A hidrogénmolekula például akár a Siriuson, akár az Arcturuson van, pontosan ugyanannyi idő alatt végzi rezgéseit.
Tehát a mindenség minden molekulája egyetlen egy mértékrendszer bélyegét hordja magán ugyanoly fölismerhető módon, mint az a méter, a mely a párisi archivumban van, vagy a kettős királyi öl a karnaki templomban.
Semmiféle fejlődéselmélettel nem lehet megmagyarázni a molekulák egyenlőségét, mert a fejlődés szükségképpen folytonos változást foglal magában, a molekula pedig sem nem nőhet, sem nem fogyhat, sem nem keletkezhetik, sem el nem pusztulhat.
Azóta, hogy a természet létezik, egyetlen folyamata sem hozott a molekulák tulaidonságaiba semmi változást. Tehát képtelenség a molekuláknak akár keletkezését, akár sajátosságaik azonosságát olyan oknak tulajdonítanuiik, a melyet természetesnek szokás nevezni.
Másrészt minden egyfajta molekulának pontos azonossaga, a mint HERSCHEL helyesen mondta, a gyártott czikkek jellegét adja nekik és megczáfolja azt a hitet, hogy öröktől fogva vagy önmaguktól léteznek.
Így tehát szigorúan tudományos úton majdnem oda jutottunk, a hol a tudománynak meg kell állania; nem mintha a tudományt akadályozná valami, hogy a molekuláknak, melyeket nem szedhet széjjel, belső szerkezetét tanulmányozza éppen úgy, a mint tanulmányozhatja az élő szervezetet, a melyet nem képes összetenni. De a tudomány holt pontra jut azzal, hogy az anyag történetének
tanulmányozásában egyrészt arra jut egész bizonyossággal, hogy a molekulákat természetes okoknak kellett létrehozniok, másrészt pedig arra, hogy ilyen okok nem hozhatták őket létre.
A természettudomány nem hivatott arra, hogy az anyagnak magától, semmiből való keletkezése fölött elmélkedjék. Azonban eljutunk gondolkodóképességünknek a határára akkor, a mikor kénytelenek vagyunk kijelenteni, hogy: mivel az anyag nem lehet öröktől való és önmagától lévő, tehát kell, hogy teremtett légyen."
Azt hiszem, Önök is megengedik, hogy azóta a 35 év óta, hogy MAXWELL ezeket elmondotta, nagyot haladt a természettudomány.
Beszédének zárószavai még tanulságosabbak e tekintetben:
"Tudjuk, hogy folytonosan munkában vannak olyan természetes okok, a melyek megváltoztatják, vagy végre megsemmisítik földünknek és az egész naprendszerünknek összes elrendezéseit és méreteit. De ha a mult hosszú korszakai alatt a világűrben katasztrófák állottak is be, vagy folynak le most is, ha régi rendszerek föl is bomlottak és helyöket új rendszerek foglalták el: a molekulák, melyekből ezek a rendszerek fölépültek – az anyagi világ alapkövei – törhetetlenül és változatlanul megmaradtak."
Mielőtt azokkal a változásokkal foglalkoznánk, a melyeket MAXWELL e fölfogása szenvedett, lássuk előbb annak az állításnak a főbb támaszait, a mely szerint ugyanannak az elemnek összes atómjai egymással pontosan egyenlők. Ennek az alapvető tételnek a bizonyítása most sokkal teljesebb és meggyőzőbb, mint volt 1873-ban és mi most sokkal erősebben hiszünk mint valaha, egyazon elem atómjainak abszolut egyenlőségében.
Az atómot mi már nem tekintjük valami egyszerű testnek. Sőt végtelenül bonyolult szerkezetnek gondoljuk. Néhai ROWLAND Baltiinore-i tanár egyszer azt mondta, hogy egy nagyzongora valószínűleg nagyon egyszerű szerkezet egy vasatómhoz képest. Hiszen a vas színképében szinte megszámlálhatatlanul sok különálló fényes vonal van és ezek mindegyike egy-egy élesen megkülönböztethető rezgésszámnak felel meg a vasatómban. A helyett a száznál valamivel több, különféle hangrezgés helyett, a melyet egy nagy zongora kiadni képes, a vasatómban több ezerféle fényrezgés van. Két zongorát összehangoltnak szoktunk tekinteni, ha bennük a különböző hangok rezgésszámai nagyjából megegyeznek. Ellenben
a színképelemzéssel könnyen azt is ki tudnók mutatni, ha több millió atóm közül csak egynéhánynak volna többé-kevésbbé eltérő rezgésszáma, vagy "hangmagassága"; ilyen különbség azonban egyaltalaban nem fordul elő. SCHUSTER tanár meg a színképelemzés hasznavehetőségének egyik jellemzése alkalmával, a pontosan egyenlően járó órák végtelen számához hasonlította ugyanegy elem atómjait. Ha az ilyen órákat egyszerre indítanók el, még napok mulva sem járnának egyetlen másodperczczel sem eltérően. Persze olyan órás nincsen, a ki ilyen órákat tudna készíteni. Azokat a végtelenul bonyolult szerkezeteket azonban, melyeket atómoknak nevezünk, a természet olyan pontosan és megbízhatóan készítette, hogy a sok miriád között is alig van száz különféle.
A rádióaktivitás terén tett fölfedezések alapján már most egy lépéssel előbbre vihetjük ezt a fölfogásunkat az által, hogy olyan atómokat is fölveszünk, a melyek bomlásban vannak.
Láttuk, hogy az α-sugarak egyik tulajdonsága az ő élesen meghatározott hatótávolságuk. Ha az α-sugaraknak egy homogén nyalábja, homogén elnyelő közegben halad, akkor egy meghatározott út végéig egygyel sem kevesbedik az α-részecskék száma, azon túl viszont egyetlen egy részecske sem jut. Közvetetlenül e határon belül a hatás a legnagyobb, közvetetlenül e határon kívül semmi hatás sem észlelhető. Minden α-részecske, a melyet valamely rádióelem egy bizonyos változásában kilövell, pontosan ugyanakkora úton hatol át, mielőtt észrevehető volta megszűnnék és a mint RUTHERFORD a mágneses és elektromos eltérítés megmérése útján kísérlettel kimutatta, ugyanakkora sebességgel röpül tova.
A következő táblázatban összeállítottuk az uránium átalakulása folyamán keletkező α-részeskék kezdősebességeinek közelítő értékeit:
α-részecskék |
Sebesség |
|
Az uránium α-részecskéje |
15400 |
Az atóm tehát megmarad tökéletes szerkezetnek még akkor is, mikor fölbomlik. Olyan pontosan egyenlők ugyanannak a rádióaktív elemnek atómjai, hogy midőn a bomlás beáll, mindegyik ugyanazzal a sebességgel röpíti ki az atómtöredékeket, vagyis az α-részecskéket. Az elemek atómbomlását lövedékek szétrobbanásához lehetne hasonlítani, ha ugyan volna olyan lövedék, a melynek töredékei pontosan egymással egyenlő sebességekkel röpülnének széjjel. Olyan lövedéket, a mely ennek a követelménynek pontosan megfelelne, természetesen soha se fognak készíteni. HERSCHEL szavai tehát valóban igazak, hogy ugyanis az atómok gyári árúczikkek jellemző vonásait viselik magukon, de a tökéletesség olyan fokán vannak, melyet ember nem érhet el soha.
Mekkorát fejlődött fölfogásunk ennek a gyártásnak a módjáról és nehány típusra való szorítkozásáról! Az anyagnak fejlődése, vagy talán inkább elfajulása, folytonos változása, az atómok keletkezése és elmúlása csupa olyan dolog, a mit MAXWELL lehetetlennek tartott – itt folyik le szemünk láttára. Igaz, hogy e folyamatok, még a legkedvezőbb esetben is, olyan rengeteg időket igényelnek, hogy az elmult emberöltő fizikusa már csak ezért is mellőzte volna őket, mint képtelenségeket. Pedig ezeket a rengeteg időket most már közvetlen méréssel tudjuk meghatározni laboratóriumainkban.
Ahelyett, hogy azt a száz-, vagy valamivel kevesebb fajta atómot, a melyet ma ismerünk, örök időkre alkotottaknak tekintenők, úgy tekintjük őket, mint a melyek azért léteznek, mert túlélték a többieket. Az összes más fajtákat pedig, a melyek nem voltak elég állandók, elpusztult, kihalt elemeknek gondoljuk. Elég nagy időtartamok alatt valamely elem gyakoriságát, vagy ritkaságát, állandóságának kisebb, vagy nagyobb fokával magyarázhatjuk. Minden állandó atóm mellett valószínűleg több nem állandó atóm is keletkezett vagy keletkezik most is. De csak az állandóak halmozódhatnak föl és lehetnek, mint közönséges chemiai atómok ismeretesek. A változó elemek közül a legritkábbnak minden valószínűség szerint több ezermillió év az élettartama, míg a közönségesebb elemeké, ha ugyan egyáltalában változnak, élettartama billió évekre tehető.
Csak első tekintetre kelti bennünk az anyagi mindenség az állandó és bevégzett teremtés hatását. Valóban a most megismert
folytonos, lassú változás föltartóztathatatlan működése még az "alapköveket" is szétrombolja. Ezzel a lépéssel a fejlődéstan általánosabb lett és már most az élettelen világot éppúgy áthatja, mint az élőt. De míg az utóbbiban a külső körülmények csekély változásai hozzák létre a legmélyebbreható változásokat, addig az előbbiben az uralkodó tényezők teljesen ismeretlenek. A spektroszkóp segítségével az egész mindenségbe bele tudtunk tekinteni és mindenütt az anyagi összetétel lényeges hasonlóságát találtunk. Például nem valószínű, hogy a napban vagy a csillagokban előttünk ismeretlen elemek nagy mennyiségben lehessenek. De az, hogy egyik elem miért állandóbb, mint a másik, olyan titok, a melynek földerítéséhez még csak hozzá sem tudunk fogni. És mégis ez az a kérdés, a mely úgy látszik, nekünk csak elméleti értékű és igen messze fekvő a mi műveltségünk örökösei előtt azonban a lét vagy nem lét egyik kérdése lesz.