VREMENSKA MAŠINA

BOŠKOVIĆEVI KVANTNI PUTOKAZI

2.139 pregleda
Ruđer Bošković (Vlaho Bukovac)

Kao feniks iz pepela, vaskrsnula je teorija koju su mnogi gorostasi savremene nauke zapazili na bunjištu istorije. Imala je veliki uticaj na sledeće generacije fizičara i popločala put daljem razvoju. Kakav je to „Skadar na Bojani” on zidao?

Prof. dr Dragoslav Stoiljković

Prof. dr Dragoslav Stoiljković

Ruđer Bošković (1711-1787.) je 1758. objavio svoje životno delo „Teorija prirodne filozofije svedena na jedan jedini zakon sila koje postoje u prirodi”. Izučavala se u obrazovnim ustanovama širom sveta u 18, 19. i na početku 20. veka. Imala je mnogo pristalica i sledbenika. A onda je sve utihnulo. Muk. Niko ni da je pomene.

Nauka je krupnim koracima napredovala. U 20. stoleću se čovek se vinuo u svemir, sleteo je na Mesec. Zavirio je u lavirinte atoma i ćelijskog prostranstva. Uočio je i spoznao važnost DNK.

A onda je, kao feniks iz pepela, vaskrsnula Boškovićeva teorija. Mnogi gorostasi savremene su na bunjištu istorije nauke zapazili taj dragulj. Teorija je imala veliki uticaj na sledeće generacije fizičara i popločala put daljem razvoju (Bor, 1958). Pojam polja sile koji je on opisao odigrao je odlučujuću ulogu u razvitku fizike, a sama teorija postala je ključ za razumevanje strukture materije (Hajzenberg, 1958). To je ključ za celokupnu savremenu fiziku (Ledermen, 1993). Boškovićeva filozofija postaće filozofija 21. veka (Herisman).

Uprkos tome, ona se danas ne izučava u školama i na fakultetima. Sem retkih pojedinaca, čak i visoko obrazovani ljudi ništa ne znaju o Ruđeru Boškoviću: ko je bio, kada je živeo, čime se bavio, po čemu je zaslužan da mnoge ulice, naučne i obrazovne ustanove, pa i jedan krater na Mesecu nosi njegovo ime?

A spisak dostignuća i doprinosa – u filozofiji, astronomiji, matematici, fizici, građevinskom i hidroinženjerstvu, pa i u pesništvu – prilično je dugačak. Za sada ćemo se ograničiti samo putokaze ka savremenom shvatanju strukture materije.

Gotfrid Vilhelm Lajbnic (Vikipedija)

I Lajbnic i Njutn: Ruđer Bošković prihvata pretpostavku Gotfrida Vilhelma Lajbnica da su osnovni elementi materije sićušni kao tačke, koje su nedeljive i nemaju veličinu. Od Isaka Njutna preuzima da između ovih tačaka postoje sile. Iz toga je proistekao zaključak: sile mogu biti privlačne ili odbojne, a smenjuju se zavisno od rastojanja između tačaka.

Spajanjem tačaka postaju složenije čestice prvog reda, spajanjem ovih nastaju čestice drugog, pa zatim trećeg reda… Zatim nastaju atomi, molekuli, nizovi atoma i viši nivoi u strukturi materije. Smatra da za međudejstvo svakog para čestica, na bilo kom nivou, važi zakon prikazan na crtežu.

Boškovićev zakon sila – promena privlačne i odbojne sile (donja i gornja ordinata, redom) s promenom rastojanja (apscisa) između elementarnih tačaka ili čestica.

Pri nekim rastojanjima su odbojna i privlačna sila izjednačene, a dve čestice su u ravnoteži. Tu razlikuje dve vrste slučajeva. U slučajevima E, I, N i R su čestice u postojanoj ravnoteži, jer ako se poveća (ili smanji) rastojanje, pojavljuje se privlačna (ili odbojna) sila, koja ih vraća na prethodni položaj. Ta rastojanja je nazvao granicama kohezije. U položajima G, L i P su čestice u nepostojanoj ravnoteži, jer pri najmanjoj promeni rastojanja nastaje odbojna ili privlačna sila, koja ih još više rastavlja ili približava. To su granice nekohezije.

Teorija Ruđera Boškovića je,
zapravo, prva kvantna teorija,
izrečena vek i po pre Maksa Planka
i Nilsa Bora, kojima se obično
pripisuje zasluga za otkriće.

Ka kvantnoj teoriji: Ako se neka masivna čestica nalazi u centru, druga se može kretati po sferi (orbitali) čiji je poluprečnik jednak nekoj granici kohezije. Pri tom postoji onoliko orbitala koliko ima tih granica. Ruđer Bošković ukazuje da ova čestica može da prelazi s jedne na drugu orbitalu i pri tom menja brzinu, a promena kvadrata brzine je određena vrednost, srazmerna razlici površina ispod odbojnog i iznad privlačnog luka između te dve granice kohezije. Kad se to pomnoži s masom čestice, i podeli sa dva, dobija se određena promena energije – „kvant energije” kako se danas naziva.

Teorija Ruđera Boškovića je, zapravo, prva kvantna teorija, izrečena vek i po pre Maksa Planka i Nilsa Bora, kojima se obično pripisuje zasluga za otkriće.

Ka strukturi atoma: Ranije se u literaturi redovno navodio značaj Ruđera Boškovića za otkriće strukture atoma, ali se od 1920. to uglavnom izostavlja. Najčešće se navode Džon Dalton, Džozef Džon Tomson, Ernest Raderford i Nils Bor. A, kako je zaista bilo?

Leukip i Demokrit su u 5. veku pre nove ere došli na pomisao da je sve napravljeno od atoma, sićušnih nedeljivih čestica. Džon Dalton je na početku 19. stoleća zaključio da svaki hemijski element ima svoje najsitnije deliće i nazvao ih atomima, verujući da su nedeljivi. Utvrđeno je da, ipak, imaju delove – negativno naelektrisane elektrone i pozitivan ostatak atoma. Postavilo se pitanje kako su razmešteni ovi delovi.

Vilijam Tomson (lord Kelvin) je od 1902. do 1907. isticao da se to pitanje može rešiti pomoću teorije Ruđera Boškovića i predložio „planetarni model atoma”: pozitivno naelektrisanje je smešteno u jezgru atoma, a elektroni kruže oko njega. Kao teorijsku podlogu da se elektroni kreću samo po nekim stazama oko jezgra, Džozef Tomson je od 1903. do 1907. navodio „Boškovićev atom koji deluje na jednu česticu središnjom silom, koja se menja od odbojne do privlačne i od privlačne do odbojne nekoliko puta”.

Ernest Raderford je bivši student i asistent Džozefa Tomsona u Kembridžu. Potom je postao profesor u Mančesteru. Opitima je 1911. potvrdio planetarni model, koji je nazvan „Raderfordov model”. Nils Bor je 1912. boravio sedam meseci kod Tomsona i četiri meseca kod Raderforda, upoznao se sa ovim rezultatima, pa je 1913. izračunao moguće staze elektrona, uzimajući u obzir da elektroni mogu preći sa jedne na drugu orbitalu samo ako prime ili predaju određenu količinu (kvant) energije – što je Ruđer Bošković ukazao vek i po ranije. Danas se ovaj model atoma naziva „Borov model”.

Međutim, takvi nazivi modela nisu opravdani, smatra Henri Vinsent Džil i ukazuje da je Bošković dao „suštinski element modernom shvatanju atoma”, a „drugi su požnjeli ono što je on posejao dve stotine godina ranije“. Po Džilu, to je „Bošković-Tomsonov” model i nije ispravno da se zanemari doprinos Ruđera Boškovića.

Ka složenijim česticama: Ruđer Bošković svoje elementarne tačke nikada nije nazivao atomima. Međutim, mnogi tumači njegove teorije te tačke pogrešno nazivaju „Boškovićevim atomima”. Zato i ne razmatraju čestice koje on, zaista, zove atomima, a pod tim pojmom podrazumeva česticu koja ima delove. Atomi se spajaju „tako da jedan uvlači svoju kvačicu u rupicu druge”. Da je „kvačicu” jednog atoma označio kao elektron, a „rupicu” drugog kao nepopunjenu orbitalu, to bi odgovaralo savremenom tumačenju spajanja atoma u molekule.

Za još krupniju česticu koristi pojam „molekul”, i to pola veka pre Amedea Avogadra i jedan vek pre Stanislaoa Kanizara, kojima se obično pripisuje otkriće molekula!

Danas se smatra da je Herman Štaudinger 1920. prvi izneo hipotezu o postojanju nizova atoma, tj. makromolekula (tzv. polimera). To nije istina, jer je Bošković još 1758. najavio da bi se mogle oblikovati „spirale atoma” i „golemi nizovi tačaka” koji bi imali golemu „elastičnu silu”. Potvrđeno je da postoje neki prirodni (belančevine, celuloza, DNK i RNK) i sintetski polimeri i da imaju sve ove odlike.

Ruđer Bošković ukazuje da bi mogao postojati niz malih kocki od atoma smeštenim u njihovim rogljevima. Rečeno savremenim jezikom, to bi bila nanocevčica kvadratnog preseka. Zatim dodaje da, ako bi čestice bile u rogljevima tetraedra, telo bi imalo beskonačnu čvrstoću i nesavitljivost. Ako bi bile u jednoj ravni, telo bi se moglo smotati „poput starih svitaka”.

Kada je početkom 19. veka ustnovljeno da se tvrdi dijamant i meki grafit sastoje od istih atoma, tj. ugljenika, Hemfri Dejvi je predložio Boškovićevo tumačenje njihove strukture, što je kasnije i potvrđeno. Zato Pirs Vilijams smatra da je „Bošković je kumovao nastanku strukturne hemije” (1961).

Ka mikro svetu: „Bilo bi moguće pretpostaviti da neke vrste (čestica) nemaju nikakve sile”. U tom bi slučaju čestice te vrste „posve slobodno prošla kroz supstanciju druge vrste bez ikakve kolizije”. Još samo da je te čestice nazvao „neutrino”, onda bi ovo Boškovićevo shvatanje bilo kao savremeno.

Leon Lederman (Vikipedija)

Opisan je i značaj Boškovićeve teorije za savremenu teoriju elementarnih čestica i gluona. Filip Rinard ukazuje da se ona može povezati sa savremenom teorijom kvarkova. Štaviše, nobelovac Lion Ledeeman je 1993. napisao da je Ruđer Bošković imao „jednu zamisao, potpuno ludačku za 18. vek (a možda i za bilo koji drugi)… Bošković tvrdi, ni manje ni više, da je materija sazdana od čestica koje nemaju nikakve dimenzije! Mi nađosmo, evo pre dvadesetak godina, jednu česticu koja odgovara tom opisu. Nazvasmo je kvark”.

Filozofija 21. stoleća

Otkrićem kvarkova i sve složenijih čestica (protona, neutrona, atoma, molekula, makromolekula…) savremena nauka je potvrdila shvatanje Ruđera Boškovića da postoji hijerarhija materije i da se međudejstvo tih čestica opisuje njegovom teorijom. Ne treba se tome čuditi. Njegov zakon sila je bio polazna pretpostavka (hipoteza) za tumačenje strukture i međudejstva čestica materije.

Kada je struktura materije spoznata i teorijski i opitima se ispitalo međudejstvo čestica, sasvim je razumljivo da se potvrdila polazna pretpostavka, tj. Boškovićev zakon sila. To je uobičajeni put (hipoteza ® logične posledice ® opiti i potvrda ® dokazana teorija) koji savremena nauka prevali za nekoliko godina.

Međutim, izgradnja puta od Boškovićevog zakona sila do njegove potvrde bila je poput „zidanja Skadra na Bojani”. Utemeljen je Boškovićem u 18. veku, građen je i rušen, nastavljen u sledećem i, u najvećoj meri, dovršen u 20. stoleću U tom zidanju su učestvovala mnoga pokolenja naučnika, pa se jednostavno zaboravilo šta su bili početni temelji i ko ih je postavio.

Ipak, posredstvom mnogih naučnika, njegova shvatanja dopiru do nas kao eho minulih vremena, često nas navodeći da promišljamo kao Bošković, a da toga nismo svesni. To su shvatili gorostasi savremene nauke, kada su hvalili da je njegova teorija „popločala put daljem razvoju”, imala „veliki uticaj” i „odlučujuću ulogu” u razvitku fizike, i da je to „ključ za celokupnu savremenu fiziku” i „filozofija 21. stoleća”.

 

O autoru

Stanko Stojiljković

Ostavite komentar