Artykuł

Andrzej Łukasik: Krótka historia atomu. Dialog 1. „Skąd się wzięły” atomy i próżnia?

Ze wszystkich systemów starożytnej filozofii przyrody atomizm najbardziej przypomina poglądy współczesne. Jednak atomistyczna teoria materii została potwierdzona ponad wszelką rozsądną wątpliwość dopiero w fizyce XX w.

Tekst ukazał się w „Filozofuj!” 2023 nr 4 (52), s. 38–40. W pełnej wersji graficznej jest dostępny w pliku PDF.


Małgosia: Jasiu, czytałam ostatnio Feynmana wykłady z fizyki. Autor pisze, że gdyby cała nauka miała ulec zniszczeniu w jakimś kataklizmie i tylko jedno zdanie można byłoby uratować, aby przekazać następnym pokoleniom, byłoby to zdanie wyrażające hipotezę atomistyczną, że wszystko składa się z atomów. Z historii filozofii wiem, że już w V w. p.n.e. antyczni filozofowie przyrody Leukippos i Demokryt twierdzili, że w rzeczywistości istnieją tylko atomy i próżnia. Atomistyczną teorię materii rozwijali później Epikur i Lukrecjusz. Skoro już starożytni wiedzieli, że materia nie jest ciągła i istnieją ostateczne niepodzielne składniki materii (grecki termin atomos znaczy właśnie niepodzielny), to dlaczego atomistyczna teoria materii została powszechnie uznana w fizyce dopiero w XX w., dwa i pół tysiąca lat po jej sformułowaniu?

Jaś: Mówisz, Małgosiu, że starożytni Grecy już „wiedzieli” o istnieniu atomów. Myślę, że w tym przypadku należy zachować ostrożność.

Małgosia: Dlaczego?

Jaś: Czy wiesz na przykład, że Mars ma dwa księżyce, które nazywamy Fobos i Deimos?

Małgosia: Oczywiście, widziałam je przez teleskop.

Jaś: A skąd wiesz, że istnieją wirusy?

Małgosia: Widziałam pod mikroskopem na lekcji biologii.

Jaś: A skąd wiesz, że istnieją atomy?

Małgosia: Również widziałam za pomocą mikroskopu elektronowego. Widzia­łam również ślady cząstek elementarnych na ekranach monitorów, gdy byłam w CERN pod Genewą, tam, gdzie jest największy na świecie akcelerator cząstek elementarnych Large Had­ron Collider (Wielki Zderzacz Hadronów).

Jaś: A skąd Demokryt „wiedział” o istnieniu atomów?

Małgosia: Atomy są bardzo małe, znajdują się całkowicie poza zasięgiem naszego bezpośredniego doświadczenia zmysłowego… Czy zatem Demokryt je po prostu wymyślił?

Jaś: W pewnym sensie tak. Starożytni filozofowie nie dysponowali żadnymi przyrządami pomiarowymi i aż do XX w. żaden zwolennik atomistycznej teorii materii nie mógł nawet marzyć o obserwacji atomów. Dzisiaj fizycy potrafią obserwować atomy, a nawet manipulować pojedynczymi atomami. Obejrzyj sobie na YouTubie filmik A Boy and His Atom (zob. Netoteka) – to jest animacja wykonana na pojedynczych atomach. Fizyka jest nauką empiryczną i możemy powiedzieć, że coś „wiemy”, jeśli mamy na to dowody doświadczalne.

Małgosia: A zatem starożytni filozofowie przyrody nie „wiedzieli”, że istnieją atomy, a mimo to twierdzili, że cała materia składa się z atomów? Na jakiej podstawie tak twierdzili?

Jaś: Nauka nowożytna powstała w XVII w. głównie za sprawą Galileusza i Newtona. Jej podstawą jest eksperyment i matematyczny opis zjawisk. Starożytni (może poza takimi uczonymi jak Archimedes) nie wykonywali eksperymentów, ale próbowali odpowiedzieć na pytanie, jaką strukturę ostatecznie ma materia, czy jest ona ciągła, czy też istnieją jej niepodzielne składniki, a mogli to uczynić jedynie za pomocą obserwacji świata nieuzbrojonym aparatem zmysłowym i – oczywiście – za pomocą rozumowania.

Małgosia: Skąd zatem pomysł, że istnieją ostateczne, niepodzielne składniki materii, zwane atomami, skoro były dla ówczesnych uczonych nieobserwowalne, a tym bardziej skąd pomysł, że istnieje próżnia, która też jest nieobserwowalna?

Jaś: Wszystko zaczęło się od Parmenidesa z Elei, który opierając się na czystym rozumowaniu, stwierdził, że „byt jest, a niebytu nie ma”.

Małgosia: To wydaje się dość trywialne – jeśli byt to jest to, co jest, a niebyt to jest to, czego nie ma, to Parmenides twierdzi, że to, co jest, to jest, a tego, czego nie ma, tego nie ma…

Jaś: Gdyby powiedział tylko to, zapewne nie przeszedłby do historii filo­zofii. Parmenides z tego – wydawałoby się oczywistego – twierdzenia wydedukował wszystkie własności bytu. Otóż byt nie mógł powstać, ponieważ oznaczałoby to wyłonienie się z niebytu, a niebytu nie ma. Podobnie byt nie może przestać istnieć, ponieważ wówczas zmieniłby się w niebyt, a niebytu nie ma. Byt jest zatem wieczny. Jest również tylko jeden niepodzielny byt, ponieważ gdyby istniało więcej bytów, musiałby je oddzielać niebyt, a niebytu nie ma. Słowem: istnieje jeden, wieczny, niezmienny i niepodzielny byt, a wszelka zmiana to jedynie złudzenie.

Małgosia: Ale to jest stanowisko paradoksalne – przecież w przyrodzie zachodzą nieustanne zmiany.

Jaś: I to był powód, dla którego Demokryt „wymyślił” atomy. Był przekonany, że rzeczywisty byt jest absolutnie niezmienny, a jednocześnie, że dostrzegane przez nas w przyrodzie zmiany nie są jedynie złudzeniem. Postawił więc tezę, że istnieje nieskończenie wiele bytów, zwanych atomami, a każdy z nich ma własności, które Parmenides przypisywał „jednemu bytowi” – każdy z atomów jest wieczny, to znaczy nie może powstać ani przestać istnieć, jest też niepodzielny i absolutnie niezmienny. Poruszają się one w próżni, a wszelkie zmiany w przyrodzie sprowadzają się do ruchu przestrzennego, łączenia się i rozłączania absolutnie niezmiennych i wiecznych bytów – atomów.

Małgosia: To bardzo prosta i piękna teoria rzeczywistości.

Jaś: Istnieją tylko atomy i próżnia, czyli byt i niebyt.

Małgosia: Chwileczkę. Jak to „istnieje niebyt”?

Jaś: Twierdzenie Parmenidesa, że „niebytu nie ma”, można rozumieć jako twierdzenie, że nie istnieje próżnia, czyli pusta przestrzeń. Już w starożytności filozofowie spierali się o istnienie próżni. Parmenides, uznając ją za niebyt, odrzucał istnienie próżni, natomiast Demokryt przyjmował istnienie próżni, ponieważ uważał ją za warunek możliwości ruchu i wszelkich zmian w przyrodzie. Teza o istnieniu próżni była wielkim przełomem pojęciowym, chociaż została eksperymentalnie potwierdzona dopiero w XVII w. Wiemy obecnie, że ponad 99,99% „składu” naszych ciał to próżnia.

Małgosia: A jakie własności mają według Demokryta atomy?

Jaś: To bardzo prosty model świata: wszystkie atomy są równie nieprzenikliwe, a różnią się od siebie tylko własnościami geometrycznymi – kształtem i wielkością. Podobnie jak litery w alfabecie różnią się jedynie kształtem i wielkością, a możemy z nich utworzyć nieskończenie wiele tekstów, tak atomy różniące się jedynie kształtem i wielkością tworzą nieskończone bogactwo świata materialnego. Wszelkie cechy dostrzegane przez nas zmysłami, takie jak barwy, smaki, zapachy, są subiektywne. W rzeczywistości istnieją tylko atomy i próżnia.

Małgosia: To obraz świata bardzo podobny do tego, który przedstawia nam współczesna fizyka. Demokryt był geniuszem!

Jaś: Niewątpliwie był geniuszem i ze wszystkich systemów starożytnej filo­zofii przyrody atomizm najbardziej przypomina poglądy współczesne.

Małgosia: Ale atomistyczna teoria materii została potwierdzona ponad wszelką rozsądną wątpliwość dopiero w fizyce XX wieku.

Jaś: Tak. Jednak gdy fizycy sformułowali mechanikę kwantową, która z fantastyczną precyzją opisuje świat atomów i cząstek ele­mentarnych, okazało się, że pojmowanie elementarnych składników materii jako mikroskopijnych ciał stałych, podobnych do przedmiotów naszego codziennego doświadczenia, jest całko­wicie nieadekwatne, a cząstki elementarne fizyki współczesnej w niczym nie przypominają greckich atomoi.

Małgosia: Ale o dziwnym świecie cząstek elementarnych porozmawiamy chyba już następnym razem.


Netoteka:

  • A Boy and His Atom: The World’s Smallest Movie: https://youtu.be/oSCX78-8-q0 [dostęp: 15.05.2023].

Andrzej Łukasik – absolwent fizyki i filozofii, dr hab. prof. UMCS. Jest pracownikiem Instytutu Filozofii Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej. Zainteresowania naukowe: filozofia przyrody i filozofia fizyki, głównie filozoficzne zagadnienia mechaniki kwantowej i teorii względności. Zainteresowania pozanaukowe: klasyczna muzyka gitarowa. E‑mail: lukasik@poczta.umcs.lublin.pl.

Tekst jest dostępny na licencji: Uznanie autorstwa-Na tych samych warunkach 3.0 Polska.
W pełnej wersji graficznej jest dostępny w pliku PDF.

< Powrót do spisu treści numeru.

Ilustracja: Mira Zyśko

 

Numery drukowane można zamówić online > tutaj. Prenumeratę na rok 2024 można zamówić > tutaj.

Dołącz do Załogi F! Pomóż nam tworzyć jedyne w Polsce czasopismo popularyzujące filozofię. Na temat obszarów współpracy można przeczytać tutaj.

Skomentuj

Kliknij, aby skomentować

Wesprzyj „Filozofuj!” finansowo

Jeśli chcesz wesprzeć tę inicjatywę dowolną kwotą (1 zł, 2 zł lub inną), przejdź do zakładki „WSPARCIE” na naszej stronie, klikając poniższy link. Klik: Chcę wesprzeć „Filozofuj!”

Polecamy