Andrzej Łukasik: Dialog 2. Atomy i pierwiastki

Historia nauki to nie tylko odkrywanie nowych faktów i praw, ale również ewolucja podstawowych pojęć służących do opisu świata. Dotyczy to również pojęć takich jak „atom” i „pierwiastek”.

Tekst ukazał się w „Filozofuj!” 2023 nr 5 (53), s. 38–39. W pełnej wersji graficznej jest dostępny w pliku PDF.

Małgosia: Jasiu, w Słowniku fizycznym na s. 25 pod hasłem „atom” jest napisane, że jest to „najmniejsza cząstka pierwiastka chemicznego, która jeszcze posiada własności chemiczne tego pierwiastka”. Tak uczono mnie również na lekcjach chemii. Tymczasem w kilku książkach z historii nauki czytałam, że koncepcje atomów i pierwiastków traktowano jako przeciwstawne koncepcje składników materii. Skąd zatem takie sprzeczne informacje?

Jaś: Małgosiu, informacje te nie są bynajmniej sprzeczne. Historia nauki to nie tylko odkrywanie nowych faktów i praw, ale również ewolucja podstawowych pojęć służących do opisu świata. Dotyczy to również pojęć takich jak pojęcia atomu i pierwiastka.

Małgosia: Mówiliśmy poprzednio, że pogląd głoszący, że wszystko składa się z atomów, sformułowali dwaj filozofowie starożytnej Grecji – Leukippos i Demokryt – dwa i pół tysiąca lat temu. A co z pierwiastkami?

Jaś: To długa historia. Filozofia w ogóle rozpoczęła się jako filozofia przyrody. Pierwszych filozofów nazywano także fizykami, chociaż nie byli nimi w dzisiejszym znaczeniu tego słowa. Po grecku fyzis znaczy „przyroda”, a pierwsi filozofowie próbowali odpowiedzieć na pytanie, z czego składają się wszystkie rzeczy, jaki jest fundamentalny rodzaj materii. Nazywamy to problemem elementarności, a to, co jest najbardziej elementarne (podstawowe), określamy technicznym terminem arché. W tym znaczeniu atomy i próżnia stanowiły dla Demokryta arché.

Małgosia: Ale mówiliśmy, że jego teoria nie uzyskała szerszej akceptacji, m.in. dlatego, że atomy i próżnia były całkowicie poza zasięgiem naszego doświadczenia zmysłowego. A pierwiastki?

Jaś: Pierwiastki nazywano również żywiołami. Były to ziemia, woda, powietrze i ogień. Każdy je widział i wydawało się, że wszystkie rzeczy są zbudowane z jednej lub kilku substancji postrzeganych zmysłami. Na przykład pierwszy filozof (który był także wielkim matematykiem) – Tales z Miletu – sądził, że wszystko zbudowane jest z wody, Anaksymenes za arché uznał powietrze, Heraklit – ogień, a Empedokles przyjmował cztery żywioły – ziemię, wodę, powietrze i ogień.

Małgosia: Tak głosił również Arystoteles?

Jaś: Tak, ale jego koncepcja różni się od poglądu Empedoklesa głównie tym, że według Arystotelesa pierwiastki mogą się w siebie wzajemnie przekształcać. Ponadto według Arystotelesa ziemia, woda, powietrze i ogień są pierwiastkami, z których zbudowane są rzeczy w tzw. świecie podksiężycowym (poniżej orbity Księżyca), natomiast niebo – planety i gwiazdy, czyli tzw. świat nadksiężycowy – zbudowane jest z całkowicie od nich różnego piątego elementu (quinta essentia – kwintesencja). Arystoteles zbudował imponujący system filozoficzny, od fizyki (właściwie filozofii przyrody) po etykę, i niemal wszyscy zaakceptowali jego teorię pierwiastków. Na tamtym etapie rozwoju nauki wydawała się ona bardziej zgodna z doświadczeniem zmysłowym niż niewidzialne atomy i próżnia.

Małgosia: Ale dlaczego nie przyjmowano, że ziemia, woda, powietrze i ogień składają się z atomów, tak jak przyjmujemy dzisiaj, że pierwiastki chemiczne składają się z atomów?

Jaś: Arystoteles odrzucał tezę o istnieniu próżni, sądził, że przyroda boi się próżni (co nazwano później horror vacui), a bez tezy o istnieniu próżni nie da się sformułować atomizmu. Materia jest więc ciągła i podzielna w nieskończoność. Ponadto twierdził, że poszczególne pierwiastki różnią się od siebie jakościowo i mogą się w siebie wzajemnie przekształcać. Atomy natomiast pozbawione były jakichkolwiek cech jakościowych, różniły się od siebie jedynie kształtem i wielkością, a żaden atom nie mógł się przemienić w inny. Atomizm i teoria pierwiastków były więc początkowo konkurencyjnymi rozwiązaniami problemu elementarności, a do wieku XVII, kiedy nastąpił renesans atomizmu, powszechnie przyjmowano teorię pierwiastków.

Małgosia: Czytałam także, że o pierwiastkach mówili alchemicy.

Jaś: Filozofowie greccy wypracowali skrajnie kontemplatywny model poznania – dążyli do czysto intelektualnego poznania istoty rzeczy, natomiast celem alchemików było przede wszystkim praktyczne wykorzystanie poznawanych substancji.

Małgosia: Na przykład jakie?

Jaś: Przede wszystkim transmutacja. Alchemicy sądzili, że możliwa jest przemiana metali nieszlachetnych w metal uznawany powszechnie za najcenniejszy, a mianowicie w złoto. Grecki atomizm oczywiście wykluczał możliwość transmutacji, ponieważ atomy pojmowano jako absolutnie niezmienne, natomiast pierwiastki (żywioły) mogły się w siebie wzajemnie przekształcać. Sądzono, że istnieje pewna substancja, zwana kamieniem filozoficznym (lapis philosophorum), która umożliwia transmutację i ma przy tym szereg cudownych własności – wierzono na przykład, że może leczyć wszelkie choroby, a nawet zapewnić nieśmiertelność – stąd nazwa „eliksir życia” (panaceum vitae).

Małgosia: Alchemia stanowiła zatem pomieszanie praktycznych umiejętności i magii, wiary w moce nadprzyrodzone. A co na temat pierwiastków sądzili alchemicy?

Jaś: Przyjmowano różne koncepcje. Do wielkich alchemików należeli Dżabir Ibn Hajjan, zwany Geberem (ok. 750–ok. 815), Al Razi, czyli Rhazes (ok. 850–925), Ibn Sina, znany jako Avicenna (979‑1037), Albert Wielki (ok. 1193–1280) i Roger Bacon (1214–1294). Jedną z najsławniejszych koncepcji była alchemiczna teoria tria prima, zgodnie z którą podstawowymi elementami są trzy pierwiastki: siarka, rtęć i sól. „Filozoficznych” siarki, rtęci i soli nie utożsamiano jednak z realnym substancjami istniejącymi w przyrodzie, traktowano je jako „zasady” (palności, płynności itp.) odpowiedzialne za takie, a nie inne własności ciał. Siarkę pojmowano jako zasadę palności i lotności substancji, rtęć jako zasadę płynności, elastyczności i metaliczności, a sól jako zasadę stałości i suchości. Sformułował ją w XVI w. Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim.

Małgosia: Kto?

Jaś: Znany też jako Paracelsus.

Małgosia: A kiedy nastąpiło połączenie pojęć pierwiastków z atomizmem?

Jaś: Dopiero w XIX w. za sprawą Johna Daltona, uważanego za twórcę naukowej atomistyki. Ale o tym porozmawiamy już następnym razem.

Warto doczytać:

Słownik fizyczny, J. Kuryłowicz, E. Puchalska, F. Sawicka, A. Senatorski (red.), Warszawa 1984.

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.