Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Το ΑΓΑΠΗΜΕΝΟ των Χημικών και των Ηλεκτρολόγων. Οι Άγγλοι ήταν οι «νονοί» .Το βάφτισαν electron, δημιουργώντας μία ακόμα λέξη με υλικό από την δεξαμενή της αρχαίας ελληνικής γλώσσας. Ήταν λοιπόν φυσικό οι Έλληνες να πουν ηλεκτρόνιο. Οι Γάλλοι το ονόμασαν electron, οι Γερμανοί elektron, οι Σουηδοί elektron, οι Δανοί elektroner, οι Ιταλοί elettrone, οι Ισπανοί electrón, οι Πορτογάλοι electrão, ο Ρώσοι электон, οι Σέρβοι elektrona, οι Αλβανοί elektronet

Το τρομακτικά μικρό αόρατο σωματίδιο που έμελλε να γίνει ο βασικός πρωταγωνιστής στα «έργα» ΧΗΜΕΙΑ, ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ και ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ αλλά και ο βασικός υπεύθυνος για γη δημιουργία ΦΩΤΟΣ, κυριολεκτικά ανακαλύφθηκε από τους Άγγλους ερευνητές στα τέλη του 19^ου αιώνα.

1875. Η άκρη του νήματος

Η άκρη του νήματος βρίσκεται στο έτος 1875. Ήταν τότε που ο William Crookes, σημαντικός Άγγλος φυσικός της εποχής, ερευνούσε την ηλεκτρική αγωγιμότητα μέσα σε κλειστό σωλήνα με αραιωμένο αέρα σε πολύ χαμηλή πίεση ή, με άλλα λόγια, σε σωλήνα αρκετά «υψηλού» κενού. Στα άκρα του σωλήνα υπήρχαν δύο ηλεκτρόδια στα οποία εφάρμοζε τάση μερικών χιλιάδων βολτ. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων ένα παράξενο φθορίζον φως στο τοίχωμα το απέναντι από την κάθοδο –το αρνητικό δηλαδή ηλεκτρόδιο- ΠΡΟΔΙΔΕ την ύπαρξη μιας αόρατης δέσμης. Η δέσμη έδειχνε να έχει κατεύθυνση από την από την κάθοδο προς το απέναντι τοίχωμα και ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗ ΔΙΑΔΟΣΗ, όπως το φως, σε σημείο που με την παρεμβολή αδιαφανούς, γι αυτήν, αντικειμένου να δημιουργείται στο απέναντι τοίχωμα σκιά. Το όνομα που δόθηκε (1876) στη δέσμη ήταν καθοδικές ακτίνες. Η φύση της αποτελούσε ένα αίνιγμα. Τι ήταν οι καθοδικές ακτίνες;

Μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας όπως το φως,

αόρατα κινούμενα σωματίδια με ηλεκτρικό φορτίο

ή κάτι άλλο εντελώς διαφορετικό;

Από τη μεριά της ηπειρωτικής Ευρώπης όλοι σχεδόν οι Γερμανοί ερευνητές εκδήλωναν άρνηση να δεχθούν ότι πρόκειται για σωματίδια. O Heinrich Hertz είχε εκφράσει τη βεβαιότητα ότι οι καθοδικές ακτίνες ήταν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και όχι κινούμενα σωματίδια. Κι αυτό διότι είχε επιχειρήσει να δείξει ότι εκτρέπονται από Ηλεκτρικό πεδίο και είχε αποτύχει. Σήμερα ξέρουμε ότι η αποτυχία του οφειλόταν στο ότι δεν είχε υποψιαστεί την τρομακτική ταχύτητά τους και τα ηλεκτρικά πεδία που χρησιμοποιούσε ήταν ασθενή οπότε η εκτροπή δεν γινόταν αντιληπτή. Ήταν σα να ήθελε να δείξει ότι η σφαίρα ενός όπλου σε οριζόντια βολή εκτρέπεται από το πεδίο βαρύτητας για τα πρώτα τρία μέτρα της κίνησης.

Οι περισσότεροι Άγγλοι φυσικοί, σε αντίθεση με τους άλλους Ευρωπαίους, υποστήριξαν ότι η δέσμη αποτελείται από σωματίδια. Το πάθος των Άγγλων για παιχνίδια με μπάλες, όπως το κρίκετ, μπορεί να έπαιξε κάποιο ρόλο γι αυτή την προτίμηση. Στο μεταξύ οι φυσικοί, κινούμενοι στο δρόμο που χάραξε ο Γαλιλαίος, υπέβαλαν την αόρατη δέσμη σε «ανάκριση» και αυτή «ομολόγησε» ότι «αν βρεθεί σε ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ πεδίο εκτρέπεται από την ευθύγραμμη διάδοση».

Η ομολογία ενθάρρυνε την αγγλική εκδοχή για κινούμενα σωματίδια, ενώ, από την άλλη, έδειχνε και ότι τα σωματίδια ίσως έχουν αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο.

Υπήρχε ωστόσο ένα αδύνατο σημείο στην πορεία των «ανακρίσεων» το οποίο εμπόδιζε τους φυσικούς να καταλήξουν σε βεβαιότητα Εάν οι καθοδικές ακτίνες ήταν σωματίδια έπρεπε να παρουσιάζουν απόκλιση και μέσα σε ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ πεδίο, αλλά κάτι τέτοιο δεν μπορούσε εργαστηριακά να καταγραφεί.

Joseph John Thomson

Ήταν η εποχή που στο προσκήνιο έκανε την εμφάνιση του ένας ακόμα Άγγλος, ο - γεννημένος σε μια μικρή πόλη κοντά στο Manchester, το 1856 - Joseph John Thomson, τότε εικοσιπέντε περίπου ετών. Πιστεύοντας ότι οι καθοδικές ακτίνες δεν είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία επεδίωξε να εμβαθύνει στην έρευνα των καθοδικών ακτίνων σε ολοένα υψηλότερο κενό και να δείξει, μέσα εκεί, την εκτροπή τους από ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ. Μερικά χρόνια αργότερα, το έτος 1895, το κατάφερε. Απέδειξε δηλαδή εργαστηριακά ότι σε πολύ υψηλό κενό οι καθοδικές ακτίνες παρουσία ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ πεδίου εκτρέπονται από την ευθύγραμμη διάδοση και προς ορισμένη πάντα κατεύθυνση. Αυτό σήμαινε και ένα είδος βεβαιότητας για την άποψη ότι οι καθοδικές ακτίνες ήταν ΚΙΝΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΜΕ ΑΡΝΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ. Προχωρώντας παρά πέρα ΜΕΤΡΗΣΕ ΤΟ ΠΗΛΙΚΟ του φορτίου προς τη μάζα e/m και διαπίστωσε ότι για κάθε ένα από τα κινούμενα σωματίδια το πηλίκο του φορτίου προς τη μάζα παρέμενε το ίδιο, ανεξάρτητα από τη φύση των μεταλλικών ηλεκτροδίων που χρησιμοποιήθηκαν, ανεξάρτητα από το είδος του αερίου που υπήρχε έστω και σε ίχνη μέσα στον σωλήνα , ανεξάρτητα από οτιδήποτε. Υποθέτοντας ότι το φορτίο καθενός από αυτά τα σωματίδια ήταν ίσο με το ελάχιστο φορτίο των ιόντων – το οποίο είχε υποθέσει ο Faraday μέσα από τη θεωρία του για το φαινόμενο ηλεκτρόλυση- οδηγήθηκε σε ένα αρκετά ικανοποιητικό συμπέρασμα για τη μάζα κάθε σωματιδίου . Σύμφωνα με αυτό η μάζα κάθε σωματιδίου ήταν πολύ μικρότερη (το 1/1837 περίπου) από τη μάζα του ατόμου του Υδρογόνου.

Τα αόρατα σωματίδια της δέσμης έδειχναν να είναι ΤΡΟΜΑΚΤΙΚΑ ΜΙΚΡΑ, πράγμα που σήμαινε ότι ο Thomson είχε ανοίξει την αυλαία για μια φυσική των υποατομικών σωματιδίων.

Για καθένα από αυτά τα σωματίδια πρότεινε το όνομα electron.

«Μέσα» σε ΟΛΑ τα ΑΤΟΜΑ

Από πού όμως «πήγαζαν» τα ηλεκτρόνια;

Η απάντηση που δόθηκε από τον Thomson έδειχνε να είναι πειστική. ΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΕΚΠΕΜΠΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΟ ΜΕΤΑΛΛΟ ΤΗΣ ΚΑΘΟΔΟΥ, είτε αυτό είναι χάλκινο είτε σιδερένιο, είτε από οποιοδήποτε άλλο μέταλλο. Ο ίδιος, τολμώντας μία παραπέρα γενίκευση, ισχυρίστηκε ότι ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ ΕΙΝΑΙ Ο ΜΟΝΑΔΙΚΟΣ ΦΟΡΕΑΣ ΑΡΝΗΤΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ ΑΛΛΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΤΙΚΟ ΟΛΩΝ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ ΤΗΣ ΥΛΗΣ.

Η γενίκευση σήμαινε ότι τα ηλεκτρόνια όλων των ατόμων του Σύμπαντος είναι ίδια, υπό την έννοια ότι έχουν ίσα φορτία και ίσες μάζες ( ηρεμίας). Τα ηλεκτρόνια του πληκτρολόγιου με το οποίο γράφονται όλα αυτά, είναι απολύτως όμοια με τα ηλεκτρόνια της καρέκλας που καθόμαστε, αλλά και με εκείνα που βρίσκονται στη μυγδαλιά έξω από το παράθυρο, στο μπουζί της μοτοσικλέτας και στον ήλιο.

Η ανακάλυψη του ηλεκτρονίου αποδίδεται στον J.J.Thomson για τρεις λόγους.

Πρώτον διότι υποστήριξε ότι τα ηλεκτρόνια είναι ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ σωματίδια, μονάδες της ύλης, στο εσωτερικό των ατόμων. Δεύτερον διότι τεκμηρίωσε επαρκώς την άποψή του πειραματικά. Τρίτον διότι τόσο οι σύγχρονοι όσο και οι μεταγενέστεροι δέχτηκαν αλλά και εδραίωσαν την άποψη.

Αυτό σημαίνει ότι ο J.J.Thomson δεν ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο ΜΟΝΟ επειδή μέτρησε την τιμή του e/m στα σωματίδια των καθοδικών ακτίνων. Τέτοιες μετρήσεις ακριβέστερες μάλιστα από τον είχαν κάνει ταυτόχρονα στη Γερμανία τόσο ο Kaufmann όσο και ο Wiechert. Αλλά ο μεν Kaufmann μολονότι άλλαζε το μέταλλο της καθόδου και το αέριο του σωλήνα δεν διέγνωσε από τα δεδομένα του την υποατομική φύση των ηλεκτρονίων. Όσο για τον Wiechert ενώ διέγνωσε σωματιδιακή φύση δεν προχώρησε στη γενίκευση ότι τα ηλεκτρόνια είναι στοιχειώδη σωματίδια σε ΟΛΑ τα άτομα της ύλης.

Στην ιστορική εξέλιξη των επιστημονικών ιδεών η ανάγνωση των δεδομένων συχνά επηρεάζεται και από τις φιλοσοφικές προϊδεάσεις των ερευνητών. Ότανο Walter Kaufmann, στο πανεπιστήμιο του Βερολίνου, μέτρησε το πηλίκο του φορτίου προς τη μάζα του άγνωστου σωματιδίου, κατέληξε σε ακριβέστερη μέτρηση από τον J.J. Thomson, δημοσίευσε την εργασία του ΑΛΛΑ δεν έκανε την παραμικρή νύξη για ΥΠΟΑΤΟΜΙΚΟ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ..

Η αδυναμία του «να δει» υποατομικά σωματίδια οφείλεται ¹ στη φιλοσοφική του πεποίθηση και συγκεκριμένα στην επίδραση που του ασκούσε ο Ernest Mach. Τη χρονιά που ο J.J. Thomson μίλησε για «υποατομικό σωματίδιο» ο Ernest Mach υποστήριζε ότι «τα άτομα δεν είναι τίποτε άλλο από μαθηματικά μοντέλα που διευκολύνουν την νοησιακή περιγραφή των γεγονότων ή, με άλλα λόγια, μια βολική φαντασίωση». Ο Mach ήταν ένας από τους κορυφαίους εκφραστές του λογικού θετικισμού , αν και η σχολή αυτή άνθισε μετά τον θάνατό του (1916). Και ο λογικός θετικισμός ήταν εξαιρετικά καχύποπτος απέναντι σε υποθέσεις και σε έννοιες, όπως τα άτομα, οι οποίες δεν μπορούσαν να συσχετιστούν άμεσα με την αισθητηριακή εμπειρία. Η πίστη του Kaufmann σε τέτοιου είδους πεποιθήσεις του κόστισε την αδυναμία τού «να δει» το ηλεκτρόνιο. Τελικά αποδέχτηκε την ύπαρξη ηλεκτρονίων λίγα χρόνια αργότερα .Το 1901

Μοντέλο του Thomson

Το επόμενο βήμα ήταν να προτείνει ένα ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΙΑ ΤΗ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ. Η βασική ιδέα ήταν ότι το άτομο περιέχει ΑΡΝΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ -υλικός φορέα ς του οποίου είναι τα ηλεκτρόνια- και ίση ποσότητα ΘΕΤΙΚΟΥ, ο υλικός φορέας του οποίου ήταν άγνωστος. Στο μοντέλο που πρότεινε τα θετικά φορτία κατανέμονται σε μία διάχυτη μάζα, ενός είδος ζελέ, που καταλαμβάνει όλο τον χώρο του ατόμου και πάνω στο ζελέ είναι προσκολλημένα τα ηλεκτρόνια. Κάτι σαν σταφίδες σε σταφιδόψωμο – like raisins in pound cake – έτσι ώστε το ολικό ηλεκτρικό φορτίο να είναι μηδέν.

Ένα πλανητικό μοντέλο για τη ΔΟΜΗ του ΑΤΟΜΟΥ

1. Silver, Brian L. 1998, The Ascent of Science, Oxford University Press, New York, USA, p. 138.