PELIKAN I BALON

     Voda je očaravala Lavoazijea. U ono vreme, mnogi naučnici još su verovali da je voda jedan od osnovnih elemenata i da se ne može razložiti na sastojke. Neki su verovali i u transmutaciju - na primer, da se voda može pretvoriti u zemlju. Bilo je i opita kojima su ovo dokazivali. Staviš kotao vode na vatru i posle dužeg ključanja na vodi počne da se stvara jedan sloj od čvrstih ostataka. To se voda počela pretvarati u čvršće elemente, rekli bi takvi naučnici. Čak i veliki Robert Bojl verovao je u transmutaciju. Vršio je opite sa biljkama i dokazao da one, dok rastu, upijaju vodu. Ergo, voda se pretvara u lišće, stabljike, cveće... Sad vidimo zašto mnogi ljudi nisu imali poverenja u opite. Jer zaključci kao ova dva dovoljni su da čovek, maltene, pređe na Spinozinu stranu.
     Lavoazije je video da u takvim opitima postoji greška u merenju. Uradio je i on jedan opit u vezi sa ključanjem vode, ali tako što je uzeo isključivo destilisanu vodu i zatvorio je u posebnu posudu zvanu 'pelikan'. Ta posuda ne daje dobijenoj vodenoj pari da iziđe na bilo koju stranu, nego je zarobljava i kondenzuje; kondenzovana, ona se sliva u jedan loptasti deo odakle se kroz dve cevi nalik na ručke vraća u onaj deo u kome ključa. Dakle, ni najmanja količina vode nije se mogla izgubiti. Lavoazije je pažljivo izmerio pelikan, zatim i destilisanu vodu, a onda ostavio vodu da tako ključa 101 dan bez prestanka. Na kraju ovog dugotrajnog opita, na dnu se stvarno našla primetna količina čvrste materije. Lavoazije je tada pažljivo izmerio vodu posebno, pelikan posebno, i taj čvrsti ostatak posebno. Pokazalo se da je težina vode ostala tačno ista i posle sto jednog dana kuvanja, što nam kazuje nešto o pomnosti Lavoazijeove tehnike. Pelikan je, međutim, bio malo lakši. Težina čvrstog taloga bila je jednaka onome što je pelikan izgubio. Taj ostatak, na dnu, nije bila 'transmutovana voda' nego su to bili delići silikatnog stakla rastvoreni tokom kuvanja. Lavoazije je pokazao da su opiti bez preciznog merenja bezvredni, da čak mogu zavesti čoveka na sasvim pogrešne puteve. Lavoazije je imao jednu preciznu ravnotežnu vagu sa dva jednaka tasa i sa tegovima; za takvu vagu kažemo da su to 'apotekarske terazije'. Te apotekarske terazije bile su njegova violina, na kojoj je znao da svira tako dobro da je postigao revoluciju u hemiji.
     Toliko o transmutaciji. Ali mnogi ljudi, pa i sam Lavoazije, još su verovali da je voda osnovni element. Tu zabludu odagnao je sam Lavoazije. Naime, napravio je aparat sa dva mlaznika, pa je kroz njih puštao mlazeve dva različita gasa i pokušavao da ih zapali ne bi li se spojili u nešto treće. Jednog dana odlučio je da to uradi sa kiseonikom i vodonikom, očekujući da se spoje u nekakvu kiselinu ili tako nešto. Međutim, dobio je vodu. Čak je i opisao tu vodu, rekao je da je "čista poput destilovane vode". A zašto i da ne bude čista? Pravio ju je polazeći od početka. Tad je postalo očigledno da voda nije element sveta, nego da je tvar koja se može napraviti tako što dva dela vodonika spališ u jednom delu kiseonika.
     Godine 1783. desio se istorijski događaj koji je posredno unapredio hemiju. Braća Mongolfje (Mongolfier) izvela su tada prve letove balona sa ljudskom posadom; za pogon balona služio je vruć vazduh. Ubrzo posle toga izvesni J. A. K. Šarl (J. A. C. Charles), koji je bio ni manje ni više nego nastavnik fizike, napunio je svoj balon vodonikom i digao se na oko tri hiljade metara. Lavoazijea je ovo zadivilo; mislio je na mogućnost da se ljudi takvim balonima dižu iznad oblaka da bi proučavali meteore. Ubrzo je Lavoazije naimenovan za člana odbora koji je imao zadatak da istraži kako bi se gas za balone mogao proizvoditi u velikim količinama. Lavoazije je namestio topovsku cev, napunio je gvozdenim prstenovima, zagrejao do užarenosti i onda puštao vodu da prolazi kroz to. Dobijale su se, stvarno, velike količine vodonika, jer se voda razložila na svoje sastavne elemente.
     Sad više niko pametan nije verovao da je voda element. Međutim, Lavoazijea je čekalo još veće iznenađenje. Razlagao je ogromne količine vode na vodonik i kiseonik, ali je razmera između ta dva ispadala svaki put tačno ista. Nije se mogao izbeći zaključak da tu postoji neki fini mehanizam koji bi se mogao objasniti nečim što je u nekoj vezi sa atomima.
     Lavoazije nije mnogo nagađao o atomizmu, samo je rekao da u hemiji deluju neke jednostavne, nedeljive čestice o kojima ne znamo mnogo. Ali, vidite, on nije dobio priliku da sedne onako penzionerski, osmotri celu svoju karijeru i napiše memoare, u kojima bi mogao izneti neka dalja razmišljanja o atomima. Bio je učesnik u revoluciji još od početka, ali je tokom razdoblja zvanog 'teror' pao u nemilost i odveden na giljotinu godine 1794, kad mu je bilo tek pedeset godina.
     Na dan kad je nad Lavoazijeom izvršena smrtna kazna, geometar Žozef Luj Lagranž (Joseph Louis Lagrange) sumirao je ovu tragediju rečima: "Njima je bio dovoljan samo jedan tren da odseku tu glavu, a nova takva neće nastati možda ni u sledećih sto godina."

POVRATAK ATOMU

     Implikacije Lavoazijeovog rada ispitivao je, jedno pokolenje kasnije, skromni engleski nastavnik, građanin iz srednje društvene klase, Džon Dalton (John Dalton). Tek sa Daltonom konačno imamo našu klasičnu sliku naučnika pogodnu za televizijske filmove. Izgleda da se u njegovom ličnom životu nije nikad desilo ništa. Nije se nikad ni oženio. Govorio je: "Glava mi je toliko puna trouglova, hemijskih procesa, električnih opita i sličnog, da nemam kad da mislim o ženidbi." Za njega je dan velikih događaja bio ako se prošeta po gradu i možda ode na sastanak verske zajednice kvekera.
     Dalton je počeo kao skromni nastavnik u školi internatskog tipa, gde je slobodno vreme ispunjavao čitajući dela Njutna i Bojla. Više od deset godina bio je na tom radnom mestu, a onda se ubacio da bude nastavnik matematike u jednom koledžu u Mančesteru. Kad je tamo stigao, saopštili su mu da će morati takođe da drži časove hemije. Uložio je žalbu, jer je to značilo dvadeset jedan sat nastave nedeljno! Godine 1800. daje ostavku i otvara svoju sopstvenu nastavnu akademiju, što mu je dalo vremena da se bavi istraživanjima u oblasti hemije. Među naučnicima se smatralo da je Džon Dalton jedva nešto malo više od amatera - sve dok nije otkrio svetu svoju atomsku teoriju, a to je učinio između 1803. i 1808. godine, dakle na početku devetnaestog veka. Koliko je nama poznato, Dalton je bio prvi koji je i formalno vaskrsnuo Demokritov termin atom, u značenju: sićušna pojedinačna čestica koja, zajedno sa još mnogo takvih, sačinjava materiju. Ali uneo je izmenu. Pamtimo da su kod Demokrita atomi različitih tvari imali različite oblike. Tu ključnu ulogu kod Daltona je preuzela težina.
     Ova atomska teorija bila je Daltonov najveći doprinos nauci. Neki ljudi pričaju da je otkriće atoma tada već 'visilo u vazduhu' (a i jeste), neki istoričari kažu da se Daltonu pripisuje više zasluga nego što ih zavređuje, ali, u svakom slučaju, niko ne dovodi u pitanje činjenicu da je njegova teorija zapanjujuće uticala na atomsku teoriju hemije - disciplinu koja je uskoro postala jedna od najuticajnijih u celokupnoj nauci, prodirući u mnoge druge oblasti. Sasvim je u redu to što je prvi opitni 'dokaz' o postojanju atoma došao upravo iz hemije. Pamtimo kako su strastveno antički Grci pokušavali da vide nešto nepromenljivo, jedno 'arhe', u ovom svetu gde se stalno sve menja. Ovu krizu razrešio je a-tom. Samo premeštaš i preraspoređuješ a-tome i postigneš koju god promenu želiš, ali čvrsta stena na kojoj se temelji naše postojanje, a ta stena je a-tom, ostaje nepromenljiva. U hemiji, srazmerno mali broj vrsta atoma daje ogromne mogućnosti izbora zato što postoji ogroman broj mogućih kombinacija: jedan ugljenikov atom može se kombinovati sa jednim kiseonikovim, ili sa dva; vodonik sa kiseonikom, ili sa hlorom, ili sa sumporom i tako dalje, pa ipak atomi vodinika ostaju uvek vodonik - svi su međusobno jednaki i ne mogu se izmeniti nikako. Uh, baš smo se zaleteli, a zaboravismo našeg junaka, Daltona.
     Pošto je primetio da se osobine gasova najbolje mogu objasniti postulatom o atomima, Dalton je prionuo na posao da ovu zamisao primeni na hemijske reakcije. Primetio je da svako hemijsko jedinjenje uvek sadrži svoje sastavne elemente u razmeri koja ostaje ista, težinski gledano. Na primer, ugljenik i kiseonik se kombinuju i daju ugljen-monoksid (CO). Ako hoćeš da napraviš ugljen-monoksid, uvek će ti biti potrebno 12 grama ugljenika i 16 grama kiseonika, ili 12 kilograma ugljenika i 16 kilograma kiseonika; koju god težinsku jedinicu da želiš, uzmi je, ali razmera će uvek ostati 12:16. Kako bi se ovo moglo objasniti? Ako jedan atom ugljenika ima težinu od 12 nekih sitnih jedinica, a jedan atom kiseonika težinu od 16 istih tih sitnih jedinica, onda, prilikom spajanja makar i najvećih količina ta dva elementa, mora iskrsnuti ista ta razmera. Ovo samo po sebi ne bi bio jak argument u prilog atoma. Međutim, možeš praviti razna jedinjenja vodonika sa kiseonikom i sa ugljenikom, i razmera će uvek biti 1 prema 12 prema 16. Sad već počinju da ponestaju alternativna objašnjenja. A kad se ista ta logika uspešno primeni na stotine raznih jedinjenja, atomi ostaju jedino razumno objašnjenje.
     Dalton je izveo revoluciju u nauci tako što je proglasio da je atom osnovna jedinica svakog hemijskog elementa i da svaki hemijski atom ima svoju sopstvenu, određenu, težinu. Evo kako to piše sam Dalton, godine 1808:

     Postoje tri jasno različita tela po vrstama, ili tri stanja, koja su naročito privukla pažnju filozofskih hemičara; a to jesu stanja označena nazivima elastični fluidi, tečnosti i čvrsta tela. Jedan vrlo slavan primer jeste voda koja nam se ukazuje kao tvar sposobna, pod određenim okolnostima, da sva ta tri stanja poprimi. U vodenoj pari mi prepoznajemo savršeno elastičan fluid, u vodi savršenu tečnost, a u ledu telo sasvim čvrsto. Ova opažanja tiho su dovela do zaključka koji izgleda da je opšteprihvaćen, a po kome sva tela opazivo velika, svejedno da li tečna ili čvrsta, jesu sastavljena od ogromnog broja krajnje malenih čestica ili atoma materije, povezanih silom privlačenja, koja je manje ili više jaka, zavisno od okolnosti...
     Hemijska analiza i sinteza ne idu dalje od toga nego da organizuju razdvajanje čestica jednih od čestica drugih i njihovo ponovno spajanje. Nikakvo novo stvaranje, a ni uništavanje materije nije u domašaju delanja hemijskih agenasa. Kao da pokušavamo dovući neku novu planetu u Sunčevi sistem, ili pak uništiti neku već postojeću, tako bi bilo kad bismo hteli česticu vodonika stvoriti ili uništiti. Sve promene koje mi možemo izazvati sastoje se u tome da razdvojimo čestice koje su u stanju povezanom ili one koje su malopre bile udaljene sada da zbližimo.

     Zanimljiva je suprotnost u naučnom stilu Lavoazijea i Daltona. Dok je Lavoazije bio pomni meritelj, držao do preciznosti i time postigao dramatično preustrojavanje hemijske metodologije, Dalton je činio mnogo grešaka. Ubeležio je broj 7 umesto 8 za relativnu težinu kiseonika u odnosu na vodonik. Pogrešno je shvatio sastav vode, kao i amonijaka. Pa ipak, postigao je jedno od najdubljih naučnih otkrića te epohe: posle 2.200 godina nagađanja i mutnih spekulacija, dokazao je baš on, Džon Dalton, da atomi stvarno postoje. Predstavio je javnosti novi pogled na stvari, koji, "ako se ustali, što ja ne sumnjem da vremenom hoće, onda će proizvesti najzamašnije promene u sistemu hemije i svesti je celu na jednu nauku velike jednostavnosti." A njegov aparat nije bio moćan mikroskop, niti akcelerator čestica, nego pregršt epruveta, jedne precizne apotekarske terazije, hemijska naučna literatura onog vremena i stvaralačko nadahnuće.
     Ono čemu je Dalton nadenuo naziv atom svakako nije a-tom iz Demokritovih predviđanja. Sada znamo da atom kiseonika, na primer, nije nedeljiv. On ima svoju podstrukturu, i to veoma složenu. Ali taj naziv zadržao se u upotrebi: kad se danas normalno kaže atom, misli se na Daltonov atom. A to je, zapravo, hemijski atom, najmanji mogući komadić nekog hemijskog elementa, kao što su vodonik, kiseonik, ugljenik ili uran.

     Naslov u dnevnom listu Rojal Enkvajerer iz 1815. godine:

     HEMIČAR NAŠAO KONAČNU ČESTICU
     OSTAVLJA BOA-DAVITELJE I URIN

     S vremena na (ogromno) vreme, dogodi se da neki naučnik dođe do saznanja koje je tako jednostavno i elegantno da naprosto mora biti istinito, saznanja koje, čini se, rešava jednim brzim potezom neki problem koji je mučio nauku hiljadama godina. S vremena na (sto puta ogromnije) vreme, dogodi se da je taj naučnik u pravu.
     O Vilijemu Prautu (William Prout) možete reći samo to da je bio blizu, tako blizu... Njegov predlog bio je jedan od nekoliko najvećih 'Uh! zamalo!' predloga u njegovom stoleću. Nagađao je, a kad je svoju tvrdnju izneo, odbačena je, ali iz pogrešnog razloga, pa i to uglavnom sticajem nesrećnih okolnosti. Negde oko 1815. godine ovaj engleski hemičar pomislio je da je našao česticu od koje je sagrađena sva materija: atom vodonika.
     Hajde da budemo pošteni prema njemu. Zamisao je bila duboka, elegantna, a pogrešna 'samo malčice'. Praut je radio ono što dobar naučnik treba da radi: tragao je za jednostavnošću, kao što nas još grčka tradicija uči. Tražio je, među dvadeset pet hemijskih elemenata poznatih u ono vreme, najmanji zajednički sadržalac. Valja priznati da je malo odlutao iz polja svoje stručnosti. Glavno postignuće po kome je bio poznat savremenicima sastojalo se u tome što je napisao celovit priručnik o mokraći. Osim toga, obavljao je opširne opite sa izmetom zmije koja se zove boa-davitelj. Kako ga je to dovelo do atomizma, ne bih da nagađam.
     Prautu je bilo jasno da vodonik ima atomsku težinu 1 i da je najlakši od svih elemenata. Pa, možda je onda to 'osnovna materija', rekao je on, možda su svi ostali elementi samo kombinacije vodonikovih atoma. Vođen duhom drevnih mudraca, dao je ovoj svojoj kvintesenciji naziv 'protajl'. Njegova zamisao bila je poprilično razumna, jer atomske težine većine hemijskih elemenata bile su otprilike celi prirodni brojevi, i mogle su se dobiti tako da naprosto pomnožiš težinu vodonikovog atoma sa nekim celim brojem. Naime, tako je izgledalo zato što je merenje relativne atomske težine tada obavljano najčešće prilično približno. Ali ta merenja su polako postajala sve tačnija i tada je Prautova hipoteza opovrgnuta (iz pogrešnog razloga). Nađeno je da hlor, na primer, ima relativnu atomsku težinu od 35,5. Time je Prautova zamisao bila oborena, jer ne može postojati pola atoma. A mi sada znamo da je prirodni hlor mešavina dva izotopa hlora - dakle, dve varijacije. Jedan izotop je 'težak 35 vodonika' a drugi izotop je 'težak 37 vodonika'. A to nisu nikakvi vodonici, nego su to protoni i neutroni, koji imaju maltene istu masu kao vodonikov atom.
     Ono što je Praut svojom hipotezom predvideo bilo je da bi mogao postojati jedan nukleon (nukleoni su čestice u jezgru; postoje dva nukleona, jedan je proton, drugi je neutron) koji bi bio univerzalna 'opeka' od koje je sva materija sazdana. To je Praut đavolski dobro pokušao. Potera za sistemom koji se ne sastoji od 25 elemenata, nego od nečeg jednostavnijeg, neminovno je morala uspeti, kad-tad.
     Ali ne u devetnaestom veku.

KARTANJE S ELEMENTIMA

     Našu navrat-nanos jurnjavu kroz više od dvesta godina hemije završavamo čovekom po imenu Dmitrij Mendeljejev. Taj hemičar rodio se u Sibiru. On je napravio periodni sistem elemenata. Ta njegova tablica bila je ogroman korak napred u klasifikovanju hemijskih elemenata; istovremeno, značila je napredak u traganju za Demokritovim atomom.
     Ali Mendeljejev je u svome životu istrpeo mnogo ljudske mržnje i zlobe. Tog čudaka - hranio se uglavnom kiselim mlekom (isprobavao je tačnost neke tadašnje mode u medicini) - upravo su zbog tablice periodnosti elemenata grubo ismevale kolege. Uvek je bio na strani studenata kada su iskrsavali problemi na Petrogradskom univerzitetu; i kad ih je podržao, već pred kraj svoje karijere, u nekom studentskom štrajku, univerzitetske vlasti su ga izbacile s posla.
     Da nije imao studente, moguće je da nikada ne bi načinio periodni sistem. Kad je naimenovan da predaje na katedri za hemiju, godine 1867, Mendeljejev nije mogao naći dobar udžbenik koji bi preporučio studentima, pa je zato prionuo da ga napiše sam. Hemiju je sagledavao kao 'nauku o masi' - eto opet te usmerenosti naučnika na masu - a prilikom pisanja udžbenika dosetio se da poznate elemente poređa naprosto po redosledu njihove atomske težine.
     To je uradio tako što je igrao karte. Napravio je karte kao za kartanje, ali prazne, pogodne da se na njima nešto zapisuje; zapisao je na svakoj simbol za po jedan hemijski element. Ali uz to je zapisao i njihove atomske težine i razne odlike (na primer, natrijum, aktivan metal; argon, inertan gas). Mendeljejev je voleo jednu igru sa kartama zvanu pasijans. I tako je on ređao pasijans, nameštajući karte po redosledu njihovih atomskih težina, od vodonika pa redom ka sve težim i težim elementima. Onda je otkrio da tu postoji izvesna periodičnost. Slične hemijske odlike pojavile su se i po nekoliko puta na svakoj osmoj karti. Na primer, litijum, natrijum i kalijum su hemijski aktivni metali, a nalaze se na položajama 3, 11 i 19. Slično tome, vodonik (1), fluor (9) i hlor (17) su aktivni gasovi. On je poređao pasijans drugačije, tako da je sad dobio osam uspravnih redova. U svakom stupcu našli su se elementi sa sličnim osobinama.
     Mendeljejev je učinio još nešto neobično. Nije na silu popunio svako prazno mesto. Kao i u kartanju, znao je da je poneka dobra karta skrivena. Želeo je tablicu koja će izgledati razumno kad se čita i uspravno i vodoravno. Ako u sistemu postoji jedno prazno mesto, a sistem zahteva da tu bude neki element koji bi imao određene osobine, a takav element još nije otkriven - pa, ništa zato, nek ostane mesto nepopunjeno. Bolje tako, nego da se neki poznati element ugura tamo gde mu mesto nije. Samo, Mendeljejev je svakoj takvoj praznini nadenuo naziv, koristeći neobični prefiks 'eka' koji na jeziku sanskrit znači 'jedan'. Rupu ispod aluminijuma nazvao je eka-aluminijum, a rupu ispod silicijuma nazvao je eka-silicijum.
     Te rupe u sistemu bile su jedan od povoda za podsmevanje mnogih kolega Mendeljejeva. Kad, ono, pet godina kasnije, otkriven je galijum i pokazalo se da je popunio rupu 'eka-aluminijum' i da ima sve one osobine koje je Mendeljejev predvideo. A godine 1886. otkriše naučnici i germanijum i, gle čuda, on tačno popuni rupu 'eka-silicijum' i pokaza se da igra hemijskog pasijansa nije baš tolika glupost.
     Jedan od činilaca koji su učinili Mendaljejevljevu tablicu mogućom bilo je i to što su hemičari postali precizniji u merenju atomskih težina elemenata. Mendeljejev je lično obavio neka merenja i ispravio neke od dotadašnjih grešaka, i time samo navukao na sebe ljutu mržnju onih naučnika 'od autoriteta' čije je rezultate revidirao.
     Otkud te pravilnosti u periodnoj tablici, to nikome nije bilo jasno sve dok, u dvadesetom veku, nisu otkriveni jezgro atoma i kvantni atom. Zapravo, objavljivanje periodne tablice u prvi mah obeshrabrilo je naučnike. Pedesetak popunjenih mesta na tablici, a svaku popunjava nešto što bi trebalo da bude 'atom' - dakle, jedan od osnovnih sastojaka cele Vaseljene, sastojaka koji navodno ne mogu biti deljeni na bilo šta sitnije. Ovaj broj je brzo rastao i dostigao devedeset. Potkraj devetnaestog veka, sam pogled na periodni sistem elemenata mogao je navesti mnoge naučnike na očajavanje. Pa, gde je to jednostavno jedinstvo za kojim toliko tragasmo već dvadeset i nekoliko vekova? Međutim, upravo onaj red koji je Mendeljejev pronašao u opštem 'haosu' elemenata ukazivao je na postojanje dublje jednostavnosti. Kad gledamo ondašnju tablicu, ali sa znanjem koje sada imamo, jasno nam je da je ta tablica naprosto molila da se neko smiluje i kaže da atomi imaju određenu unutrašnju strukturu koja se periodično ponavlja. Ali ne; hemičari nisu bili spremni da odustanu od zamisli da je atom vodonika nedeljiv, atom kiseonika nedeljiv i tako dalje - da je svaki nedeljiv. Međutim, nauka će izvesti nešto uspešniji napad iz jednog drugog pravca.
     Nemojte bacati na Mendeljejeva krivicu što mu je sistem bio tako složen. Čovek je naprosto organizovao džumbus u nekakav red, koliko je najbolje bilo moguće; radio je ono što dobri naučnici rade - tragao za redom usred složenosti. Za života nije dobio od svojih kolega zasluženo priznanje, a ni Nobelovu nagradu, iako je bio živ još nekoliko godina po ustanovljenju te nagrade. Ali kad je umro, godine 1907, dobio je najveću moguću počast za jednog nastavnika. Grupa studenata išla je iza pogrebne povorke, noseći visoko iznad glave podignutu tablicu sa njegovim periodnim sistemom elemenata. To i jeste ono što je ostavio u nasleđe ljudskom rodu: tu tablicu, koja danas visi na zidu svake laboratorije i svakog kabineta za hemiju u svim srednjim školama na ovom svetu.

     A sada na poslednjoj etapi ovog oscilirajućeg razvoja klasične fizike napuštamo izučavanja materije i čestica i vraćamo se proučavanju sile. U ovom slučaju, elektriciteta. U devetnaestom veku, smatralo se da je poznavanje elektriciteta praktično zasebna nauka.
     Bila je to tajanstvena sila. U prvo vreme činilo se da nigde u prirodi ne nastaje spontano, osim u jednom zastrašujućem obliku, a to je munja. Zato su istraživači morali da urade jednu 'neprirodnu' stvar: prvo da proizvedu ovu pojavu, a tek onda da je proučavaju. Danas znamo, međutim, da je elektricitet svuda; sva materija je električne prirode. Ovo imajte na umu kad stignemo u moderna vremena, kad počnemo raspravu o egzotičnim česticama koje se proizvode u akceleratorima. I elektricitet je smatran za nešto egzotično u devetnaestom veku, ne manje nego kvarkovi danas. A gle kako smo se danas okružili elektricitetom. To je još jedan primer kako ljudska bića umeju da menjaju svoju životnu okolinu.
     Mnogi ljudi postadoše heroji elektriciteta i magnetizma u ovom ranom razdoblju; imena mnogih takvih data su raznim električnim jedinicama. Jedan od njih je Šarl Ogisten de Kulon (Charles Augustin de Coulomb) po kome je nazvana jedinica za količinu elektriciteta, kulon. Idemo dalje. Andre Amper (André Ampère) - jedinica za jačinu električne struje, amper. Georg Om (Georg Ohm) - jedinica za električni otpor, om. Džejms Vat (James Watt) - jedinica za snagu, vat. Tu je negde i Džejms Džul (James Joule) po kome nazvaše jedinicu za rad i energiju, džul. Luiđi Galvani (Luigi Galvani) nam je dao galvanometar, spravicu za merenje električnih struja, a Alesandro Volta (Alessandro Volta) dao nam je volt, jedinicu za napon, to jest potencijal, odnosno elektromotornu silu. Slično tome su K. F. Gaus (C. F. Gauss), Hans Kristijan Ersted (Hans Christian Oersted) i V. E. Veber (W. E. Weber) ostavili trag u nauci, a svoja imena raznim mernim jedinicama i količinama sračunatim da seju užas i gađenje kroz redove budućih studenata elektrotehnike. Samo Bendžamin Frenklin - ništa. Nijedna električna jedinica danas se po njemu ne zove, iako je dao značajne doprinose. Jadni Ben! Pa, dobro, ali se jedna vrsta furunice zove po njemu, a osim toga njegov je portret na novčanicama od sto dolara. Frenklin je primetio da postoje dve vrste elektriciteta. Mogao im je dati nazive Joca i Moca, ali on je odlučio da ih nazove plus (+) i minus (-). Frenklin je odredio da se količina elektriciteta koja postoji na nekom telu zove 'električni naboj' ili 'naelektrisanje'. Otkrio je i pravilo o očuvanju naboja, koje se sastoji u tome što kad elektricitet biva prenet sa jednog tela na drugo, zbir naboja koji su bili pre i koji su nastali posle tog prenosa mora biti jednak nuli. Ali među svim ovim naučnicima stoje samo dva diva, i to dva Britanca, Majkl Faradej i Džejms Klerk Maksvel.

ELEKTROŽABE

     Ova naša priča počinje pred kraj osamnaestog veka, kad je Galvani pronašao bateriju. Kasnije ju je usavršio Volta, takođe Italijan. Galvani je proučavao reflekse žabe: za vreme oluje kačio je žablje mišiće na rešetku, tako okačene isturao kroz prozor i zaključio da se trzaju kad napolju sevaju munje. Time je dokazao postojanje 'animalnog elektriciteta'. Ovo je navelo Voltu da se baci na posao oko 1790. godine; baš je dobro što je tako bilo. Pomislite da je američki proizvođač automobila Henri Ford morao da ugradi u svaki svoj auto po jednu kutiju punu žaba, sa naznakom na poklopcu: 'Žabe obavezno nahraniti na svakih 15 milja!' Volta je ustanovio da elektricitet nastaje kad dva različita metala povežeš nečim žabljim, gadnim i ogavnim. Galvani je kačio žablje krake o bronzane kuke, a rešetka mu je bila gvozdena. Volta je umesto žabe uglavio komad životinjske štavljene kože natopljene morskom vodom i dobio struju; na ovaj način isprobavao je različite parove metala. Opredelio se posle nekog vremena za cink i bakar, i počeo da slaže ne samo dve ploče, nego više ploča, čitave gomile, pri čemu se pokazalo da dobijena struja, koju je upućivao kroz strujno kolo, postaje sve jača. Od bitnog značaja za dalji rad bio je još jedan Voltin pronalazak, elektrometar, koji je merio tu struju. Volta nam je ostavio laboratorijsku opremu za proizvodnju struje, ali i saznanje da se hemijskim reakcijama može proizvoditi električna struja.
     Još nešto bitno za razvoj nauke dogodilo se kad je Kulon počeo da meri jačinu i ponašanje električne sile između dve naelektrisane loptice. Da bi ovaj opit izveo, izmislio je torzionu vagu, spravicu koja izvrsno meri veoma malene sile. Ona sila koju je hteo da uhvati bila je, dabome, električna. Pomoću svoje torzione vage, Kulon je ustanovio da se sila između električnih naboja menja obrnuto srazmerno kvadratu rastojanja između njih. Takođe je otkrio da se naboji istog znaka (plus i plus, ili minus i minus) odbijaju, dok se suprotni naboji (plus i minus) privlače. Kulonov zakon, koji daje silu F za električne naboje, odigraće ključnu ulogu u našem razumevanju atoma.
     Onda je nastala opšta navala na vršenje opita, pojurili su mnogi da se bave time; u prvo vreme verovali su da je elektricitet jedno, a magnetizam nešto sasvim drugo. Posle samo pedesetak godina (otprilike od 1820. do 1870), iz nebrojenog mnoštva opita izronila je velika sinteza koja je dala objedinjenu teoriju ne samo elektriciteta i magnetizma nego i svetlosti.

TAJNA HEMIJSKE VEZE: OPET ČESTICE

     Veliki deo našeg znanja o elektricitetu proistekao je iz otkrića u hemiji, a naročito u oblasti koju danas nazivamo elektrohemija. Voltina baterija pokazala je naučnicima da je moguće napraviti električno kolo: uzmeš bateriju, prikačiš žicu za jedan pol, pa opružiš tu žicu sve do drugog pola; struja poteče ukrug. To je takozvano električno kolo. Ako na jednom mestu prekineš ovo kolo i pričvrstiš dva kraja žice za dva parčeta metala uronjena u neku tečnost, struja nastavi da teče sad i kroz tu tečnost, ali u njoj, pokazalo se, dovodi do određenog hemijskog procesa - do razlaganja tečnosti. Ako si dve takve elektrode zabio u vodu, kod jedne počne da se pojavljuje vodonik, kod druge kiseonik, i to u razmeri 2 prema 1, što nagoveštava da se voda razlaže na sastavne delove. Ako to nije obična voda nego voda u kojoj je rastvoren natrijum-hlorid (kuhinjska so), jedna elektroda će početi da se oblaže natrijumom, a oko druge će početi da mehura zelenkasti otrovni gas hlor. Odatle do industrije 'elektroplatiranja', to jest elektrolitičkog oblaganja metalnih predmeta slojevima drugih metala (niklovanje, posrebrivanje, pozlaćivanje i tako dalje) nije imalo dugo da se čeka.
     Razlaganje hemijskih jedinjenja pomoću električne struje ukazalo je na jednu duboku istinu: da postoji veza između električnih sila i onoga što drži atome na okupu. Počelo se govoriti da privlačnost između pojedinih atoma, dakle i 'afinitet' jedne hemikalije prema drugoj, može biti na neki način električne prirode.
     Majkl Faradej počeo je svoj rad u elektrohemiji tako što je sistematizovao nomenklaturu, kao ranije Lavoazije u hemiji. Pomoglo je, i ovaj put, mnogo. Faradej je dao naziv 'elektrode' tim naelektrisanim komadima metala zagnjurenim u tečnost. Negativnu je nazvao katoda, a pozitivnu anoda. Kad elektricitet 'šiba' kroz vodu, on rastrže molekule tako da naelektrisani atomi moraju da se probijaju kroz tečnost, da se guraju kroz nju, neki idu ka anodi, a neki prema katodi. U normalnom stanju, hemijski atomi su neutralni, ne nose ni pozitivno ni negativno naelektrisanje na sebi. Propuštanjem električne struje kroz tečnost ovo se, na neki način, menjalo; menjali su se atomi. Faradej je odredio da se naelektrisani atom ubuduće ima nazivati 'jon'. Danas znamo da je jon atom koji je postao naelektrisan zbog toga što mu je otrgnut, ili pridodat, jedan elektron, ili ne samo jedan nego više njih. U Faradejevo doba nije bilo poznato postojanje elektrona. Nije se baš znalo ni šta je električna struja. Da li je, međutim, Faradej naslućivao da bi elektroni mogli postojati? U tridesetim godinama devetnaestog veka izveo je niz spektakularnih opita koji su za ishod imali dva jednostavna, sažeta zaključka, danas poznata pod nazivom 'Faradejevi zakoni elektrolize':

     (1) Masa hemikalije koja će biti oslobođena na jednoj elektrodi srazmerna je jačini struje pomnoženoj vremenom koliko je struja proticala. Dakle, oslobođena masa srazmerna je količini elektriciteta koja je prošla kroz tečnost.
     (2) Masa koju oslobodi jedna određena, ograničena količina električne struje srazmerna je atomskoj težini te tvari pomnoženoj sa brojem atoma u tom jedinjenju.

     Ovi zakoni znače da elektricitet nije nešto glatko i neprekidno, nego da se može podeliti na 'komade', na parčiće. Ako imamo u vidu Daltonovu predstavu o atomima, onda nam Faradejevi zakoni kažu da se atomi u tečnosti (joni) premeštaju sve do elektrode, gde se svakom jonu isporuči određena količina elektriciteta, koja ga pretvori u slobodni atom vodonika, kiseonika, srebra, ili već koje bilo tvari koja se u rastvoru nalazila. Faradejevi zakoni upućuju na neizbežan zaključak: da postoje čestice elektriciteta. Ovaj zaključak je, nažalost, morao čekati još oko šezdeset godina. Tek tada je dramatično potvrđen otkrićem elektrona, na samom kraju devetnaestog veka.

ŠOK U KOPENHAGENU

     Da bismo nastavili istoriju električne struje - onog nečeg što dopire iz dve ili tri rupe u svakom zidnom utikaču u tvojoj kući, ali nije džabe nego se plaća - moramo otići u državu Dansku, u grad Kopenhagen. Godine 1820. Hans Kristijan Ersted došao je do ključnog otkrića - neki istoričari čak tvrde da je to bilo najvažnije otkriće u ovoj nauci. Prvo je napravio električnu struju na način tada već dobro znan. Žicom je povezao jedan pol Voltine skarabudžije (baterije, hoću reći) sa drugim. Niko nije, još, znao šta je to električna struja, ali se znalo da nešto zvano 'napon' putuje kroz žicu. Dobro, tu nije bilo nikakvih iznenađenja, sve dok Ersted nije tom strujnom kolu primakao kompasnu iglu (koja je magnet). On uključi struju - a kompas zaokrene i više ne pokazuje ka severnom polu planete Zemlje (to je kompasima normalan opis radne dužnosti) nego se usmeri nekako smešno, pod pravim uglom u odnosu na žicu. Ersteda je ovo zabrinjavalo sve dok se nije dosetio da kompas, zapravo, i jeste instrument za otkrivanje magnetnih polja. Znači, struja u žici mora biti da stvara neko magnetno polje, zar ne? Ersted je otkrio vezu elektriciteta i magnetizma: električne struje stvaraju magnetna polja. Ali, naravno, i magneti stvaraju magnetna polja, a sposobnost magneta da privuku k sebi opiljke gvožđa (ili da drže čvrsto zatvorene 'kopče' na vratima ormana ili frižidera) bila je već dobro proučena. Ova vest proletela je celom Evropom, izazivajući znatna uzbuđenja.
     Parižanin Andre Mari Amper dograbio je ovu informaciju i našao matematički odnos između električne struje i magnetnog polja. Kakva će tačno biti usmerenost i kolika će biti snaga magnetnog polja zavisi, pokazalo se, od struje koja kroz žicu protiče i od oblika žice - da li je prava, ili savijena ukrug, ili već šta. Amper je na brzinu izveo mnoštvo opita, upotrebio matematički način razmišljanja i uspeo sam-samcit da pokrene pravu lavinu naučnih rasprava iz kojih je, kad su stvari proticanjem vremena došle na svoje mesto, izronio recept za izračunavanje magnetnog polja koje će električna struja dati prolaskom kroz ma koju i ma kakvu žicu, ravnu ili krivudavu, zapetljanu ili namotanu gusto na kalem. Pošto struja, kad prolazi kroz dve uporedne žice, proizvodi, zapravo, dva magnetna polja, onda se ta dva polja međusobno odguruju; a to u suštini znači da te dve žice deluju jedna na drugu nekom silom. Ovo je omogućilo Faradeju da otkrije električni motor. Činjenica da struja, kad ide ukrug ponovo i ponovo, daje magnetno polje, bila je takođe od izuzetnog značaja. Šta ako onaj magnetni kamen čija su svojstva poznavali još stari Grci - dakle, kamen koji je prirodni magnet - sadrži u sebi neke takve, kružne električne struje, u malenim, atomskim razmerama? Eto još jednog nagoveštaja da atomi imaju električnu prirodu.
     Ersted je, kao i mnogi drugi naučnici, stremio ka objedinjenju, pojednostavljenju, redukciji. Verovao je da su gravitacija, elektricitet i magnetizam samo različiti vidovi ispoljavanja jedne iste sile. Zato je otkriće neposredne veze između dve od tih sila bilo tako uzbudljivo (šokantno?). I Amper je tragao za jednostavnošću. Amper je, u suštini, pokušavao da odstrani magnetizam, da dokaže da je to samo jedan vid elektriciteta u kretanju - dakle, da spada u oblast elektrodinamike.

OPET DEJÀ VU

     Sada nastupa Majkl Faradej. (Dobro, već ranije je ušao, ali sad zvanično. Fanfare, molim.) Ako Faradej nije bio najveći eksperimentator svog vremena, bio je svakako jedan od kandidata za tu titulu. Kaže se da je o njemu napisano više biografija nego o Njutnu, Ajnštajnu ili Merilin Monro. Zašto? Jednim delom zbog njegove mladosti koja kao da potiče iz priče o Pepeljugi. Bio je rođen u siromaštvu, ponekad je išao gladan (jednom su mu dali jednu veknu hleba, i to mu je bila sva hrana za nedelju dana). Nije dobio praktično nikakvo školovanje, osim crkvenog. Sa četrnaest godina postao je šegrt u knjigoveznici. Tamo je uspeo da pročita neke od knjiga koje je koričio. Tako se sam obrazovao uz rad koji mu je pomagao da razvije i spretnost ruku koja će mu kasnije pomoći da izvodi opite. Jednog dana dođe mušterija sa raskupusanim trećim izdanjem Enciklopedije britanike da bude prekoričeno. Unutra Faradej nađe članak o elektricitetu, pročita, uhvati se na tu 'udicu' - i promeni svet.
     Razmislite o ovome. U redakciju neke medijske mreže stižu dve vesti, iz Asošijeted Presa:

     FARADEJ OTKRIO ELEKTRICITET,
     KRALJEVSKO DRUŠTVO POHVALILO OVAJ USPEH

     i druga

     NAPOLEON POBEGAO SA SVETE JELENE,
     KONTINENTALNE ARMIJE MARŠIRAJU

     Šta će od ta dva ući u večernje vesti kao glavna tema? A? Pa jasno! Napoleon. Međutim, u sledećih pedeset godina Faradejeva otkrića su bukvalno naelektrisala Englesku - naime, omogućila da počne elektrifikacija - i pokrenula jednu od najkorenitijih promena u načinu života ljudi na ovoj planeti koja je ikad proistekla iz pronalazaka jednog pojedinca. Eh, kad bi oni koji drže ključe medijskih kapija morali u srednjoj školi da dobiju dobre ocene iz bar nekoliko prirodnonaučnih predmeta...

SVEĆE, MOTORI, DINAMO-MAŠINE

     Evo šta je Majkl Faradej postigao. Kad je počeo profesionalni rad kao hemičar (tada mu je bila dvadeset jedna godina), otkrio je izvestan broj organskih jedinjenja, među njima i benzen. Prešao je na fiziku tako što je raščistio situaciju u elektrohemiji. (Da su oni hemičari na Univerzitetu Juta kojima se pričinilo, godine 1989, da su otkrili hladnu fuziju, malčice bolje razumeli Faradejeve zakone elektrolize, ne bi onako izblamirali i sebe i sve nas.) Faradej je onda krenuo kroz polja elektriciteta i magnetizma, čineći krupna otkrića. Evo ih:

     - otkrio je zakon indukcije, danas poznat kao Faradejev zakon, koji pokazuje kako promena magnetnog polja stvara električnu struju;
     - prvi je stvarno i proizveo električnu struju upotrebom magnetnog polja;
     - pronašao je elektromotor i dinamo;
     - pokazao je vezu između elektriciteta i stvaranja hemijskih veza;
     - otkrio je dejstvo magnetizma na svetlost;
     - i još mnogo drugog!

     I sve to bez doktorske disertacije. Pa, i bez magistarske titule. Bez diplome, štaviše. Čak nije nikad ni srednju školu završio, niti išta što bi bilo ravno srednjoj školi! Štaviše, bio je matematički nepismen. Svoja otkrića nije zapisivao jednačinama, nego običnim rečenicama - govorio je o njima, opisivao ih. Često se uz to služio i slikama koje su objašnjavale šta podaci znače.
     Godine 1990. Čikaški univerzitet pokrenuo je TV seriju pod naslovom Božićna predavanja. Ja sam imao čast da održim prvo. Dao sam mu naslov 'Sveća i Vaseljena', a to je nešto što sam pozajmio od Faradeja, koji je prvi držao ta božićna predavanja za decu, godine 1826. U svom prvom predavanju tvrdio je da upaljena sveća ilustruje sve procese koji su nauci poznati. To je bilo tačno godine 1826, ali danas, godine 1990, poznajemo i mnoge procese koji se ne dešavaju u sveći, jer je njena temperatura suviše niska. Svejedno, Faradejeva predavanja o sveći bila su oštroumna i zabavna, i kao božićni poklon za vašu decu bila bi super, ako bi se našao neki glumac sa srebrnim glasom da ih nasnimi na kompakt disk. Dodajemo još jednu facetu ovoj izuzetnoj ličnosti - bio je veliki popularizator.
     Već smo raspravljali o njegovom ispitivanju elektrolize, koje je otvorilo put otkrivanju električne strukture hemijskih atoma i otkrivanju elektrona samog. Sada želim da opišem dva Faradejeva najneobičnija doprinosa: elektromagnetnu indukciju i njegov gotovo mistični koncept 'polja'.
     Put ka modernom shvatanju elektriciteta (tačnije, elektromagnetizma ili elektromagnetnog polja) sličan je onoj slavnoj kombinaciji u bezbolu, sećate se - Tinker do Eversa, ovaj do Čensa. U ovom slučaju lopticu su dodavali Ersted do Ampera, a ovaj do Faradeja. Ersted i Amper su načinili prve korake u razumevanju električnih struja i magnetnih polja. Kad električna struja protiče kroz žice, a to radi u tvojoj kući često, ona stvara magnetna polja. Zato mi možemo da napravimo magnet snažan koliko god hoćemo, od onog maleckog u elektromotorčiću ventilatora koji držiš u ruci, a on radi na baterije, pa sve do divovskih magneta u akceleratorima - sve tako što ćemo organizovati proticanja električnih struja. Ovo razumevanje elektromagneta omogućilo nam je da shvatimo da namagnetisano parče gvožđa (dakle, magnet) sadrži u sebi malena kruženja električne struje (u svojim atomima; tako malena) i da saradnjom ogromnog broja tih kruženja nastaje zajedničko magnetno polje celog tog komada gvožđa. (I atomi nemagnetnih materijala imaju ta svoja amperska kruženja struje, ali neće da se postroje; njihova orijentacija ostaje nasumična, zbog čega njihovi atomi, delujući kud-koji, ne uspevaju da stvore nikakvo objedinjeno, zajedničko magnetno polje.)
     Faradej se dugo borio da objedini elektricitet i magnetizam. Ako elektricitet može da stvara magnetna polja, razmišljao je on, mogu li i magneti da naprave elektricitet? Zašto ne? Priroda voli simetriju. Ali trebalo mu je više od deset godina (1820-1831) da to i dokaže. I to je verovatno njegovo najveće otkriće.
     Ovo Faradejevo opitno otkriće naziva se elektromagnetna indukcija, a simetrija za kojom je on tragao pojavila se u iznenađujućem obliku. Put do slave popločan je dobrim namerama. Prvo se zapitao može li magnet da natera jednu električnu žicu, kroz koju protiče struja, da se pokrene. Dočarao je sebi sliku tih sila, a onda je sklopio aparat koji se sastojao od žice čiji je jedan kraj bio priključen na bateriju, a drugi slobodno visio i bio zamočen u činiju punu žive. U živu je ispod tog mesta potopio i gvozdeni magnet. Kad je uključio struju iz baterije, žica je počela da se okreće po živi, ukrug, oko magneta. Danas znamo da je ta čudnovata naprava bila električni motor. Faradej je pretvorio elektricitet u kretanje, sposobno da obavlja rad.
     Hajde da preskočimo na godinu 1831. i na još jedan pronalazak. Faradej je uzeo komad mekog gvožđa izliven u obliku uštipka (debelog prstena sa velikom rupom u sredini). Zatim je uzeo dugačku bakarnu žicu i ovio je mnogo puta oko jedne strane uštipka, tako da su tu nastali mnogobrojni namotaji. Dva kraja te žice priključio je na osetljiv instrument za merenje struje, takozvani galvanometar. Drugi, sličan komad žice ovio je mnogo puta oko suprotnog kraja gvozdenog uštipka, ali je krajeve te žice priključio na bateriju, tako da je sad mogao po želji da uključi struju. Ova sprava sad se zove transformator. Da vidimo. Imamo dva namotaja (solenoida) izolovane žice na dve suprotne strane uštipka. Jedan namotaj, hajde da kažemo da je to namotaj A, priključen je na bateriju; drugi namotaj (B) na galvanometar. Šta će biti kad neko uključi struju?
     Ovaj odgovor važan je za istoriju nauke. Kad struja pojuri u namotaj A, taj elektricitet će dovesti do nastanka magnetnog polja. Faradej je očekivao da će, onda, magnetno polje prouzrokovati nastanak struje u drugom namotaju, B. Ali nije ispalo baš tako; dejstvo je bio prilično čudno. Prilikom uključenja struje, igla galvanometra priključenog na A odskočila je - Ura! Električna struja! - ali samo na tren. Jedan nagli skok, a onda pad na nulu. Igla je tu, na nuli, i ostala. To je da izludiš! Gde je struja? A kad je isključio dovod struje u namotaj B, igla galvanometra vezanog za A opet je skočila, za tren, ali na suprotnu stranu. Faradej je priključio drugi, osetljiviji galvanometar; ništa. Povećao je broj namotaja; opet ništa. Dovukao je i priključio mnogo jaču bateriju; uzalud. Onda, eureka-trenutak. (Englezi u takvom trenutku ne uzvikuju "Eureka" nego "Tako mi Jupitera!") Faradej je najzad shvatio da će struja u prvom namotaju izazvati pojavu struje u drugom namotaju, ali samo prilikom promene. Prema tome, kao što se u sledećih trideset godina istraživanja potvrdilo, električno polje nastaje samo pod dejstvom promenljivog magnetnog polja.
     Tehnologija koja je, kad joj je došlo vreme, izronila iz ovog otkrića zove se električni generator. Uhvatimo magnet i nakačimo ga na nešto što se vrti, neku osovinu; takvim mehaničkim rotiranjem magneta dobijemo obrtno magnetno polje. Ono se, dakle, stalno menja. To polje će u onom drugom namotaju stvoriti električno polje; ako krajeve žice tog drugog namotaja povežemo u nekakvo električno kolo, tu će da poteče električna struja. E, sad, kako da obrćemo osovinu? Može to pomoću poluge povijene u stranu, sa ručkom (zove se 'kurbla'): uhvatiš, pa obrćeš, obrćeš... Možeš i da namestiš da to radi sila nekog vodopada. Ili upregneš snagu neke parne turbine. Eto kako smo dobili električnu struju koja pretvara noć u dan i koja daje eneregiju svim onim utikačkim kutijama u zidovima naših stanova i fabrika.
     Ali mi, čisti naučnici... mi smo na tragu a-tomu i Božijoj čestici; mi se zanimamo za ovu tehnologiju samo zato što bi bez Faradejevog elektriciteta bilo strašno teško napraviti ubrzivače čestica. A što se Faradeja tiče, njega lično bi elektrifikacija sveta zanimala samo utoliko što bi sad imao mogućnost da radi i noću.
     Prvi generator za proizvodnju struje imao je zaista kurblu, morao je neko da ga obrće ručno. Napravio ga je Faradej svojim rukama. U onim vremenima, ta mašina zvala se dinamo. Ali kad ga je napravio, nije baš znao šta da radi s njim; suviše je bio zauzet "otkrivanjem novih činjenica... a siguran da će ono drugo (praktična primena pronalazaka) već biti razvijeno, kasnije". Poznata je priča o poseti britanskog predsednika vlade 1832. godine Faradejevoj laboratoriji. Uperio je prst ka toj smešnoj mašinčini i pitao za šta će se koristiti. "To mi poznato nije, ali sam spreman da se opkladim da će jednog dana vaša vlada razrezati porez na to", rekao je Faradej. Porez na proizvodnju struje uvedena je u Engleskoj godine 1880.

NEKA POLJE BUDE SA VAMA

     Faradejev glavni konceptualni doprinos, bitan za našu istoriju redukcionizma, bilo je polje. Da se pripremimo za ovo, moramo se vratimo do Ruđera Boškovića, koji je objavio radikalnu hipotezu nekih sedamdeset godina pre Faradejevog vremena i poneo a-tom jedan važan korak napred. Kako se a-tomi sudaraju? - pitao je Ruđer Bošković. Kad se bilijarske kugle čuknu, izobliče se; pošto su napravljene od drveta, koje je elastično, ispravljanjem nastalog izobličenja kugle se otisnu jedna od druge. Može li se zamisliti izobličeni a-tom? Šta bi se to izobličilo? Šta bi se to vratilo u svoj prvobitni oblik? Takvo razmišljanje navelo je Boškovića da svede a-tome na matematičke tačke bez dimenzija i bez strukture. Ta tačka je izvor sila, kako privlačnih tako i odbojnih. Sačinio je podroban geometrijski model koji je opisivao atomske sudare veoma verodostojno. Tačkasti atom činio je sve što i Njutnov 'tvrdi, masivni' atom, a nudio je i neke prednosti. Iako nije imao nikakvu proširenost, imao je inerciju, a to znači i masu. Boškovićev a-tom posezao je i dohvatao u prostor oko sebe pomoću sila koje su zračile iz njega. Ovo je bilo zaista proročansko razmišljanje - kao da je Bošković imao znanje iz budućnosti! I Faradej je bio uveren da je a-tom tačka, ali o tome nije mnogo govorio zato što nije mogao ponuditi nijedan dokaz. Hipoteza Bošković-Faradej glasi: materija se sastoji od tačkastih a-toma koji su okruženi silama. Njutn je govorio da sila deluje na masu; ovo je očigledno bilo proširenje Njutnove zamisli. A kako se ta sila ispoljava?
     "Hajde da se zabavimo jednom igrom", kažem studentima u velikoj fakultetskoj dvorani. "Kad student koji je levo od tebe digne i spusti ruku, onda i ti digni i spusti ruku." Na kraju svakog reda signal pomaknemo za taj jedan red unazad i prebacimo uputstvo da glasi "student desno od tebe". Pogledamo ko sedi u prvom redu sasvim na levom kraju i počnemo od tog studenta (studentkinje). On (ili ona) digne i spusti ruku. Talas tog dizanja ruke krene duž prvog reda, prođe celom širinom dvorane, prenese se u drugi red, treći red i tako sve do poslednjeg, najvišeg reda gde na kraju prestane. Tu se javlja jedno uznemirenje koje se raspostire kroz sredinu studenata, nekom brzinom. Isto kao kad talasaju hiljade navijača usklađeno na sportskim stadionima širom sveta. Vodeni talas ima iste odlike. Poremećaj putuje, dabome, ali svaka pojedina čestica vode ostaje gde je i bila; diže se i spušta, ali ne ide nikakvom vodoravnom brzinom nikuda. Jedino remećenje je uzdizanje talasa. Medijum je voda. Brzina zavisi od osobina vode. Zvuci se šire kroz vazduh na sličan način. Ali kako sila preskače sa atoma na atom kroz prazan prostor kojim su atomi razdvojeni? Njutn je tu loptu odbio od sebe. "Ne formulišem nikakvu hipotezu", rekao je. Formulisao on ili ne, hipoteza je postojala, bila je široko rasprostranjena i prihvaćena, i govorila je da postoji neko tajanstveno delovanje na daljinu. Te reči su služile samo da 'čuvaju mesto' za neko buduće razumevanje kako gravitacija, zapravo, deluje.
     Faradej je uveo koncept polja, sposobnosti prostora da bude uznemiren delovanjem nekog izvora koji se negde nalazi. Najpoznatiji primer jeste magnet koji pokušava da dohvati i zgrabi gvozdene eksere. Faradej je sebi dočaravao sliku kako je prostor oko magneta ili namotaja 'napregnut' zbog izvora. Koncept polja izranjao je bolno, tokom mnogo godina, u mnogim spisima, tako da istoričari uživaju nadmudrujući se oko pitanja kad je, gde, šta i kako isplivalo na površinu. Evo šta je napisao Faradej kao belešku godine 1832: "Kad magnet deluje na udaljeni magnet ili na parče gvožđa, uzročnik toga uticaja... napreduje postupno iz magnetnih tela i treba mu neko vreme da stigne." (Ja sam podvukao tih poslednjih šest reči.) Faradejev koncept je, dakle, sledeći: jedno 'remećenje' - na primer, magnetno polje jačine 0,1 tesle - može da putuje kroz prostor, da doputuje do trunčice gvozdenog praha; a onda da obavesti trunčicu gvozdenog praha da je stiglo i da, štaviše, može primeniti silu. To je ono što jak vodeni talas uradi nepažljivom kupaču. Vodeni talas, nek je visok, recimo, jedan metar, mora da ima na raspolaganju vodu da bi imao kroz šta da putuje. A šta mora magnetno polje da ima na raspolaganju?... Sa tim pitanjem se i danas rvemo. Kasnije ćemo o tome.
     Za razotkrivanje prisutnosti magnetnih linija sile poslužiće nam onaj stari opit koji ste izvodili u školi: preko potkovičastog magneta stavi se list hartije, a po njemu pospu trunčice gvožđa. Malo kuckaš nečim po hartiji da bi se trunčice oslobodile trenja sa hartijom; one odskaču malčice i raspoređuju se postepeno u prepoznatljivi obrazac linija koje spajaju polove magneta. Faradej je smatrao da su te linije stvarna ispoljavanja njegovog koncepta polja. Važno pitanje ovde nisu Faradejevi dvosmisleni opisi te njegove alternative za delovanje na daljinu; nego, kako će taj koncept izmeniti i upotrebiti naš sledeći električar, Škot po imenu Džejms Klerk Maksvel (1831-1879).
     Pre nego što napustimo Faradeja, treba da razjasnimo njegov stav prema atomima. Ostavio nam je godine 1839. dva navoda kao dva draga kamena. Prvi glasi:

     Iako nikakvog znanja nemamo o tome šta atom jeste, ne možemo odoleti iskušenju da ne uobličimo neku zamisao o malenoj čestici koja u našem umu treba da predstavi atom - postoji sva sila činjenica koje opravdavaju naše verovanje da atomi materije jesu na neki način sa električnim silama povezani, kojima duguju svoje najuočljivije odlike, među kojima je i hemijski afinitet (kad jedan atom drugi atom privlači).

     Drugi glasi:
     Moram priznati da zazirem od reči atom, jer iako je vrlo lako o atomima pričati, vrlo je teško uobličiti neku jasnu zamisao o njihovoj prirodi kad razmatramo složena tela.

     Ejbraham Pejz (Abraham Pais), citirajući ove iskaze u svojoj knjizi Unutrašnja povezanost, zaključuje: "To je pravi Faradej, izvrsni eksperimentator, koji prihvata samo ono što je silom opitnih dokaza prinuđen da prihvati."

BRZINOM SVETLOSTI

     Ako su se u prvom delu utakmice loptu jedan drugom dodavali Ersted, Amper i Faradej, sad se nastavlja tako do Maksvela koji će dodati loptu Hercu. Iako je Faradej-pronalazač izmenio svet, njegova nauka nije mogla sama stajati na nogama i brzo bi skončala u nekom bezizlazju da nije bilo Maksvelove sinteze. Maksvelu se činilo da Faradej daje samo napola artikulisane (naime, nematematičke) uvide. Ako zamislite Faradeja kao Tihoa Brahea, Maksvel je postao njegov Kepler. Faradejeve magnetne linije sile poslužile su mu kao stepenice za uspon do koncepta polja, a onaj Faradejev sasvim izuzetan komentar iz 1832. godine - da se elektromagnetna dejstva ne prenose trenutno nego da im je potrebno da putuju tokom tačno određenog vremena - odigrao je ključnu ulogu u Maksvelovom velikom otkriću.
     Maksvel je u celosti priznao šta sve duguje Faradeju, čak se divio njegovoj matematičkoj nepismenosti zato što je upravo ona prinudila Faradeja da se izražava "jezikom prirodnim, netehničkim". Maksvel je tvrdio da nadasve želi da prenese Faradejeve poglede na elektricitet i magnetizam u matematički oblik. Ali izučavanje koje je iz toga proizišlo otišlo je mnogo dalje nego što bi Faradej ikad mogao.
     Tokom šest godina, od 1860. do 1865, izlazili su iz štampe Maksvelovi stručni radovi. Bili su primer zbijene, teške, složene matematike (gaaahhhh!...), ali su se pokazali kao kruna slave te nauke, električne, koja je počela još u mutnim davnim vremenima pronalaženjem prirodno namagnetisanih komada gvozdene rude i trljanjem ćilibara. U tom, konačnom obliku, Maksvel ne samo što je komponovao matematičku faradejsku muziku (mada atonalnu) nego je i dokazao da elektromagnetni talasi postoje i da se prostiru kroz prostor nekom konačnom brzinom, kao što je Faradej i predvideo. Bila je ovo važna poenta; mnogi Faradejevi i Maksvelovi savremenici mislili su da se sile prenose trenutno. Maksvel je precizirao kako će Faradejevo polje dejstvovati. Faradej je opitno ustanovio da magnetno polje, kad se menja, dovodi do stvaranja električnog polja. Maksvel je, rvući se da u svojim jednačinama postigne simetriju i doslednost, dao postulat po kome i promene u električnom polju moraju dati magnetno. Posledica ovoga, koja se dogodila u samoj matematici, bila je sledeća: električna i magnetna polja počela su da se talasaju i povlače napred-nazad, a ova talasanja pojurila su napolje, u okolna prostranstva (sve još samo u Maksvelovim sveskama), to jest da se udaljuju od svojih izvora, brzinom koja je morala zavisiti od svakojakih električnih i magnetnih vrednosti.
     Ali Maksvela je čekalo jedno iznenađenje, koje Faradej nije predvideo, a koje možemo smatrati Maksvelovim, u suštini, najvećim otkrićem. Brzina tih elektromagnetnih talasa. Maksvel je zurio u svoje jednačine, a kad je u njih uključio tačne brojeve eksperimentalno utvrđene, na drugom kraju se pojavio ishod: 3 x 108 metara u sekundi. "Gusku ti počupo!" kriknuo je Maksvel - te, ili neke druge reči koje Škot kaže kad je iznenađen. Jer 3 x 108, to je brzina svetlosti, izmerena prvi put nekoliko godina pre toga. Kao što nam je pokazao raniji slučaj sa Njutnom i tajnom dve mase, u nauci postoji vrlo malo ili nimalo pravih podudarnosti. Maksvel je zaključio da je svetlost samo jedan primer elektromagnetnog talasanja. Dakle, elektricitet ne mora ostati zarobljen u žicama, on može i da poleti kroz prostor kao što to svetlost čini. "Teško možemo izbeći zaključak", pisao je Maksvel, "da se svetlost sastoji od poprečnih (transverzalnih) talasanja istog onog medijuma koji uzrokuje i električne pojave, kao i magnetne." Maksvel je otvorio mogućnost, koju je Hajnrih Herc potom zgrabio, da se ova teorija opitno potvrdi tako što će se elektromagnetni talasi proizvoditi. Tek neki sasvim drugi ljudi, među kojima su Guljelmo Markoni (Guglielmo Marconi) i mnoštvo pronalazača u novijim vremenima, razvili su 'drugi talas' elektromagnetne tehnologije: radio, radar, televiziju, mikrotalasnu pećnicu i laserske komunikacije.
     Evo kako to radi. Razmotrimo jedan elektron koji nikud ne ide - naprosto miruje. Pošto on ima naelektrisanje, oko njega postoji električno polje, koje se širi kroz sav prostor (ima neograničen domašaj), ali je jače u blizini elektrona, a postaje sve slabije i slabije ako se od elektrona udaljavamo. Ovo električno polje 'ukazuje na' taj elektron. Kako znamo da postoji to polje? Lepo: uzmeš jedan pozitivan naboj i staviš ga bilo gde, a on oseti silu koja počinje da ga vuče ka elektronu. E, sad nateramo taj elektron da krene na put kroz neku žicu, i to brzo. Dve stvari se dogode. Prvo, električno polje počne da se menja, i to ne trenutno nego tek onda kad informacija o tome dopre do one tačke u prostoru gde mi vršimo merenje. Drugo, kad se jedno naelektrisanje pomera, to već jeste električna struja u toj žici; zbog toga nastaje magnetno polje oko nje.
     Sad upotrebi silu i nateraj taj jedan elektron (i mnoštvo njegove sabraće) da jurcaju kroz žicu tamo-amo, tamo-amo. Neka to bude jedan pravilan ciklus kretanja napred i nazad, napred i nazad. Nastale promene u električnom i magnetnom polju šire se od žice u okolni prostor, nekom konačnom brzinom - brzinom svetlosti. Jedna takva promena jeste jedan elektromagnetni talas. Žicu u kojoj se ovo trčkaranje tamo-amo događa često nazivamo 'antena', a ona sila koja goni elektrone da to rade često je signal na nekoj radiotalasnoj frekvenciji. Tako se dogodi da signal, noseći koju god hoćete poruku, poleti iz antene brzinom svetlosti, a onda se širi na sve strane. Kad stigne do druge antene, šta ga čeka u njoj? Čeka ga mnoštvo drugih elektrona; signal će sada njih naterati da se kreću sa trzajima tamo-amo, stvarajući promenljivu struju koja se može otkriti i pretvoriti u video i audio informaciju.
     Iako je dao divovski doprinos nauci, Maksvel nije postao, kao što kažu, 'slavan preko noći'. Čujte samo šta su pojedini kritičari govorili o njegovom delu:

     - "Koncepcija dosta gruba", ser Ričard Glejzbruk (Richard Glayebrook).
     - "Osećanje nelagodnosti, često čak i nepoverenja, meša se sa divljenjem..." Anri Poankare (Henri Poincaré).
     - "Nije našao nikakvo uporište u Nemačkoj, gde, zapravo, jedva da ga je iko primetio", Maks Plank (Max Planck).
     - "Mogu da kažem jednu stvar o toj teoriji (o elektromagnetnoj teoriji svetlosti). Mislim da je neprihvatljiva", Lord Kelvin.

     Kad u štampi dobijaš ovakve ocene, teško je postati 'superstar'. Maksvela je do legende uzdigao tek jedan eksperimentator, ali Maksvel nije dočekao ta vremena... Umro je desetak godina prerano.