Iată-ne la al patrulea articol din seria dedicată istoriei ştiinţei. Primul popas a fost în Grecia Antică de acum 2500 de ani, când se credea că tot Universul este creat din patru ingrediente elementare (apă, aer, pământ şi foc), combinate după o reţetă necunoscută pentru a crea diversitatea din jurul nostru. Călătoria ne-a dus apoi pe urmele descoperirii elementelor chimice, atomilor şi apoi a nucleelor atomice. Şi am văzut cum din 1910 umanitatea ştia că de fapt ingredientele Universului sunt electronii şi câteva zeci de tipuri de nuclee. Electronii se roteau în jurul unui nucleu tot aşa cum planetele se rotesc în jurul unei stele. Reţeta Universului era aşadar forţa electrică, căci ea ţinea electronii în atomi şi atomii în molecule. Descoperirile ştiinţifice s-au succedat apoi cu rapiditate, iar până în 1932 s-a cristalizat o nouă viziune asupra Universului.
În primul rând, fizicienii au rafinat modelul teoretic al atomului. Similitudinea între un sistem planetar şi un atom era de fapt imperfectă, căci dacă o planetă se poate deplasa în principiu la orice distanţă în jurul Soarelui, un electron se poate roti doar la distanţe precise în jurul unui nucleu. La fiecare astfel de distanţă precisă electronul avea o energie precisă. Saltul unui electron între aceste distanţe precise cu energii precise se făcea prin absorbţia sau emisia de energie sub formă de particule de lumină. Emisia şi absorbţia luminii, precum şi funcţionarea atomilor şi a moleculelor, a fost explicată aşadar de fizică prin intermediul unei teorii noi, revoluţionare, ce a apărut în anul 1925: mecanica cuantică. Reţeta care explica toate acestea (electricitate, magnetism şi lumină) era forţa electromagnetică.
În al doilea rând, la acelaşi laborator de la universitatea Cambridge din Marea Britanie şi acelaşi cercetător care a descoperit nucleul, Ernest Rutherford, a descoperit în 1919 şi protonul, ca componentă a tuturor nucleelor din lume. Totodată, cel mai simplu nucleu existent era format dintr-un singur proton (nucleul de hidrogen). Protonul era pozitiv din punct de vedere electric.
În 1932, tot la Cambridge, a fost descoperit şi neutronul ca componentă a tuturor nucleelor, mai puţin a celui de hidrogen. La început s-a crezut că de fapt neutronul ar fi un fel de atom format doar dintr-un proton şi electron, căci existau unele cazuri de dezintegrare nucleară când un neutron se transforma într-un proton şi electron. Dar noile legi ale mecanicii cuantice arătau că, în ciuda intuiției clasice, o particulă nu putea avea în acelaşi timp şi o poziţie fixă şi o viteză fixă. Astfel, dacă se ştia sigur ca electronul exista în interiorul nucleului, atunci rezulta că electronul putea avea şi o viteză aşa de mare încât ar fi zburat din nucleu. Şi atunci nucleul nu mai fi fost stabil. Din fericire, după un deceniu de observaţii experimentale riguroase, James Chadwick a arătat că neutronul este de fapt o particulă de sine stătătoare, care nu conţine electronul în ea, ci care efectiv dispare şi lasă în urma sa un proton şi un electron atunci când are loc o dezintegrare nucleară.
Cu acestea, ingredientele Universului s-au simplificat uimitor. Dacă aţi fi un „bucătar cosmic”, nu ar trebui să aveţi în cămară zeci de tipuri de nuclee deja formate şi o cutie cu electroni, ci ar fi suficient să aveţi o cutie cu protoni, o cutie cu neutroni şi una cu electroni! Explicarea Universului prin cât mai puţine ingrediente este unul din scopurile ştiinţei. Dar după ce reţetă trebuie puşi neutronii şi protonii pentru a sta împreună şi a crea nuclee stabile care să creeze atomi stabili şi să ne permită nouă să existăm? Dacă singura reţetă ar fi forţa electrică, protonii pozitivi s-ar respinge între ei, iar neutronii neutri nu ar participa la forţa electrică. Şi atunci cum de nucleul atomic este stabil? Despre aceasta în articolul următor.
Universul: rețetă și ingrediente V
