Science is not fun

Opinions personals de membres del CEHIC i alumnes de postgrau

abr. 12 2016

Matèria i radiació. La importància dels oblidats.

Posted in General |

Em dic Roger Tarrés. Sóc alumne del Màster en Història de la Ciència que ofereixen la UAB i la UB i que coordina el CEHIC. Actualment estic cursant l’assignatura titulada M8. De Frankenstein a Einstein i coordinada per X. Roqué. Els temes que toquem a cada sessió són treballats prèviament pels alumnes i, algun d’ells, fa una breu exposició sobre el tema en qüestió. Aquesta publicació està basada en una exposició que vaig escollir fer fa unes setmanes i la seva posterior discussió grupal. L’entrada està dividida en tres parts: primer, l’exposició que vaig fer; segon, la discussió grupal i tercer, una conclusió i opinió personal.

La meva tasca consistia en explicar les relacions entre matèria i energia en les primeres dècades del segle passat. Ara bé, tal i com he anat veient durant el Màster, les particions històriques arbitràries, els segles, no són ineludibles; així doncs, vaig decidir començar la meva exposició al 1895 amb el descobriment dels raigs X per part del científic alemany Wilhelm Röntgen. Una radiació invisible que travessa matèria.

També vaig mencionar Henri Becquerel, descobridor dels raigs urànics a través de l’exposició a l’urani d’unes plaques fotogràfiques protegides amb paper opac. Aquest descobriment al 1896 no és trivial, ja que serà el punt de partida de Curie, la protagonista d’aquest working world que esdevindrà la radioactivitat. Becquerel s’adonà que els raigs urànics provocaven que l’aire conduís l’electricitat, però mai pogué mesurar aquesta ionització.

Aquí és on entra Curie, i també Pierre. Al 1897 disposaven dels instruments necessaris per mesurar la ionització que observà Becquerel. La medició no fou pas fàcil. Utilitzaren el mètode de balança elèctrica basada en la piezoelectricitat i un instrument anomenat electròmetre de quadrants. Duent a terme aquestes mesures acabaren descobrint primer el Poloni i després el Radi. Tot i que a mi m’atrau d’una manera gegant el com, no l’exposaré aquí perquè faria l’escrit molt farragós. Així doncs, em centraré en el per què és important aquest descobriment.

El que Curie anomenà radioactivitat és rellevant perquè era una novetat. El seu descobriment també és cabdal perquè certs principis de la física, com el de la conservació de l’energia, o de la química, com la immutabilitat de la matèria, foren qüestionats. Aquí radica el punt clau del text, ja que sorgeixen problemes que afecten a la matèria i a la radiació. L’energia quantitzada que surt dels materials actius és, per a l’època, descomunal i inesperada.

Amb aquestes qüestions obertes entrem al segle XX. Si fins ara hem vist com aparegueren diferents radiacions ionitzants (raigs X i radioactivitat), l’estructura de la matèria agafa el paper protagonista, més endavant veurem per què. M’agradaria, abans de passar a les següents explicacions, matisar el mot que he fet servir: radiacions ionitzants. No l’hem de confondre amb radiacions. El primer està inclòs dins el segon, que és més general. El terme radiacions fa referència a qualsevol emissió d’energia en forma d’ones: microones, ones de ràdio, la llum… i també fa referència a les radiacions ionitzants, és a dir les que són capaces d’ionitzar l’aire (les més energètiques), com ara els raigs X o els raigs gamma.

Ara sí. Un breu resum dels passos del segle XX en la creació de models atòmics. Al 1904 J. J. Thomson crea el seu: el pastís de panses, on les panses serien “electrons” i la resta de la massa del pastís estaria carregada positivament. Pocs anys més tard, Rutherford observa per primera vegada el nucli atòmic, fet que el portà a concebre un nou model amb un petit nucli positiu i al seu voltant càrregues negatives. Però Niels Bohr qüestiona el model: per què l’àtom no col·lapsa?

Arribats en aquest punt tenim preguntes no resoltes en l’àmbit de radiació i també en el de l’estructura de la matèria. Per tal de resoldre-les, Bohr es recolza en Planck i Einstein.

Planck, ben al principi del segle de les guerres mundials trobà la solució a la denominada catàstrofe ultravioleta, un problema de la física clàssica amb la radiació d’un cos negre (ja comencem a relacionar matèria i radiació), un cos que absorveix tota la radiació: segons els models de l’època, la teoria no s’ajustava a les dades experimentals que relacionaven energia i freqüència. La solució de Planck fou la quantització de l’energia amb els seus quanta. Aquesta discretització permeté a Einstein desciure l’Efecte Fotoelèctric al 1905, i de pas guanyar un Premi Nobel.

Bohr agafà el relleu i, de manera molt resumida, estipulà que el nucli de l’àtom era positiu i que els electrons es trobaven al seu voltant, sí, però no de qualsevol manera. El científic de l’Orde de l’Elefant, Bohr, modelitzà diferents nivells energètics per als electrons, explicant que s’anaven col·locant de menys energia (més aprop del nucli) a més energia. A més, mencionà que els electrons es podien moure entre nivells i/o òrbites emetent o absorvint energia en funció de si descendien de nivell o ascendien, respectivament.

Amb aquesta última frase arribem al primer dels punts culminants del text: amb Bohr, la relació entre matèria i energia queda explicada i les preguntes contestades. Més i tot si hi sumem que al 1916 ell mateix acaba resumint que la naturalesa de l’àtom depèn de la càrrega atòmica i que la radioactivitat és el decaïment del nucli.

El segon punt clau és conseqüència del primer. Tots aquests coneixements entre matèria i energia desenvoquen en la mecànica quàntica, molt present als nostres dies.

Aquesta va ser la meva presentació (o m’hagues agradat que ho hagués estat). Els comentaris van ser molt constructius, ja que em vaig adonar que m’havia deixat una part important de la història, que acostuma a ser la menys reconeguda. En tota l’exposició no vaig mencionar en cap moment de manera detallada la tecnologia de l’època, ni qui la construïa, ni per què la construïa i ni si el món acadèmic de la història que he explicat tenia relació amb aquest altre, etiquetat com el de les research technologies.

A classe sorgiren diversos exemples interessants a partir d’aquesta idea. Per exemple, vaig comentar breument Rutherford però en cap moment vaig dedicar importància a la tecnologia dels aparells utilitzats per a dur a terme el seu fantàstic descobriment. No vull que se m’entengui malament: no estic intentant treure mèrit a Rutherford, ni molt menys, simplement vull alçar la veu en favor de gent que sempre es troba a l’ombra, com la small science amb la big science.

Un altre cas que va explicar Xavier Roqué, i que des que el vaig sentir vaig creure oportú comentar aquí, és el del constructor del camp magnètic més gran, A. Cotton. Si bé aquesta persona no tenia en ment cap aplicació, hi hagué un gran interès en la seva creació per part de diferents agrupacions i es féu servir en molts casos.

Podria, també, explicar el cas dels radioaficionats, que de tant treballar amb els aparells es convertiren en experts en vàlvules i detectors. En fi, d’exmples n’hi ha milers, però crec que amb els exposats la idea queda il·lustrada.

A tall d’opinió personal i conclusió, no queda cap dubte que aquests anys marcaren un abans i un després en la ciència i la societat, però l’exposició que vaig fer només evidencià la part coneguda d’aquest període. La posterior discussió enriquí molt la història ja que sortiren a la llum altres aspectes que ometí.

Aquest últim punt em torna a la meva primera classe entre història i ciència, ja fa una mica més d’un any: allà debatirem què era més gran, història o passat. En aquest escrit la discussió hi és més que mai, ja que, per una banda, el passat és més gran que la història perquè mai no podrem explicar-ho tot i, de fet, el que expliquem estarà condicionat per les nostres ments sense poder ser exactament fidedignes als fets.

D’altra banda, però, també podria dir que la història és més gran que el passat, ja que d’un mateix succés hi poden haver moltes visions diferents, com la meva de l’experiment de Rutherford o la del Dr. Roqué. A més, la nostra visió és doble: tenim constància de fets que van passar i els podem valorar d’una manera diferent a l’època perquè sabem com han acabat o com es troben en l’actualitat.

De què sóc partidari? No importa, el fet és que d’una història a priori acadèmica i lineal sorgiren aspectes que m’aportaren una perspectiva diferent i que, al seu torn, aquest canvi d’orientació em féu reflexionar sobre el tema fins a enllaçar-ho amb la primera classe d’Història de la Física que vaig tenir. El que em sorprèn realment és que he arribat a una conclusió totalment oposada a la qual vaig arribar fa un any enrere. Puc deduïr les raons, però hi seguiré pensant.

Referències

Marie Curie, Pierre Curie. Introducció “Marie Curie, icona ambivalent” per Xavier Roqué, pp. 9-44; i capítols IV, V i VI (Santa Coloma de Queralt: Obrador Edèndum i Publicacions URV, 2009).

Roqué, Xavier. “Releer a Curie.” A: Marie Curie. Escritos Biográficos (Bellaterra: Edicions UAB, 2011), pp. 9–32.

Pycior, Helena. “Marie Curie’s “Anti-Natural Path”: Time Only for Science and Family.” A: Pnina Abir-Am and Dorinda Outram, eds. Uneasy Careers and Intimate Lives, Women in Science 1789-1979 (New Brunswick, NJ: Rutgers University Press, 1987), pp. 191–214.

B. Joerges i T. Shinn, “A Fresh Look at Instrumentation. An Introduction”. A: B. Joerges i T. Shinn, eds., Instrumentation Between Science, State and Industry (Dordrecht: Kluwer, 2001), pp. 49–65.

Elena, Alberto. “Skirts in the Lab: Madame Curie and the Image of the Woman Scientist in the Feature Film.” Public Understanding of Science 6, no. 3: pp. 269–278.

J. Agar, Ch.2, “2. New Physics”, in Science in the 20th Century and Beyond (Cambridge: Polity, 2012), pp. 15–43.


This entry was posted on dimarts, 12 abril, 2016 at 14:32 and is filed under General. You can follow any responses to this entry through the feed. You can leave a response, or trackback from your own site.

Deixa un comentari

Si us plau, demostra que no ets un robot * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.