WSZECHŚWIAT ŻYCIE CZŁOWIEK - POPULARNONAUKOWA PRACA ZBIOROWA - EWOLUCJA-ATOMISTYKA-CHEMIA-ASTRONOMIA-HISTORIA CZŁOWIEKA.rtf

WSZECHŚWIAT ŻYCIE CZŁOWIEK

Obserwacje nieba od najdawniejszych czasów służyły potrzebom praktycznym

Z dziejów astronomii

PROF. DK WŁODZIMIERZ ZONN

Astronomia, jedna z najwcześniej powstałych nauk, jest nauką

o              budowie i rozwoju ciał niebieskich i wszechświata.

Astronomia zrodziła się z potrzeb życia codziennego. Początko­wo chodziło w astronomii głównie o sposoby mierzenia czasu; inaczej mówiąc, o posiadanie możliwości dokładnego wyznacza­nia pór dnia i roku.

Sprawa ta nie jest bynajmniej tak błaha, jak mogłoby się ko­muś wydawać. Zmiany pór roku, dnia i nocy odgrywają bowiem

decydująęą rolę w naszym życiu i dziś, a tym bardziej odgrywały ją dawniej. Cały układ życia człowieka pierwotnego, jego wypra­wy myśliwskie, praca na roli — wszystko to było jak najściślej związane z porą roku i dnia.

Po to, by móc cokolwiek zaplanować, choćby w najprymityw­niejszym tego słowa znaczeniu, trzeba było wiedzieć z góry, kiedy nadejdzie noc, kiedy zaczną się wiosenne roztopy lub je­sienne dojrzewanie owoców i jarzyn, kiedy nastąpią pierwsze przymrozki i kiedy spadnie śnieg. Aby to wszystko wiedzieć, na­leżało pilnie obserwować niebo; wszystkie te zjawiska wiążą się bowiem z takim czy innym położeniem Słońca względem

horyzontu lub względem ■ gwiazd.

Tak oto powstała astro­nomia, początkowo jako nauka mierzenia czasu i przepowiadania pewnych naturalnych zjawisk na powierzchni Ziemi: nastę­powania zmroku, rozpo­czynania się zimy i lata, czasu wylewu rzek.

Z obserwacji, które słu­żyły do tych celów, astro­nomowie starali się uzy-. skać pewne ogólne dane o rozmieszczeniu i rufchu tych ciał, za których po­mocą wyznaczali czas — a więc przede wszystkim Księżyca, Słońca i gwiazd. Pełne bowiem wykorzysta­nie zjawisk naturalnych możliwe jest tylko wtedy, gdy je dobrze rozumiemy,

znamy prawa nimi rządzące. Tak astronęmia stawała się nauką

o              wszechświecie jako pewnej całości i o prawach, które nim rządzą.

Astronomowie starożytni, podobnie jak i my dziś, nie umieli oceniać odległości ciał niebieskich „na oko“. Wydawało im się (tak zresztą jak i nam się dziś wydaje), że wszystko, co jest do­

koła nas i co widzimy na niebie, leży w jednakowej od nas odle­głości. Innymi słowy, sądzili, że wszystkie gwiazdy leżą na po­wierzchni jakiejś olbrzymiej przezroczystej kuli, której środkiem jest Ziemia. Do tej przezroczystej, kryształowej, jak mniemali, kuli przymocowane są małe światełka — gwiazdy. Kulę tę na­

zwano sferą gwiazd stałych, słowo sfajra oznacza bowiem po grecku kulą.

Codzienne obserwacje nieba wykazywały, że owa domniemana sfera gwiazd stałych obraca się ze stałą prędkością jednego obró- H na dobę. Dziś wiemy, że jest to ruch pozorny, wynikający z obrotu Ziemi dokoła osi. Astronomowie starożytni myśleli jed­nak, że ruch ten jest ruchem rzeczywistym, to znaczy, że sfera gwiazd stałych istotnie obraca się nieustannie i bezdźwięcznie dokoła pewnej osi, którą nazywano wtedy osią świata.

Nie mieli powodów, żeby w to wątpić. Wszak nie odczuwali żadnych wstrząsów, nie mieli żadnych dowodów obrotu Ziemi. Sądzili więc, że Ziemia jest nieruchoma, natomiast wokół niej I obraca się jakoby cała olbrzymia sfera gwiazd stałych. Oprócz I gwiazd stałych (nazwanych tak dlatego, że nie zmieniają swego I wzajemnego położenia na niebie i są jak gdyby przymocowane I do niego) astronomowie starożytni poznali kilka ciał, których I położenie względem gwiazd ulegało nieustannym zmianom. I Ciała te jakby błądziły wśród gwiazd i dlatego nazwano je pla- I netami, od greckiego wyrazu planao, co znaczy błądzę.

Ciał tych nie mogli oni włączyć do sfery gwiazd stałych wła­śnie dlatego, że ich ruch był inny niż ruch wszystkich gwiazd. Dlatego też w starożytnym modelu świata każda z planet umie­szczona była na oddzielnej kuli (sferze). Rozmiary i prędkość ruchu tych kul dobrano tak, aby obie te wielkości zgadzały się z wynikami obserwacji. Najbliższa Ziemi i najmniejsza była sfera Księżyca; nieco dalsza i większa — sfera Merkurego, potem sfera Wenus, sfera Słońca, Marsa, Jowisza. Ostatnia była sfera Saturna, sąsiadująca ze sferą gwiazd stałych, zamykającą cały wszechświat

Uznawany podówczas model wszechświata, który przed chwi­lą opisaliśmy, nazywamy często modelem geocentiycz- n y m (od greckiego wyrazu ge = Ziemia), ponieważ główną ce­chą tego modelu było centralne położenie Ziemi we wszechświe- cie. Ziemia była w nim nieruchoma i znajdowała się w środku kul, na których starożytni astronomowie umieścili planety i gwiazdy.

Pr o f. dr Włodzimierz Z on n

To centralne położenie Ziemi w starożytnym modelu wszech­świata stworzyło grunt dla niesłusznego ujmowania wielu zja­wisk przyrodniczych. Sądzono bowiem, że Ziemia jest przez to wyróżnionym ciałem we wszechświecie. Inne ciała niebieskie — Księżyc, Słońce, planety, gwiazdy — jako ciała, którym przypi­sywano drugorzędne znaczenie, miały według tych przekonań spełniać tylko pewne pomocnicze funkcje w przyrodzie.

Ponieważ obserwacje tych ciał służyły do mierzenia czasu, po­wstało przekonanie, że ciała te są właśnie po to, żeby służyły człowiekowi jako kalendarze i zegary. Słońce według tych prze­konań miało służyć ludziom jako zegar, a ponadto oświetlać Ziemię i obdarzać ją życiodajnym ciepłem. Księżyc miał służyć ludziom również za miarę czasu przez to, że jego wygląd zmienia się w jednakowych odstępach czasu (w okresie miesiąca), i uprzyjemniać im swoim łagodnym światłem noce. Gwiazdy i planety odgrywały rolę znaków wróżebnych, według których tzw. astrologowie układali najrozmaitsze przepowiednie doty­czące losów poszczególnych ludzi i wydarzeń historycznych. Po­glądy te służyły umacnianiu w ludziach wiary w istnienie nad­przyrodzonych czynników kierujących przyrodą i podporządko­wujących ją jakimś niejasnym, sobie tylko znanym celom, umac­niały w ludziach nie uzasadnioną niczym wiarę w istnienie bóstw i duchów.

Teoria geocentryczna mówiła o pierwszeństwie pewnych ciał niebieskich przed innymi, o wyższości Ziemi nad innymi ciałami niebieskimi. Tego rodzaju poglądy służyły ugruntowaniu w świa­domości ludzi przekonania o istnieniu wiecznej, „przyrodzonej“ nierówności między ludźmi, a więc służyły reakcyjnym klasom społecznym pragnącym uwiecznić niesprawiedliwy ustrój oparty na wyzysku człowieka przez człowieka.

Jak widać z powyższego, teoria geocentryczna odgrywała w późniejszym okresie rolę hamulca postępu. Wpływ filozoficzny tej teorii był szczególnie silny w okresie średniowiecza.

Teoria geocentryczna wraz z wnioskami, jakie z niej wysnu­wano, stała się w wiekach średnich nieodłączną częścią doktry­ny kościoła katolickiego. Uznawanie tych poglądów było jednym

12

p r o f. dr Włodzimierz Z o nn

z wymagań wiary. Kościołowi oczywiście nie chodziło wcale

o              taki czy inny model wszechświata, lecz o niesłychanie wygodne dlań konsekwencje światopoglądowe takiego pojmowania przy­rody. Jako argument przemawiający za tą teorią przytaczał kościół między innymi zdanie z Biblii mówiące, że bóg wstrzy­mał w pewnej chwili bieg Słońca, aby przedłużyć dzień. Wstrzy­mał bieg Słońca, a nie Ziemi. A zatem, wnioskowano, Ziemia jest nieruchoma. W tym okresie astronomia i inne nauki przyrodni­cze nie mogły się rozwijać; przyjęcie lub odrzucenie jakiejś teorii źostało uzależnione od tego, czy zgadza się ona, czy też nie, z sy­stemem poglądów głoszonych przez kościół.

Dopiero okres Odrodzenia wnosi w tę atmosferę średniowiecza nowy powiew. W końcu wieku XV Kolumb odkrywa Amerykę. Obszary, które dla średniowiecza były krainą baśni i legend spo­witą w trujące mgły i zamieszkałą przez jednookich cyklopów, zostają poznane przez człowieka. Na tle daleko idących przemian ekonomicznych, kształtowania się stosunków kapitalistycznych, rodzi się nowe rozumienie nauk przyrodniczych i nowe pótrzeby ich rozwoju. Jest to epoka niezwykle bujnego rozkwitu sztuki, nauki i techniki. Ale poglądy astronomiczne, wyobrażenia

o              wszechświecie są w dalszym ciągu dziwaczną mieszaniną wie­dzy i fantazji, prawdy i fałszu. Zasadniczej zmiany dokonuje do­piero nasz wielki uczony Mikołaj Kopernik (1473—1543).

Kopernik przyjął, że Ziemia nie jest centralnym ciałem wszechświata, któremu są podporządkowane Słońce i gwiazdy. Wykazał on, że w środku naszego układu planetarnego znajduje się Słońce i że planety krążą wokół Słońca, a nie, jak poprzednio sądzono, wokół Ziemi. Wśród planet obiegających Słońce zna­lazła się również Ziemia, sprowadzona obecnie do roli jednej z wielu planet, a więc pozbawiona tej wyjątkowej roli i znacze­nia, jakie przypisywano jej w teorii geocentrycznej. Znajdujące się w środku układu planetarnego Słońce znalazło się tam też nie dlatego, że miało odgrywać jakąś wyjątkową rolę, lecz dlatego tylko, że jest ciałem o największej masie. Znalazło się w środku układu planetarnego, lecz bynajmniej nie w środku świata.

Teorię tą — w odróżnieniu od poprzedniej — nazwano teorią heliocentryczną (od greckiego wyrazu helios = Słońce), zasadniczą bowiem różnicą między obu teoriami było to, że w teorii Kopernika właśnie Słońce, a nie Ziemia, znalazło się w środku naszego układu, planetarnego.

Kopernik w rozważaniach swoich nie porusza sprawy gwiazd, ale pośrednio teoria Kopernika usunęła raz na zawsze ową maleńką sferę gwiazd stałych, zamykającą wszechświat sta­rożytny.

Ziemia — jak udowodnił Kopernik — obraca się dokoła swej osi i dlatego wszyscy, którzy znajdują się na Ziemi, muszą obser­wować pozorny ruch nieba w kierunku przeciwnym niż obrót Ziemi. Niezależnie więc od tego, czy gwiazdy leżą dalej czy bliżej nas, czy wszystkie znajdują się w jednakowej od nas-od­ległości na powierzchni jakiejś domniemanej kuli, czy też są roz­rzucone zupełnie dowolnie w nieskończonej przestrzeni, ich po­zorny ruch musi być ten sam, ponieważ jest on, jak już mówiliś­my, wynikiem ruchu obrotowego Ziemi. Sfera gwiazd stałych staje się w świetle tych wywodów czymś sztucznym i fałszy­wym; dlatego też wkrótce po opublikowaniu prac Kopernika po­jęcie to znika z rozważań astronomicznych. Wraz z nim znika po­jęcie ograniczoności wszechświata. Znaleźliśmy się wtedy w nie znanym jeszcze co prawda, lecz olbrzymim, nieskończonym wszechświecie nowożytnym, który stopniowo ludzie zaczęli coraz lepiej poznawać i rozumieć.

Znikł odwieczny bezruch Ziemi nadający jej sprawom zna­czenie wyjątkowe. Człowiek, poprzednio jedyna, jakoby we wszechświecie istota rozumna, a przez to odgrywająca w nim główną rolęl przestaje być tym wielkim samotnikiem. Zdrowa myśl podsuwa przypuszczenie, że na innych planetach, na innych „ziemiach“, mogą się znaleźć inne żyjące istoty. Późniejsi ucze­ni odkryli w tym wszechświecie tysiące tysięcy ciał niebieskich podobnych na ogół do naszego Słońca. Dokoła tych ciał najpraw­dopodobniej również krążą planety podobne do naszej Ziemi, wiele bowiem gwiazd ma prawdopodobnie swoje układy plane­tarne.

P r o f. dr Włodzimierz Zonn

Centralne położenie Słońca, jak to potem wykazał wielki fizyk angielski I. Newton (1643—1727), jest wynikiem jedynie tego, że Słońce posiada masę znacznie większą niż planety. Słońce wraz ze wszystkimi planetami porusza się również w przestrzeni, tak jak i inne gwiazdy, zgodnie z prawami, którym podlegają wszy­stkie ciała we wszechświecie. Ruchem kamienia rzuconego ręką psotnego chłopca rządzą te same prawa co ruchem Ziemi wokół Słońca.

Wraz z obaleniem teorii geocentrycznej trzeszczy i grozi zawa­leniem całe kunsztowne rusztowanie poglądów, na których opie­rał się kościół. Nic więc dziwnego, że w chwili kiedy teoria Ko­pernika zyskuje sobie rozgłos, kościół zaczyna przeciwstawiać się tej nauce i otwarcie ją zwalczać. Kościół przeciwstawiał się rów­nież wszystkim dalszym próbom rozwijania tej teorii. Znany jest chyba wszystkim smutny los wybitnych uczonych, którzy szli śladami Kopernika. Galileusz (1564—1642) był za to przez ko­ściół wielokrotnie więziony i żył .pod nieustanną groźbą spa­lenia. Giordano Bruno (1548—1600) został spalony żywcem na stosie.

Pomimo to teoria heliocentryczna została z entuzjazmem przy­jęta przez ówczesnych postępowych uczonych i stała się podsta­wą rozwoju nowożytnej nauki. Na jej gruncie Galileusz dochodzi do odkrycia ruchu księżyców Jowisza, ruchu obrotowego Słońca i ustala pierwsze prawa mechaniki mające charakter na wskroś powszechny. Kepler (1571—1630) ustala na podstawie obserwacji swoje słynne prawa ruchu planet. Wreszcie Newton zamyka ten etap rozwoju astronomii formułując prawo powszechnego ciążenia, które stało się podstawą zrozumienia i przewidywania ruchów wszelkich ciał we wszechświecie. I wszystko to działo się wtedy, kiedy żaden katolik nie mógł wziąć do ręki dzieł Koper­nika nie narażając się na prześladowanie ze strony duchowień­stwa.

Dopiero na początku zeszłego stulecia dzieło Kopernika ,>De revolutionibus orbiurn coelestium“ (O obrotach sfer niebie­skich) zostało zdjęte z tzw. indeksu, to znaczy z listy książek zakazanych. To ustępstwo kościoła nie było oczywiście przyzna­

niem słuszności światopoglądowi, który stworzył Kopernik. Koś­ciół musiał to zrobić ze względu na głębokie przeniknięcie idei kopernikowskich do wszystkich sfer ówczesnego społeczeństwa, ale nie przestał zaciekle zwalczać konsekwencji światopoglądo­wych kopemikanizmu.

Dwie trucizny dają jadalną sól

O budowie substancji prostych i złożonych

FKOF. BRONISŁAW BURAS

Poprzednio była mowa o gwiazdach i planetach. Z czego są zbudowane gwiazdy i planety? Jaka jest budowa otaczających nas cisi: kamieni, roślin, zwierząt, belek stalowych, betonowych stropów itp?

Często słyszymy w odpowiedzi na te pytania, ze otaczające nas ciała są zbudowane z materii. W codziennych rozmowach używamy raczej słowa materiał niż materia. Dla stolarza mate­riałem jest drewno, dla kowala — stal, dla krawca — sukno, dla

cukiernika — mąka; dla fabryki produkującej amoniak przy użyciu azotu znajdującego się w powietrzu materiałem jest rów­nież powietrze. Widzimy, że materiałami są ciała stałe, ciecze i gazy. Wszystkie otaczające nas ciała są zbudowane z różnych materiałów. O wszystkich tych ciałach powiadamy, że są mate­rialne.

Rozumiemy już teraz poniekąd, co oznacza materia. Gdy­byśmy jednak na tym poprzestali, mielibyśmy niewłaściwe

0              niej pojęcie. Materia występuje bowiem nie tylko w formie ciał stałych, cieczy i gazów. Zatrzymajmy się chwilę nad tą bardzo istotną sprawą.

Otaczający nas świat, gwiazdy, planety, skały, rośliny, krót­ko — materia, oddziałuje na nasze zmysły i za pośrednictwem naszych zmysłów świat ten poznajemy. Ciało stałe, na przykład stalowy nóż, stół, lampę, możemy poznać przede wszystkim za pomocą zmysłu dotyku i wziroku; ciecz, na przykład tran, może­my poznać często za pomocą zmysłu smaku; niektóre gazy, na przykład amoniak, chlor — za pomocą zmysłu powonienia. Ną podstawie danych otrzymanych za pomocą zmysłów coraz lepiej

1              dokładniej poznajemy otaczający nas świat, jego właściwości i prawa. Obrazowo mówimy, że na podstawie dostarczanych nam przez zmysły wiadomości wytwarzamy sobie w naszym umyśle obraz otaczającego nas świata. Bardzo często korzysta­my przy tym z dostarczonych przez technikę przyrządów nauko­wych, jak np. lupy, mikroskopu, suwmiarki, amperomierza, wa­gi itp. Przyrządy te, zwane narzędziami badawczymi, pomaga­ją nam poznać dokładniej i lepiej otaczający nas świat i rządzą­ce nim oprawa, zaostrzają jak gdyby nasze zmysły, stanowią jak gdyby ich uwielokrotnienie lub przedłużenie.

Wraz z postępem nauki i techniki, wraz z rozwojem nowych metod badawczych i osiągnięciami w dziedzinie budowy czułych i dokładnych przyrządów obraz świata zewnętrznego utworzony w naszym umyśle coraz lepiej i dokładniej odpowiada otacza­jącej nas rzeczywistości.

Otaczający nas świat, materia, z której jest oh zbudowany,

istnieje oczywiście niezależnie od naszych myśli, niezależnie od tego, czy wiemy o jej istnieniu, czy poznajemy ją za pomocą zmysłów, czy też nie. Słońce np. istnieje i świeci niezależnie od tego, czy ktokolwiek je obserwuje, czy też tego nie robi; istnieje ono zatem rzeczywiście, a nie tylko w naszej wyobraźni. Tę samą myśl o rzeczywistym istnieniu świata, materii, wyrażamy czasem słowami bardziej uczonymi mówiąc, że świat, otaczająca nas materia, jest obiektywną, to znaczy istnie­jącą niezależnie od świadomości i woli lu­dzi rzeczywistością.

Zauważmy od razu, że nie tylko ciała stałe, ciecze i gazy oddziałują na nasze zmysły i istnieją niezależnie od umysłu, nie tylko ciała stałe, ciecze i gazy są obiektywną rzeczywistością. Np. biegnące od Słońca ku Ziemi światło również istnieje nie­zależnie od tego, czy na nie patrzymy, czy też nie. Potrafi też ono oddziaływać na nasze zmysły padając np. na siatkówką oka. Ma też, jak wykazały badania naukowe, inne wspólne właści­wości z pospolitymi ciałami, takimi jak woda lub skała. Toteż nie ma żadnego powodu, aby uważać np. światło za coś niema­terialnego; światło jest również obiektywną rzeczywistością, jest materią.

Podobnie fale radiowe, dzięki którym słuchacie audycji, są formą materii, istnieją niezależnie od naszej świadomości, od­działują na nasze zmysły. W tym ostatnim przypadku oddzia­łują oczywiście za pośrednictwem dość skomplikowanej apara­tury, jaką jest radioodbiornik.

Materia występuje więc zarówno w formie ciał stałych, ciek­łych i gazowych, jak i w formie takiej, jak np. światło, fale ra­diowe itp. Ale każdy z was czuje zapewne, że te dobrze nam znane i otaczające nas „pospolite“ ciała to jednak coś innego niż światło lub fale radiowe. Słusznie, fale radiowe i światło, jak­kolwiek są formą materii, to są jednak — wykazały to zresztą badania — niewątpliwie inną jej postacią, inną jej formą niż np. domy, skały, woda, powietrze. Toteż często dla odróżnienia tych dwóch postaci materii jedną z nich, mianowicie formę

właściwą ciałom stałym, ciekłym i gazowym, będziemy nazywać s u b s t a n c j ą.

W dalszym ciągu naszego wykładu będziemy się zajmowali tylko substancją. Wróćmy więc do postawionego na wstępie py­tania: jak są zbudowane ciała stałe, ciekłe i gazowe, jaka jest budowa substancji?

Ciała takie, jak woda, sżkło, żelazo, powietrze, przedstawiają się nam z pozoru jako doskonale jednolite. Wydaje się nam, że moglibyśmy dzielić np. szkło na coraz mniejsze kawałki, okru­chy i ciągle będziemy mieli do czynienia ze szkłem, że każdy okruch będzie miał właściwości szkła. Nie dostrzegamy istotnej różnicy pomiędzy różnymi okruchami szkła, nie potrafimy wy­kryć ani ślladu jakiegokolwiek wewnętrznego utkania, jakiejś wewnętrznej budowy, nawet gdy uzbroimy oko w mikroskop. Polegając jedynie na tych spostrzeżeniach musielibyśmy przy­jąć, że każdy okruch substancji, dowolnie nawet mały, wypeł­niony jest całkowicie substancją mającą te same właściwości co całe ciało, co każdy inny okruch. Używając języka naukowe­go, musielibyśmy uznać substancję za ciągłą (czyli bez przerw, bez pustych miejsc) i nieograniczenie podzielną.

A jak jest w rzeczywistości? Pytanie to nurtowało badaczy już w czasach starożytnych. Niektórzy filozofowie greccy już na kilka wieków przed naszą erą byli przekonani, że substancja nie jest ciągła i nieograniczenie podzielną, lecz ziarnista, to znaczy złożona z niepodzielnych, niezmiernie małych cząsteczek — zia­renek, które filozofowie ci nazwali atomami. Pogląd, że sub­stancja składa się z atomów, nosi nazwę poglądu atomi- • stycznego.

Długie i ciekawe są dzieje tego poglądu. Do przełomu XVIII i XIX wieku nie było jednak poważnych, na faktach, na nauce opartych argumentów, które by za nim przemawiały. Dopiero dzięki badaniom z końca XVIII i początku XIX wieku pogląd atomistyczny znalazł oparcie w faktach: stał się naukową te­orią — teorią atomistyczną. Dziś, dzięki olbrzymiemu rozwojowi badań fizycznych i chemicznych w wieku XIX i pierwszej po­łowie XX, atomy przestały być tajemniczymi niepodzielnymi

cząstkami, o których wspominali starożytni filozofowie greccy, i stały się dobrze zbadanymi „cegiełkami“, z których zbudowa­ne są wszystkie otaczające nas ciała.

Zajmiemy się atomami nieco bliżej, upraszczając sobie dla łatwiejszego zrozumienia niektóre sprawy z nimi związane.

Jeśli ¡nie wnika...