2 oktober 2019
Atomen. De bouwstenen van alles
De cruciale lessen in scheikunde en natuurkunde liggen wellicht een stuk achter ons, maar dit betekent nog niet dat ze onbelangrijk waren. Velen onder ons worden nog regelmatig geconfronteerd met begrippen als atomen, moleculen, magnetisme of radioactiviteit, maar hoeveel mensen zouden het ook niet moeilijk hebben om te vertellen waarover dit precies gaat?
Nog erger wordt het als we horen spreken of lezen over koolstofdatering, kwantummechanica of iets zo abstract als het godsdeeltje (bijgenaamd ‘het higgsboson’).
Om daar toch min of meer een idee over te krijgen is dit boek Atomen een welkome opfrisser. Het grote voordeel ervan is dat men er ook nog de allerlaatste ontdekkingen rond atomen bij krijgt. Wetenschap staat niet stil, maar blijft zich in vraag stellen. Wat goed is, want alleen de echte ‘gelovigen’ van een of andere godsdienst “weten reeds alles” en blijven klakkeloos aanvaarden wat in een of ander oud boek staat.
Het waren islamitische geleerden als Avicenna (980-1037) en Averroes (1126-1198) die als eersten de werken van oude Griekse wijsgeren zoals Democritus of Aristoteles vertaalden, bestudeerden en bekritiseerden. De Rooms-Katholieke Kerk vertoefde toen nog eeuwen in wetenschappelijke duisternis.
Om daar toch min of meer een idee over te krijgen is dit boek Atomen een welkome opfrisser. Het grote voordeel ervan is dat men er ook nog de allerlaatste ontdekkingen rond atomen bij krijgt. Wetenschap staat niet stil, maar blijft zich in vraag stellen. Wat goed is, want alleen de echte ‘gelovigen’ van een of andere godsdienst “weten reeds alles” en blijven klakkeloos aanvaarden wat in een of ander oud boek staat.
Het waren islamitische geleerden als Avicenna (980-1037) en Averroes (1126-1198) die als eersten de werken van oude Griekse wijsgeren zoals Democritus of Aristoteles vertaalden, bestudeerden en bekritiseerden. De Rooms-Katholieke Kerk vertoefde toen nog eeuwen in wetenschappelijke duisternis.
Dat materie bestaat uit minuscule deeltjes (zoals atomen) werd reeds 2500 jaar geleden geopperd. Allerlei filosofische en godsdienstige motieven hebben echter belemmerd dat deze kennis kon doordringen tot een ruim publiek. Dat atomen écht bestaan werd slechts algemeen erkend na de opkomst van de atoomfysica, begin 20ste eeuw.
Dat atomen niet de allerkleinste deeltjes zijn van de materie, weten we intussen wel, want die bestaan zélf nog uit protonen, neutronen en elektronen. Maar om het niet te diepgaand te maken houden we ons doorgaans vast aan het atoom als kleinste deeltje - van elke materie, van wolk tot rots.
Omstreeks het einde van de 17de eeuw moest de alchemie plaatsmaken voor de wetenschap van de scheikunde. In 1808 stelde de Engelse chemicus John Dalton zijn systeem van elementen voor, gebaseerd op de veronderstelling dat atomen ondeelbaar zijn en de kleinste deeltjes vormen van alles wat ons omringt. In de 18de eeuw werkten ettelijke wetenschappers aan de verdere ontwikkeling van een tabel van elementen, tot de Russische chemicus Dmitri Mendelejev een definitieve tabel samenstelde van alle gekende elementen. Hij was zo schrander om hier en daar hiaten open te laten, waardoor nog niet ontdekte bouwstoffen later konden worden benoemd en toegevoegd. In 1955 werd een ultiem element aan de lijst toegevoegd, dat bovendien zijn naam kreeg: mendelevium of Md.
Alles rondom ons bestaat uit de atomen van zowat 90 elementen, die elk hun eigen identiteit hebben: koper, goud, koolstof, zilver…
Alles rondom ons bestaat uit de atomen van zowat 90 elementen, die elk hun eigen identiteit hebben: koper, goud, koolstof, zilver…
Tegen het einde van de 19de eeuw kwam vast te staan dat het atoom zélf nog een kern bevatte. Dat het zo lang duurde vooraleer we doordrongen tot deze kern (van de materie), is te wijten aan de schaal: een atoom is dermate klein dat je er 10 miljoen op een rijtje moet leggen om 1 millimeter te bereiken. Ook over massa wordt in het boek Atomen geschreven, en over hoe die eruitziet.
Mensen met belangstellig voor muziek krijgen zelfs informatie over geluidsgolven gepresenteerd, wat verband houdt met de kwantumfysica. De basis hiervan werd in 1900 gelegd door Max Planck. Planck zocht een verklaring voor allerlei golven – gaande van licht, over geluid tot elektromagnetisme. Hierdoor ontstond de spectroscopie, waarmee de meeste elementen kunnen worden geïdentificeerd, dank zij hun unieke lichtfrequentie. U weet wel: het kleurenspectrum dat ontstaat wanneer een lichtstraal door een prisma wordt gestuurd. De precieze verklaring hiervoor vindt de geïnteresseerde in het boek.
Op suggestief geïllustreerde manier wordt verder de vorming van vaste stoffen, vloeistoffen en gassen aangetoond. Vuurwerk passeert de revue, alsook de samenstelling van bekende producten en “verschijnselen” zoals mayonaise, stoom, gelatine, rook of meringue, evenals veelvuldig voorkomende bindingen met koolstof, zoals cafeïne, methaan, albumine of diamant. Het boek is daarenboven erg kleurrijk geïllustreerd, waardoor het me vaak deed denken aan hedendaagse kunst (bijvoorbeeld bij de afbeelding van de structuur van kobaltatomen).
De belangrijkste technologieën van de 20ste en 21ste eeuw waren niet mogelijk geweest zonder een diepgaande kennis van atomen. Lasers, MRI-scanners, nucleaire geneeskunde en kernenergie hebben er hun ontwikkeling aan te danken. Ook de reeds bekende ‘leds’ zijn er schatplichtig aan (LED = light-emitting diode) - deze komen voor als beeldschermen, energiezuinige lampen of schermpjes van smartphones.
Het veelvuldige gebruik van kernmagnetisme is terug te vinden in MRI-scanners (MRI = Magnetic Resonance Imaging), die driedimensionale opnamen maken van de inwendige anatomie van het lichaam.
Aan het einde van het verhaal komt opnieuw naar voor dat atomen niet het ultieme kleine zijn in de natuur. De kern van het atoom bestaat immers uit protonen en neutronen, die op hun beurt weer bestaan uit quarks.
En dan begint in het boek de zoektocht naar de ultieme atomen. Dit deel van het boek lijkt wel op sciencefiction - het schiet helemaal de ruimte in met kwantumvelden en theorieën die (nu) nog zό vreemd zijn dat kwantumfysici het soms hebben over een ‘onzekerheidsprincipe’.
En dan begint in het boek de zoektocht naar de ultieme atomen. Dit deel van het boek lijkt wel op sciencefiction - het schiet helemaal de ruimte in met kwantumvelden en theorieën die (nu) nog zό vreemd zijn dat kwantumfysici het soms hebben over een ‘onzekerheidsprincipe’.
Dit alles mag de nieuwgierige lezer niet afschrikken. Wie zich in Atomen verdiept, ontdekt veel principes en theorieën die tot nadenken stemmen. Woorden of begrippen die op het eerste zicht ons petje te boven gaan, mogen geen belemmering vormen. Want op bepaalde momenten zullen we toch ‘Eureka’ uitroepen en bij onszelf zeggen: “Ha, zit dat zo in mekaar!” Mij lijkt het in elk geval een boek om bij de hand te hebben.
Meer van Guido-Jules Kindt
