Rozhovory s Albertom Einsteinom

Kniha prináša stručný životopis zameraný na kľúčové udalosti zo života geniálneho fyzika a tiež fiktívne rozhovory, ktoré sú založené na skutočných faktoch a výrokoch Alberta Einsteina.

Prvé prelomové objavy urobil Einstein po ukončení vysokej školy. Vedci dovtedy uznali existenciu atómov predovšetkým zásluhou anglického chemika a fyzika Johna Daltona (1766 – 1844). Našli sa však medzi nimi aj výnimky, ktoré ju popierali. Tí, čo ich existencii verili, sa však zhodli na tom, že ak aj atómy existujú, nie sú viditeľné voľným okom. Zmena nastala až po vynájdení autoemisného iónového mikroskopu v päťdesiatych rokoch 20. storočia. Einsteinove práce publikované od roku 1902 do roku 1904 boli východiskom pre objavenie nesporných dôkazov o existencii atómov.

Pán profesor, rád by som sa vrátil k vašim začiatkom. O čom boli vaše prvé publikované vedecké články?

Moje prvé dva články nestoja za zmienku. Aký-taký význam mali až tri štúdie publikované v rokoch 1902 až 1904, lebo mi umožnili rozvinúť myšlienky, ktoré vyvrátili akékoľvek pochybnosti o existencii atómov. Tieto myšlienky dosiahli zrelú formu v roku 1905.

V škole nás učili, že John Dalton začiatkom 19. storočia predstavil atómovú teóriu. Pretrvávali v roku 1905 pochybnosti o existencii atómov?

Stále existovala hŕstka popredných odborníkov, ktorí neprijali potrebu atómov. Okrem Daltona a jeho atómovej teórie aj iní vedci poukázali na to, že interakcie molekúl tvorených kombináciou atómov môžu vysvetliť premenu látok. Napriek tomu existenciu atómov popierala aj taká kapacita ako Ernst Mach. Priklonili sa k nemu aj ďalší vedci. Je to zaujímavý príklad toho, že aj špičkoví bádatelia obdarení výnimočným intelektom môžu ignorovať fakty na úkor vžitých predstáv.

Ako ste potvrdili existenciu atómov?

Použitím nepriamej metódy. Atómy sú príliš malé, aby ich bolo možné pozorovať voľným okom. Dokonca ani najlepší elektrónový mikroskop nepriblíži objekt na viac ako milióntinu milimetra, čo je približne 3 000 atómov. Háčik bol v tom, že tieto rozmery vtedy ešte nikto nepoznal. Bol som si istý, že atómy možno zachytiť len nepriamo. Keď som jedného dňa pil u kamaráta čaj, začal som uvažovať nad pohybom molekúl cukru rozpúšťajúceho sa vo vode a prišiel som na spôsob, ako sa dá vypočítať ich veľkosť.

Môžete tú metódu opísať?

Metóda vychádza zo skutočnosti, že keď ponoríme cukor do vody, zvýši sa jej viskozita – voda je zrazu hustejšia, ťažšia. Viskozita je veličina, ktorej hodnotu dokážeme odmerať. Zišlo mi na um, či medzi veľkosťou molekúl a merateľnou viskozitou nájdem matematický vzťah na výpočet veľkosti molekúl. Aby taký vzťah vznikol, musel som najskôr prijať isté predpoklady o molekulách.

Myslíte tým snažiť sa uhádnuť, ako molekuly vyzerajú?

Nie, to by sa mi nepodarilo. Moje predpoklady sa týkali tvaru a správania molekúl. V podstate som sa pokúšal zjednodušiť problém, urobiť ho zvládnuteľným, aby sa dal vypočítať. Molekuly v mojich výpočtoch mali tvar gule voľne sa pohybujúcej vo vode nezávisle od ostatných. Vedel som, že molekuly v skutočnosti nie sú gule, ale to nebolo podstatné. Nijako by to neovplyvnilo výsledky mojich výpočtov.

Bol to zložitý matematický vzťah?

Proces výpočtu mal dve fázy pozostávajúce z dvoch jednoduchých rovníc. Použitá metóda bola úplne nová. Najskôr som odvodil výraz pre veľkosť molekúl cukru a Avogadrovu konštantu. Avogadrova konštanta je rozhodujúca veličina, lebo pomocou nej dokážeme vypočítať počet molekúl z hmotnosti ľubovoľnej látky.

Pán profesor, pomôžete mi pochopiť Avogadrovu konštantu?

Avogadrova konštanta (Avogadrovo číslo) je fixné číslo viažuce sa na vlastnosti atómov. Je užitočná, lebo nám umožňuje určiť množstvo na základe hmotnosti. Keď napríklad vieme, že tucet pomarančov váži dva kilogramy, potom dokážeme vypočítať množstvo pomarančov vo veľkej prepravke len tým, že ju odvážime. Ak prepravka váži dvetisíc kilogramov, potom zistíme, že je v nej dvanásťtisíc pomarančov. Je to rýchlejšie a jednoduchšie, ako keby sme mali po jednom rátať dvanásťtisíc pomarančov. Keby sme chceli spočítať prachové častice, nevážili by sme miniatúrne čiastočky po tuctoch.
Museli by sme začať niekde pri miliónoch. Avogadrova konštanta je väčšia ako milión, lebo slúži na výpočet molekúl 10 000-krát menších než prachové častice. Namiesto váženia tucta či milióna odvážime Avogadrovo číslo týchto molekúl. Predtým ho však musíme veľmi presne poznať, ale určiť číslo, ktoré má 24 číslic, vôbec nie je ľahké. To bol dôvod, prečo predchádzajúce pokusy neboli veľmi presné.

Takže touto metódou ste dosiahli výslednú hodnotu veľkosti molekuly vody, ale aj presnejšiu hodnotu Avogadrovej konštanty.

Áno, presne tak.

A výsledok merania veľkosti molekúl vody a Avogadrovej konštanty potvrdil existenciu atómov.

Tieto merania viedli k tomuto potvrdeniu. Medzitým som objavil ďalšie metódy merania veľkosti molekúl a Avogadrovej konštanty. Práve výnimočná zhoda v nezávislých meraniach presvedčila o existencii atómov a molekúl aj posledných neveriacich Tomášov.

Kniha vychádza v máji 2021 vo vydavateľstve IKAR.


Súťažná otázka

Ak nám do 31. mája 2021 pošlete správnu odpoveď na otázku:

Za čo získal Albert Einstein Nobelovu cenu?

zaradíme vás do žrebovania o knihu C. Calleho: Rozhovory s Albertom Einsteinom z vydavateľstva IKAR. Svoje odpovede posielajte na adresu redakcie: odpovednik@quark.sk alebo Quark, Staré grunty 52, 842 44 Bratislava 4.

Komentáre