Tag: historia nauki

Gulielma, królowa śluzowców

Piotr GąsiorowskiLeave a comment

Z okazji Dnia Kobiet chcemy przypomnieć postać ciekawą, a mało znaną szerokiej publiczności: brytyjską biolożkę Gulielmę Lister (1860–1949).

Córka kwakra

Kwakierski ród Listerów dostarczył światu wielu wybitnych naukowców. Było ich tylu, że łatwo ich pomylić, tym bardziej że w drzewie genealogicznym Listerów powtarzają się wielokrotnie te same imiona. Jednym z najbardziej znanych był Joseph Lister (1827–1912), sławny chirurg, jeden z pionierów antyseptyki, czyli redukowania zakażeń szpitalnych dzięki rygorystycznemu stosowaniu dezynfekcji, co w XIX w. było nowinką nie zawsze chętnie przyjmowaną przez lekarzy.1 Jego młodszym bratem był Arthur Lister (1830–1908), który przez dużą część życia był wspólnikiem w firmie importującej wina, ale w wieku 58 lat wycofał się z interesów, aby oddać się całkowicie temu, co lubił naprawdę – studiom przyrodniczym ze szczególnym uwzględnieniem badań nad niedawno wyróżnioną nową grupą organizmów, zwanych śluzowcami (Mycetozoa).2

Śluzowce zafascynowały go niezmiernie, a tak się złożyło, że wraz z żoną Susanną – utalentowaną artystką – i licznymi dziećmi mieszkał w Sycamore House w Leytonstone na obrzeżach Londynu (wówczas w hrabstwie Essex). W pobliżu rozciągał się pierwotny teren leśny Epping Forest, obfitujący w śluzowce. Listerowie posiadali także dom w Lyme Regis w hrabstwie Dorset, nad kanałem La Manche. Arthur często spędzał tam lato wraz z rodziną. Lyme Regis słynie ze skamieniałości jurajskich, ale jest też rajem dla badaczy śluzowców. Buszując w terenie, Arthur zebrał wielką liczbę okazów i stał się jednym w pierwszych specjalistów od tych tajemniczych organizmów. Towarzyszyła mu w wyprawach niezamężna córka Gulielma (dla rodziny i przyjaciół Gulie). Oprócz rocznych studiów w Bedford College for Women nie posiadała formalnego wykształcenia, ale odegrała bardzo gruntowne wykształcenie domowe.

Od asystentki do autorytetu

Po ojcu odziedziczyła temperament naukowca i zainteresowanie wszystkim, co żyje; po matce natomiast – talent rysowniczy i malarski. W przedmowie do pierwszego wydania pomnikowego dzieła A Monograph of the Mycetozoa (1894), służącego jako kompendium wiedzy („katalog opisowy”) kilku pokoleniom badaczy, ojciec zaznaczył, że Gulielma Lister pomagała mu w badaniach i w wykonaniu ilustracji. Wydanie drugie (1911) i trzecie (1926) ukazały się już po śmierci Arthura ze zmianami i uzupełnieniami samej Gulielmy, która dodała wiele nieznanych wcześniej gatunków śluzowców; figurowała też obok ojca na stronie tytułowej. Na końcu monografii załączyła 200 plansz, w większości barwnych (patrz ryc. 1), które sama wykonała lub zamówiła. Są one nadzwyczajnej jakości i nie wątpię, że były wielką pomocą w oznaczaniu zaprezentowanych gatunków.

Ryc. 1.

Gulielma nie była teraz asystentką ojca, tylko niezależną badaczką, cieszącą się międzynarodowym uznaniem jako „królowa śluzowców”. Jej zainteresowania naukowe były zresztą szersze i obejmowały między innymi grzyby, rośliny szpilkowe i ptaki. Współuczestniczyła w zakładaniu Brytyjskiego Towarzystwa Mykologicznego (patrz ryc. 3) i była jego przewodniczącą w latach 1912 i 1932. Została także wybrana członkinią londyńskiego Towarzystwa Linneańskiego zaraz po tym, jak w 1904 r. umożliwiło ono członkostwo kobietom, przyjmując dwadzieścia pięć z nich do swojego grona. W latach 1916–1919 pełniła funkcję prezeski Essex Field Club, stowarzyszenia przyrodniczego, do którego wprowadził ją ojciec. Do II wojny światowej Gulielma stale odwiedzała dział botaniki Muzeum Brytyjskiego (dzisiejsze Muzeum Historii Naturalnej). Była de facto kuratorką kolekcji śluzowców, założonej jeszcze przez jej ojca (oczywiście nie bez udziału Gulielmy).3 Zbiory Gulielmy Lister przechowywane są także w Królewskich Ogrodach Botanicznych w Kew.

Śluzowce, które Gulielma nazywała czule creepies (czyli pełzaczki), pozostały jej największą miłością; jej ulubionymi terenami łowieckimi były – tak jak w młodości – Epping Forest i Lyme Regis. Zmarła w 1949 r. tam, gdzie przyszła na świat, czyli w Sycamore House.

Gulielma utrzymywała kontakty z kolegami na całym świecie. Nauczyła się nawet czytać po polsku, aby móc korzystać z prac Józefa Rostafińskiego (1850–1928), polskiego pioniera badań nad śluzowcami. Najbardziej wpływową z jego publikacji była książka Śluzowce (Mycetozoa). Monografia (1874), wydana po polsku, ale tak fundamentalna, że szeroko wykorzystywano i cytowano ją na świecie mimo trudności językowych. Na cześć Gulielmy nazwano jej imieniem kilka gatunków śluzowców. Niektóre z nich okazały się niestety młodszymi synonimami nazw gatunków opisanych już wcześniej i zostały z czasem wycofane, ale do dziś pozostała w mocy nazwa Lamproderma gulielmae (po polsku: błyszczak bruzdowany), nadana w roku 1919 (patrz ryc. 2). Natomiast niedawno (2022) przy okazji gruntownej rewizji śluzowców z rzędu Trichiales przeniesiono kilka gatunków z rodziny kędziorkowatych (Trichiaceae) do nowego rodzaju Gulielmina. Królowa śluzowców posiada więc taksonomiczny pomnik w postaci własnej nazwy rodzajowej, podobnie jak jej ojciec, na którego cześć nazwany został bardzo oryginalny śluzowiec Listerella paradoxa, opisany w 1904 r.

Ryc. 2.

Królowa i cesarz

Wśród międzynarodowych kontaktów Gulielminy było też dwóch niezwykłych Japończyków. Jednym był przyrodnik, pisarz, etnolog i wielki ekscentryk Kumagusu Minakata (1867–1941). W młodości zwiedził on kawał świata, w tym USA i Wielką Brytanię, w której przebywał osiem lat, nawiązując kontakty między innymi w środowisku akademickim. Po powrocie do Japonii w roku 1900 zaczął badać miejscowe śluzowce, a w 1905 r. wysłał kilkadziesiąt okazów w darze dla Muzeum Brytyjskiego, które odwiedzał niemal codziennie, kiedy mieszkał w Londynie. Tak nawiązała się przyjaźń korespondencyjna i współpraca między Kumagusu Minakatą a Arthurem i Gulelminą Listerami. W 1917 r. Minakata odkrył na drzewku hurmy (persymony) we własnym ogrodzie nowy gatunek, opisany w 1921 r. przez Gulelminę jako Minakatella longifila.

Drugim japońskim miłośnikiem śluzowców w latach dwudziestych był książę regent Hirohito, który prywatnie zajmował się biologią.4 Jego mentorem był dr Hirotaro Hattori, propagator teorii Darwina, profesor elitarnej szkoły Gakushūin w Tokio i dyrektor Cesarskiego Instytutu Biologii. Książę przeczytał uzupełnione wydanie monografii Listerów i zauroczyły go śluzowce, a zapewne także piękne ilustracje Gulielmy. Gdy udało mu się znaleźć kilka okazów w otoczeniu pałacu w Akasaka (wyposażonego w laboratorium biologiczne), wsiąkł jak każdy, kto zaczyna polować na śluzowce, i zapragnął poznać je bliżej. Na jego polecenie w 1926 r. dr Hattori zwrócił się do Kumagusu Minakaty o przygotowanie prywatnego wykładu dla księcia. Kumagusu wybrał osobiście 90 okazów z 37 rodzajów, a jego asystent przeprowadził prezentację. Hirohito był pod ogromnym wrażeniem. Miesiąc później został cesarzem, ale nie zapomniał o śluzowcach ani o Kumagusu. Opowiem jednak o tym przy innej okazji, żeby nie odbiegać od głównego wątku.

Co do Gulielmy, utrzymywała ona kontakt korespondencyjny ze swoim fanem Hirohito, który nadal zbierał śluzowce. Pośrednikiem cesarza w tych kontaktach był dr Hattori, który zajmował się wysyłką do Londynu co najciekawszych okazów w celu bliższego zbadania. W ten sposób Hirohito w 1928 r. pozyskał dla nauki gatunek Arcyria imperialis (opisany przez Gulielmę Lister w 1929 r. jako Hemitrichia imperialis, a obecnie przeniesiony do innego rodzaju). Nazwa gatunkowa odnosi się oczywiście do cesarza, który natrafił na A. imperialis na pniu laurowiśni w ogrodach pałacu w Akasaka. Po ukazaniu się publikacji Hirohito odwdzięczył się swojej angielskiej koleżance, wysyłając jej w prezencie dwie cenne emaliowane wazy.

Ryc. 3.

Przypisy

  1. Od nazwiska Josepha Listera nadano nazwę Listeria rodzajowi bakterii. Jeden z gatunków tego rodzaju, L. monocytogenes, wywołuje listeriozę, bardzo groźną chorobę ssaków, w tym ludzi. ↩︎
  2. Jeśli nie pamiętacie, czym są śluzowce, polecam wcześniejsze wpisy na ich temat, które można znaleźć tutaj, tutaj, tutaj i tutaj. Nazwa łacińska Mycetozoa odnosi się dziś do śluzowców w szerszym sensie, należących do kilku różnych linii ewolucyjnych supergrupy Amoebozoa. Śluzowce „właściwe” (w węższym sensie) określa się nazwą Myxogastria. ↩︎
  3. Kuratorką – dodajmy jednak – honorową, czyli pracującą bez wynagrodzenia, co nie przynosi chluby ówczesnej dyrekcji muzeum. ↩︎
  4. Hirohito (1901–1989), już jako 124. cesarz Japonii, osiągnął z czasem wysoki poziom profesjonalizmu jako biolog morski specjalizujący się w stułbiopławach. Jego syn i następca, emerytowany 125. cesarz Akihito (abdykował w roku 2019) jest z kolei ichtiologiem, a wnuk Akishino (młodszy brat obecnego cesarza i potencjalny bastępca tronu) ma doktorat z ornitologii. Ponieważ cesarz pośmiertnie otrzymuje imię będące jednocześnie nazwą epoki (okresu panowania), Hirohito nazywany jest oficjalnie cesarzem Shōwa. ↩︎

Ilustracje

Ilustracja w nagłówku: Gulielma Lister oraz inni badacze śluzowców: Arthur Lister, Józef Rostafiński, Kumagusu Minakata i cesarz Hirohito (domena publiczna).
Ryc. 1. Jedna ilustracji do II wydania (z roku 1911) A Monograph of the Mycetozoa (domena publiczna).
Ryc. 2. Lamproderma gulielmae, piękny śluzowiec, którego nazwa gatunkowa upamiętnia Gulielmę Lister. Foto: Ronny Andersson. Źródło: https://artsdatabanken.no/Pages/329149/ (licencja CC BY 4.0).
Ryc. 3. Naukowa wyprawa na grzyby Brytyjskiego Towarzystwa Mykologicznego w hrabstwie Surrey w roku 1905. Gulielma Lister – czwarta od lewej w środkowym rzędzie. Źródło: Wikimedia (domena publiczna).

Dodatkowe linki

Próżnia, (nie)byt skomplikowany. Część 1: Próżnie filozofów i eksperymentatorów

Piotr Gąsiorowski4 komentarze 
Pozostałe części cyklu

Część 2: Próżnie kosmiczne
Część 3: Próżnie relatywistyczne
Część 4: Próżnie kwantowe

Cykl jest odpowiedzią na prośbę czytelnika

Już starożytni Grecy

Już w starożytności zastanawiano się, czy istnieje przestrzeń całkowicie pusta, to jest wypełniona niczym. W kręgach filozofów starogreckich istniały szkoły różnie wyobrażające sobie, czym jest materia i czym jest jej brak. W V/IV w. p.n.e. Leukippos z Miletu (znany też w tradycji polskiej jako Leucyp) oraz jego uczeń Demokryt z Abdery rozwinęli teorię atomistyczną (reprezentowaną także przez Epikura, a w I w. p.n.e. przez Rzymianina Lukrecjusza). Zakładała ona, że materia ma strukturę dyskretną: składa się z bytów elementarnych zwanych atomami (átomos znaczy po grecku ‘niepodzielny, niedający się pociąć’). Atomy miały według niej różną wielkość i formę geometryczną. Były niezmienne, ale znajdowały się w nieustannym ruchu, oddziałując z sobą i łącząc się w zmienne konfiguracje. Pierwotnie ruch atomów miał być całkowicie chaotyczny, ale stopniowo dzięki zderzeniom nabrał cech samoorganizacji. Powstały z niego różne substancje i struktury – w tym Ziemia wraz ze wszystkim, co na niej widzimy, a także inne, podobne do niej światy. Przestrzeń, w której kotłowały się atomy, nie zawierała nic ponadto: była doskonałą próżnią (kenón) – drugim oprócz materii komponentem Wszechświata.

Inni filozofowie, z Arystotelesem (IV w. p.n.e.) na czele, zaprzeczali istnieniu niepodzielnych atomów, wyobrażając sobie materię jako coś ciągłego, czyli podzielnego w nieskończoność. Arystoteles przejął od Empedoklesa z Agrygentu teorię czterech elementów (żywiołów), z których składa się nasz świat: ziemi, wody, powietrza i ognia. Każdy z nich był substancją ciągłą, podzielną w nieskończoność. Grecy doskonale zdawali sobie sprawę z tego, że również powietrze jest materią i że może się poruszać, czego dowodem jest zjawisko wiatru. „Puste” naczynie jest w istocie pełne powietrza. Gdyby jednak jakimś cudem udało się je całkowicie usunąć, jego miejsce zająłby wprowadzony przez Arystotelesa piąty, skrajnie subtelny żywioł, mianowicie eter (aithḗr). Słowo to oznaczało po starogrecku czystą esencję powietrza (jaką zdaniem filozofów oddychali olimpijscy bogowie), a także jasne niebo; pochodziło zaś od czasownika aíthō ‘rozpalić’. Eterem, według Arystotelesa, wypełnione były zewnętrzne sfery Wszechświata, zawierające ciała niebieskie: planety, Słońce i gwiazdy stałe.

Opór antyatomistów przed koncepcją próżni przypominał niechęć wczesnych matematyków do traktowania zera jako liczby – bo czyż twierdzenie, że nicość jest „czymś”, nie jest wewnętrznie sprzeczne? Czy niebyt może być? Czy w próżni w ogóle możliwy jest ruch, skoro nie ma względem czego się poruszać? I próżnia, i zero bywały zatem odrzucane z pobudek filozoficznych, a nawet religijnych. Całkiem poważnie roztrząsano pytanie, czy sam Bóg, gdyby zechciał, mógłby stworzyć próżnię doskonałą.

Od filozofii do praktyki

Jednak zamiast filozofować, można do kwestii próżni podejść empirycznie i zobaczyć, co z tego wyniknie. Czy można w praktyce uzyskać stan próżni, którą można by nazwać techniczną –  przestrzeń może nie absolutnie pustą, ale na tyle pozbawioną wszelkiej materii, na ile jest to praktycznie możliwe? Heron z Aleksandrii (I–II w. n.e.) eksperymentował z rozrzedzaniem i sprężaniem powietrza, a wnioski ze swoich doświadczeń opisał w traktacie Pneumatyka. Jego zdaniem samo zjawisko sprężystości objętościowej powietrza dowodziło istnienia próżni absolutnej, czyli pustego miejsca między cząsteczkami gazu – Heron należał bowiem do zwolenników atomizmu. Jeśli przyjmiemy, że cząsteczki te nie zmieniają objętości, to rozrzedzanie lub sprężanie powietrza musi sprowadzać się do tego, że zmienia się odległość między nimi. W komorze zawierającej powietrze znajduje się zatem określona objętość próżni, w której porusza się mniejsza lub większa liczba „atomów” powietrza. Heronowi nie udało się jednak wytworzyć sztucznie próżni choćby zbliżonej do doskonałej.1

Koniec strachu przed próżnią

Aż do XVII w. dominował pogląd, że natura nie znosi próżni (natura abhorret vacuum) i zawsze znajdzie sposób, żeby się przeciwstawić próbie jej wytworzenia. Pogląd ten obalił w 1643–1644 r. Evangelista Torricelli, przeprowadzając prosty eksperyment ze słupkiem rtęci w rurce zamkniętej na górnym końcu. Dolny koniec rurki jest zanurzony w otwartym naczyniu z rtęcią. Jeśli wysokość słupka nad powierzchnią rtęci w naczyniu osiąga ok. 76 cm, na górnym końcu rurki powstaje próżnia (patrz ryc. 1). Wysokość słupa rtęci nie zależy od tego, czy zamknięty koniec rurki pozostaje wąski, czy np. rozszerza się w kulistą bańkę. Ciśnienie hydrostatyczne wywierane przez ciężar rtęci w rurce dokładnie równoważy ciśnienie atmosferyczne działające na rtęć w naczyniu.

Ryc. 1.

Nieco późniejsze eksperymenty zaprojektowane przez Blaise’a Pascala wykazały, że poziom rtęci w rurce w stanie równowagi maleje wraz z wysokością nad poziomem morza, co odpowiada spadkowi ciśnienia powietrza.2 Tak powstały prototypy barometrów rtęciowych.

Takie samo doświadczenie można przeprowadzić z wodą, tyle że słup wody musi być 13,5 razy wyższy, bo tyle razy gęstość wody jest mniejsza od gęstości rtęci. Już wcześniej wiedziano, że nawet najlepsza pompa nie jest w stanie wypompować wody z głębokości powyżej 34 stóp (ok. 10 m). Intrygowało to m.in. Galileusza, nauczyciela Torricellego. Torricelli wyjaśnił, dlaczego tak się dzieje. Dziesięciometrowy słup wody (podobnie jak 76-centymetrowy słup rtęci) wywiera ciśnienie równoważące ciśnienie atmosferyczne, więc zasysanie wody przez pompę na większą wysokość przestaje być możliwe: wewnątrz pompy wytwarza się próżnia (zwana na cześć swojego odkrywcy próżnią Torricellego)

Innymi słowy – siłą, która podnosi wodę w rurze, nie jest mityczny horror vacui, czyli rzekome dążenie natury do przeciwstawienia się próżni, tylko zewnętrzny nacisk powietrza (substancji posiadającej masę i wywierającej dzięki temu ciśnienie).3 Ciśnienie powietrza wyznacza granicę, powyżej której nie można za jego pomocą podnieść poziomu cieczy w rurze.

Od próżni niskiej do ultrawysokiej

Okazało się zatem, że natura wcale nie boi się próżni i nie wychodzi ze skóry, żeby uniemożliwić jej powstanie. Niebawem pojawiły się pomysłowe „pompy próżniowe” z tłokami i zaworami, które umożliwiały niemal całkowite pozbycie się powietrza z zamkniętego pojemnika. Pierwszą z nich wynalazł Otto von Guericke w 1650 r. i cztery lata później wykorzystał ją w słynnym (replikowanym publicznie do dziś) doświadczeniu z półkulami magdeburskimi, tak silnie ściskanymi przez ciśnienie atmosferyczne po wypompowaniu spomiędzy nich powietrza, że nie mogły ich rozerwać dwa zaprzęgi po 15 koni każdy.

Oczywiście ani próżnia Torricellego, ani tym bardziej próżnia uzyskiwana za pomocą pompy von Guerickego nie były doskonałe. Nawet przy najstaranniejszym wykonaniu eksperymentu Torricellego otrzymana próżnia musi zawierać co najmniej pary rtęci, których ciśnienie np. w temperaturze 25°C wynosi 261 mPa (czyli jest ok. 388 tysięcy razy mniejsze niż ciśnienie powietrza na poziomie morza).4 Jest to całkiem przyzwoita próżnia, ale w wielu współczesnych zastosowaniach potrzebujemy próżni doskonalszej o całe rzędy wielkości i wytwarzanej w bardziej praktyczny sposób. Usprawnione wersje pompy próżniowej von Guerickego używane przez następne 200 lat pozwalały prawdopodobnie uzyskiwać ciśnienie rzędu 100 Pa (czyli jednej tysięcznej zwykłego ciśnienia atmosferycznego).5 Konstrukcja tłoka i zaworów nie pozwalała na więcej. Kolejne udoskonalenia pomp tłokowych pod koniec XIX w. (tzw. pompy olejowe) pozwoliły obniżyć to ciśnienie jeszcze kilka tysięcy razy.

W latach pięćdziesiątych XIX w. Heinrich Geissler skonstruował prototyp pompy rtęciowej, inspirowanej mechanizmem wytwarzania próżni Torricellego. Można było dzięki niej uzyskać ciśnienie ok. 10 Pa (dziesięć tysięcy razy niższe od atmosferycznego) – wówczas rekordowo niskie, a według dzisiejszej terminologii mieszczące się w zakresie próżni średniej (około trzech biliardów molekuł na centymetr sześcienny). Ten typ pompy także udoskonalano w następnych dziesięcioleciach. Próżnią coraz lepszej jakości zaczęli się wówczas interesować fizycy badający zjawiska elektryczne, co z kolei motywowało konstruktorów do szukania nowych rozwiązań technicznych. Na początku XX w. wynaleziono kilka kolejnych typów pomp próżniowych, znów doskonalonych przez kolejne sto lat. Wykorzystywano je coraz szerzej, między innymi w produkcji termosów (próżnia jest świetnym izolatorem ciepła), a przede wszystkim lamp elektronowych, które zapoczątkowały rozwój elektroniki – radia, telewizji czy technologii radarowej.6

Ryc. 2.

Ekstremalne próżnie współczesne

Dziś próżnia wysoka lub ultrawysoka potrzebna jest w licznych zastosowaniach praktycznych, na przykład przy tworzeniu cienkich powłok wysokiej jakości metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej, przy produkcji układów półprzewodnikowych i wytwarzaniu różnych wyszukanych materiałów, w spektrometrach mas itd. Największą objętościową próżnią wytworzoną dotąd przez człowieka jest wnętrze tunelu Wielkiego Zderzacza Hadronów: 15 000 m3 próżni izolującej (pod ciśnieniem ok. jednej miliardowej atmosfery) i znacznie mniejsza objętość rury, w której przyśpieszane są protony (tu utrzymywane jest ciśnienie poniżej jednej dziesięciobilionowej atmosfery, czyli próżnia ultrawysoka, mniej więcej taka, jak na powierzchni Księżyca). W centymetrze sześciennym takiej próżni można znaleźć kilkaset tysięcy cząsteczek gazu.

Współczesne metody wytwarzania bardzo wysokiej, czystej próżni polegają na stopniowym obniżaniu ciśnienia za pomocą odpowiednio dobranych pomp różnego typu. Najpierw przy pomocy pomp wyporowych (których prototypem była pompa von Guerickego) osiąga się szybko stan próżni średniej, czyli ciśnienie rzędu 1 Pa. Teraz dopiero można uruchomić pompę wydajniejszą, np. turbomolekularną z wirnikiem wykonującym około 1000 obrotów na sekundę. Łopatki wirnika przekazują energię kinetyczną cząsteczkom rozrzedzonego gazu, wypychając je poza komorę pompy. Ogromna prędkość obrotów sprawia, że pompa turbomolekularna musi pracować przy bardzo niskim ciśnieniu roboczym i być znakomicie łożyskowana, inaczej groziłoby jej szybkie przegrzanie i uszkodzenie. Pompy tego typu mogą obniżyć ciśnienie nawet do ok. 1 μPa (10–6 Pa – jest to mniej więcej jedna stumiliardowa ciśnienia atmosferycznego).7 Pompa turbomolekularna lepiej radzi sobie z usuwaniem molekuł cięższych, jak N2 i O2 (azot i tlen cząsteczkowy) lub argon, niż bardzo lekkich, jak wodór i hel.

Jeśli konieczne jest wytworzenie próżni naprawdę ekstremalnej, można zastosować pompę jonową. Molekuły gazu nadal znajdujące się w komorze są jonizowane i przyśpieszane za pomocą wysokiego napięcia. Uderzając w katodę tytanowo-tantalową wybijają z niej drobiny metalu. Pył metalowy opada na ściany komory, tworząc warstwę, w której pozostałości gazu wiązane są chemicznie lub fizycznie. Najniższe ciśnienie uzyskane tą metodą w laboratoriach CERN wynosiło nieco ponad 10–17 ciśnienia atmosferycznego. A ponieważ powietrze w normalnych warunkach zawiera ok. 3 · 1019 cząsteczek na cm3, łatwo policzyć, że wytworzono „próżnię” o gęstości molekularnej kilkuset cząsteczek na cm3. Nieźle jak na warunki ziemskie, ale jak się przekonamy w następnym odcinku, niemal cały Wszechświat składa się z próżni o wiele doskonalszej.

Przypisy

  1. Trzymając się rozumowania Herona, próżnię bliską doskonałości można by było empirycznie poznać po tym, że zawierające ją naczynie, gdyby je otworzyć pod wodą, obrócone wylotem w dół, zassałoby wodę, wypełniając się nią do końca (lub niemal do końca). ↩︎
  2. Na szczycie Puy de Dôme (1464 m n.p.m.) w Masywie Centralnym słupek miał wysokość ok. 63,3 cm, czyli o 127 mm mniej niż na poziomie morza, co starannie ustalił na prośbę Pascala jego szwagier Florin Périer, dla dobra nauki wniósłszy na tę wysokość cały zestaw eksperymentalny. Sam Pascal ze względu na słabe zdrowie nie palił się do wspinaczki. ↩︎
  3. Torricelli wyciągnął stąd wniosek, że atmosfera Ziemi przypomina ocean, tyle że składający się z powietrza, a nie z wody; my żyjemy na jego dnie i podlegamy naciskowi wywieranemu przez ciężar powietrza. Pascal wykazał, że nacisk ten zmienia się wraz z głębokością zanurzenia, analogicznie do ciśnienia wody w oceanie. ↩︎
  4. Patrz Gaffney & Marley 2014. ↩︎
  5. Jest to notabene ciśnienie wyższe niż średnie ciśnienie atmosfery Marsa na jego powierzchni. ↩︎
  6. Przed rewolucją, jaką stanowiło wprowadzenie tranzystorów, a następnie półprzewodnikowych układów scalonych, lampy elektronowe były podstawą technologii elektronicznej. Prototypowy komputer ENIAC, działający w latach 1945–1955, zawierał ponad 18 tysięcy lamp próżniowych. ↩︎
  7. Mowa o typowej wydajności pomp tego typu, bo rekordowe ciśnienia osiągane w ten sposób mogą być jeszcze niższe. ↩︎

Opisy ilustracji

Ilustracja w nagłówku. Fluktuacje chromodynamicznej próżni kwantowej. Fragment wizualizacji 3D Dereka Leinwebera, wykorzystanej w wykładzie noblowskim Franka Wilczka (2004). Źródło: Wikipedia (licencja CC BY-SA 4.0).
Ryc. 1. Eksperyment Torricellego. Ilustracja wygenerowana za pomocą aplikacji: Anping Zeng (2011), Torricelli´s Experiment, Wolfram Demonstrations Project (licencja CC BY-NC-SA).
Ryc. 2. Pompa olejowa łopatkowa firmy Busch, służąca do wytwarzania próżni średniej (minimalne ciśnienie końcowe 0,67 Pa wg producenta). Zdjęcie: Wiesław Seweryn (licencja CC BY-SA 3.0)

EM poleca (#5) Atomy w naszym domu. Moje życie z Enrikiem Fermim – Laura Fermi

Mirosław Dworniczak7 komentarzy

Chcę wam dziś zaproponować książkę, która została wydana w USA 70 lat temu, a w Polsce w 1960/61. Opublikowano ją w nieodżałowanej „Bibliotece Problemów”. Co dziwne, nigdy nie została u nas wznowiona, a szkoda. Nie poszukujcie też jej w formie e-booka, bo go po prostu nie ma. Pozostają serwisy aukcyjne i biblioteki.

fot. Mirosław Dworniczak

A książka jest naprawdę niezwykła. Owszem, jest sporo o atomach, ale napisane jest to językiem bardzo prostym, zrozumiałym dla każdego. Przede wszystkim jest to jednak książka o ludziach, głównie o fizykach, ale nie tylko. Wszystko zaczyna się jednak wspomnieniem 16-letniej Laury, która spacerując z przyjaciółmi pewnej rzymskiej niedzieli spotkała człowieka, z którym spędziła następne 30 lat. W książce znajdziemy bardzo kobiecą historię fascynacji młodej dziewczyny już uznanym w świecie naukowym fizykiem. Dowiemy się także, jak wyglądał świat lat 20. i 30. XX w. – epoki Mussoliniego, czasu faszyzmu (dodam, że Laura pochodziła z rodziny żydowskiej, co będzie miało wpływ na jej dalsze losy). Wspomnienia są też uzupełnione o historię rodziny Fermich z czasów, gdy jeszcze nie znał Laury.

Fascynujący jest cały świat ludzi, opisywany przez autorkę. Poznajemy między innymi wybitnych fizyków i matematyków pracujących wtedy we Włoszech. Autorka patrzy na nich z zewnątrz, przez pryzmat ludzki. Dowiemy się, dlaczego Fermiego nazywano „Papieżem”, a Persico „Kardynałem”. Ciekawe są opisy prowadzonych na wydziale fizyki eksperymentów z promieniotwórczością. Nie jest to oczywiście podręcznik fizyki jądrowej, nawet popularyzatorski, ale wiedza o tych tematach przewija się pomiędzy tematami czysto ludzkimi. Te wypełniają większość tekstu. Dowiemy się, jak włoscy fizycy spędzali czas wolny, co to było „Towarzystwo Antysąsiedzkie” i jakie znaczenie miały w nim kłódki, jakimi samochodami się wtedy jeździło, jak też o tym, czy astronom może zostać rzeką. Całość okraszona sympatycznym humorem. Bardzo ciekawy jest wątek Ettore Majorany, absolutnie wybitnego fizyka, którego zniknięcie do dziś jest wielką zagadką. Drugą ciekawą postacią opisaną w książce jest Bruno Pontecorvo, który nagle w 1950 roku zniknął tajemniczo z Wielkiej Brytanii, po czym nagle objawił się w Związku Radzieckim, gdzie pracował w Instytucie Jądrowym w Dubnej. Hołubiony w Moskwie, odznaczany i nagradzany. Do dziś nie wiadomo, ile wiedzy o zachodnim programie jądrowym przekazał Sowietom.
Laura opisuje dość szczegółowo okoliczności przyznania Fermiemu nagrody Nobla wraz z planami wyjazdu z Włoch do USA – na zawsze. Ciekawostka: wjeżdżając do Stanów noblista musiał, jak wszyscy inni, zdać egzamin z arytmetyki. Dostał m.in. zadanie: ile jest 15 plus 27. Uff, zdał! Autorka opisuje także własne zmagania z językiem angielskim. A sam Fermi zabrał się w USA do pracy, której ukoronowaniem było uruchomienie w 1942 roku pierwszego na świecie reaktora jądrowego, zwanego w owym czasie stosem (ang. pile). Ten fragment książki jest niezwykle sugestywny, nie opisuje kwestii fizycznych, ale czysto ludzkie reakcje na ten przełomowy moment w historii nauki i technologii.
Spory fragment książki dotyczy udziału fizyków (w tym oczywiście Fermiego) w Projekcie Manhattan, którego wynikiem była bomba jądrowa. Warto przy okazji dodać, że fragmenty dotyczące fizyki jądrowej przejrzał i poprawił wybitny fizyk włoski, odkrywca pierwiastka technet, Emilio Segre, bliski współpracownik Enrika Fermiego.
Na koniec warto dodać, że znajdziemy tam też sporo unikatowych zdjęć. Niestety, są one fatalnej jakości, a cała książka jest wydrukowana na słabym papierze. No cóż, czasy głębokiego socjalizmu.
Niemniej warto tę książkę przeczytać, gorąco polecam.